姜華

摘? ? 要：在艦船立項(xiàng)論證、方案設(shè)計(jì)階段，需根據(jù)艦船主要用途和航行環(huán)境條件貫徹通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)要求，提升通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)能力，保障艦船交付使用后的功能可靠性和性能指標(biāo)的先進(jìn)性。

關(guān)鍵詞：艦船;全壽命;通用質(zhì)量特性;可靠性

中圖分類(lèi)號(hào)：U673.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： According to the main tasks and navigation environment conditions of ships， the design requirements of universal quality characteristics for full life span should be implemented in the stage of demonstration for project approval and technical design， and the developer should continuously improve the design capability of universal quality characteristics， so as to effectively guarantee the functional reliability and advanced performance index of ships after delivery.

Key words： Ship; Full life span; General quality characteristics; Reliability

1? ? 引言

隨著新型艦船裝備高新技術(shù)應(yīng)用不斷增加、技戰(zhàn)術(shù)性能不斷增強(qiáng)，艦船的可靠性、維修性、保障性、測(cè)試性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性（統(tǒng)稱(chēng)為通用質(zhì)量特性）和可用性不斷改善。在新型艦船的研制過(guò)程中，通用質(zhì)量特性已經(jīng)成為與技戰(zhàn)術(shù)性能等專(zhuān)用質(zhì)量特性同等重要的指標(biāo)。如何切實(shí)滿(mǎn)足艦船的可用度和可靠度等要求，在使用中能夠形成和保持有效的戰(zhàn)斗力，是艦船設(shè)計(jì)迫切需要解決的問(wèn)題。要進(jìn)一步提高艦船設(shè)計(jì)的可靠性質(zhì)量，關(guān)鍵是要樹(shù)立以通用質(zhì)量特性要求為產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要質(zhì)量目標(biāo)的設(shè)計(jì)理念，提升通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)能力，降低產(chǎn)品研制風(fēng)險(xiǎn)，從而有效保障艦船交付使用后的功能可靠性和性能指標(biāo)的先進(jìn)性。本文對(duì)某近海巡邏船方案設(shè)計(jì)階段通用質(zhì)量特性的可靠性和維修性設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。

2? ? 艦船通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)

2.1? ?艦船裝備通用質(zhì)量特性分析

在以往的艦船設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)關(guān)注的是艦船的航速、續(xù)航力、轉(zhuǎn)彎半徑、排水量等質(zhì)量特性，我們稱(chēng)之為專(zhuān)用質(zhì)量特性;與之相伴的是艦船的可靠性、維修性、保障性、測(cè)試性、安全性和環(huán)境適應(yīng)性等質(zhì)量特性，我們稱(chēng)之為通用質(zhì)量特性。艦船通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)水平的高低，直接體現(xiàn)艦船使用功能與性能指標(biāo)的優(yōu)劣程度。

GJB9001C-2017《質(zhì)量管理體系》中，要求武器裝備承制單位在策劃和控制過(guò)程中依據(jù)GJB450等通用標(biāo)準(zhǔn)的要求，確定產(chǎn)品通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)項(xiàng)目，編制通用質(zhì)量特性工作計(jì)劃，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)開(kāi)展產(chǎn)品通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)、分析、驗(yàn)證等[1]。通用質(zhì)量特性的設(shè)計(jì)和管理必須貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，每個(gè)階段的目標(biāo)之一就是不斷完善各項(xiàng)通用質(zhì)量特性指標(biāo)。

艦船設(shè)計(jì)階段一般可劃分為：立項(xiàng)論證、方案設(shè)計(jì)、工程研制、設(shè)計(jì)定型（鑒定）、生產(chǎn)（工藝）定型五個(gè)階段[2]。雖然五個(gè)階段的設(shè)計(jì)范圍和深度不同，但 通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)要求在每個(gè)階段都是衡準(zhǔn)之一。艦船通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)就是圍繞艦船用途、系統(tǒng)功能和性能指標(biāo)、使用環(huán)境條件等提出最優(yōu)性?xún)r(jià)比的總體設(shè)計(jì)方案，在產(chǎn)品建造前充分評(píng)估系統(tǒng)功能與指標(biāo)的合理性、使用環(huán)境的適宜性、主要設(shè)備組成的必要性等，尤其是通過(guò)對(duì)標(biāo)類(lèi)似艦船邊界約束條件最終確定通用質(zhì)量特性技術(shù)要求。

