張 平 何 杰 王永德 孫光甦 王 濤 陳志敏

1中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢430064 2海軍裝備部，北京100071

0 引 言

艦船維修活動(dòng)按級(jí)別一般分為艦員級(jí)、中繼級(jí)和基地級(jí)，相對(duì)而言，基地級(jí)維修比艦員級(jí)維修更復(fù)雜、環(huán)節(jié)更多。在艦船基地級(jí)維修中，大量的設(shè)備需要經(jīng)歷以下維修過程：修前試驗(yàn)、拆卸、儲(chǔ)運(yùn)、清潔保養(yǎng)以及零件修復(fù)、裝配、修后試驗(yàn)等；大量的系統(tǒng)需要經(jīng)過修前系統(tǒng)試驗(yàn)、各設(shè)備拆卸、管路及電纜檢修、船體結(jié)構(gòu)拆除、儲(chǔ)運(yùn)、各設(shè)備維修、各設(shè)備回裝、船體結(jié)構(gòu)恢復(fù)以及修后系統(tǒng)試驗(yàn)等維修過程。

在基地級(jí)維修中，艦船裝備什么時(shí)間維修、什么時(shí)間更換備件、如何維修、維修需要什么工裝件以及對(duì)碼頭維修的需求等，均需通過設(shè)計(jì)工作完成，需要精心設(shè)計(jì)每個(gè)環(huán)節(jié)的工作程序及要求，并以維修資料的形式固化，以更好地指導(dǎo)艦船的基地級(jí)維修工作。針對(duì)艦船基地級(jí)維修的這個(gè)設(shè)計(jì)過程稱之為艦船維修設(shè)計(jì)。

艦船維修設(shè)計(jì)是針對(duì)艦船基地級(jí)維修開展的一系列設(shè)計(jì)工作，其設(shè)計(jì)成果為艦船基地級(jí)維修活動(dòng)提供技術(shù)依據(jù)。

維修設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是編制艦船基地級(jí)維修所需的各種維修資料，同時(shí)提出基地級(jí)維修所需的器材、工裝具、人力等保障要素的需求建議。

1 維修設(shè)計(jì)與其它設(shè)計(jì)之間的關(guān)系

維修設(shè)計(jì)是與艦船研制同步進(jìn)行的一項(xiàng)設(shè)計(jì)技術(shù)活動(dòng)，以便于開展后續(xù)的維修設(shè)計(jì)總體規(guī)劃。本文將逐一分析其與艦船總體設(shè)計(jì)、綜合保障工作及維修性設(shè)計(jì)之間的關(guān)系。

1.1 維修設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)的關(guān)系

艦船總體設(shè)計(jì)是針對(duì)如何建造艦船開展的設(shè)計(jì)。艦船總體設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)總體、系統(tǒng)設(shè)備的原理和技術(shù)狀態(tài)特征，決定艦船的固有質(zhì)量特性，包括快速性、不沉性、探測(cè)距離、打擊距離、電磁兼容性、可靠性和維修性等。艦船總體設(shè)計(jì)經(jīng)過多年的實(shí)踐，已經(jīng)形成了規(guī)范的設(shè)計(jì)流程和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其設(shè)計(jì)體系和監(jiān)督體系基本完備。

艦船維修設(shè)計(jì)是針對(duì)艦船全壽命周期內(nèi)艦船裝備如何維修而開展的設(shè)計(jì)，維修人員依據(jù)維修設(shè)計(jì)產(chǎn)生的維修資料維修艦船裝備，使艦船裝備在壽命周期內(nèi)保持或恢復(fù)到規(guī)定的技術(shù)狀態(tài)。維修設(shè)計(jì)是指在艦船質(zhì)量特性固化的情況下，設(shè)計(jì)出維修所需的保障資源，尤其是基地級(jí)維修資料。

艦船維修設(shè)計(jì)是在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用總體設(shè)計(jì)成果（包括總體布置、系統(tǒng)及設(shè)備狀態(tài)等），針對(duì)基地級(jí)維修活動(dòng)所開展的設(shè)計(jì)。

