艦船維修設計概念與流程分析

張 平 何 杰 王永德 孫光甦 王 濤 陳志敏

1中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064 2海軍裝備部，北京100071

0 引 言

艦船維修活動按級別一般分為艦員級、中繼級和基地級，相對而言，基地級維修比艦員級維修更復雜、環節更多。在艦船基地級維修中，大量的設備需要經歷以下維修過程：修前試驗、拆卸、儲運、清潔保養以及零件修復、裝配、修后試驗等；大量的系統需要經過修前系統試驗、各設備拆卸、管路及電纜檢修、船體結構拆除、儲運、各設備維修、各設備回裝、船體結構恢復以及修后系統試驗等維修過程。

在基地級維修中，艦船裝備什么時間維修、什么時間更換備件、如何維修、維修需要什么工裝件以及對碼頭維修的需求等，均需通過設計工作完成，需要精心設計每個環節的工作程序及要求，并以維修資料的形式固化，以更好地指導艦船的基地級維修工作。針對艦船基地級維修的這個設計過程稱之為艦船維修設計。

艦船維修設計是針對艦船基地級維修開展的一系列設計工作，其設計成果為艦船基地級維修活動提供技術依據。

維修設計的主要任務是編制艦船基地級維修所需的各種維修資料，同時提出基地級維修所需的器材、工裝具、人力等保障要素的需求建議。

1 維修設計與其它設計之間的關系

維修設計是與艦船研制同步進行的一項設計技術活動，以便于開展后續的維修設計總體規劃。本文將逐一分析其與艦船總體設計、綜合保障工作及維修性設計之間的關系。

1.1 維修設計與總體設計的關系

艦船總體設計是針對如何建造艦船開展的設計。艦船總體設計用于實現總體、系統設備的原理和技術狀態特征，決定艦船的固有質量特性，包括快速性、不沉性、探測距離、打擊距離、電磁兼容性、可靠性和維修性等。艦船總體設計經過多年的實踐，已經形成了規范的設計流程和標準規范，其設計體系和監督體系基本完備。

艦船維修設計是針對艦船全壽命周期內艦船裝備如何維修而開展的設計，維修人員依據維修設計產生的維修資料維修艦船裝備，使艦船裝備在壽命周期內保持或恢復到規定的技術狀態。維修設計是指在艦船質量特性固化的情況下，設計出維修所需的保障資源，尤其是基地級維修資料。

艦船維修設計是在總體設計的基礎上，利用總體設計成果（包括總體布置、系統及設備狀態等），針對基地級維修活動所開展的設計。

1.2 維修設計與綜合保障工作的關系

綜合保障工作進行的是產品的可靠性、維修性、保障性、測試性和安全性設計。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，并為維修設計提供基礎輸入［1-3］。維修設計是根據基地級維修需求，研制滿足基地級維修需求的保障資源，編制基地級維修資料。

1.3 維修設計與維修性設計的差異

維修性設計是為了增進艦船裝備維修能力，對總體設計提出一些特性要求的設計。維修性設計對艦船裝備的設計產生影響，決定艦船裝備易于維修的能力。維修性設計輸出對裝備的技術指標要求，如平均維修時間（MTTR）、維修空間指標等。

維修設計是針對艦船裝備的維修活動展開的設計，設計成果可為裝備維修活動提供技術依據。通過維修設計定義裝備維修的規定程序和方法，其設計結果提供的是基地級維修資料等保障資源。

2 國外維修設計現狀

2.1 烏克蘭

烏克蘭“黑海人”中央設計局于上世紀50年代開始艦船維修設計，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驗。其維修資料主要包括5個部分：

1）總體類技術文件，包括重量重心控制規程、艦船修理時穩性和不沉性的保持規程、艦船修理時總縱強度計算、艦船修理時局部強度計算、修理時的船體技術狀態預報等。

2）系統類修理技術規程，主要包括系統的用途和組成、一般技術要求、故障檢驗和拆卸、管路的修理、清洗、油封和拆油封、管子的保護覆層、管路安裝、管路和附件的試驗、一般安全要求等。

