周朝暉

（海軍工程大學(xué) 科研部，武漢 430033）

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和需求的增長(zhǎng)，船舶制造業(yè)進(jìn)步到了一個(gè)新的高度。但由于新型船舶型號(hào)眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、科技含量很高，伴隨而來的是維修的難度、費(fèi)用、人員、周期等大量增加，維修觀念、研究、時(shí)機(jī)等相對(duì)滯后，缺乏對(duì)全過程、全壽命維修進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃的深刻認(rèn)識(shí)和實(shí)踐。

1 維修設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1）船舶研制缺乏維修觀念。維修是保持或恢復(fù)船舶運(yùn)行、延長(zhǎng)船舶使用壽命的重要手段，而維修設(shè)計(jì)是與維修關(guān)系最為密切的質(zhì)量特性，是由船舶設(shè)計(jì)賦予的使其維修簡(jiǎn)便、迅速和經(jīng)濟(jì)的固有特性。目前，設(shè)計(jì)和維修分屬不同階段，雖互有滲透，但通常是各行其道，設(shè)計(jì)與維修脫節(jié)，船舶設(shè)計(jì)、建造、使用和維修沒有形成統(tǒng)一整體。使得維修效益較低、維修的人力和物力大幅增加。同時(shí)，也無法通過船舶的使用和維修來評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)效果，無法保證檢驗(yàn)維修與設(shè)計(jì)的一致性。

2）船舶維修缺少全程監(jiān)控。在役船舶的維修不是作為一個(gè)全程要素，在設(shè)計(jì)和研制之初就予以足夠的重視，缺少精細(xì)化維修保障和有效的全程質(zhì)量監(jiān)控，屬于粗放式維修。實(shí)際上，維修設(shè)計(jì)就是要達(dá)到模塊化設(shè)計(jì)、視情維修和按壽命更換的目的。因此必須將維修向前拓展，提前到船舶的設(shè)計(jì)論證甚至預(yù)研階段，使維修設(shè)計(jì)成為船舶設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵過程。使得在船舶的全壽命周期內(nèi)，形成維修的閉環(huán)系統(tǒng)，在各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)過程實(shí)施船舶維修全程監(jiān)控。

3）不夠適應(yīng)船舶維修規(guī)律。目前國(guó)內(nèi)船舶維修力量較為分散，還沒有完全形成合力和拳頭，頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌規(guī)劃比較缺乏。而新時(shí)期船舶維修涉及的學(xué)科面廣且復(fù)雜，往往是跨學(xué)科、跨部門、跨專業(yè)的項(xiàng)目和工程，需要系統(tǒng)地評(píng)估和設(shè)計(jì)。另外，對(duì)船舶維修的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化研究不夠，對(duì)從總體上科學(xué)評(píng)估船舶的技術(shù)狀態(tài)、合理制定維修方案重視不夠，從而造成船舶維修工作形成了所謂的研制與維修脫節(jié)、成本與維修分離等現(xiàn)象，阻礙了維修質(zhì)量和水平的提高。

2 國(guó)內(nèi)外維修設(shè)計(jì)的發(fā)展動(dòng)態(tài)

國(guó)外維修設(shè)計(jì)起源于20 世紀(jì)50 年代中期，以美軍發(fā)布MIL-M-26512《美國(guó)空軍航空空間系統(tǒng)與設(shè)備維修性要求》為標(biāo)志。我國(guó)維修設(shè)計(jì)開始于20 世紀(jì)70 年代后期，頒布了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，出版了專著，構(gòu)建了虛擬原型平臺(tái)。

2.1 注重頂層設(shè)計(jì)工作

除了MIL-M-26512 外，美軍還陸續(xù)頒發(fā)了系列維修設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，比較知名的是，1966 年頒發(fā)實(shí)施的MIL-STD-470《維修性大綱要求》、MIL-STD-471《維修性驗(yàn)證、演示和評(píng)估》、MIL-HDBK-472《維修性預(yù)計(jì)》等三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，以及1985 年頒發(fā)實(shí)施的MIL-STD-470A《系統(tǒng)及設(shè)備維修性管理大綱》、MIL-STD-2165《電子系統(tǒng)及設(shè)備的測(cè)試性大綱》等。與此同時(shí)，美軍還編纂出版了一些專著和教材，如1962 年美國(guó)陸軍器材司令部出版的《維修設(shè)計(jì)指導(dǎo)》、1976 年美陸軍出版的AMCP706-133《維修性工程的理論與方法》等。國(guó)內(nèi)有關(guān)單位從20 世紀(jì)70 年代后期開始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的維修科學(xué)，先后翻譯出版了《維修工程技術(shù)》、《維修設(shè)計(jì)指導(dǎo)》等美軍的有關(guān)重要文獻(xiàn)，并陸續(xù)出版了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的《維修性工程理論與方法》［1］（2007 年）、《維修性及其設(shè)計(jì)技術(shù)》［2］（2005 年）、《航空船舶科學(xué)維修導(dǎo)論》［3］（2007 年）等專著。20 世紀(jì)80 年代以后，陸續(xù)編制出版了系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。這些標(biāo)準(zhǔn)和專著的頒布和實(shí)施，有力地促進(jìn)了維修設(shè)計(jì)的發(fā)展、普及和水平的提高。

