本文結(jié)合環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備維修過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，分析了環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、常見(jiàn)故障、以及維修策略，結(jié)合某型環(huán)境可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)日常使用和維護(hù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)可用度評(píng)估模型，探索了環(huán)境可靠性設(shè)備使用狀態(tài)評(píng)價(jià)的新方法與新思路，提出了提高該型試驗(yàn)設(shè)備維修保障效能的建議。

1 環(huán)境可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 基本概念

環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備是環(huán)境試驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)擁有的集成程度較高的一類(lèi)試驗(yàn)設(shè)備，提供一定測(cè)量范圍內(nèi)溫度、濕度、振動(dòng)、氣壓、電磁、沙塵、鹽霧等試驗(yàn)條件中的一項(xiàng)或多項(xiàng)環(huán)境加載的試驗(yàn)系統(tǒng)，適用于航空航天、信息電子、儀器儀表、材料、電工、電子元?dú)饧阮I(lǐng)域的環(huán)境可靠性試驗(yàn)。從功能上看，綜合環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)通常包括溫度氣壓綜合試驗(yàn)、溫度振動(dòng)綜合試驗(yàn)、溫度濕度振動(dòng)綜合試驗(yàn)、溫度氣壓濕度綜合試驗(yàn)、溫度濕度振動(dòng)電磁等。

1.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備是由振動(dòng)、溫濕度、壓力等多種環(huán)境可靠性條件加載功能單元組成的復(fù)雜試驗(yàn)系統(tǒng)，因此，按照子系統(tǒng)、部件、組件、零件、材料等層次，對(duì)其進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解。如圖1所示。以溫度濕度振動(dòng)三綜合試驗(yàn)系統(tǒng)為例，其主要包括環(huán)境試驗(yàn)箱和振動(dòng)臺(tái)兩個(gè)子系統(tǒng)。其中，環(huán)境試驗(yàn)箱子系統(tǒng)又分為制冷、加熱、加濕、控制測(cè)試、供電、冷卻（水冷或風(fēng)冷）等核心部件。而振動(dòng)臺(tái)子系統(tǒng)則可分為控制、功放、臺(tái)體（感應(yīng)單元、運(yùn)動(dòng)單元），冷卻、供電等核心部件。通過(guò)結(jié)構(gòu)化分級(jí)編碼管理的方法，可使故障診斷定位更準(zhǔn)確，提高部件、組件級(jí)的日常維護(hù)與檢修效率。

圖1 環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)架構(gòu)

1.3 設(shè)備維修管理模式

環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行管理，是對(duì)大型復(fù)雜試驗(yàn)系統(tǒng)正常高效運(yùn)行的一系列保障工作的有機(jī)組合，正是由于它們的相互影響、彼此聯(lián)系，共同確保了試驗(yàn)系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)。如圖2所示，設(shè)備管理作為檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室體系運(yùn)行的一部分，必須遵循體系文件中“設(shè)備”有關(guān)條款的規(guī)定。具體來(lái)看，其涵蓋了任務(wù)計(jì)劃、質(zhì)量安全、計(jì)量校準(zhǔn)、維修維護(hù)、備品備件、安裝調(diào)試、停用、存放及處置等多個(gè)過(guò)程。開(kāi)展這些活動(dòng)的主體，涉及了測(cè)試、計(jì)量、維保、安調(diào)、計(jì)劃等部門(mén)與人員。同時(shí)，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，還需要配備充足的預(yù)算經(jīng)費(fèi)、能源動(dòng)力、計(jì)量器具、維保工具（耗材），以及管理制度、操作規(guī)程、場(chǎng)地條件等資源。

另外，不同的設(shè)備運(yùn)行管理主體，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行管理的目標(biāo)也是不同的，甚至是相悖的。以使用時(shí)間為例，設(shè)備使用部門(mén)為完成試驗(yàn)任務(wù)，會(huì)要求設(shè)備盡可能多地保證開(kāi)機(jī)時(shí)間，而設(shè)備維保部門(mén)則要求設(shè)備在合理的時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；就技術(shù)狀態(tài)來(lái)看，試驗(yàn)實(shí)施人員不會(huì)在意實(shí)際測(cè)量參數(shù)是否達(dá)到設(shè)備要求，但計(jì)量人員則必須保證設(shè)備標(biāo)稱(chēng)值和實(shí)測(cè)值在相關(guān)規(guī)程要求的誤差范圍內(nèi)。因此，環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行管理是一項(xiàng)多主體、多階段、多目標(biāo)約束的系統(tǒng)性工作。