2.2? 艦船通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)要求與驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)

艦船通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)，主要根據(jù) GJB 450A-2004《裝備可靠性工作通用要求》、GJB368A-1994《裝備維修性通用大綱》、GJB2547-1995《裝備測(cè)試性大綱》和GJB 2547A-2012《裝備測(cè)試性工作通用要求》、GJB900-1990《系統(tǒng)安全性通用大綱》等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展，設(shè)計(jì)結(jié)果要在每一個(gè)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行審查、驗(yàn)證并進(jìn)行完善。

艦船各項(xiàng)通用質(zhì)量特性的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證是相互聯(lián)系和影響的，在艦船產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須針對(duì)通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)、管理要求，研制方、承制方、監(jiān)督方需統(tǒng)籌考慮，優(yōu)化資源配置，努力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品通用質(zhì)量特性和專(zhuān)用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)水平達(dá)到總體最優(yōu)化。

3? ? 某船方案設(shè)計(jì)階段可靠性和可維修性設(shè)計(jì)

我院新近設(shè)計(jì)的一艘近海巡邏船，主要用途是在我國(guó)沿海地區(qū)執(zhí)行巡邏警戒等任務(wù)。如何開(kāi)展好以可靠性為設(shè)計(jì)質(zhì)量目標(biāo)的質(zhì)量管理工作、高質(zhì)量完成該型艦船的設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)我院具有十分重要的意義。必須從《質(zhì)量保證大綱》開(kāi)始，貫徹相關(guān)通用質(zhì)量特性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，認(rèn)真進(jìn)行工作策劃，確定設(shè)計(jì)輸出文件與過(guò)程支撐文件（包括論證評(píng)估報(bào)告、模擬仿真試驗(yàn)、水池模型試驗(yàn)等），分階段開(kāi)展通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證工作。按照GJB450A等標(biāo)準(zhǔn)工作項(xiàng)目，明確該船方案設(shè)計(jì)階段通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)工作主要以可靠性、維修性等通用質(zhì)量特性為主，具體工作則根據(jù)設(shè)計(jì)深度不同而貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)各個(gè)階段。根據(jù)GJB5530-2006《艦船設(shè)計(jì)圖樣和技術(shù)文件審查規(guī)定》和實(shí)際需要，確定方案設(shè)計(jì)基本內(nèi)容。

3.1? 艦船可靠性設(shè)計(jì)目標(biāo)

固有可用度0.85總體任務(wù)可靠度0.70;任務(wù)可靠度（最低0.65）。其中：

動(dòng)力系統(tǒng)任務(wù)可靠度>0.85，固有可用度>0.90;

電力系統(tǒng)任務(wù)可靠度>0.90，固有可用度>0.92;

通信系統(tǒng)任務(wù)可靠度>0.92，固有可用度>0.95;

導(dǎo)航系統(tǒng)任務(wù)可靠度>0.92，固有可用度>0.95;

專(zhuān)用系統(tǒng)任務(wù)可靠度>0.90，固有可用度>0.92;

操控系統(tǒng)任務(wù)可靠度>0.90，固有可用度>0.92;

錨泊系統(tǒng)任務(wù)可靠度>0.92，固有可用度>0.95。

3.2? 艦船可靠性模型

艦船功能劃分為三個(gè)等級(jí)：系統(tǒng)級(jí)（L1）;子系統(tǒng)級(jí)（L2）;設(shè)備級(jí)（L3）。分別建立可靠性基本模型和任務(wù)模型：

3.2.1基本模型

基本模型是用以評(píng)估產(chǎn)品及其組成設(shè)備故障引起的維修及保障條件的模型。系統(tǒng)中任一設(shè)備發(fā)生故障后都需要維修或更換，所以也可把它當(dāng)做測(cè)算使用成本的一種模型?；灸Ｐ褪且粋€(gè)全串聯(lián)模型，即使存在冗余單元也都可以按串聯(lián)方式處理。

