陳　瑜

(海軍駐武漢七一九所軍事代表室　武漢　430205)

CHEN Yu

(Naval Representative Office of 719 Research Institute, Wuhan　430205)

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艦船電子設(shè)備壽命件管理方案研究*

陳瑜

(海軍駐武漢七一九所軍事代表室武漢430205)

論文分析了某型艦船電子壽命件研究現(xiàn)狀，探討了壽命件管理的理論基礎(chǔ)和方法體系，在此基礎(chǔ)上提出了艦船電子壽命件的管理總體方案。論文的研究可指導(dǎo)制定艦船電子壽命件目錄清單，科學(xué)、合理地管理電子壽命件，提高維修針對性，提高設(shè)備運(yùn)行的完好性，保障設(shè)備安全運(yùn)行具有重要的意義。

電子設(shè)備; 壽命件; 管理方案

CHEN Yu

(Naval Representative Office of 719 Research Institute, Wuhan430205)

Class NumberTP391

1　引言

壽命件是指存在耗損故障模式，其物理特性和功能特性隨時(shí)間或使用強(qiáng)度有趨勢性變化，采用定時(shí)維修方式的設(shè)備或零部件，即不管該設(shè)備或零部件具體技術(shù)狀態(tài)如何，都按照規(guī)定的修理間隔期進(jìn)行定時(shí)維修或按照規(guī)定的總壽命進(jìn)行定時(shí)報(bào)廢，其中的修理間隔期或總壽命可分別用日歷壽命或工作壽命(如工作小時(shí)數(shù))來衡量[1]。

壽命件管理是以設(shè)備經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)其服役全壽命為目標(biāo)，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行與維修管理的新技術(shù)，可針對性的制定設(shè)備合理、完善的維修策略，持續(xù)保持設(shè)備正常、安全運(yùn)行。為此，科學(xué)合理界定艦船電子壽命件范圍及其壽命指標(biāo)，并進(jìn)行動態(tài)管理和調(diào)整，持續(xù)優(yōu)化，嚴(yán)格執(zhí)行定期維修要求，是確保艦船電子設(shè)備(或產(chǎn)品)安全運(yùn)行狀態(tài)、節(jié)省維修經(jīng)費(fèi)的重要措施。

2　某型艦船電子壽命件管理研究現(xiàn)狀

某型艦船電子設(shè)備研制過程中將可靠性、維修性、保障性作為單獨(dú)的工作來抓，型號中建立了可靠性主任設(shè)計(jì)師系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、定量設(shè)計(jì)、定性分析等方面開展了大量卓有成效的工作。對提高設(shè)備“六性”水平。但對設(shè)備壽命件的分析和研究中，由于壽命試驗(yàn)非常耗時(shí)且費(fèi)用昂貴，缺少基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析手段有限，大部分借鑒類似產(chǎn)品的磨損、腐蝕、疲勞等故障數(shù)據(jù)，并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，估算產(chǎn)品及零部件的使用壽命[2]。

當(dāng)前無論是研制階段還是服役階段，對壽命件都是各系統(tǒng)、設(shè)備自行確定，還未納入統(tǒng)一管理。多數(shù)壽命件是依據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)定壽的思路，很少有綜合了可靠性、運(yùn)行狀態(tài)和故障數(shù)據(jù)來動態(tài)地預(yù)測壽命件的壽命，預(yù)測結(jié)果對維修決策的支持也不夠。壽命件壽命指標(biāo)不合理，造成關(guān)鍵設(shè)備(或零部件)欠維修以及一般性設(shè)備(或零部件)頻繁維修的情況并存，不利于確保裝備的安全運(yùn)行狀態(tài)及節(jié)約經(jīng)費(fèi)。

3　壽命件管理理論基礎(chǔ)與方法體系

3.1壽命件研究的理論基礎(chǔ)

確定壽命件和壽命件維修方式的理論為以可靠性為中心的維修(RCM)，即按照以最少的資源消耗保持裝備固有可靠性和安全性原則，應(yīng)用邏輯決斷的方法確定裝備預(yù)防性維修要求[3]。

RCM的最大優(yōu)點(diǎn)就在于它認(rèn)識故障后果遠(yuǎn)比故障的技術(shù)特性重要的多，把安全性故障、任務(wù)性故障給識別出來，為安全性、任務(wù)性故障的規(guī)避提供了可能。采用邏輯決斷圖的方式識別壽命件故障的影響，包括安全性、任務(wù)性和經(jīng)濟(jì)性三方面，從而確定壽命件管理范圍，同時(shí)通過邏輯決斷，選取合理可行的維修工作。RCM分析主要步驟見圖1。

