舰船通用质量特性设计分析研究

（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

引 言

近年来，随着我国经济突飞猛进的发展、国际合作交流日益增加、“一带一路”倡议的提出以及海军转型的需求驱动，促使舰船装备体系不断完善。我国海军舰船装备体系向自主创新、综合集成和信息化方向转变。舰船装备技术含量不断提高，系统高度综合，功能日益强大和完善，海军实力不断增强，为维护我国海上权益提供了坚强的后盾。着眼实战化需求的舰船装备建设，不仅对舰船装备自身的功能特性有了更高的要求，同时强调装备的通用质量特性（包括：可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性等质量特性，简称“六性”）。舰船装备功能特性决定了其所具备的功能和性能指标，是舰船装备的基本功能属性；而通用质量特性决定了舰船装备功能特性能否持久发挥，是决定舰船装备“可靠顶用”、易于维修保障、提高综合作战效能以及降低全寿命周期费用的关键因素。

2014年颁布的《装备通用质量特性管理工作规定》、GJB9001C 《质量管理体系要求》以及由国务院和中央军委联合颁布的《武器装备质量管理条例》等文件强调了装备研制阶段通用质量特性工作的重要性。同时，依据海军装备部装监【2017】127号文，在新研舰船型号立项论证中，通用质量特性应作为独立的论证工作开展，并在立项审查与设计阶段军审时独立审查，此项举措进一步体现了通用质量特性工作在舰船装备研制过程中的重要性。舰船装备作为多系统、多部件集成，多学科交叉的复杂系统，需要通过合理确定装备通用质量特性要求，在寿命各阶段逐步落实，以提高装备战备完好性、任务持续性和装备完好率，为保证舰船装备“好用、管用、耐用、顶用”发挥应有的推动作用。

1 通用质量特性与其他质量特性关系

舰船装备质量特性主要包括性能特性、专门特性、经济性和时间性。作为舰船装备质量特性的重要指标，通用质量特性是影响舰船装备效能的重要因素。舰船装备性能的发挥，很大程度上取决于通用质量特性水平。舰船装备的效能取决于其固有能力、可用性和可信性，是舰船装备性能、通用质量特性等特性的综合反映。提高装备的通用质量特性就可以提高装备的效能。

装备性能、通用质量特性等特性之间相互渗透、相互关联，通过各特性指标、研制费用、时间进度等的综合权衡，以获得最佳消费比。通用质量特性与其他质量特性的关系如图1所示。

2 舰船通用质量特性内涵及工作分析

2.1 可靠性

可靠性是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。可靠性指标主要取决于设计，同时与使用、管理和维修等因素有关。可靠性反映了装备是否容易发生故障的特性。其中固有可靠性反映了装备的固有设计特性，与舰船使用方式无关的特性，任务可靠性反映了舰船装备使用时的功能特性，与任务模式、工作时间、维修保障活动有关。在舰船装备设计过程中常用的可靠性指标包括：故障间隔时间（mean time between failures，MTBF）、严重故障间隔时间（mean time between critical failures，MTBCF）、使用寿命、任务可靠度等［1］。

在舰船可靠性设计分析方面通常开展任务剖面分析，可靠性建模、分析、预计，特性分析，可靠性关键件、重要件分析，寿命试验，可靠性增长试验，可靠性设计准则与符合性检查，以及可靠性鉴定试验和可靠性评估等工作。［2］

2.2 维修性

维修性是装备在规定的条件下和规定的时间内，按规定功能的程序和方法进行维修时，保持和恢复到规定状态的能力。维修性一般用平均修复时间（mean time to repair，MTTR）、拆装时间、维修工时、维修可达性等参数来度量。

在舰船维修性设计分析方面通常开展维修性建模、分析、预计，以及虚拟维修设计、维修性演示验证试验、维修性设计准则及符合性检查和维修性评估等工作。

2.3 测试性

测试性是装备能及时并准确地确定其状态，并隔离其内部故障的能力。为了达到产品的测试性要求所进行的一系列设计、研制生产和试验工作， 这些工程活动的总称就是测试性工程。测试性一般用检测时间、技术准备时间、故障检测率（failure detection rate，FDR）、故障隔离率（failure isolation rate，FIR）、虚警率（false alarm rate，FAR）等参数来度量。