基本模型主要由：船舶裝置、推進(jìn)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信導(dǎo)航系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

各主要子系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備級(jí)基本模型，如圖2～6所示。

3.2.2任務(wù)模型

任務(wù)模型是用以評(píng)估產(chǎn)品在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中完成規(guī)定功能的程度，描述完成任務(wù)過(guò)程中產(chǎn)品各設(shè)備模塊的預(yù)定作用，用以評(píng)估任務(wù)實(shí)現(xiàn)有效性的一種模型。

任務(wù)模型組成，如圖7所示。

各主要子系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備級(jí)任務(wù)模型，如圖8～12所示。

3.3? 艦船可靠性數(shù)學(xué)模型

艦船可靠性模型主要分為：串聯(lián)模型和并聯(lián)模型兩大類(lèi)。

3.3.1串聯(lián)模型

串聯(lián)系統(tǒng)各分系統(tǒng)的可靠性服從指數(shù)分布，其可靠性數(shù)學(xué)模型如下：

式中：Rs為系統(tǒng)可靠度;Ri為第i個(gè)分系統(tǒng)可靠度;λs為系統(tǒng)失效率;λi為第i個(gè)分系統(tǒng)失效率;n為分系統(tǒng)數(shù);t為系統(tǒng)工作時(shí)間;MTBFs為系統(tǒng)平均故障間隔時(shí)間。

3.3.2并聯(lián)模型

設(shè)并聯(lián)系統(tǒng)各分系統(tǒng)相同，且可靠性服從指數(shù)分布，其可靠性數(shù)學(xué)模型如下：

式中：Rs（t）為系統(tǒng)可靠度;λs（t）為系統(tǒng)失效率;λ為分系統(tǒng)失效率;n為分系統(tǒng)數(shù);t為系統(tǒng)工作時(shí)間;MTBFs為系統(tǒng)平均故障間隔時(shí)間。

3.4? 艦船可靠性與維修性分配方法

3.4.1可靠性分配方法

設(shè)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)為λs，分配給每個(gè)單元的故障率λi可表示為：

式中，i=1，2， …，n為單元數(shù);ci為第i個(gè)單元的評(píng)分系數(shù)。ωi為第i個(gè)單元的評(píng)分?jǐn)?shù);ω為系統(tǒng)的評(píng)分?jǐn)?shù)。rij為第i個(gè)單元第j個(gè)因素的評(píng)分?jǐn)?shù);j=1為復(fù)雜度：組成與結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的評(píng)10分，最簡(jiǎn)單的評(píng)1分;j=2為技術(shù)水平：技術(shù)和工藝水平最低的評(píng)10分，最高的評(píng)1分;j=3為工作時(shí)間：壽命周期內(nèi)工作時(shí)間最長(zhǎng)的評(píng)10分，最短的評(píng)1分;j=4為環(huán)境條件：所處環(huán)境條件最差的評(píng)10分，最好的評(píng)1分。

3.4.2維修性分配方法

采用故障率分配法對(duì)維修性進(jìn)行分配，其分配原則是單元的故障率越高，分配的維修時(shí)間就越短;反之則長(zhǎng)。具體步驟如下：

（1）確定第i種單元的數(shù)量Qi;

（2）確定單個(gè)單元的故障率λss;

（3）確定第i種單元的總故障率λi，即第i種單元的數(shù)量Qi與其單個(gè)單元故障率λss的乘積，即λi=Qiλss;

（4）確定每個(gè)單元的故障率對(duì)總故障率影響的百分?jǐn)?shù)，即確定每個(gè)單元的故障率加權(quán)因子Wi：

（5）計(jì)算各單元的平均修復(fù)時(shí)間：

式中：MTTR為系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間;MTTRi為第i種單元的平均修復(fù)時(shí)間。

3.5? 艦船可靠性與維修性指標(biāo)分配

艦船固有可用度為0.85，固有可靠度表達(dá)式為：

式中：A為系統(tǒng)的固有可用度;MTBF為系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間;MTTR為系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間。

