船舶维修设计的原则及效能研究

周朝晖

（海军工程大学 科研部，武汉 430033）

0 引 言

随着科学技术的发展和需求的增长，船舶制造业进步到了一个新的高度。但由于新型船舶型号众多、结构复杂、科技含量很高，伴随而来的是维修的难度、费用、人员、周期等大量增加，维修观念、研究、时机等相对滞后，缺乏对全过程、全寿命维修进行科学规划的深刻认识和实践。

1 维修设计现状

1）船舶研制缺乏维修观念。维修是保持或恢复船舶运行、延长船舶使用寿命的重要手段，而维修设计是与维修关系最为密切的质量特性，是由船舶设计赋予的使其维修简便、迅速和经济的固有特性。目前，设计和维修分属不同阶段，虽互有渗透，但通常是各行其道，设计与维修脱节，船舶设计、建造、使用和维修没有形成统一整体。使得维修效益较低、维修的人力和物力大幅增加。同时，也无法通过船舶的使用和维修来评价设计效果，无法保证检验维修与设计的一致性。

2）船舶维修缺少全程监控。在役船舶的维修不是作为一个全程要素，在设计和研制之初就予以足够的重视，缺少精细化维修保障和有效的全程质量监控，属于粗放式维修。实际上，维修设计就是要达到模块化设计、视情维修和按寿命更换的目的。因此必须将维修向前拓展，提前到船舶的设计论证甚至预研阶段，使维修设计成为船舶设计的重要环节和关键过程。使得在船舶的全寿命周期内，形成维修的闭环系统，在各个环节、各个过程实施船舶维修全程监控。

3）不够适应船舶维修规律。目前国内船舶维修力量较为分散，还没有完全形成合力和拳头，顶层设计和统筹规划比较缺乏。而新时期船舶维修涉及的学科面广且复杂，往往是跨学科、跨部门、跨专业的项目和工程，需要系统地评估和设计。另外，对船舶维修的标准化、通用化、模块化研究不够，对从总体上科学评估船舶的技术状态、合理制定维修方案重视不够，从而造成船舶维修工作形成了所谓的研制与维修脱节、成本与维修分离等现象，阻碍了维修质量和水平的提高。

2 国内外维修设计的发展动态

国外维修设计起源于20 世纪50 年代中期，以美军发布MIL-M-26512《美国空军航空空间系统与设备维修性要求》为标志。我国维修设计开始于20 世纪70 年代后期，颁布了有关标准，出版了专著，构建了虚拟原型平台。

2.1 注重顶层设计工作

除了MIL-M-26512 外，美军还陆续颁发了系列维修设计标准，比较知名的是，1966 年颁发实施的MIL-STD-470《维修性大纲要求》、MIL-STD-471《维修性验证、演示和评估》、MIL-HDBK-472《维修性预计》等三个标准，以及1985 年颁发实施的MIL-STD-470A《系统及设备维修性管理大纲》、MIL-STD-2165《电子系统及设备的测试性大纲》等。与此同时，美军还编纂出版了一些专著和教材，如1962 年美国陆军器材司令部出版的《维修设计指导》、1976 年美陆军出版的AMCP706-133《维修性工程的理论与方法》等。国内有关单位从20 世纪70 年代后期开始引进国外先进的维修科学，先后翻译出版了《维修工程技术》、《维修设计指导》等美军的有关重要文献，并陆续出版了具有自主知识产权的《维修性工程理论与方法》［1］（2007 年）、《维修性及其设计技术》［2］（2005 年）、《航空船舶科学维修导论》［3］（2007 年）等专著。20 世纪80 年代以后，陆续编制出版了系列标准和规范。这些标准和专著的颁布和实施，有力地促进了维修设计的发展、普及和水平的提高。

2.2 定性与定量相结合

20 世纪50～60 年代，美军的维修设计以定性化为主，涉及到电子设备维修、船舶设计的维修性特点和技术措施等领域。随着科学技术的进步，20 世纪70 年代开始，维修设计发展为定性化与定量化相结合，提出了以维修时间作为维修性的定量度量参数，通过对维修过程的分析，把维修时间进一步分解为不能工作时间、修理时间和行政延误时间等时间单元，并指出对大部分设备而言，维修时间服从对数正态分布，提出了维修时间分布的平均值和95%的百分位值作为维修性的度量参数，为定量预计船舶的维修性，控制维修设计过程，验证维修设计结果打下了基础［1］。20 世纪70 年代，随着半导体集成电路及数字技术的迅速发展，设备的自测试、机内测试以及故障诊断在维修时大量使用［3］，电子设备维修的重点已从过去的拆卸及更换转换到故障检测和隔离，故障诊断能力、机内测试成为维修设计的重要内容。为此，美国防部成立了测试性技术协调小组，负责测试性研究计划的组织、协调和实施。并颁发实施了有关测试性标准。

