舰船维修设计概念与流程分析

张 平 何 杰 王永德 孙光甦 王 涛 陈志敏

1中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064 2海军装备部，北京100071

0 引 言

舰船维修活动按级别一般分为舰员级、中继级和基地级，相对而言，基地级维修比舰员级维修更复杂、环节更多。在舰船基地级维修中，大量的设备需要经历以下维修过程：修前试验、拆卸、储运、清洁保养以及零件修复、装配、修后试验等；大量的系统需要经过修前系统试验、各设备拆卸、管路及电缆检修、船体结构拆除、储运、各设备维修、各设备回装、船体结构恢复以及修后系统试验等维修过程。

在基地级维修中，舰船装备什么时间维修、什么时间更换备件、如何维修、维修需要什么工装件以及对码头维修的需求等，均需通过设计工作完成，需要精心设计每个环节的工作程序及要求，并以维修资料的形式固化，以更好地指导舰船的基地级维修工作。针对舰船基地级维修的这个设计过程称之为舰船维修设计。

舰船维修设计是针对舰船基地级维修开展的一系列设计工作，其设计成果为舰船基地级维修活动提供技术依据。

维修设计的主要任务是编制舰船基地级维修所需的各种维修资料，同时提出基地级维修所需的器材、工装具、人力等保障要素的需求建议。

1 维修设计与其它设计之间的关系

维修设计是与舰船研制同步进行的一项设计技术活动，以便于开展后续的维修设计总体规划。本文将逐一分析其与舰船总体设计、综合保障工作及维修性设计之间的关系。

1.1 维修设计与总体设计的关系

舰船总体设计是针对如何建造舰船开展的设计。舰船总体设计用于实现总体、系统设备的原理和技术状态特征，决定舰船的固有质量特性，包括快速性、不沉性、探测距离、打击距离、电磁兼容性、可靠性和维修性等。舰船总体设计经过多年的实践，已经形成了规范的设计流程和标准规范，其设计体系和监督体系基本完备。

舰船维修设计是针对舰船全寿命周期内舰船装备如何维修而开展的设计，维修人员依据维修设计产生的维修资料维修舰船装备，使舰船装备在寿命周期内保持或恢复到规定的技术状态。维修设计是指在舰船质量特性固化的情况下，设计出维修所需的保障资源，尤其是基地级维修资料。

舰船维修设计是在总体设计的基础上，利用总体设计成果（包括总体布置、系统及设备状态等），针对基地级维修活动所开展的设计。

1.2 维修设计与综合保障工作的关系

综合保障工作进行的是产品的可靠性、维修性、保障性、测试性和安全性设计。综合保障工作用于解决装备的高可靠、易维修、易检修、好保障等固有特性，并为维修设计提供基础输入［1-3］。维修设计是根据基地级维修需求，研制满足基地级维修需求的保障资源，编制基地级维修资料。

1.3 维修设计与维修性设计的差异

维修性设计是为了增进舰船装备维修能力，对总体设计提出一些特性要求的设计。维修性设计对舰船装备的设计产生影响，决定舰船装备易于维修的能力。维修性设计输出对装备的技术指标要求，如平均维修时间（MTTR）、维修空间指标等。

维修设计是针对舰船装备的维修活动展开的设计，设计成果可为装备维修活动提供技术依据。通过维修设计定义装备维修的规定程序和方法，其设计结果提供的是基地级维修资料等保障资源。

2 国外维修设计现状

2.1 乌克兰

乌克兰“黑海人”中央设计局于上世纪50年代开始舰船维修设计，完成了大量的舰船修理和改装工程，积累了丰富的舰船修理和改装经验。其维修资料主要包括5个部分：

1）总体类技术文件，包括重量重心控制规程、舰船修理时稳性和不沉性的保持规程、舰船修理时总纵强度计算、舰船修理时局部强度计算、修理时的船体技术状态预报等。

2）系统类修理技术规程，主要包括系统的用途和组成、一般技术要求、故障检验和拆卸、管路的修理、清洗、油封和拆油封、管子的保护覆层、管路安装、管路和附件的试验、一般安全要求等。

3）船体类文件，包括各类船体结构的拆卸与安装方法说明、船体结构磨损部件的极限允许厚度计算、船体结构图、基座图等。

4）系统设备系泊、航行试验方法。

5）设备修理文件，包括修理技术规程、修理图册、修理文件清单、修理备件消耗定额、修理材料消耗定额、修理证书、装置电气原理图和连接图。

2.2德 国

从MTU20V956 TB92柴油发动机的维修资料中，可以看出德国维修资料的设计工作已经很成熟。MTU20V956 TB92柴油发动机配套的技术资料能支持舰员级维修和基地级维修，该套技术资料包括使用说明书、维修说明书、零件图册、修理技术条件、液体和润滑剂技术规范、公差和磨损极限以及工具清单。该套技术资料能支持W 1～W 6级维修，各等级维修的主要特征是：

