船舶維修性設計綜述

摘 要：船舶維修性是船舶的固有屬性，與可靠性、經(jīng)濟性一樣都是影響船舶運營期內(nèi)整體效益的重要因素。通過介紹船東重視維修性的原因，分析船舶維修性設計的定性和定量要求，指出了船舶維修性的重要性和在船舶設計中滿足維修性的方法。結(jié)合目前船舶維修性設計的現(xiàn)狀，探討了船舶維修性設計的提升措施。

關(guān)鍵詞：船舶；經(jīng)濟性；維修性設計

中圖分類號：U672.7 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2013）03-0330-02

引言

良好的維修性是船舶海上安全航行的重要保證。船舶航行于海洋上，遠離陸地，其可靠性及可維修性對保證船舶及人員的安全是至關(guān)重要的。特別是在復雜的航行或者惡劣氣候條件下，船舶任何機械、設備的損壞都會招致嚴重的后果，并且往往難于獲得外界援助，船上的技術(shù)力量與現(xiàn)有資源的條件限制要求船舶及船用設備具有良好的維修性，這樣才能夠及時排除船舶及設備出現(xiàn)的故障，使船舶和船上人員免于發(fā)生危險。

船舶維修性直接影響到航運企業(yè)的經(jīng)濟效益。如果維修保障費用龐大或者停航維修時間過長，會影響到船舶營運的經(jīng)營成本，影響經(jīng)濟效益。船舶維修性是船舶可靠性的必要補充。隨著系統(tǒng)復雜性的增加，人們承認無論怎樣改善設備的可靠性，總不能完全消除維修工作。操作和保障費用的顯著增加也是人們關(guān)注維修性研究的原因。在實際應用和操作中，可靠性和維修性兩者相互結(jié)合，互為補充，才能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的船舶設備性能提高。

一、船舶維修性設計的要求

船舶維修性設計是船舶設計工作中的一個重要組成部分[1]，它要求在船舶產(chǎn)品或系統(tǒng)的初始設計階段將可維修性作為設計的一個目標，使產(chǎn)品或系統(tǒng)具有下列設計特征：（1）用最少的人員，在最少的時間內(nèi)完成各項維修工作；（2）對測試設備和工具的種類及數(shù)量要求最少，對維修設施要求最低；（3）零部件的消耗最少；（4）對維修人員培訓的工作量最少。產(chǎn)品具有上述設計特征，可稱其具有較好的可維修性，從而可提高產(chǎn)品的整體使用性能[2]。

船舶是由各種各樣的機器設備組成的一個綜合的大系統(tǒng)，而各設備又是一獨立的子系統(tǒng)，如主機、發(fā)電機、鍋爐等。船舶的可維修性是各種船用設備可維修性的綜合反映，各主要設備的可維修性直接影響船舶的整體維修性。這就要求在船舶設計時，對船舶的可維修性進行綜合考慮，從維修性的角度優(yōu)化選擇和布置所用的各種設備，使其滿足維修性的定性和定量要求，消除潛在的維修性影響因素，并保證船舶在營運中一旦發(fā)生故障，能盡快地恢復其使用功能[3]。

1.船舶維修性設計的定性要求。船舶維修性的定性要求是在維修性通用要求的基礎上，結(jié)合船舶系統(tǒng)或設備的特點制定的。船舶維修性的一般定性要求，主要有：簡化設計；維修可達性；標準化、模塊化；檢測診斷迅速準確；防差錯措施；維修安全性；貴重部件可修復性；符合維修人機工程。

2.船舶維修性設計的定量要求。對于船舶設備的維修性來說，僅有定性要求是不夠的，還必須將其定量化，以便進行維修性的計算、驗證、評估，并能與其他質(zhì)量特性進行權(quán)衡。描述維修性的量稱為維修性參數(shù)，而對維修性參數(shù)要求的量值稱為維修性指標。

