基于真实环境和工作剖面的可靠性试验

刘仁栋

（海军驻昆明地区办事处，昆明 650051）

基于真实环境和工作剖面的可靠性试验

刘仁栋

（海军驻昆明地区办事处，昆明 650051）

文章阐述了设备可靠性试验类型划分、试验方案制定、试验方法选取内容，说明了基于真实环境和工作剖面的测试和综合分析，合理准确地制定试验应力剖面和采取行之有效的试验手段和方法，是有效开展可靠性试验的基础。针对目前试验条件和手段受限的影响因素，提出了突破制约设备可靠性试验瓶颈的建议。

可靠性试验；应力；剖面

0 引言

随着技术日新月异的发展，船舶设备不断改进以及更新换代，由于产品研发时间短，受各种条件所限，势必会带来如产品的稳定性和可靠性问题，如产品虽然性能优，但由于受严酷环境的实际影响，如受高温影响，器件易热老化，绝缘失效，电性能降低；受低温影响，润滑剂丧失润滑特性，电性能降低，橡胶、聚砜等非金属材料脆裂；受高湿影响，物理性能、绝缘电阻、力学性能下降；受盐雾、海水浸湿后会引起机械强度和电性能降低，表面变质，破坏非金属材料的机械强度；受使用过程的冲击影响和运输过程的振动，机械或电器结构松动；船舶用设备受波浪、船上主机影响会产生冲击、振动甚至发生共振，引起设备疲劳、参数漂移、结构破坏。总之，产品的可靠性和稳定性在船舶行业中日益凸显。

各种船舶设备的运输、贮存、装载和使用状态各有不同。因此，了解和掌握当今船舶设备在全寿命周期内运输、贮存、装载、使用、维修任务中的温湿度、振动和冲击环境数据，研究新型船舶设备的可靠性指标体系的考核，制定准确可行的可靠性试验应力剖面，开展有效的可靠性试验是目前摆在船舶设备方面一项重要工作，这就要求考虑船舶设备在全寿命周期内的各项使命要求，研究、测试、分析相关应力情况，建立数据库，为新型船舶设备可靠性试验合理正确地制定有效应力剖面提供决策依据，同步研究可靠性试验方法和手段，开展有效的可靠性试验验证，确保船舶设备质量稳定和可靠。

2 基于实际应力剖面的可靠性试验策划

2.1 应力剖面简析

应力剖面分为寿命剖面、任务剖面、环境剖面和试验剖面。

寿命剖面涉及寿命期内运输、贮存、装载、试验与检验、备用与等待状态。

任务剖面是确定船舶设备在寿命期内可能遇到的环境条件的基础。任务剖面在不同阶段一种设备可执行一项或多项任务，任务剖面可以有一个或多个。

试验剖面是考虑了任务剖面以外的环境条件，对执行一种任务的设备，试验剖面与环境剖面和任务剖面之间是一 一对应关系，对用于执行多项任务的设备则应按照一定的规律将多个试验剖面合并为一个综合试验剖面。

2.2 基于实际应力剖面

要实施有效的可靠性试验，无论是可靠性增长试验、可靠性摸底试验、可靠性强化试验还是可靠性鉴定和验收试验，合理准确地制定应力剖面是可靠性试验策划的关键。可靠性试验应力剖面的制定只有基于实际寿命剖面、任务剖面和环境剖面进行综合分析，才能有效地进行可靠性试验。

首先，应根据船舶设备交付时的运输方式的不同，如火车、汽车、或者飞机装载运输，装船过程的中转、吊运，获取上述过程中的温度、湿度、振动、冲击数据。其次，根据船舶设备的试验和使用需求的不同海域地区的贮存情况（库房、装船前的地温、湿度情况，船舶的温湿度、振动、冲击情况），获取上述相关数据。同时，还要考虑船舶设备在船舶装载，如湿搁置、干搁置工况下的环境温湿度、振动和冲击情况，获取上述相关数据。最重要的是考虑船舶设备在使用时的温度、振动和冲击以及实航时的工作温度、振动、冲击等数据。

基于上述数据，根据各型船舶设备的可靠性指标要求综合分析，进行应力剖面和试验方法的制定也是可靠性试验的最关键工作。

3 加强逼真模拟真实环境应力研究，确保试验有效

船舶设备可靠性试验按试验环境可分为实际环境下的可靠性试验、模拟真实环境可靠性试验以及实验室可靠性试验，按应力可分为可靠性常规应力试验及加速寿命强化应力试验，按其作用可分为可靠性增长试验、可靠性摸底试验、可靠性鉴定和验收试验。

目前，船舶设备可靠性试验是在电应力、温度、湿度、振动、冲击等综合应力和其他有关试验条件下进行的，这些试验条件的量值制定需要综合考虑任务剖面和环境剖面，为了尽量逼真地模拟设备在使用中遇到的实际环境，应优先使用实际遇到的实际测量应力（特别是温度、湿度、振动和冲击），在无实测应力条件下也可使用估计先验数据。