根據(jù)以往類(lèi)似艦船設(shè)備的維修時(shí)間情況，將MTTR定為2小時(shí)，則系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間為：

由此可確定艦船的可靠性與維修性指標(biāo)分別為：MTBF=11.4（h）、MTTR=2（h）。

艦船系統(tǒng)的可靠性與維修性指標(biāo)分配，如表2所示。

3.6? 結(jié)論

針對(duì)該船的可靠性與維修性工作要求，首先建立了艦船可靠性模型和相應(yīng)的可靠性、維修性分配方法，在此基礎(chǔ)上將可靠性指標(biāo)與維修性指標(biāo)分配到各系統(tǒng)、子系統(tǒng)和設(shè)備。艦船可靠性與維修性指標(biāo)分配結(jié)果，可作為首船研制的設(shè)計(jì)依據(jù)。

4? ?經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)

在艦船型號(hào)研制過(guò)程中，不斷細(xì)化和修正通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)內(nèi)容，可有效促進(jìn)質(zhì)量可靠性，增強(qiáng)和改善技戰(zhàn)術(shù)能力。通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)及其規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化工作的持續(xù)改進(jìn)，將是艦船型號(hào)研制工作不變的主題和目標(biāo)。結(jié)合自身的工作體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，提出下列建議以供同行參考。

（1）頂層策劃，自上而下推進(jìn)

質(zhì)量特性工作涉及可靠性、維修性、保障性等具體專(zhuān)業(yè)技術(shù)，不只是總體設(shè)計(jì)技術(shù)單位和總裝建造單位要負(fù)責(zé)落實(shí)相關(guān)工作，還涉及眾多的配套單位。因此，頂層領(lǐng)導(dǎo)要重視通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)工作，確保足夠的資源投入，項(xiàng)目人員要全面覆蓋各個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，從而確保通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)貫徹落實(shí)到位。

（2）轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)理念，開(kāi)展人員培訓(xùn)

通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)人員要轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)理念和質(zhì)量意識(shí)，不能只關(guān)注專(zhuān)用質(zhì)量特性指標(biāo)，而要從立項(xiàng)論證工作開(kāi)始就關(guān)注通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)要求的落實(shí)，將通用質(zhì)量特性工作要求融入艦船型號(hào)研制的全過(guò)程。

（3）開(kāi)放合作，打造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)工作涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，而艦船設(shè)計(jì)人員的能力與經(jīng)驗(yàn)更多側(cè)重于各自的專(zhuān)業(yè)，在通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)深度和廣度上都存在不足。因此需要在實(shí)際工作中引入專(zhuān)業(yè)的管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行輔導(dǎo)，對(duì)選定的項(xiàng)目進(jìn)行策劃，使工作成果成為其他項(xiàng)目的工作標(biāo)準(zhǔn)。

（4）及時(shí)總結(jié)，提升設(shè)計(jì)能力

通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)水平的提高，需要通過(guò)多個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)總結(jié)才能逐步完成，甚至需要通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)才能實(shí)現(xiàn)。通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)能否達(dá)到要求，還必須通過(guò)多種試驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。

通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)人員要提高站位，站在全單位的角度，結(jié)合項(xiàng)目質(zhì)量管理體系要求，梳理好通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)工作流程，建立通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，提升通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)工作的軟硬件平臺(tái)，形成一些具體案例，不斷提升通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)水平。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

由于經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)輸入等條件的限制，本文僅根據(jù)對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的理解進(jìn)行某船品開(kāi)展通用質(zhì)量特性分析，許多通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)還有待進(jìn)一步理解、驗(yàn)證和改進(jìn)。期望與同行一道在今后的艦船研制工作中，以通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)為產(chǎn)品主要設(shè)計(jì)質(zhì)量目標(biāo)，在產(chǎn)品質(zhì)量管理體系中解決新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的設(shè)計(jì)質(zhì)量、技術(shù)狀態(tài)控制等實(shí)際問(wèn)題，切實(shí)提升艦船設(shè)計(jì)和項(xiàng)目管理質(zhì)量水平。

參考文獻(xiàn)

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