定量要求是在遵照定性要求對船舶系統(tǒng)或設備進行維修性具體設計后，最終所得到的衡量維修性的具體結(jié)果指標，是對整個系統(tǒng)維修性的真正衡量。船東和船廠之間關(guān)于維修性的協(xié)定，最終只能通過維修性定量要求來達成一致。為保證船舶在海上運行的安全，其不能在海上長時間停機；船舶到港后，進行裝卸貨時間及停泊時間通常都較緊，故為保證船舶的營運時間，通常都會對平均修復時間（MTTR）提出要求。

二、船舶維修性設計目前存在的問題

在船舶領域，船舶設計部門十分重視可靠性的保證，在船舶設備產(chǎn)品驗收中可靠性指標也是必須考慮的指標之一。但可維修性卻沒有得到相應的重視，現(xiàn)階段還存在著如下幾方面的主要問題：

1.目前的船舶維修性設計還處在初級階段，主要是憑借維修性的現(xiàn)有理論和技術(shù)，在已知裝備結(jié)構(gòu)、裝配、可靠性數(shù)據(jù)、維修資源等信息的基礎上，設計人員估算和評價設備維修性的一系列特征量。

2.船舶設計分三個階段：基本設計、詳細設計、生產(chǎn)設計。基本設計階段未明確維修性要求和詳細考慮各設備和系統(tǒng)的維修性，生產(chǎn)設計階段不考慮維修性。只在詳細設計的設備布置時，將維修性作為設計滿足的目標要求之一。

3.船舶維修性設計在具體設計實施過程時，并沒有根據(jù)船舶系統(tǒng)和設備自身的使用特點和維修環(huán)境，形成完善、有效的維修性設計體系。維修性定性的要求應轉(zhuǎn)化為設計準則，定量的要求應明確選用的參數(shù)和確定指標。

4.船廠維修性設計人員自身并沒有豐富的實際設備維修經(jīng)驗，設計中主要關(guān)注維修時干涉和設備自身是否可以操作，未進行整個維修過程中的步驟優(yōu)化、維修時間、維修舒適度等方面的考慮。

5.設計階段對維修性驗證缺乏有實際操作性的措施，不能在設計階段對維修問題進行改善。由于維修性和可靠性相比，其指標、要求都更加煩瑣、分散，因此在驗收考核時柔性更大、尺度難以把握[6]。

三、提高船舶維修性設計的措施

船舶的可維修性設計已成為整個船舶設計階段不可缺少的部分。船舶設計過程中如何進行維修性設計，及使其與船舶總體系統(tǒng)設計很好地結(jié)合已成為船舶設計中的重要方面。

1.船舶維修性設計的輸入信息。只有給船舶維修性設計輸入正確的信息，才能通過船舶的維修性設計來達到船舶較好的維修性結(jié)果。船舶維修性設計的輸入信息，主要包括客戶意識、客戶的維修性需求、維修數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的信息。

船舶的維修活動主要發(fā)生在船舶交付后的運營中，船東是維修性的真正踐行者。在設計和建造階段對維修性考慮的出發(fā)點，都是立足船東將來對船舶的方便、經(jīng)濟、安全的維修。故而，船廠設計人員樹立真正的客戶意識，是作好維修性設計的起點。

針對具體的船舶，在進行維修性設計之前，要與船東充分溝通，了解其對維修性的需求。船東依據(jù)其在以往船舶使用實際中的經(jīng)驗，及考慮船舶整個生命周期內(nèi)的各種維修情況，向船廠設計人員提出其的整體維修性要求信息。

2.船舶維修性的并行設計。維修性是由設計賦予的產(chǎn)品維修簡便、迅速、經(jīng)濟的固有屬性，維修性設計在產(chǎn)品設計中占有重要地位。并行設計要求設計初期同時考慮產(chǎn)品壽命周期中的各種因素，維修性作為壽命周期中的重要因素當然是并行設計重點考慮的，因此并行維修性設計是維修性設計發(fā)展的必然趨勢[7]。可維修性設計是產(chǎn)品或系統(tǒng)設計工作中的一個重要組成部分，它要求在產(chǎn)品或系統(tǒng)的初始階段將可維修性作為設計的一個目標。