3）船體類文件，包括各類船體結構的拆卸與安裝方法說明、船體結構磨損部件的極限允許厚度計算、船體結構圖、基座圖等。

4）系統設備系泊、航行試驗方法。

5）設備修理文件，包括修理技術規程、修理圖冊、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柴油發動機的維修資料中，可以看出德國維修資料的設計工作已經很成熟。MTU20V956 TB92柴油發動機配套的技術資料能支持艦員級維修和基地級維修，該套技術資料包括使用說明書、維修說明書、零件圖冊、修理技術條件、液體和潤滑劑技術規范、公差和磨損極限以及工具清單。該套技術資料能支持W 1～W 6級維修，各等級維修的主要特征是：

1）W 1級維修：艦員級維修，進行日常的運行監控。

2）W 2～W 4級維修：艦員級維修，在發動機不運行時進行周期性的維修工作，不需要對發動機解體，可在發動機運行的間歇期進行。

3）W 5級維修：基地級維修，對部件進行修整，并需對發動機部分解體。

4）W 6級維修：基地級維修，需將發動機完全解體，對所有相關零部件進行檢查和修理。

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。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《基地級核心維修能力確定方法》［5］和頂層手冊DoD 4151.18-H《基地級維修能力和使用方法手冊》［6］指令均體現了裝備維修能力的法定地位。

美國航空運輸協會（ATA）制定了航空資料維修標準ATA2200，該標準要求以電子的形式制作并使用技術文檔，內容包括規范概述、業務及功能要求、資料標準、交互式電子技術手冊、模型和結構、介質、協議和資料包裝。

3 艦船維修設計總體分析

3.1 艦船維修設計目標

通過艦船維修設計，主要實現以下目標：

1）為艦船裝備全壽期的總體技術狀態控制提供依據；

2）為艦船基地級維修提供技術依據；

3）降低全壽期費用。

3.2 艦船維修設計的階段劃分

艦船總體設計一般包括論證、方案設計、技術設計、施工設計、系泊與航行試驗等階段［7-8］。艦船維修設計也需要進行階段劃分，并應與艦船總體設計同步進行，一般劃分為論證、方案設計和詳細設計3個階段。如圖1所示，首先在總體論證階段啟動與維修設計相關的論證和關鍵技術攻關，在總體技術設計階段中同步完成維修方案設計，在總體施工設計期間開展維修詳細設計工作，在交船后的1～2年內或保修期結束前完成維修設計的評審驗收。

艦船服役后，在計劃修理階段開展修理設計，即針對某次具體的塢修、小修、中修開展相應的設計工作。

圖1 維修設計節點關系圖Fig.1 Phases ofmaintenance design

3.3 艦船維修設計流程

艦船維修設計是一項系統工程，應以軍方的需求為指導，進行維修設計論證，通過開展關鍵技術研究，借鑒國內外經驗，參考相關標準規范，在總體設計中結合維修分析工作，開展維修方案設計及維修詳細設計，逐步形成維修設計體系。其流程如圖2所示。

圖2 維修設計流程Fig.2 Flow chartofmaintenance design

3.4 維修資料輸出

為有效指導基地級維修工作，必須對基地級維修資料進行規劃，為此，應對基地級維修過程進行剖析。如圖3所示，基地級維修過程共分為4個步驟：

步驟1：維修開始，首先掌握總體、系統、設備的技術狀態。

步驟2：掌握裝備周邊的環境信息，包括其它裝備信息、管系信息和電氣信息等，進行維修準備。

步驟3：進行裝備維修，工作內容包括維護保養、換件維修和零部件修復維修3種。

步驟4：檢驗修后裝備的技術狀態，判斷是否滿足總體、系統、設備的技術狀態要求。

圖3 基地級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包括總體類文件、系統類文件、設備類文件、船體類文件、試驗類文件和修理標準，如表1所示。