1.2 維修設(shè)計(jì)與綜合保障工作的關(guān)系

綜合保障工作進(jìn)行的是產(chǎn)品的可靠性、維修性、保障性、測(cè)試性和安全性設(shè)計(jì)。綜合保障工作用于解決裝備的高可靠、易維修、易檢修、好保障等固有特性，并為維修設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)輸入［1-3］。維修設(shè)計(jì)是根據(jù)基地級(jí)維修需求，研制滿足基地級(jí)維修需求的保障資源，編制基地級(jí)維修資料。

1.3 維修設(shè)計(jì)與維修性設(shè)計(jì)的差異

維修性設(shè)計(jì)是為了增進(jìn)艦船裝備維修能力，對(duì)總體設(shè)計(jì)提出一些特性要求的設(shè)計(jì)。維修性設(shè)計(jì)對(duì)艦船裝備的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，決定艦船裝備易于維修的能力。維修性設(shè)計(jì)輸出對(duì)裝備的技術(shù)指標(biāo)要求，如平均維修時(shí)間（MTTR）、維修空間指標(biāo)等。

維修設(shè)計(jì)是針對(duì)艦船裝備的維修活動(dòng)展開的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成果可為裝備維修活動(dòng)提供技術(shù)依據(jù)。通過維修設(shè)計(jì)定義裝備維修的規(guī)定程序和方法，其設(shè)計(jì)結(jié)果提供的是基地級(jí)維修資料等保障資源。

2 國外維修設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

2.1 烏克蘭

烏克蘭“黑海人”中央設(shè)計(jì)局于上世紀(jì)50年代開始艦船維修設(shè)計(jì)，完成了大量的艦船修理和改裝工程，積累了豐富的艦船修理和改裝經(jīng)驗(yàn)。其維修資料主要包括5個(gè)部分：

1）總體類技術(shù)文件，包括重量重心控制規(guī)程、艦船修理時(shí)穩(wěn)性和不沉性的保持規(guī)程、艦船修理時(shí)總縱強(qiáng)度計(jì)算、艦船修理時(shí)局部強(qiáng)度計(jì)算、修理時(shí)的船體技術(shù)狀態(tài)預(yù)報(bào)等。

2）系統(tǒng)類修理技術(shù)規(guī)程，主要包括系統(tǒng)的用途和組成、一般技術(shù)要求、故障檢驗(yàn)和拆卸、管路的修理、清洗、油封和拆油封、管子的保護(hù)覆層、管路安裝、管路和附件的試驗(yàn)、一般安全要求等。

3）船體類文件，包括各類船體結(jié)構(gòu)的拆卸與安裝方法說明、船體結(jié)構(gòu)磨損部件的極限允許厚度計(jì)算、船體結(jié)構(gòu)圖、基座圖等。

4）系統(tǒng)設(shè)備系泊、航行試驗(yàn)方法。

5）設(shè)備修理文件，包括修理技術(shù)規(guī)程、修理圖冊(cè)、修理文件清單、修理備件消耗定額、修理材料消耗定額、修理證書、裝置電氣原理圖和連接圖。

2.2德 國

從MTU20V956 TB92柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的維修資料中，可以看出德國維修資料的設(shè)計(jì)工作已經(jīng)很成熟。MTU20V956 TB92柴油發(fā)動(dòng)機(jī)配套的技術(shù)資料能支持艦員級(jí)維修和基地級(jí)維修，該套技術(shù)資料包括使用說明書、維修說明書、零件圖冊(cè)、修理技術(shù)條件、液體和潤滑劑技術(shù)規(guī)范、公差和磨損極限以及工具清單。該套技術(shù)資料能支持W 1～W 6級(jí)維修，各等級(jí)維修的主要特征是：

1）W 1級(jí)維修：艦員級(jí)維修，進(jìn)行日常的運(yùn)行監(jiān)控。

2）W 2～W 4級(jí)維修：艦員級(jí)維修，在發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)行時(shí)進(jìn)行周期性的維修工作，不需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)解體，可在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的間歇期進(jìn)行。

3）W 5級(jí)維修：基地級(jí)維修，對(duì)部件進(jìn)行修整，并需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)部分解體。