在船舶設計的初始階段，將各種專門特性（經(jīng)濟性、可靠性、維修性、保障性等）一并考慮，可避免針對各性能的設計工作各自獨立進行，造成的工作內(nèi)容重復進行或是顧此失彼。使維修性設計的信息流在整個設計過程中真正變成了輸入信息，而不是反饋信息。

3.船舶維修性的詳細設計。詳細設計階段，在先期設計已明確對船舶各項維修性的的基礎上，對船舶整個生命周期內(nèi)如何提供維修保障以保證其正常工作給以明確的說明和落實。編制維修性設計指導書，明確對各設備的定性、定量維修性要求，并針對維修性要求和設備的維修性特點，制定可維修性設計準則。

針對各設備的定性和定量維修性要求，依照維修性設計準則，提出詳細的維修性設計方案。在進行維修性方案設計時，要將維修性與可靠性、安全性等其他質(zhì)量屬性一并進行綜合權(quán)衡。各設備在船上安裝后，其維修時的操作空間受周圍其他設備的限制和影響。從設備拆卸后到運至維修處，其所走的路線和經(jīng)歷的通道約束條件，必須系統(tǒng)地進行各種優(yōu)化。在詳細設計階段對為滿足不同性能而產(chǎn)生的設計沖突部分進行全面考慮、綜合衡量，能較好地解決矛盾，減少后期設計變更的損失。

4.船舶維修性的設計驗證。隨著計算機技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展，對船舶維修性指標進行可視化分析與驗證成為可能。因此可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及計算機軟、硬件平臺，在基于計算機輔助設計生成的三維實體模型上進行各種維修活動的模擬，對產(chǎn)品維修性設計中的一些定性定量特征（如可達性、可視化、作業(yè)姿態(tài)、維修時間等）進行分析與評價，并為船舶的維修性設計及時提供信息反饋[8]。但船舶設備眾多，且有些設備的內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)船廠設計掌握信息有限，不能進行完整的驗證建模。通過將各船用設備的部分維修性要求，向船用的設備廠家提出，由其進行維修性設計。船廠維修性設計只進行設備安裝在船上后，所要求的維修條件是否滿足的驗證即可。

在生產(chǎn)過程開始之后，對維修性設計進行修改和驗證比較困難，也會帶來成本的增加。在船舶設計階段對設備可維修性進行驗證，將會避免重大的維修性問題發(fā)生。

結(jié)束語

在航運市場萎縮和運營成本上升的雙重擠壓下，船東一直在謀求提高船舶的運營經(jīng)濟性、安全性，而船舶的維修性對其影響顯著，所以越來越受到關(guān)注。而要提高船舶的維修性，就需要在船舶設計時，在分析船舶維修性定性和定量要求的具體內(nèi)容及特點的基礎上，將維修性與其他性能（經(jīng)濟性、可靠性、維修性、保障性等）一并考慮，作為一個明確的設計目標。并在各設計階段，對各項維修性目標，給以明確落實和利用可視化技術(shù)進行驗證。盡管目前船舶維修性設計仍處于較低水平，但隨著其從理論向?qū)嶋H轉(zhuǎn)化的逐漸完善，將凸顯實際應用價值，增加船舶的整體性能。

參考文獻：

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[7] 高明君，郝建平，于永利.基于約束的維修性系統(tǒng)設計研究[J].計算機工程，2004，（12）：165-167.

[8] 彭飛，朱曉軍，朱志潔.虛擬環(huán)境下的艦船維修性設計方法探討[J].中國修船，2008，（10）：35-41.[責任編輯 魏 杰]