电应力一般为交流供电电压额定值的±10%，额定电压占通电时间的50%，上下限电压各占通电时间的25%；振动应力的制定需根据实测运输过程和使用过程中所受到的振动应力和运行一次典型操作所需时间数据进行确定；湿度应力根据实测贮存、运输、装载过程地域环境湿度和时间制定，使用过程湿度采取浸泡方式；温度应力的制定根据实测贮存、工作温度和时间制定；冲击应力和振动应力根据实测运输、使用前后与实航使用过程受到的冲击应力和运行一次典型操作所需的时间数据进行确定。上述应力的工作循环周期运行一次典型操作所需时间的一倍至几倍，一半可以为4 h、8 h、16 h为一个循环，或24 h连续工作。

应力剖面图形的绘制应综合考虑任务剖面和环境剖面，也可以根据考核目的不同和运行操作的不同情况进行综合考虑，进行综合操作可靠性试验或专项操作可靠性试验应力剖面制定。应力剖面制定的准确与否关系到试验的有效性。

4 试验条件及方案制定好坏是试验成功的关键

可靠性试验最好的方法是能在真实环境下对寿命周期可能出现的任务剖面进行全面考核，也就是涵盖寿命剖面、环境剖面及任务剖面的考核，但由于可靠性试验费时费钱，且由于样本资源少，时间进度要求紧，至定型批产后，既没有时间又受诸多因素的制约，不能完全实现，因此研究和采用正确又恰当的试验方案和试验方法不仅为产品可靠性水平的验证提供充分依据，而且有利于资源的节约。

设备在寿命周期内处于运输、贮存、使用、备用与等待状态，涉及贮存可靠度、装载可靠度、使用可靠度、寿命、抗振动能力、抗冲击能力要求，环境适应性要求，这些都是影响产品性能稳定可靠的重要因素。因此，如何有效地在设备部署之前对相关指标进行充分验证和考核是重要的任务。

设备进行运输、贮存、装载等任务受到温度、湿度应力，进行运输、装载、备用与等待任务受到电应力，温度、湿度应力，振动、冲击应力，因此，其贮存可靠度、装载可靠度、寿命、抗振动能力、抗冲击能力要求都可以在国内现有的综合应力试验室，通过对寿命剖面、环境剖面及任务剖面进行分析，研究试验方案，制定试验剖面，施加相对应条件下的常规或加速的强化综合应力，通过时间循环考核，对其可靠性进行考核。

目前船舶设备使用可靠度试验均采用模拟真实环境的湖上以及真实环境的试验进行，虽然是在真实环境下，每次试验由于其任务剖面、运行操作时间的不同，试验水域的不同等等，均会影响可靠度考核与评估的全面和充分性，不能达到贴近真实环境下的试验结果。因此，试验室的考核不失为一种相对见效快、耗费低的好方法。如何能达到模拟真实船舶设备使用的状态也是当今急迫任务，然而目前的综合应力试验条件与船舶设备实际环境的差异性较大，船舶设备在水介质工作的特殊试验环境，为船舶设备的散热提供了良好的条件。现有的综合应力试验方法和设备不太适用利用壳体散热的船舶设备。当前在各类可靠性鉴定试验要求中温度应力循环考核是一项重要的考核项目，然而考核结果不能完全充分地反应其真实的可靠性。

综上所述，可靠性试验方案的制定应基于各型船舶设备在其寿命剖面、不同环境剖面和任务剖面中的实际应力情况，不应千篇一律遵循某一特定的要求，且实际应力情况要有充分数据。因此，有针对性地收集测试在研型号、现有型号或以往相似型号船舶设备寿命期内的运输、存贮和使用等状态下、各种环境条件下的应力数据，是进行可靠性试验的一项关键工作。如何正确采取可靠性试验方法和研发适合船舶设备的可靠性设施是进行船舶设备可靠性试验的又一项关键工作。

5 结论

曾经尝试首次在船舶设备领域开展全产品综合应力摸底试验，不仅为该型产品后续试验提供了经验，也为其他船舶设备的试验提供了很好的借鉴作用，意义重大。

船舶设备可靠性试验是一项庞大的、系统性的长远工作，通过试验也充分认识到船舶设备可靠性试验方案和试验方法受限于目前诸多因素的影响。要突破制约船舶设备可靠性试验的瓶颈，需要有足够的时间、人力、物力和财力作为支撑。需要上级领导和各级人员的重视，积极开展船舶设备全寿命周期的各种任务剖面下、环境条件下的应力测试分析、研究，提出适宜的船舶设备试验应力剖面，同步开展可靠性试验方法研究、试验条件和设施的研发，进行试验评估方法研究，进一步提高可靠性试验的有效性，保证船舶设备性能稳定可靠。

[1] 中国船舶重工集团公司.舰船可靠性工作指南[S]//《舰船可靠性工程指南》编委会. 北京：2006.

[2] 曾声奎. 可靠性设计与分析[M]. 北京: 国防工业出版社. 2014.

[3] 王晓红. 可靠性试验技术[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社. 2012.

Reliability Test Based on Real Environment and Working Profile

LIU Rendong

(Naval Forces in Kunming Area Office, Kunming 650051, China)

The paper describes the types of equipment reliability test, test program establishment and selecting content of test method. The test and comprehensive analysis based on the real environment and working profile are described. The reasonable and accurate establishment of test stress profiles and effective means and methods are the basis for effective reliability tests. For the factors that affect the current test conditions and limited means, recommendations are proposed to break through the bottleneck restricting equipment reliability.

reliability test; stress; profile

U661.7

A

10.14141/j.31-1981.2017.03.012

刘仁栋（1991—），男，助理工程师，研究方向：设备管理。