舰船设备系统的可靠性研究

2021-03-31王征唐文俊贾磊

广船科技 2021年2期

王征唐文俊贾磊

（海装驻广州地区军事代表局）

0 前言

为提高舰船交付后的安全性和可维修性随着我国舰船大型化、多样化的发展，遂行任务更加复杂，舰船自动化水平随之提升，配置设备的技术难度越来越大。在首制船建造时采用了更多的新研制设备和系统，随之带来了更多的故障隐患，从如何提高首制船设备系统的可靠性成为当前我国舰船设计建造的最迫切要求，也是最终实现整船安全性、可靠性、维修性、保障性、测试性、环境适应性和扩展性的必然要求。以下是根据一起典型故障问题处理探讨如何推进舰船首制船设备系统的可靠性。

1 某船全船失电引起异常擦碰问题

根据“墨菲定律”，即有可能发生的事情就会发生，隐藏的故障风险将会在不可判断的时间爆发，一旦爆发将会造成不可估量的损失。

某船在一次进港过程中，由于工况需要侧推，当时1号、2号和5号发电机并网在线，3号、4号、6号发电机备用。当侧推启动时，1号发电机组内部短路故障报警停机，几乎同时2号发电机组也出现内部短路故障停机，其后极短时间内5号发电机组外部短路故障，出现短延时停机，此时在网的3台发电机组停机，造成全船失电，舵机和主机油泵失电，导致某船失去动力和舵效，最终造成船体擦碰事故。该船电网的可靠性受到质疑。

2 本船电力系统失电故障排查

为保证全船电网的安全和环保节能，本船电力系统设计时根据实际使用工况配备发电机联网台数，并采取分区供电模式。在分区供电模式下前、后电站至少均有2台发电机组在网，当单台发电机或者单个电站发生故障时，最多会造成部分重要设备临时失电（备用电源5秒内自动切换后需要人工重新起动相关设备）和非重要设备自动脱扣断电，但不影响全船动力系统等重要设备的使用，理论上该船的电网系统框架可以保证船舶的供电安全。

通过进一步对设备系统的功能排查，发现隐患如下：

（1）电网系统设计时虽然考虑了正常使用时的过载卸载功能，但忽视了某些异常环境下（如侧推装置被异物卡死等），部分大功率设备的起动电流会超过电站设计时的安全保护值，触发设备误报警乃至误动作的风险，没有采取有效手段进行负载切断，导致故障扩大，直至造成全网失电。只有设计更加深入的考虑，才能确保设备系统的可靠性。

（2）船上虽然配备了6台主发电机组，但电站设计时存在隐患。隐患是在网的最后一台发电机因故障停机掉网以后，备用发电机不能自动起动、并网并恢复供电，而是需要手动起动发电机，理论上存在较长时间全船故障失电风险。虽然这是常规保护设备安全设计，但为了更好的可靠性，此方式值得商榷。

（3）虽然有分区供电模式，但是在设计说明中并没有提供某些特殊工况（如进出港工况、补给工况时电站具体运行模式）的操作说明，使用部队实际使用时缺少操作指导书。此问题说明，要提高设备系统的可靠性，操作说明、人员培训等缺一不可。

3 如何提高首制船设备系统的可靠性

3.1 全面性设计提高设备系统的可靠性

首制船的设计要根据该新船型的使命任务，充分考虑完成使命任务所需要的条件；同时考虑随着技术的进步和发展具有扩展的空间。设计方案规定了新船型的使命任务，并把使命任务分解到各任务系统，同时确定了承载任务系统的船体平台。首制船设计的全面性主要体现在以下几个方面：

（1）各任务系统的可达性。充分研究各任务系统并进行分解，寻求解决方案，最终实现各任务系统功能，需要考虑的是设计方案的各指标、参数的实现和考核，特别是边界条件的考核。

（2）任务系统要考虑环境适应性。各任务系统不仅能在一般条件下正常工作，还能满足设计指标范围内的外部环境和条件，例如环境温度、高湿高盐且多变的海洋环境、舰船在各设计海况和工况下的振动以及必要的抗机械损害等。

（3）工作平台的可靠性。这里的工作平台是指舰船的船体结构、舾装管系、电站和必要的支撑舰船运行的控制系统等，若工作平台在某些设计的工况下不能正常运转，搭载的任务系统就失去了支撑。工作平台在设计工况下的可靠性直接关系到任务是否能正常的进行，例如上述船出现全船失电，并造成了擦碰，直接导致该船失去执行任务的能力。

（4）必须有必要的设计冗余，即设计既要满足当前完成使命的要求，又要要考虑随着技术发展存在任务系统扩展的可能。一般情况下，由于受当前技术能力、工艺水平的限制，在首制船设计时只能根据现有条件进行任务系统的可完成性设计，随着后期的任务需要，应该在设计之初对任务扩展能力留下预留空间和冗余量。

3.2 故障隐患前瞻性研究提高设备系统的可靠性

系统、设备故障的发生不一定能在系泊航行期间出现，甚至有时在整个服役期间也不会发生，但是只要发生故障的极端条件出现，就有可能发生意想不到的结果，轻则影响影响系统的运行，重则影响舰船的安全。因此，故障隐患的前瞻性研究尤为必要。故障隐患的前瞻性研究可从以下几个方面进行。

（1）单个系统或设备的选用应该充分考虑系统或设备的可靠性。根据各系统和设备的使用条件和作用范围的不同，制定相应的可靠性指标并予以验证；同时要考虑系统或设备的兼容性，以保证在联调时各系统或设备的协调统一。

（2）应该进行反向故障树排查。即充分考虑各种故障发生后会造成什么样的后果，并根据后果的可接受性，制定必要的预防整改措施。具体可以参照对船舶动力定位系统进行FMEA测试（故障模式模拟分析），尽量做到对可能发生的故障准备好解决预案。

（3）对重要系统和故障灾害性较大的系统设计时要考虑充分必要的冗余。例如对重要系统配置必要的监测并采取双路供电等措施，在故障发生前有报警提醒，故障发生后也不影响该船的主要功能。

3.3 充分性试验保证了设备系统的可靠性

设计指标的实现与否要通过试验来验证，只有充分地试验验证才能保证试验的有效性。在编制试验大纲和试验册时，要针对不同的试验项目和使用的工况，提出对应的试验方法和预期达到的试验结果。为保证试验的充分性和验证的有效性，要重点检查试验条件是否能充分覆盖使用工况，试验内容是否已充分考虑了试验边界条件，试验方法是否能充分模拟实际工作状态，试验人员是否能按照试验要求进行充分试验，对于首制船尤其重要。只有通过一整套完整、充分的试验，才能保证试验验证的有效性，进而保证舰船交付后的安全有效的运营。