船舶工程常見質(zhì)量問題的技術(shù)歸零方法

孫宏坤 張恭 毛斌峰 陳亞豪

摘? ? 要：船舶工程是一個多學(xué)科、多部件集成的復(fù)雜系統(tǒng)，在設(shè)計建造過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，需要開展技術(shù)和管理雙歸零工作。本文結(jié)合產(chǎn)品級、系統(tǒng)級、設(shè)備級等幾個不同層次的技術(shù)歸零案例，分析了船舶質(zhì)量事故發(fā)生后的常見技術(shù)歸零流程，給船舶科研技術(shù)人員提供一些借鑒和啟示。

關(guān)鍵詞：船舶設(shè)計；質(zhì)量歸零；技術(shù)歸零

中圖分類號：U673.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Technical Zeroing Methods of Common Quality

Problems of Ship Engineering

SUN Hongkun1，? ZHANG Gong2，? MAO Binfeng2，? CHEN Yahao2

（ 1.Guangzhou Bureau of Naval Equipment Department， Guangzhou 510250; 2. Guangzhou Marine Engineering Corporation，? Guangzhou 510250 ）

Abstract： Ship engineering is a multi-disciplinary and multi-component complex system. Both administrative and technical zeroing work should be done when quality problems occur during design and construction. Based on different levels of ships， systems and equipments quality problems， some technical zeroing methods are introduced as for the happening of marine quality problems， and provide some reference and experience for marine technical personnel.

Key words： ship design; quality problems zeroing; technical problems zeroing

1? ? 前言

船舶工程作為一個多學(xué)科、多系統(tǒng)、多部件集成的復(fù)雜系統(tǒng)，在設(shè)計、生產(chǎn)、試驗、鑒定中的每一個環(huán)節(jié)，都可能出現(xiàn)缺陷、故障和事故。在探索船舶質(zhì)量管理體系的初期，能否妥善處理產(chǎn)品的質(zhì)量問題，主要取決于個人技術(shù)水平和質(zhì)量意識的高低。單獨產(chǎn)品的歸零經(jīng)驗，未能形成全體科研人員的共同財富[1]。從技術(shù)上和管理上分析質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因，并采取糾正措施、預(yù)防措施，以避免問題重復(fù)發(fā)生，被稱為質(zhì)量歸零，包含技術(shù)歸零和管理歸零雙標(biāo)準(zhǔn)。

為了避免相似質(zhì)量問題重復(fù)出現(xiàn)，我國逐步提煉出一套完整質(zhì)量歸零的方法。一旦發(fā)生了質(zhì)量問題，首先應(yīng)該明確質(zhì)量歸零的牽頭單位：對于難以分清是設(shè)計問題還是生產(chǎn)問題時，由設(shè)計單位負(fù)責(zé)組織歸零；難以分清是總體問題還是系統(tǒng)問題時，由總體單位負(fù)責(zé)組織歸零；難以分清是系統(tǒng)問題還是單機問題時，由系統(tǒng)單位負(fù)責(zé)組織歸零。

本文結(jié)合船舶工程中的一些典型故障，對質(zhì)量問題的技術(shù)歸零方法進(jìn)行分析和探討。

2? ? 質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因

船舶工程發(fā)生質(zhì)量問題的原因，主要包括：對設(shè)計任務(wù)書的理解和標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行不準(zhǔn)確；對船舶設(shè)計原理和工藝的掌握不足；對總體性能的仿真與試驗有效性不充分；對風(fēng)險的識別不夠明確，工作接口的精細(xì)化程度不夠；關(guān)鍵配套產(chǎn)品的質(zhì)量管控能力不足等[2]。常見的質(zhì)量問題，涵蓋了船、機、電等各個專業(yè)，技術(shù)歸零的范圍 可以從產(chǎn)品范圍、時間范圍、流程范圍等幾個維度分別考慮，如表1所示。

本文結(jié)合產(chǎn)品級、系統(tǒng)級、設(shè)備級等三個不同層次的歸零案例，分析船舶工程質(zhì)量事故發(fā)生后的技術(shù)歸零流程。

3? ? 產(chǎn)品技術(shù)歸零的案例和方法

3.1? ?性能級的技術(shù)歸零

某型船舶在航行試驗過程中，試航航速未能達(dá)標(biāo)。由總體設(shè)計單位牽頭歸零，對可能導(dǎo)致質(zhì)量問題的原因進(jìn)行逐一排查，其過程如下：