2.3 融合现代高新技术

随着维修性、测试性工程技术方法的完善和发展，维修性、测试性技术方法应用的计算机辅助化和智能化开始凸现。此时国内外采取各种措施和方法加强可靠性、维修性和保障性工作计算机辅助的研究，到20 世纪90 年代，这些领域的计算机辅助水平已经达到了与机械、电子计算机辅助设计相当的水平。在这个时期，美军先后开发了大量的分析计算软件，用于计算机辅助维修设计，如可靠性、维修性和保障性大纲剪裁专家系统（RMSTAILOR）、可靠性维修性计算机辅助设计系统（RAMCAD）等。20 世纪90 年代中后期，随着虚拟现实技术和产品数据管理技术的快速发展和广泛应用，维修设计技术进入了一个新的发展时期。美军先后在F22 和JSF 战斗机上运用虚拟现实技术进行维修性分析和评价，取得了很好的效果，大大提高了这两个型号的维修设计水平。我国在“九五”和“十五”期间，维修性工程基本实现了计算机辅助化，开发出了具有自主产权的维修设计分析软件平台。基于虚拟现实技术的维修设计分析技术取得了很大进展，开发出虚拟维修样机［4］。基于产品数据管理平台的维修设计分析技术业取得了重要突破，完成了信息集成、过程集成等方面的研究工作，开发的平台已经与企业的数字化改造实现无缝连接。部分院校已经开展维修性设计可视化评价工作［5］。

3 船舶维修设计的原则

3.1 坚持系统性和全面性

利用系统工程的思想和方法，以船舶全系统为研究对象，探索各系统之间的关联和约束关系，牢牢抓住船舶使用可用度、固有可用度、准备完好率、任务可靠度、维修度、致命性故障间隔任务时间、平均故障间隔时间、评价修复时间、评价维修间隔时间、使用和贮存寿命等关键指标，实现系统之间“相互协调、互为补充、降低费用、全面提高”的维修目标，提升船舶维修水平。

3.2 坚持全过程和全寿命

将现代质量管理体系融入到船舶研制、设计、使用和维修全过程，在船舶全寿命周期内，坚持可靠性与维修性的有机融合，充分研究和考虑相似产品的维修性、维修性水平分析、预期采用的技术使船舶可能达到的维修性水平、费用进度等约束条件分析、寿命剖面分析、任务剖面分析等，建立“整体设计、整体维修、整体优化”三位一体的维修理念，从根本上扭转设计和维修脱节的现象。

3.3 坚持决策支持和服务优先

紧紧围绕着决策支持和服务优先这两根主线，认真梳理维修思想、合理配置维修资源、切实优化维修方法、加强维修顶层设计，认真考虑维修的环境条件、资源条件、费用条件等因素，以在役船舶和在研船舶为研究对象，开展船舶设计与维修设计一体化研究，船舶全寿命维修研究，维修设计持续发展研究，维修的可达性、可装连性、防差错性、可互换性、测试诊断性、安全性、可修复性、可抢修性、可监控性、可调试性研究以及软件的维护性等研究，为船舶设计、制造、使用等提供前瞻决策。

4 船舶维修设计主要效能

1）加速推进船舶设计标准化。在船舶研究、设计阶段，综合考虑维修性问题，全面推进船舶设计的标准化、系列化、通用化、模块化，提高船舶设计质量，降低维修的难度和费用。

2）改革传统的船舶维修模式。从总体上科学评估船舶的技术状态，合理制定维修方案，从而改变传统的船舶使用、船舶修理、船舶维护模式，真正实现按“需”修理、视情修理、快速修理。

3）实现全寿命维修质量管理。将维修工作向船舶发展前端延伸，在船舶维修中全面引进质量管理的理念、方法，实现船舶设计、制造和维修的全过程、全寿命质量控制和管理。

4）提高船舶维修水平。利用维修设计技术，在维修的不同阶段，通盘设计使用维修新技术，如船舶自动检测、在线检测、远程诊断、虚拟现实等，全面提升维修水平。

5）提高软件系统质量。软件系统已是现代船舶制造中重要的组成部分之一。而在软件的生存周期中，其维护的工作量和费用约占总体的67%，软件的维护性已成为软件质量的重要标志。因此维修设计对软件系统尤为重要。

［1］ 于永利，郝建平，杜晓明，等.维修性工程理论与方法［M］.北京：国防工业出版社，2007.

［2］ 童时中，童和钦.维修性及其设计技术［M］.北京：中国标准出版社，2005.

［3］ 张凤鸣，郑东良，吕振中.航空装备科学维修导论［M］.北京：国防工业出版社，2007.

［4］ 杨英炎，蒋科艺，李本威，等.虚拟维修仿真的研究进展［J］.海军航空工程学院学报，2009，24（4）：413-418.

［5］ 曾毅，尚建忠，曹玉君，等.维修性设计中可视性评价方法研究［J］.工程图学学报，2009（1）：70-74.