油料装备可靠性设计分析

文/袁家安 万书海 张德印

油料装备是现代战争后勤保障的重要物质基础，是实施油料储存、送输、加注、检测、维修的专用设备和工具，是实施油料保障的重要手段，是后勤保障能力的重要组成部分[1]。安全、可靠的油料装备系统是后勤部队执行油料补给任务的重要保证。

随着军用油料装备复杂程度和技术含量的增加，可靠性（Reliability）已成为与装备功能、性能、效能同等重要的基本特性。现代战争的作战空间广阔、作战进程快速、作战方法多样，对油料保障装备的可靠性提出了更高、更严的要求[2]。同时，可靠性对军用油料装备的使用性能、作战适应性和寿命周期费用有着越来越重要的影响，已成为油料装备设计与研制过程中的重要组成部分。

1.油料装备的可靠性

油料装备的可靠性是指装备在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。在不同的条件下，可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是装备在设计、制造中赋予的，是装备的一种固有特性，它与装备的材料、设计与制造工艺及检验精度有关。固有可靠性又分为基本可靠性和任务可靠性，基本可靠性是指在规定的条件下、规定的时间内，无故障工作的能力，它反映装备对维修资源的要求，其指标一般用评价故障间隔时间表示；任务可靠性是指装备在规定的任务剖面内完成规定功能的能力，它反映装备完成规定任务的能力，在任务期间内装备是不可维修的，其指标一般用可靠度来表示。使用可靠性是装备在实际使用过程中表现出的一种性能保持能力的特性，它除了考虑固有可靠性的影响因素外，还考虑装备的安装、操作使用和维修保障等方面因素的影响，用于描述装备在计划的任务环境中使用的可靠性水平。装备在整个寿命周期内，对可靠性起影响的因素如表1所示[3]。可见，对可靠性影响最大的是油料装备的设计技术。

表1 装备寿命周期内影响可靠性的因素及其影响程度

图1 装备故障率浴盆曲线

油料装备可靠性分析就是研究装备由正常状态运转到故障状态过程中，故障随着时间变化的一些特性和手段，包括故障发生的条件、规律，防止、消除和控制故障发生的技术与管理措施。油料装备故障是指装备不能完成预定功能任务的事件或状态，可分为关联故障和非关联故障两类。关联故障是指完全或部分与产品自身缺陷有关的故障，包括设计缺陷、制造、装配、调试缺陷等造成的故障；非关联故障主要是指未按规定的条件使用而引起的故障。油料装备的故障分布符合如图1所示的“浴盆曲线”规律[4]。

从图1中可见，油料装备在使用初期，由于设计、制造缺陷和使用环境不适应，故障率一般很高，经过一段磨合时间后，故障率逐步降低，并趋于平稳。偶然故障期是装备的稳定工作时期，决定了装备的使用寿命。随着机械磨损以及零部件的老化，装备进入磨损故障期，随着时间推移，故障率将不断增加，使用经济性变差。所以，要提高油料装备的利用效率，就要利用好装备的偶然故障期。

2.提高油料装备可靠性的设计策略

随着科学技术的发展，油料装备逐步向标准化、单元化和集成化方向发展，对其可靠性的设计要求也越来越高[5]。为提高油料装备的可靠性，在设计阶段需采用如下策略。

（1）控制重要、关键部件的可靠性对于军用油料装备中的发动机、泵、取力器、油罐、管路、阀门、加油枪等重要部件，在研制和选用过程中要进行性能和可靠性试验。对于一些关键技术，在研制型号前要开展预先研究、专题科研等方法，控制减少型号研制的技术风险，以此来提高关键部件和系统的可靠性。

（2）采取多轮样机研制方式，控制和提高油料装备的可靠性与其他机械装备一样[3]，军用油料装备的研制需经过原理样机、方案样机和正式样机试制三个阶段，在研制的第一、第二阶段，需要对样机进行原理、性能和可靠性试验，在第三阶段进行样机性能和可靠性考核试验。通过这三个阶段的研制与试验，充分暴露样机的可靠性问题，不断地改进设计，提高装备的固有可靠性。

（3）简化设计，优选成熟、稳定的技术设计，减少装备的复杂性，提高其基本可靠性。尽量选用可靠的零部件，简化系统结构，减少零部件数目。另外，尽量采用简单、成熟的技术，提高系统可靠性。

（4）降额设计。通过提高元器件和零部件的强度，降低其承受应力，即降额，来提高装备的可靠性。比如：在设计中，对系统的重要结构件选用强度高、工艺性好的材料；选用功率大的发动机、散热器等，使系统（发动机、泵、油罐、管线、阀等）在低于其额定载荷（功率）的条件下工作。

（5）环境适应性设计选择能克服或抵消环境影响的设计方案和材料，把环境的影响力控制在可接受的极限范围内。采集环境适应性技术，比如海军油料装备具有防海水侵蚀的技术，通用油料装备具有高低温适应技术、电磁兼容性技术等，使油料装备能克服恶劣环境带来的影响，尽量减少非正常损坏。

（6）冗余设计具有重要功能，应采用多于一种的技术途径来完成任务，以提高油料装备的任务可靠性和安全性，尤其对装备系统的薄弱环节，要采取冗余设计。比如：在长距离管线输油中，中间泵站的开设应有冗余，以保证输油的安全性和可靠性。

3.结论

随着军用油料装备复杂程度和技术含量的增加，要满足未来作战后勤供油保障，系统的可靠性显得越来越重要。从装备可靠性的影响因素中得出，油料装备的设计技术是影响其可靠性的主要因素。从油料装备故障分布的“浴盆曲线”规律认识到，装备的偶然故障期是其最稳定的工作时期。通过控制重要、关键部件的可靠性，采取多轮样机研制方式，降额设计、环境适应性设计、冗余设计、简化设计、优选成熟、稳定技术，可以有效提高油料装备的可靠性。

[1]刘振志.军用油料装备[M].北京：解放军出版社，2002.

[2]李学康，任艮全.加强装备可靠性建设的思考[J].国防大学学报（军事装备研究），2005，10:93～94.

[3]杨为民.可靠性、维修性、保障性总论[M].北京：国防工业出版社，1995.

[4]韩军，张德恩，杨宏等.军用工程机械原理与技术[M].北京：国防工业出版社，2011.

[5]周庆忠.油料装备可靠性设计系统研究[J].解放军后勤工程学院学报，2011，3:9～13.