3.1.1故障定位

采用繪制故障樹的方法，對可能導(dǎo)致航速不達(dá)標(biāo)的原因逐一排查，見表2、圖1所示。

故障定位過程如下：

（1）排查是否總體設(shè)計原因

復(fù)查阻力試驗報告及自航試驗報告，發(fā)現(xiàn)阻力數(shù)據(jù)比同類型船偏低，螺旋槳螺距比偏小。通過對比軸功率測試報告，發(fā)現(xiàn)主機功率在額定轉(zhuǎn)速下功率偏小，因此總體設(shè)計可能是產(chǎn)生質(zhì)量問題的主要原因；

（2）排查主機質(zhì)量問題

查閱臺架試驗數(shù)據(jù)正常；輪機的滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)工作正常，不存在高溫報警現(xiàn)象；

（3）查閱軸系、螺旋槳等外購件

船級社證書齊全、入廠精度檢驗合格；滑油、燃油品質(zhì)二次檢驗合格；動力系統(tǒng)的加工安裝工藝符合要求；螺旋槳葉片光滑完整；

（4）查閱試航過程中的水深、風(fēng)浪記錄

均在試驗大綱允許范圍以內(nèi)。

3.1.2故障原因分析

螺旋槳是主機功率轉(zhuǎn)化為船舶推進(jìn)動力的主要設(shè)備之一，螺旋槳設(shè)計的螺距比過大會導(dǎo)致主機超負(fù)荷運行，而螺距比偏小則會導(dǎo)致主機功率不能有效發(fā)出。通過總體設(shè)計院所牽頭，將船模在其他水池重新開展拖曳試驗，得到新的阻力數(shù)據(jù)較原始數(shù)據(jù)大了10%，分析認(rèn)為第一次阻力試驗的精度不足，導(dǎo)致螺旋槳設(shè)計存在問題。

研制單位檢查了船舶動力系統(tǒng)的完整性后，重新進(jìn)行試航。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，試航過程中主機在額定轉(zhuǎn)速下功率負(fù)荷僅有80%，航速仍不達(dá)標(biāo)，故障現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)。對此，總體設(shè)計院所根據(jù)新的試驗數(shù)據(jù)，重新設(shè)計并定制了一對新的螺旋槳。安裝后進(jìn)行了新一輪航行試驗，航速達(dá)標(biāo)，主機在額定轉(zhuǎn)速下功率負(fù)荷達(dá)到92%，數(shù)據(jù)合理。

查閱本船有關(guān)回轉(zhuǎn)性、耐波性等涉及性能參數(shù)的文件記錄，分析外協(xié)試驗和仿真數(shù)據(jù)的合理性，結(jié)果與實船試航數(shù)據(jù)符合。為此，把此次螺旋槳設(shè)計的問題通報給本單位其他船舶的設(shè)計項目組，防止類似情況再次發(fā)生。

3.2? ?系統(tǒng)級的技術(shù)歸零

某型快艇在試航過程中，在進(jìn)行倒車試驗時出現(xiàn)主機海水壓力低報警、淡水溫度上升較快等異?，F(xiàn)象，無法按試驗大綱要求完成倒車連續(xù)運轉(zhuǎn)試驗。

3.2.1故障定位

采用繪制故障樹的方法，對可能導(dǎo)海水壓力低的原因逐一排查，如圖2所示。

故障定位過程如下：

經(jīng)檢查，海底門不存在堵塞情況，海水溫度正常；打開海水箱頂部人孔蓋觀察，主機由正車轉(zhuǎn)為倒車時海水箱水位下降較快，水位最低時海水總管進(jìn)口處外露約三分之一，并且倒車時海水夾雜的氣泡較多，其中一部分氣泡進(jìn)入主機及發(fā)電機組。經(jīng)分析，主機海水壓力低報警、淡水溫度上升較快的原因，可能是冷卻海水供水不足造成的。