圖2 環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備管理模式

在環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備管理模式中可以看出，設(shè)備維修即是一項(xiàng)技術(shù)活動(dòng)，更是一項(xiàng)管理工作。試驗(yàn)設(shè)備維修過(guò)程中會(huì)受到了來(lái)自試驗(yàn)計(jì)劃、試驗(yàn)操作、動(dòng)力配套、環(huán)境場(chǎng)地、儀器儀表等方面的多重制約，需要通過(guò)管理協(xié)調(diào)來(lái)盡可能地確保維修活動(dòng)的順利開(kāi)展。設(shè)備維修一般包含了設(shè)備日常保養(yǎng)、巡檢、故障診斷、部組件維修、應(yīng)急維修等內(nèi)容。其中，日常保養(yǎng)、巡檢工作可以理解為預(yù)先維修，其具有較強(qiáng)的周期性和計(jì)劃性。要開(kāi)展試驗(yàn)設(shè)備的預(yù)先維修，就要根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況，建立完善規(guī)范的設(shè)備巡查、檢修、保養(yǎng)計(jì)劃，并制定清晰明確的設(shè)備檢修清單、保養(yǎng)操作規(guī)程等。

另外，設(shè)備故障診斷、部組件維修、以及應(yīng)急處置則主要針對(duì)偶發(fā)故障開(kāi)展維修工作。

這就需要對(duì)環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備常見(jiàn)故障的類(lèi)型、原因、位置、影響等方面進(jìn)行長(zhǎng)期的分析與整理，形成針對(duì)不同故障類(lèi)型的維修策略，并在實(shí)施過(guò)程中制定有針對(duì)性的方案組合。

2 環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備的維修管理

2.1環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備常見(jiàn)故障

環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備的維修體系機(jī)制的構(gòu)建，首先要從故障梳理入手，建立故障診斷程序、分類(lèi)方法，并形成規(guī)范的維修方案編制框架。通過(guò)管理者牽頭和協(xié)調(diào)，組織內(nèi)外部維修技術(shù)人員共同參與，形成對(duì)常見(jiàn)故障有較強(qiáng)針對(duì)性的維修策略及維修方案集。并在實(shí)際設(shè)備維修過(guò)程中，對(duì)故障、策略、方案以及維修能力進(jìn)行迭代和優(yōu)化，進(jìn)而大幅提高環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備維修成效，以及設(shè)備整體的可用度。

在環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行管理過(guò)程中，考慮設(shè)備的可用度，及其可靠性和維修性，根據(jù)設(shè)備可能出現(xiàn)的運(yùn)行狀態(tài)，即停機(jī)、降級(jí)、備用，一般可將試驗(yàn)系統(tǒng)故障分為停機(jī)故障、降級(jí)故障、備用故障。另一方面，由于故障發(fā)生的結(jié)構(gòu)部位差異，又可分為系統(tǒng)故障、部件故障、組件故障、零件故障、過(guò)濾潤(rùn)滑故障等。再有，根據(jù)故障模式及影響范圍的不同，也可將故障分為離散故障、聯(lián)機(jī)故障、操作故障。對(duì)于常見(jiàn)故障可按照關(guān)鍵、重要和一般故障對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行了分類(lèi)和編碼。如表1所示，為國(guó)內(nèi)外主流設(shè)備廠商的環(huán)境可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)的常見(jiàn)故障梳理。

表1 環(huán)境可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)常見(jiàn)故障

實(shí)際維修中，根據(jù)設(shè)備故障原因及其對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)的影響情況，可選取替換維修、原位修理、故障隔離等在內(nèi)的不同的維修策略，以應(yīng)對(duì)不同類(lèi)型的突發(fā)設(shè)備故障。

替換性維修主要針對(duì)嚴(yán)重的部件、組件、元件的老化損壞，以及耗材的失效故障，其現(xiàn)象是設(shè)備部分功能喪失，且無(wú)法通過(guò)原位修理和故障隔離的方式排除故障。處理方式主要是原型號(hào)備件替換或代替型號(hào)備件替換。

原位修理主要針對(duì)管路、組件的安裝與接口異常，以及組件、元件的可恢復(fù)性異常情況。主要涉及接口脫落、線路松動(dòng)、焊點(diǎn)虛接、管路及元件臟堵、管路泄漏、系統(tǒng)散熱不暢等方面。具體處置方法包括重新安裝、連接、清理、修補(bǔ)等。