2.2 定性與定量相結(jié)合

20 世紀(jì)50～60 年代，美軍的維修設(shè)計(jì)以定性化為主，涉及到電子設(shè)備維修、船舶設(shè)計(jì)的維修性特點(diǎn)和技術(shù)措施等領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，20 世紀(jì)70 年代開始，維修設(shè)計(jì)發(fā)展為定性化與定量化相結(jié)合，提出了以維修時(shí)間作為維修性的定量度量參數(shù)，通過對(duì)維修過程的分析，把維修時(shí)間進(jìn)一步分解為不能工作時(shí)間、修理時(shí)間和行政延誤時(shí)間等時(shí)間單元，并指出對(duì)大部分設(shè)備而言，維修時(shí)間服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，提出了維修時(shí)間分布的平均值和95%的百分位值作為維修性的度量參數(shù)，為定量預(yù)計(jì)船舶的維修性，控制維修設(shè)計(jì)過程，驗(yàn)證維修設(shè)計(jì)結(jié)果打下了基礎(chǔ)［1］。20 世紀(jì)70 年代，隨著半導(dǎo)體集成電路及數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，設(shè)備的自測(cè)試、機(jī)內(nèi)測(cè)試以及故障診斷在維修時(shí)大量使用［3］，電子設(shè)備維修的重點(diǎn)已從過去的拆卸及更換轉(zhuǎn)換到故障檢測(cè)和隔離，故障診斷能力、機(jī)內(nèi)測(cè)試成為維修設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。為此，美國(guó)防部成立了測(cè)試性技術(shù)協(xié)調(diào)小組，負(fù)責(zé)測(cè)試性研究計(jì)劃的組織、協(xié)調(diào)和實(shí)施。并頒發(fā)實(shí)施了有關(guān)測(cè)試性標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 融合現(xiàn)代高新技術(shù)

隨著維修性、測(cè)試性工程技術(shù)方法的完善和發(fā)展，維修性、測(cè)試性技術(shù)方法應(yīng)用的計(jì)算機(jī)輔助化和智能化開始凸現(xiàn)。此時(shí)國(guó)內(nèi)外采取各種措施和方法加強(qiáng)可靠性、維修性和保障性工作計(jì)算機(jī)輔助的研究，到20 世紀(jì)90 年代，這些領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)輔助水平已經(jīng)達(dá)到了與機(jī)械、電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相當(dāng)?shù)乃?。在這個(gè)時(shí)期，美軍先后開發(fā)了大量的分析計(jì)算軟件，用于計(jì)算機(jī)輔助維修設(shè)計(jì)，如可靠性、維修性和保障性大綱剪裁專家系統(tǒng)（RMSTAILOR）、可靠性維修性計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（RAMCAD）等。20 世紀(jì)90 年代中后期，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，維修設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。美軍先后在F22 和JSF 戰(zhàn)斗機(jī)上運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行維修性分析和評(píng)價(jià)，取得了很好的效果，大大提高了這兩個(gè)型號(hào)的維修設(shè)計(jì)水平。我國(guó)在“九五”和“十五”期間，維修性工程基本實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助化，開發(fā)出了具有自主產(chǎn)權(quán)的維修設(shè)計(jì)分析軟件平臺(tái)?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的維修設(shè)計(jì)分析技術(shù)取得了很大進(jìn)展，開發(fā)出虛擬維修樣機(jī)［4］?；诋a(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的維修設(shè)計(jì)分析技術(shù)業(yè)取得了重要突破，完成了信息集成、過程集成等方面的研究工作，開發(fā)的平臺(tái)已經(jīng)與企業(yè)的數(shù)字化改造實(shí)現(xiàn)無縫連接。部分院校已經(jīng)開展維修性設(shè)計(jì)可視化評(píng)價(jià)工作［5］。