圖1　RCM分析邏輯決斷圖

3.2壽命件壽命規(guī)律

產(chǎn)品的固有壽命取決于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝制造、使用維護(hù)條件等因素。產(chǎn)品典型失效率符合“浴盆曲線”，分為早期故障階段、偶然故障階段、耗損故障階段，如圖2所示。

早期故障期由于設(shè)計(jì)、制造、裝配、材料等方面的缺陷而引起故障。其特點(diǎn)是由于這些缺陷在投運(yùn)后很快暴露出來，故開始時(shí)故障率很高，經(jīng)過一段時(shí)間后即下降[4]。

偶發(fā)故障期又稱隨機(jī)故障期和正常工作期，此時(shí)元件已進(jìn)入正常穩(wěn)定工作區(qū)，故障是由于一些隨機(jī)因素引起的。例如維護(hù)不當(dāng)、操作錯誤、環(huán)境不良等，也可能是由于材料、工藝上的缺陷所致。其特點(diǎn)是故障率低且穩(wěn)定幾乎近似為常數(shù)。

耗損故障期一般在較長時(shí)間的運(yùn)行后出現(xiàn)，是由于元件、設(shè)備內(nèi)部發(fā)生物理或化學(xué)變化所引起的老化、疲勞、磨損等原因，最終導(dǎo)致元件進(jìn)入衰老階段，逐步喪失其應(yīng)有的功能。其特點(diǎn)是故障率隨著時(shí)間的推移而呈上升趨勢。降低故障率的措施是進(jìn)行有計(jì)劃的狀態(tài)維修，并且及時(shí)更換或修復(fù)具有潛在故障的部件。

圖2　產(chǎn)品典型的故障率曲線

由圖2可見，壽命分布有浴盆故障率形狀的特征，故障率形狀由遞減到某一低峰而后遞增，反映了壽命分布的規(guī)律。即設(shè)備在早期故障期，壽命損耗相對穩(wěn)定，在耗損故障期時(shí)，壽命損耗急劇上升，設(shè)備加速劣化。在耗損期，出現(xiàn)臨界值點(diǎn)B，此點(diǎn)為設(shè)備檢修和更換的最佳時(shí)期。

3.3壽命件指標(biāo)特征

由于產(chǎn)品發(fā)生故障是隨機(jī)的，所以壽命T是一個(gè)隨機(jī)變量。對不同的產(chǎn)品、不同的工作條件，壽命T取值的統(tǒng)計(jì)規(guī)律一般是不同的[5]。對應(yīng)產(chǎn)品的兩種類型，不可修產(chǎn)品和可修產(chǎn)品的壽命可用圖3表示。

圖3　可修產(chǎn)品和不修產(chǎn)品狀態(tài)描述示意圖

對不可修產(chǎn)品，壽命指其失效前的工作時(shí)間T，如各種電子元器件、密封件、潤滑及液壓油等的使用時(shí)間[6]。對可修產(chǎn)品，壽命指首次故障前工作時(shí)間T1，或兩次故障間的工作時(shí)間T2、T3、…之和。

4　某型艦船電子設(shè)備壽命件管理總體方案

艦船電子設(shè)備復(fù)雜，且使用環(huán)境較惡劣，濕度大，溫度高，有時(shí)處于干濕交替狀態(tài)，腐蝕嚴(yán)重，使用環(huán)境是影響設(shè)備失效的主要因素[7]。導(dǎo)致產(chǎn)品失效的偶發(fā)因素較多，導(dǎo)致研制時(shí)確定的使用壽命與實(shí)際使用的壽命指標(biāo)存在差距，這對壽命件的控制帶來較大的難度[8]。從完善壽命件清單、壽命件使用維修管理兩方面制定壽命件管理總體方案。