在舰船维修性设计分析方面通常开展测试性建模、测试性验证试验、测试性状态报告、测试性设计准则及符合性检查以及测试性评估等工作。

2.4 保障性

保障性是装备设计特性和计划的保障资源能满足平时战备和战时使用要求的能力。保障性描述的是装备使用和维修过程中保障是否及时的能力。保障性一般用平均保障延误时间、资源满足率、资源利用率等参数来度量［3］。

在舰船保障性设计分析方面通常开展保障性分析、保障方案设计、备航时间计算、保障性设计准则及符合性检查、保障性评估等工作。［4］

2.5 安全性

安全性是装备在生产、运输、储存和使用过程中不导致人员伤亡，不危害健康及环境，不给设备或财产造成破坏或损伤的能力。可定义为装备在规定的条件下和规定的时间内，以可接受的风险执行规定功能的能力。装备的安全性一般用事故可能性（mishap probability）、事故严重性（mishap severity）、事故风险（mishap risk/risk）、损失率、安全可靠度等指标来度量。

在舰船安全性设计分析方面通常开展危险源识别与分析，重要区域安全性分析，重要流程安全性分析，安全性设计准则及符合性检查，安全性评估等工作。

2.6 环境适应性

环境适应性是指装备适应环境条件变化的能力，是可靠性的一种特殊情况。环境适应性反映装备在变化的环境条件下仍能正常工作的能力。

在舰船环境适应性设计分析方面通常开展舰用条件分析，自然环境分析与适应性设计，诱发（作战）环境分析与适应性设计，环境适应性设计准则及符合性检查，环境适应性评估等工作。

3 通用质量特性标准和指标体系

3.1 通用质量特性标准体系

舰船装备开展通用质量特性工作常用标准如下页表1所示。其中，既包括国军标也包括海军标。国军标规定了各军兵种装备通用质量特性设计分析与管理的通用化的要求。海军标根据海军装备设计与使用特点，给出了针对性的要求。总体而言，通用质量特性标准体系中，可靠性相关的标准最多，涉及的内容最为全面、具体，由此可见可靠性在通用质量特性中的基石地位。在舰船的通用特性分析与设计过程中依据GJB/Z 69-1994《军用标准的选用和剪裁导则》对现有标准进行适应性选用和剪裁，指导通用质量特性工作的开展。

表1 舰船装备通用质量特性工作常用标准

续表1

3.2 舰船装备通用质量特性指标体系

通用质量特性指标是评价舰船通用质量特性的重要准绳。舰船装备常用的指标如图2所示。

图2 舰船通用质量特性评价参数体系

舰船通用质量特性指标体系涵盖GJB 450A《装备可靠性工作通用要求》、GJB 368B《装备维修性工作通用要求》、GJB 2547A-2012《装备测试性工作通用要求》、GJB 3872-1999 《装备综合保障通用要求》、GJB 900A-2012《装备安全性工作通用要求》、GJB 4239-2001 《装备环境工程通用要求》、GJB 451A-2005《可靠性维修性保障性术语》等标准中与舰船装备相关的重要指标，是舰船装备通用质量特性工作评价的重要依据。

4 舰船通用质量特性工作内容

4.1 “六性”之间的关系

可靠性着眼于减少或消除故障，而维修性则着眼于以方便、快捷、经济的方式使产品保持或恢复到完好状态。维修性是可靠性的重要补充和延续，而维修性设计的目的是保持和恢复产品可靠性。某种意义上说，可靠性是维修性的基础，维修性是可靠性持续保持的重要保障，同时受可靠性的制约和影响。

舰船装备实现快捷维修又依赖于测试性设计提供实时的故障监测和准确的故障隔离，与此同时，测试系统需要高的可靠性指标作为稳定、准确工作的保障。

舰船装备在正常使用、维修、测试过程中又必须依赖于保障予以支持，要求其易于保障。在实施上述过程中应少出甚至不出安全事故。安全性不等同于可靠性，系统可靠性并不能完全保障安全；但当故障后果导致危险时，可靠性问题就成了安全性问题。同时，舰船装备的维修性和可靠性是保障性的重要条件［5］。