4）W 6級(jí)維修：基地級(jí)維修，需將發(fā)動(dòng)機(jī)完全解體，對(duì)所有相關(guān)零部件進(jìn)行檢查和修理。

2.3美 國

美軍裝備維修能力的確定和使用都受到美國法律的保護(hù)。美國防部頂層維修保障條例DoDD 4151.18《軍事裝備維修》［4］、最高條例DoD 4151.20《基地級(jí)核心維修能力確定方法》［5］和頂層手冊(cè)DoD 4151.18-H《基地級(jí)維修能力和使用方法手冊(cè)》［6］指令均體現(xiàn)了裝備維修能力的法定地位。

美國航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（ATA）制定了航空資料維修標(biāo)準(zhǔn)ATA2200，該標(biāo)準(zhǔn)要求以電子的形式制作并使用技術(shù)文檔，內(nèi)容包括規(guī)范概述、業(yè)務(wù)及功能要求、資料標(biāo)準(zhǔn)、交互式電子技術(shù)手冊(cè)、模型和結(jié)構(gòu)、介質(zhì)、協(xié)議和資料包裝。

3 艦船維修設(shè)計(jì)總體分析

3.1 艦船維修設(shè)計(jì)目標(biāo)

通過艦船維修設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

1）為艦船裝備全壽期的總體技術(shù)狀態(tài)控制提供依據(jù)；

2）為艦船基地級(jí)維修提供技術(shù)依據(jù)；

3）降低全壽期費(fèi)用。

3.2 艦船維修設(shè)計(jì)的階段劃分

艦船總體設(shè)計(jì)一般包括論證、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)、系泊與航行試驗(yàn)等階段［7-8］。艦船維修設(shè)計(jì)也需要進(jìn)行階段劃分，并應(yīng)與艦船總體設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，一般劃分為論證、方案設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)3個(gè)階段。如圖1所示，首先在總體論證階段啟動(dòng)與維修設(shè)計(jì)相關(guān)的論證和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，在總體技術(shù)設(shè)計(jì)階段中同步完成維修方案設(shè)計(jì)，在總體施工設(shè)計(jì)期間開展維修詳細(xì)設(shè)計(jì)工作，在交船后的1～2年內(nèi)或保修期結(jié)束前完成維修設(shè)計(jì)的評(píng)審驗(yàn)收。

艦船服役后，在計(jì)劃修理階段開展修理設(shè)計(jì)，即針對(duì)某次具體的塢修、小修、中修開展相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作。

圖1 維修設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)關(guān)系圖Fig.1 Phases ofmaintenance design

3.3 艦船維修設(shè)計(jì)流程

艦船維修設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)以軍方的需求為指導(dǎo)，進(jìn)行維修設(shè)計(jì)論證，通過開展關(guān)鍵技術(shù)研究，借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在總體設(shè)計(jì)中結(jié)合維修分析工作，開展維修方案設(shè)計(jì)及維修詳細(xì)設(shè)計(jì)，逐步形成維修設(shè)計(jì)體系。其流程如圖2所示。

圖2 維修設(shè)計(jì)流程Fig.2 Flow chartofmaintenance design

3.4 維修資料輸出

為有效指導(dǎo)基地級(jí)維修工作，必須對(duì)基地級(jí)維修資料進(jìn)行規(guī)劃，為此，應(yīng)對(duì)基地級(jí)維修過程進(jìn)行剖析。如圖3所示，基地級(jí)維修過程共分為4個(gè)步驟：

步驟1：維修開始，首先掌握總體、系統(tǒng)、設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)。

步驟2：掌握裝備周邊的環(huán)境信息，包括其它裝備信息、管系信息和電氣信息等，進(jìn)行維修準(zhǔn)備。

步驟3：進(jìn)行裝備維修，工作內(nèi)容包括維護(hù)保養(yǎng)、換件維修和零部件修復(fù)維修3種。

步驟4：檢驗(yàn)修后裝備的技術(shù)狀態(tài)，判斷是否滿足總體、系統(tǒng)、設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)要求。