3 船舶維修設(shè)計(jì)的原則

3.1 堅(jiān)持系統(tǒng)性和全面性

利用系統(tǒng)工程的思想和方法，以船舶全系統(tǒng)為研究對(duì)象，探索各系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)和約束關(guān)系，牢牢抓住船舶使用可用度、固有可用度、準(zhǔn)備完好率、任務(wù)可靠度、維修度、致命性故障間隔任務(wù)時(shí)間、平均故障間隔時(shí)間、評(píng)價(jià)修復(fù)時(shí)間、評(píng)價(jià)維修間隔時(shí)間、使用和貯存壽命等關(guān)鍵指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間“相互協(xié)調(diào)、互為補(bǔ)充、降低費(fèi)用、全面提高”的維修目標(biāo)，提升船舶維修水平。

3.2 堅(jiān)持全過程和全壽命

將現(xiàn)代質(zhì)量管理體系融入到船舶研制、設(shè)計(jì)、使用和維修全過程，在船舶全壽命周期內(nèi)，堅(jiān)持可靠性與維修性的有機(jī)融合，充分研究和考慮相似產(chǎn)品的維修性、維修性水平分析、預(yù)期采用的技術(shù)使船舶可能達(dá)到的維修性水平、費(fèi)用進(jìn)度等約束條件分析、壽命剖面分析、任務(wù)剖面分析等，建立“整體設(shè)計(jì)、整體維修、整體優(yōu)化”三位一體的維修理念，從根本上扭轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)和維修脫節(jié)的現(xiàn)象。

3.3 堅(jiān)持決策支持和服務(wù)優(yōu)先

緊緊圍繞著決策支持和服務(wù)優(yōu)先這兩根主線，認(rèn)真梳理維修思想、合理配置維修資源、切實(shí)優(yōu)化維修方法、加強(qiáng)維修頂層設(shè)計(jì)，認(rèn)真考慮維修的環(huán)境條件、資源條件、費(fèi)用條件等因素，以在役船舶和在研船舶為研究對(duì)象，開展船舶設(shè)計(jì)與維修設(shè)計(jì)一體化研究，船舶全壽命維修研究，維修設(shè)計(jì)持續(xù)發(fā)展研究，維修的可達(dá)性、可裝連性、防差錯(cuò)性、可互換性、測(cè)試診斷性、安全性、可修復(fù)性、可搶修性、可監(jiān)控性、可調(diào)試性研究以及軟件的維護(hù)性等研究，為船舶設(shè)計(jì)、制造、使用等提供前瞻決策。

4 船舶維修設(shè)計(jì)主要效能

1）加速推進(jìn)船舶設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。在船舶研究、設(shè)計(jì)階段，綜合考慮維修性問題，全面推進(jìn)船舶設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、模塊化，提高船舶設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低維修的難度和費(fèi)用。

2）改革傳統(tǒng)的船舶維修模式。從總體上科學(xué)評(píng)估船舶的技術(shù)狀態(tài)，合理制定維修方案，從而改變傳統(tǒng)的船舶使用、船舶修理、船舶維護(hù)模式，真正實(shí)現(xiàn)按“需”修理、視情修理、快速修理。

3）實(shí)現(xiàn)全壽命維修質(zhì)量管理。將維修工作向船舶發(fā)展前端延伸，在船舶維修中全面引進(jìn)質(zhì)量管理的理念、方法，實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)、制造和維修的全過程、全壽命質(zhì)量控制和管理。

4）提高船舶維修水平。利用維修設(shè)計(jì)技術(shù)，在維修的不同階段，通盤設(shè)計(jì)使用維修新技術(shù)，如船舶自動(dòng)檢測(cè)、在線檢測(cè)、遠(yuǎn)程診斷、虛擬現(xiàn)實(shí)等，全面提升維修水平。

5）提高軟件系統(tǒng)質(zhì)量。軟件系統(tǒng)已是現(xiàn)代船舶制造中重要的組成部分之一。而在軟件的生存周期中，其維護(hù)的工作量和費(fèi)用約占總體的67%，軟件的維護(hù)性已成為軟件質(zhì)量的重要標(biāo)志。因此維修設(shè)計(jì)對(duì)軟件系統(tǒng)尤為重要。

［1］ 于永利，郝建平，杜曉明，等.維修性工程理論與方法［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

［2］ 童時(shí)中，童和欽.維修性及其設(shè)計(jì)技術(shù)［M］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［3］ 張鳳鳴，鄭東良，呂振中.航空裝備科學(xué)維修導(dǎo)論［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

［4］ 楊英炎，蔣科藝，李本威，等.虛擬維修仿真的研究進(jìn)展［J］.海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，24（4）：413-418.

［5］ 曾毅，尚建忠，曹玉君，等.維修性設(shè)計(jì)中可視性評(píng)價(jià)方法研究［J］.工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2009（1）：70-74.