1）W 1级维修：舰员级维修，进行日常的运行监控。

2）W 2～W 4级维修：舰员级维修，在发动机不运行时进行周期性的维修工作，不需要对发动机解体，可在发动机运行的间歇期进行。

3）W 5级维修：基地级维修，对部件进行修整，并需对发动机部分解体。

4）W 6级维修：基地级维修，需将发动机完全解体，对所有相关零部件进行检查和修理。

2.3美 国

美军装备维修能力的确定和使用都受到美国法律的保护。美国防部顶层维修保障条例DoDD 4151.18《军事装备维修》［4］、最高条例DoD 4151.20《基地级核心维修能力确定方法》［5］和顶层手册DoD 4151.18-H《基地级维修能力和使用方法手册》［6］指令均体现了装备维修能力的法定地位。

美国航空运输协会（ATA）制定了航空资料维修标准ATA2200，该标准要求以电子的形式制作并使用技术文档，内容包括规范概述、业务及功能要求、资料标准、交互式电子技术手册、模型和结构、介质、协议和资料包装。

3 舰船维修设计总体分析

3.1 舰船维修设计目标

通过舰船维修设计，主要实现以下目标：

1）为舰船装备全寿期的总体技术状态控制提供依据；

2）为舰船基地级维修提供技术依据；

3）降低全寿期费用。

3.2 舰船维修设计的阶段划分

舰船总体设计一般包括论证、方案设计、技术设计、施工设计、系泊与航行试验等阶段［7-8］。舰船维修设计也需要进行阶段划分，并应与舰船总体设计同步进行，一般划分为论证、方案设计和详细设计3个阶段。如图1所示，首先在总体论证阶段启动与维修设计相关的论证和关键技术攻关，在总体技术设计阶段中同步完成维修方案设计，在总体施工设计期间开展维修详细设计工作，在交船后的1～2年内或保修期结束前完成维修设计的评审验收。

舰船服役后，在计划修理阶段开展修理设计，即针对某次具体的坞修、小修、中修开展相应的设计工作。

图1 维修设计节点关系图Fig.1 Phases ofmaintenance design

3.3 舰船维修设计流程

舰船维修设计是一项系统工程，应以军方的需求为指导，进行维修设计论证，通过开展关键技术研究，借鉴国内外经验，参考相关标准规范，在总体设计中结合维修分析工作，开展维修方案设计及维修详细设计，逐步形成维修设计体系。其流程如图2所示。

图2 维修设计流程Fig.2 Flow chartofmaintenance design

3.4 维修资料输出

为有效指导基地级维修工作，必须对基地级维修资料进行规划，为此，应对基地级维修过程进行剖析。如图3所示，基地级维修过程共分为4个步骤：

步骤1：维修开始，首先掌握总体、系统、设备的技术状态。

步骤2：掌握装备周边的环境信息，包括其它装备信息、管系信息和电气信息等，进行维修准备。

步骤3：进行装备维修，工作内容包括维护保养、换件维修和零部件修复维修3种。

步骤4：检验修后装备的技术状态，判断是否满足总体、系统、设备的技术状态要求。

图3 基地级维修模式的维修流程图Fig.3 Maintenance flow chartof depotmaintenance pattern

为满足上述维修流程需要，舰船维修图纸文件类型应包括总体类文件、系统类文件、设备类文件、船体类文件、试验类文件和修理标准，如表1所示。

表1 舰船维修设计主要图样和技术文件Tab.1 M ain d raw ings and technical docum en tson w arship m ain tenance design

4 维修方案设计阶段的工作内容

该阶段主要进行顶层设计、维修分析和维修方案图纸设计，为转入详细设计阶段做准备。

4.1 顶层设计

顶层设计内容包括实施方案的制定和顶层文件的编制。实施方案的内容包括工作目标、工作思路、工作项目及任务分解。顶层文件主要是规范、统一维修设计内容，其目录如表2所示。