圖3 基地級(jí)維修模式的維修流程圖Fig.3 Maintenance flow chartof depotmaintenance pattern

為滿足上述維修流程需要，艦船維修圖紙文件類型應(yīng)包括總體類文件、系統(tǒng)類文件、設(shè)備類文件、船體類文件、試驗(yàn)類文件和修理標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

表1 艦船維修設(shè)計(jì)主要圖樣和技術(shù)文件Tab.1 M ain d raw ings and technical docum en tson w arship m ain tenance design

4 維修方案設(shè)計(jì)階段的工作內(nèi)容

該階段主要進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)、維修分析和維修方案圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，為轉(zhuǎn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段做準(zhǔn)備。

4.1 頂層設(shè)計(jì)

頂層設(shè)計(jì)內(nèi)容包括實(shí)施方案的制定和頂層文件的編制。實(shí)施方案的內(nèi)容包括工作目標(biāo)、工作思路、工作項(xiàng)目及任務(wù)分解。頂層文件主要是規(guī)范、統(tǒng)一維修設(shè)計(jì)內(nèi)容，其目錄如表2所示。

表2 方案設(shè)計(jì)階段頂層文件清單Tab.2 List of top-level files for concept design

4.2 維修分析

維修分析工作是編制維修手冊(cè)的基礎(chǔ)，在維修設(shè)計(jì)中，艦船總體單位在維修方案設(shè)計(jì)階段制定維修分析指南，對(duì)維修分析的主要內(nèi)容及方法規(guī)劃如表3所示。

表3 維修分析主要內(nèi)容Tab.3 M ain contents ofm aintenance analysis

4.3 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)階段的圖紙文件是詳細(xì)設(shè)計(jì)階段編制技術(shù)資料的依據(jù)。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)內(nèi)容包括全艦設(shè)備表、總布置圖、系統(tǒng)備件清單和系統(tǒng)原理圖等。

5 維修詳細(xì)設(shè)計(jì)階段工作內(nèi)容

依據(jù)第3.4小節(jié)的基地級(jí)維修資料規(guī)劃需求、第4.1小節(jié)的頂層文件編制要求和第4.2小節(jié)的維修分析結(jié)果，參照國內(nèi)外維修技術(shù)資料編制要求及方法［9］，如 GJB 5572-2006《機(jī)載設(shè)備維修手冊(cè)編制要求》［10］、MIL-M-15071H［11］和 MTU20V956TB92柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的維修資料等，結(jié)合艦船維修特點(diǎn)，在維修詳細(xì)設(shè)計(jì)階段編制全部維修技術(shù)資料，其主要維修資料的內(nèi)容規(guī)劃如表4所示。

表4 詳細(xì)設(shè)計(jì)主要編制內(nèi)容Tab.4 M ain con tents com piled in detailed design

6 維修設(shè)計(jì)管理

艦船總體設(shè)計(jì)過程控制已形成一套成熟的方法、慣例，而維修設(shè)計(jì)作為與艦船總體設(shè)計(jì)同步開展的一項(xiàng)新舉措，還沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒，在這項(xiàng)總體、系統(tǒng)和設(shè)備單位共同參與的系統(tǒng)工程活動(dòng)中，其設(shè)計(jì)管理就顯得尤為重要，具體措施如下：

1）建立組織機(jī)構(gòu)

在艦船總體設(shè)計(jì)初期，同步建立維修設(shè)計(jì)師系統(tǒng)，制定維修設(shè)計(jì)管理規(guī)定，將維修設(shè)計(jì)工作落實(shí)到單位和設(shè)計(jì)人員中。

2）控制維修資料項(xiàng)目及內(nèi)容

在維修設(shè)計(jì)立項(xiàng)論證中初步確定維修資料的范圍和主要內(nèi)容要求，在維修方案設(shè)計(jì)中制定詳細(xì)的維修技術(shù)資料圖紙目錄，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備維修分析過程的監(jiān)督和把關(guān)，嚴(yán)格執(zhí)行編制、校對(duì)及審核設(shè)計(jì)控制程序。