4.1合理確定壽命件管理范圍

按照以可靠性為中心維修(RCM)理論的基本觀點(diǎn)，只有具備以下條件的壽命件，才納入壽命件管理范圍，需要執(zhí)行定時(shí)維修策略。

1)故障模式與日歷耗損或工作時(shí)間耗損相關(guān)的壽命件，即該故障是由于材料老化引起的；

2)壽命件故障會導(dǎo)致設(shè)備不能完成主要任務(wù)的壽命件；

3)出現(xiàn)故障即會導(dǎo)致艦船出現(xiàn)危險(xiǎn)性狀態(tài)的壽命件；

4)加工難度大，生產(chǎn)周期長，全壽命周期費(fèi)用十分高昂的壽命件；

5)在艦船上已經(jīng)長期使用，但頻繁發(fā)生故障，原因未查清或雖查清，但沒有條件采取措施，或需要花很大力量加以監(jiān)控的壽命件；

6)需要特殊運(yùn)輸、裝卸、儲存或加以安全防護(hù)的壽命件。

按照以上原則，對壽命件目錄進(jìn)行清理，控制壽命件控制和管理的數(shù)量，保留關(guān)鍵和重要特性的壽命件，取消對影響安全、影響任務(wù)完成和經(jīng)濟(jì)性低的壽命件。針對取消的壽命件項(xiàng)目實(shí)際上其維修方式由定時(shí)維修改為視情維修或事后維修；被納入到有壽件控制范圍的，維修方式主要以定時(shí)維修為主。

4.2壽命件壽命指標(biāo)量化方案

針對壽命件需要有首翻期、總壽命、貯存期限等指標(biāo)[8]。壽命件壽命指標(biāo)包括日歷工作時(shí)間、工作使用時(shí)間和工作次數(shù)等指標(biāo)，其中日歷工作時(shí)間指標(biāo)包括年、月、日等。工作使用時(shí)間指在正常工作條件下，累計(jì)的使用工作小時(shí)數(shù)。對于研制階段通過壽命試驗(yàn)獲得的壽命指標(biāo)，即為壽命件管理的依據(jù)，仍需要結(jié)合后續(xù)使用進(jìn)行確認(rèn)和修正。

對于未進(jìn)行壽命試驗(yàn)的壽命件，為分析設(shè)備使用可靠性水平，需收集研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)信息，故障信息和使用、維修信息，計(jì)算設(shè)備的外場使用可靠性水平及變化規(guī)律，為重新確定設(shè)備壽命指標(biāo)的合理性提供依據(jù)[9]。

4.3壽命件目錄完善、優(yōu)化

通過上述理論和方法對壽命件清單進(jìn)行分析，按照圖4的流程進(jìn)行完善和優(yōu)化。

4.4壽命件管理總體方案

根據(jù)確定的壽命件清單項(xiàng)目，設(shè)立壽命件管理機(jī)構(gòu)或人員對壽命件進(jìn)行管理和控制。主要管理方案如下：

壽命件的籌措和存儲期間的維護(hù)保養(yǎng)[10]。根據(jù)即將到壽的壽命件清單，對庫存的壽命件進(jìn)行排查，對沒有庫存的壽命件進(jìn)行及時(shí)訂貨，確保能夠準(zhǔn)時(shí)供應(yīng)。另外結(jié)合一段時(shí)間的保障經(jīng)驗(yàn)，對于故障率較高的壽命件預(yù)備適當(dāng)數(shù)量的備件，確保壽命件故障損壞后及時(shí)供應(yīng)。

圖4　壽命件完善流程

壽命件日常或航行期間的狀態(tài)監(jiān)測。根據(jù)壽命件監(jiān)檢測方案，對壽命件進(jìn)行物理參數(shù)和工作性能參數(shù)檢測，給出監(jiān)測初步結(jié)論。對于物理參數(shù)和性能異常的壽命件進(jìn)行上報(bào)[11]。并對故障情況和監(jiān)檢測異常情況分析原因，對于重大的技術(shù)問題，組織技術(shù)責(zé)任單位、相關(guān)設(shè)備責(zé)任單位和廠家分析問題發(fā)生原因，制定處理和解決方案。

5　結(jié)語

本文對艦船電子壽命件的管理現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，在收集、查詢各種技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，探討了壽命件管理的理論基礎(chǔ)和方法體系，在此基礎(chǔ)上提出了壽命件的管理總體方案。為了達(dá)到壽命件管理方案的合理、完善，實(shí)施壽命件的動態(tài)管理，還需要開展大量的工作，需要設(shè)計(jì)部門、使用部門、維修保障部門的大力配合，結(jié)合實(shí)艇使用、故障和維修信息，對壽命指標(biāo)進(jìn)行完善和調(diào)整，進(jìn)一步完善壽命件管理方案，及時(shí)發(fā)揮壽命件管理的作用的目的。

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Management Scheme of Ship Electronic Equipment*

This article analyzes the research status of a certain type of ship electronic life. The basic theory and method of life management system are discussed in the article. On this basic, the overall plan of the electronic life management of ship is put forward. This research can guide the development of ship electronic life a directory listing, scientific and rational management of the electronic lives, improve equipment operating integrity and be of great significance to guarantee the safe running of the equipment.

electronic equipment, life, method of management

2016年2月11日,

2016年3月18日

陳瑜,男,碩士研究生,研究方向：電子工程。

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.08.039