3.2.2? 故障原因分析

倒車時，尾部受到螺旋槳反推力，艉部吃水小于艏部吃水，船體由前進(jìn)狀態(tài)轉(zhuǎn)為倒車狀態(tài)時出現(xiàn)艉抬現(xiàn)象；海水箱位于船體中后部，當(dāng)船體由前進(jìn)狀態(tài)轉(zhuǎn)為倒車狀態(tài)時，海水箱的水會瞬間下降；海水格柵后部設(shè)有導(dǎo)流擋水板，目的為增加格柵進(jìn)水量。在倒車時擋水板變成阻水板，進(jìn)水格柵處產(chǎn)生層流現(xiàn)象，海水不能及時進(jìn)入海水箱，導(dǎo)致海水總管進(jìn)口部分外露，螺旋槳處產(chǎn)生的氣泡有一部分隨水流經(jīng)格柵處與層流所產(chǎn)生的氣泡一并進(jìn)入海水箱。因此，解決問題的關(guān)鍵在于倒車時讓水流通暢，確保足夠水量進(jìn)入海水箱，全面解決因運動狀態(tài)發(fā)生變化時海水箱水位快速下降導(dǎo)致海水總管外露情況。

由船廠組織清理海底門、疏通海水管路，并測試海水溫度在合適范圍內(nèi)以后，進(jìn)行倒車試驗，仍然出現(xiàn)了主機海水壓力低報警情況。

經(jīng)分析，倒車時讓水流暢通進(jìn)入海水箱是解決問題的有效措施。為此，在擋水板后面增加一長約600 mm、寬約150 mm、厚6 mm的導(dǎo)流板，其一端與擋水板焊接，另一端與船體焊接，從而構(gòu)成一個三角斜面，倒車時水由三角斜面順暢進(jìn)入海水箱，不會在擋水板處被阻擋，消除層流現(xiàn)象；增加導(dǎo)流板后，由正車轉(zhuǎn)為倒車時海水總管不會露出水面，倒車時氣泡也減少，海水箱水位明顯較之前高。經(jīng)多次試驗，由正車?yán)磷畲蟮管?，主機及發(fā)電機組均能穩(wěn)定運行，主機淡水溫度最高約78 ℃，遠(yuǎn)低于報警值91 ℃。

查閱本型艇輪機系統(tǒng)的燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等設(shè)計，分析是否存在管路連接不合理、泵組閥件選型不適宜，防止在實際使用過程中低壓、高溫報警等情況頻繁發(fā)生的可能性。

3.3? ?產(chǎn)品設(shè)備級的技術(shù)歸零

某型巡邏艇在試航過程中，進(jìn)行全艇電磁兼容性檢查時，發(fā)現(xiàn)某短波電臺、中高頻通信設(shè)備通話時，廣播主機產(chǎn)生嚴(yán)重串音干擾，影響廣播設(shè)備正常使用。

3.3.1 故障定位

某型短波電臺與中高頻通信設(shè)備通話時，廣播產(chǎn)生嚴(yán)重串音干擾。首先需從設(shè)備自身查找原因，檢查廣播主機、短波電臺、中高頻通信設(shè)備是否能夠正常工作；如設(shè)備本身無故障問題，則需檢查各設(shè)備工作時是否兼容；如判斷為設(shè)備間產(chǎn)生電磁干擾問題，則需進(jìn)一步排查干擾的原因和途徑。

根據(jù)以上分析，列出故障樹如圖3所示。

故障定位過程如下：

（1）檢查廣播主機

其外觀良好，連接器無變形、無粘污；廣播主機、短波電臺、中高頻通信設(shè)備分別單獨開機工作，廣播設(shè)備聲音清晰，無嘯叫等異?，F(xiàn)象；短波電臺話音清晰、工作正常；中高頻通信設(shè)備話音清晰、工作正常。因此，排除設(shè)備自身故障導(dǎo)致串音問題。

（2）電磁兼容分析

廣播設(shè)備開機工作后，分別使用短波電臺、中高頻通信設(shè)備通話，均產(chǎn)生串音干擾；電臺停止喊話，則串音現(xiàn)象消失?？梢娫搯栴}屬于電磁兼容問題，干擾源為短波電臺、中高頻通信設(shè)備，被干擾設(shè)備為廣播設(shè)備；干擾現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能是被干擾設(shè)備電纜屏蔽、接地工藝問題，也可能是空間耦合干擾原因。