表1 艦船維修設計主要圖樣和技術文件Tab.1 M ain d raw ings and technical docum en tson w arship m ain tenance design

4 維修方案設計階段的工作內容

該階段主要進行頂層設計、維修分析和維修方案圖紙設計，為轉入詳細設計階段做準備。

4.1 頂層設計

頂層設計內容包括實施方案的制定和頂層文件的編制。實施方案的內容包括工作目標、工作思路、工作項目及任務分解。頂層文件主要是規范、統一維修設計內容，其目錄如表2所示。

表2 方案設計階段頂層文件清單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的基礎，在維修設計中，艦船總體單位在維修方案設計階段制定維修分析指南，對維修分析的主要內容及方法規劃如表3所示。

表3 維修分析主要內容Tab.3 M ain contents ofm aintenance analysis

4.3 圖紙設計

方案設計階段的圖紙文件是詳細設計階段編制技術資料的依據。圖紙設計內容包括全艦設備表、總布置圖、系統備件清單和系統原理圖等。

5 維修詳細設計階段工作內容

依據第3.4小節的基地級維修資料規劃需求、第4.1小節的頂層文件編制要求和第4.2小節的維修分析結果，參照國內外維修技術資料編制要求及方法［9］，如 GJB 5572-2006《機載設備維修手冊編制要求》［10］、MIL-M-15071H［11］和 MTU20V956TB92柴油發動機的維修資料等，結合艦船維修特點，在維修詳細設計階段編制全部維修技術資料，其主要維修資料的內容規劃如表4所示。

表4 詳細設計主要編制內容Tab.4 M ain con tents com piled in detailed design

6 維修設計管理

艦船總體設計過程控制已形成一套成熟的方法、慣例，而維修設計作為與艦船總體設計同步開展的一項新舉措，還沒有成熟的經驗可借鑒，在這項總體、系統和設備單位共同參與的系統工程活動中，其設計管理就顯得尤為重要，具體措施如下：

1）建立組織機構

在艦船總體設計初期，同步建立維修設計師系統，制定維修設計管理規定，將維修設計工作落實到單位和設計人員中。

2）控制維修資料項目及內容

在維修設計立項論證中初步確定維修資料的范圍和主要內容要求，在維修方案設計中制定詳細的維修技術資料圖紙目錄，加強對設備維修分析過程的監督和把關，嚴格執行編制、校對及審核設計控制程序。

3）評審設計文件

如前所述，維修設計分為論證、方案設計、詳細設計3個階段。而方案設計和詳細設計均應開展設計評審，嚴格控制設計質量。評審的主要內容包括：維修設計頂層文件、維修分析報告、維修技術文件目錄和維修技術文件。

7 結 論

根據以上對艦船維修設計總體的規劃，得出以下結論：

1）同步設計，劃分階段

艦船維修設計應與總體設計同步開展，在艦船研制的論證過程中開展維修設計立項論證、方案設計至交船后1～2年進行維修技術資料的編制。建議將維修設計分為論證、方案及詳細設計3個階段，每個階段相互銜接，逐步提高，從而保證維修設計任務的完成。

2）頂層策劃，統一要求

艦船維修設計是總體、系統及設備單位共同參與的設計活動，是龐大的系統工程。因此，需要充分調研基地級維修需求，加強頂層策劃，將維修設計工作層層分解，制定統一的設計要求，編制統一的頂層文件，以使維修設計工作有條不紊地展開。

3）加強管理，控制質量

維修設計是一項全新的設計工作，在設計過程中需要加強管理，建立專門的組織機構及維修設計師系統，強化維修設計的過程監督和評審，控制和提高維修技術資料的編制質量。

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［10］中國人民解放軍駐沈陽飛機工業（集團）有限公司軍事代表室.GJB5572-2006 機載設備維修手冊編制要求［S］.北京：總裝備部軍標出版發行部，2006.

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