表2 方案设计阶段顶层文件清单Tab.2 List of top-level files for concept design

4.2 维修分析

维修分析工作是编制维修手册的基础，在维修设计中，舰船总体单位在维修方案设计阶段制定维修分析指南，对维修分析的主要内容及方法规划如表3所示。

表3 维修分析主要内容Tab.3 M ain contents ofm aintenance analysis

4.3 图纸设计

方案设计阶段的图纸文件是详细设计阶段编制技术资料的依据。图纸设计内容包括全舰设备表、总布置图、系统备件清单和系统原理图等。

5 维修详细设计阶段工作内容

依据第3.4小节的基地级维修资料规划需求、第4.1小节的顶层文件编制要求和第4.2小节的维修分析结果，参照国内外维修技术资料编制要求及方法［9］，如 GJB 5572-2006《机载设备维修手册编制要求》［10］、MIL-M-15071H［11］和 MTU20V956TB92柴油发动机的维修资料等，结合舰船维修特点，在维修详细设计阶段编制全部维修技术资料，其主要维修资料的内容规划如表4所示。

表4 详细设计主要编制内容Tab.4 M ain con tents com piled in detailed design

6 维修设计管理

舰船总体设计过程控制已形成一套成熟的方法、惯例，而维修设计作为与舰船总体设计同步开展的一项新举措，还没有成熟的经验可借鉴，在这项总体、系统和设备单位共同参与的系统工程活动中，其设计管理就显得尤为重要，具体措施如下：

1）建立组织机构

在舰船总体设计初期，同步建立维修设计师系统，制定维修设计管理规定，将维修设计工作落实到单位和设计人员中。

2）控制维修资料项目及内容

在维修设计立项论证中初步确定维修资料的范围和主要内容要求，在维修方案设计中制定详细的维修技术资料图纸目录，加强对设备维修分析过程的监督和把关，严格执行编制、校对及审核设计控制程序。

3）评审设计文件

如前所述，维修设计分为论证、方案设计、详细设计3个阶段。而方案设计和详细设计均应开展设计评审，严格控制设计质量。评审的主要内容包括：维修设计顶层文件、维修分析报告、维修技术文件目录和维修技术文件。

7 结 论

根据以上对舰船维修设计总体的规划，得出以下结论：

1）同步设计，划分阶段

舰船维修设计应与总体设计同步开展，在舰船研制的论证过程中开展维修设计立项论证、方案设计至交船后1～2年进行维修技术资料的编制。建议将维修设计分为论证、方案及详细设计3个阶段，每个阶段相互衔接，逐步提高，从而保证维修设计任务的完成。

2）顶层策划，统一要求

舰船维修设计是总体、系统及设备单位共同参与的设计活动，是庞大的系统工程。因此，需要充分调研基地级维修需求，加强顶层策划，将维修设计工作层层分解，制定统一的设计要求，编制统一的顶层文件，以使维修设计工作有条不紊地展开。

3）加强管理，控制质量

维修设计是一项全新的设计工作，在设计过程中需要加强管理，建立专门的组织机构及维修设计师系统，强化维修设计的过程监督和评审，控制和提高维修技术资料的编制质量。

［1］宋太亮.舰船装备保障性工程研究［J］.中国舰船研究，2006，1（1）：9-12.

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［2］宋太亮，任欣欣.舰船保障性工程概述［J］.中国修船，2003（4）：34-36.

SONG T L，REN X X.Naval vessel supportability engineering［J］.China Ship-repair，2003（4）：34-36.

［3］吴念，张金隆.舰船保障性设计研究［J］.船舶工程，2006，28（3）：46-49.

WU N，ZHANG JL.Study on the supportability design of naval vessels［J］.Ship Engineering，2006，28（3）：46-49.

［4］Maintenance of military materiel［S］.DoD Directive 4151.18.Washington DC：United States of Defense，2004.

［5］KENNETH J K.Depotmaintenance core capabilities determination process［S］.DoD Instruction 4151.20.Washington DC：United Statesof Defense，2007.

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［7］朱英富.水面舰船设计新技术［M］.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2004.

［8］袁玉道，朱石坚.完善维修体制 提高舰船维修水平［J］.中国修船，2005（4）：39-42.

YUAN R D，ZHU S J.Perfect maintenance system，improve marine vessel maintenance ability［J］.China Ship-repair，2005（4）：39-42.

［9］中国人民解放军驻320厂军事代表室，等.GJB 5359-2005飞机结构修理手册编制要求［S］.北京：总装备部军标出版发行部，2005.

［10］中国人民解放军驻沈阳飞机工业（集团）有限公司军事代表室.GJB5572-2006 机载设备维修手册编制要求［S］.北京：总装备部军标出版发行部，2006.

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