舰船装备的环境适应性主要取决于选用的材料、构件、元器件耐环境的能力，以及其结构设计、工艺设计时采取的耐环境措施是否完整有效，以产品是否失效或有故障为判据。环境适应性是可靠性的前提和基础。武器装备若没有较高的环境适应性，其可靠性就失去保证。

4.2 舰船各阶段通用质量特性工作

为保障舰船装备通用质量特性工作的落实，需在舰船装备的论证、方案设计、深化方案设计、技术设计、施工设计、建造试验交付、使用等阶段开展相应设计分析工作。各论证机构、设计单位、建造单位和使用部队，在各阶段履行自己的职责确保舰船装备通用质量特性融入装备设计之中，为部队交付可靠、顶用装备，提高舰船作战使用效能，降低全寿命周期费用。［6］舰船装备设计各阶段通用质量特性工作项目如表2所示。

表2 舰船装备设计各阶段通用质量特性工作项目

续表2

5 主要问题及解决方案

与航空航天、通信电子领域相比，舰船通用质量特性工作起步较晚，近年来各项工作逐步完善，工作流程和工作方法日趋完善。与此同时，舰船通用质量特性设计分析工作仍存在很多问题。

5.1 人员与培训

舰船装备涉及多个学科和领域的交叉，通用质量特性工作的开展难度很大。于此同时，通用质量特性的人才队伍还不完善，相关工作开展主要依托少数“六性”（即可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性、环境适应性）专业人员完成，工作量较集中，工作开展十分困难。

作为一项庞大的系统工程，通用质量特性设计分析工作不能仅依托六性专业人员完成，需要将舰船设计师与六性设计师紧密结合，协调工作。通过工作分解，共同完成全船通用质量特性设计与分析工作。

从目前的工作实践过程来看，较有效的一种方法是除了对整个设计师系统进行通用质量特性培训外，需要在各系统专业中挑选1～2名人员进行系统化的通用质量特性培训，在“六性”工程师指导下开展各系统通用质量特性设计分析。

5.2 可靠性定量分析模型尚需完善

目前，在舰船设计中，可靠性定量分析模型均采用指数分布。但是，此种模型更适合于电子类产品，而对于以机械类为主的舰船而言，在可靠性模型越来越详尽复杂的情况下，这样的指数分布数学模型的不足之处愈来愈显现了出来。因此，有必要在可靠性定量分析过程中，根据不同的设备特性，采用更符合各类设备的数学模型，使可靠性定量分析这项工作更为实用。

5.3 通用质量特性数据信息的收集

舰船装备通用质量特性指标的前期论证和交付后的验证评估存在很大困难，很大部分是由数据信息收集的不足与不真实。作为舰船通用质量特性工作基础的数据，目前还很不够完善，直接导致最终评估的无法令人信服。因此，有必要将通用质量特性数据信息的相应要求反映在更具有约束力的文件中，比如技术规格书。此外，由于目前舰船各系统设备单位的通用质量特性水平相差较大，有必要采用定期召开工作会的形式，对系统设备单位特别是重要系统设备单位进行通用质量特性工作的宣贯，以此交流在通用质量特性数据收集过程中的问题与经验。同时，根据数据收集需求，制定各个阶段标准化的数据收集表格，增强数据收集的标准化，降低数据收集难度。

6 结 语

随着海军实战化作战使用要求的不断提高，在舰船全寿命保障思想的指导下，通用质量特性对舰船装备效能的发挥起着越来越重要的作用，需要在舰船论证、研制、建造、试验、使用等全寿命周期各阶段中全面开展通用质量特性设计分析工作，明确相应的工作内容和指标要求，并通过设计、反馈、修改等过程逐步全面落实到舰船的设计之中。综合舰船目前的设计情况来看，通用质量特性工作虽已铺开，但是距离真正指导舰船设计与提高装备效能尚有不小差距，需要不断消化吸收相应标准规范，正视并逐步解决现有问题，建立有效的通用质量特性工作体系。

相信随着各方的不断重视与努力以及工作经验的不断积累，通用质量特性工作在提高舰船装备建设的整体效益和军事效益方面的作用将越来越明显。