一般情況下，裝船設(shè)備及其電纜的良好的屏蔽、接地措施是確保設(shè)備間電磁兼容工作的重要手段。若設(shè)備或電纜的屏蔽、接地工藝措施不到位，或者隨著設(shè)備的長期使用，受海上鹽霧、潮濕等惡劣環(huán)境的影響，設(shè)備及電纜絕緣、接地指標(biāo)不滿足要求，則可能出現(xiàn)電磁干擾問題，影響設(shè)備正常工作。經(jīng)測試，廣播電源端子對地絕緣電阻、天線絕緣電阻及廣播主機接地電阻均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，可排除設(shè)備及電纜屏蔽、接地工藝措施因素。

廣播設(shè)備廠家采用濾波手段，在廣播接收天線輸入端增加電感濾波器后，電臺與廣播的串?dāng)_現(xiàn)象明顯減弱。據(jù)此判斷，由于廣播天線通過空間耦合干擾，引入高頻干擾信號，導(dǎo)致廣播與短波電臺串音問題。

3.3.2故障原因分析

短波的傳播主要受電離層的影響，電臺的發(fā)射天線存在一定的方向和仰角，它在傳播過程中容易受到大氣層及阻擋物的影響，從而被廣播天線耦合進(jìn)入廣播主機，形成串音干擾，因此接收到強烈干擾信號時，應(yīng)盡量減輕干擾程度；廣播主機的收音機干擾問題的原因，為短波電臺、中高頻通信設(shè)備在使用過程產(chǎn)生干擾信號，干擾信號通過收音機天線耦合進(jìn)入收音機，形成信號干擾。

短波電臺、中高頻通信設(shè)備為強電磁能量輻射設(shè)備，在發(fā)射工作狀態(tài)會對外輻射大量電磁能量信號，而廣播接收天線作為比較敏感的接收設(shè)備，容易受到其他強干擾設(shè)備的電磁干擾。由于甲板空間有限，廣播接收天線通過空間耦合，接收到短波電臺高頻輻射信號產(chǎn)生的3次諧波后，其3次諧波正好落入廣播收音接收頻段，引入廣播主機，造成與短波電臺串音問題。

由總體設(shè)計院所牽頭，協(xié)調(diào)廣播設(shè)備廠家及對串?dāng)_問題進(jìn)行現(xiàn)場排查。各設(shè)備開機后，短波電臺、中高頻通信設(shè)備通話時，廣播設(shè)備出現(xiàn)串音干擾現(xiàn)象，故障現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)；在廣播接收天線輸入端增加電感濾波器后，電臺與廣播的串?dāng)_現(xiàn)象消失，拆下電感濾波器則串?dāng)_現(xiàn)象再次出現(xiàn)。

根據(jù)現(xiàn)場排查中采取的辦法，在天線輸入端兩個線分別串入50 mH、100 mH、200 mH的電感以及RC振蕩濾波電路，發(fā)現(xiàn)串入100 mH電感時濾波效果最好，廣播僅有輕微串音，基本不影響設(shè)備正常使用；通過廣播接收天線輸入端增加電感濾波器，對接收到的信號進(jìn)行濾波隔離，提高了廣播設(shè)備抗干擾能力，將廣播天線接收到的輻射噪聲排除在接收門限外，因此有效改善了串音問題。

檢查本型艇其他通導(dǎo)設(shè)備是否存在電磁兼容性問題，將可能發(fā)生干擾的通導(dǎo)設(shè)備進(jìn)行一一分析，檢查其天線布置、線纜接地等是否符合電磁兼容性要求，并通過系泊和航行試驗，在設(shè)備的全部工作頻率范圍內(nèi)做細(xì)致的測試，避免其他系統(tǒng)出現(xiàn)信號干擾、難以通聯(lián)的情況。

4? ? 結(jié)語

船舶作為一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在設(shè)計建造過程中難以避免的會發(fā)生一些質(zhì)量問題，船舶科研設(shè)計人員在遇到問題時不必慌張，只要熟練掌握技術(shù)歸零的方法，通過不斷探索、實踐、檢驗，經(jīng)驗積淀越多就越能避免問題發(fā)生，實現(xiàn)降本增效，產(chǎn)品的可靠性也能得到顯著提高。實踐證明，船舶工程中的前期歸零工作越徹底，后期總裝、試航、鑒定階段問題就越少。

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