3）評(píng)審設(shè)計(jì)文件

如前所述，維修設(shè)計(jì)分為論證、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)3個(gè)階段。而方案設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)均應(yīng)開展設(shè)計(jì)評(píng)審，嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)質(zhì)量。評(píng)審的主要內(nèi)容包括：維修設(shè)計(jì)頂層文件、維修分析報(bào)告、維修技術(shù)文件目錄和維修技術(shù)文件。

7 結(jié) 論

根據(jù)以上對(duì)艦船維修設(shè)計(jì)總體的規(guī)劃，得出以下結(jié)論：

1）同步設(shè)計(jì)，劃分階段

艦船維修設(shè)計(jì)應(yīng)與總體設(shè)計(jì)同步開展，在艦船研制的論證過程中開展維修設(shè)計(jì)立項(xiàng)論證、方案設(shè)計(jì)至交船后1～2年進(jìn)行維修技術(shù)資料的編制。建議將維修設(shè)計(jì)分為論證、方案及詳細(xì)設(shè)計(jì)3個(gè)階段，每個(gè)階段相互銜接，逐步提高，從而保證維修設(shè)計(jì)任務(wù)的完成。

2）頂層策劃，統(tǒng)一要求

艦船維修設(shè)計(jì)是總體、系統(tǒng)及設(shè)備單位共同參與的設(shè)計(jì)活動(dòng)，是龐大的系統(tǒng)工程。因此，需要充分調(diào)研基地級(jí)維修需求，加強(qiáng)頂層策劃，將維修設(shè)計(jì)工作層層分解，制定統(tǒng)一的設(shè)計(jì)要求，編制統(tǒng)一的頂層文件，以使維修設(shè)計(jì)工作有條不紊地展開。

3）加強(qiáng)管理，控制質(zhì)量

維修設(shè)計(jì)是一項(xiàng)全新的設(shè)計(jì)工作，在設(shè)計(jì)過程中需要加強(qiáng)管理，建立專門的組織機(jī)構(gòu)及維修設(shè)計(jì)師系統(tǒng)，強(qiáng)化維修設(shè)計(jì)的過程監(jiān)督和評(píng)審，控制和提高維修技術(shù)資料的編制質(zhì)量。

［1］宋太亮.艦船裝備保障性工程研究［J］.中國艦船研究，2006，1（1）：9-12.

SONG T L.Accelerating the realization of ship'soperational capability by implementing supportability engineering［J］.Chinese Journal of Ship Research，2006，1（1）：9-12.

［2］宋太亮，任欣欣.艦船保障性工程概述［J］.中國修船，2003（4）：34-36.

SONG T L，REN X X.Naval vessel supportability engineering［J］.China Ship-repair，2003（4）：34-36.

［3］吳念，張金隆.艦船保障性設(shè)計(jì)研究［J］.船舶工程，2006，28（3）：46-49.

WU N，ZHANG JL.Study on the supportability design of naval vessels［J］.Ship Engineering，2006，28（3）：46-49.

［4］Maintenance of military materiel［S］.DoD Directive 4151.18.Washington DC：United States of Defense，2004.

［5］KENNETH J K.Depotmaintenance core capabilities determination process［S］.DoD Instruction 4151.20.Washington DC：United Statesof Defense，2007.

［6］HUNTER H.Depotmaintenance capacity and utilizationmeasurementhandbook［S］.DoD 4151.18H.Washington DC：United Statesof Defense，1997.

［7］朱英富.水面艦船設(shè)計(jì)新技術(shù)［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2004.

［8］袁玉道，朱石堅(jiān).完善維修體制 提高艦船維修水平［J］.中國修船，2005（4）：39-42.

YUAN R D，ZHU S J.Perfect maintenance system，improve marine vessel maintenance ability［J］.China Ship-repair，2005（4）：39-42.

［9］中國人民解放軍駐320廠軍事代表室，等.GJB 5359-2005飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理手冊(cè)編制要求［S］.北京：總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部，2005.

［10］中國人民解放軍駐沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司軍事代表室.GJB5572-2006 機(jī)載設(shè)備維修手冊(cè)編制要求［S］.北京：總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部，2006.

［11］Military specification：manuals，technical：equipments and systems content requirements［S］.DoD MIL-M-1507H.Washington DC：United States of Defense，1991.