故障隔離主要針對(duì)部組件參數(shù)偏離、功能波動(dòng)的故障，故障可通過(guò)短接、拆卸、屏蔽在內(nèi)的方式加以隔離，且相關(guān)操作不會(huì)對(duì)該部組件所在的系統(tǒng)或設(shè)備整體功能造成影響。

2.2 環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備維修策略

根據(jù)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備停機(jī)、降級(jí)、備用故障發(fā)生時(shí)的嚴(yán)酷程度（關(guān)鍵、重要和一般），為確保設(shè)備可用性，應(yīng)在故障發(fā)生時(shí)，采取有效的維修應(yīng)對(duì)策略。如針對(duì)關(guān)鍵備用故障，主要采取預(yù)先維修和恢復(fù)性維修策略；對(duì)一般降級(jí)故障，主要采取隔離性維修和恢復(fù)性維修策略；對(duì)關(guān)鍵降級(jí)故障，主要采取恢復(fù)性維修策略；對(duì)一般停機(jī)故障，主要采取替換性維修和恢復(fù)性維修策略；對(duì)關(guān)鍵停機(jī)故障，主要采取替換性維修策略。

a）綜合環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的預(yù)防性維修

預(yù)防性維修有兩個(gè)方面工作，一方面是檢查關(guān)鍵部組件運(yùn)行數(shù)據(jù)是否正常，及時(shí)記錄異常數(shù)值，并組織維修班組進(jìn)行系統(tǒng)分析，做出異常原因分析與影響評(píng)估。另一方面，要根據(jù)設(shè)備技術(shù)手冊(cè)，定期更換濾芯、油液等耗材。通過(guò)周期性預(yù)防措施，降低設(shè)備故障發(fā)生概率，提高設(shè)備的可用性。預(yù)先維修應(yīng)該由不同主體共同參與，即試驗(yàn)設(shè)備的操作人員在設(shè)備日常使用前的數(shù)據(jù)記錄，使用后的設(shè)備清理。維修人員在設(shè)備運(yùn)行維護(hù)周期內(nèi)，根據(jù)計(jì)劃定期開(kāi)展全面清掃、深度檢修及耗材更換工作。

b）綜合環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的替換性維修

替換性維修策略主要包括兩種，一種是原件替換，即根據(jù)故障件的型號(hào)規(guī)格進(jìn)行原件替換。這種替換不需查看圖紙及征求設(shè)備廠家意見(jiàn)，只需根據(jù)操作手冊(cè)標(biāo)識(shí)的型號(hào)規(guī)格替換。就可靠性試驗(yàn)設(shè)備而言，主要包括固態(tài)繼電器、熱繼電器、線圈、加熱絲、保險(xiǎn)、傳感器、管路、接（噴）頭、閥體、電機(jī)、風(fēng)扇等一些具有標(biāo)準(zhǔn)接口功能及特性的制冷或電氣元件。另外一種是由于型號(hào)規(guī)格已停產(chǎn)或無(wú)法采購(gòu)，進(jìn)而根據(jù)設(shè)備圖紙、說(shuō)明以及廠家技術(shù)建議，通過(guò)定制或直采的方式另外尋找其他型號(hào)的替代件，并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證或確認(rèn)，替換后設(shè)備故障排除的一種替換件維修。針對(duì)第二種情況，就需要實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理人員及時(shí)更新設(shè)備技術(shù)文件，特別是建立設(shè)備常替換件清單，并及時(shí)更新。

c）綜合環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的恢復(fù)性維修

恢復(fù)性維修策略主要針對(duì)管路破損、結(jié)構(gòu)裂紋、線路虛接、緊固件松弛（脫落）等情況，在不用替換關(guān)鍵零組件的情況下，可實(shí)現(xiàn)故障的排除及修復(fù)。最為典型的就是制冷系統(tǒng)補(bǔ)漏，該項(xiàng)維修屬于典型的恢復(fù)性維修。即通過(guò)檢測(cè)漏點(diǎn)，定位泄漏部位，切管焊接，抽真空保壓，加注制冷劑。過(guò)程中僅消耗部分材料。

d）綜合環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的隔離性維修

隔離性維修是一種應(yīng)急性維修，即維修時(shí)常說(shuō)的“短接”。其目的是屏蔽故障單元，確保設(shè)備主要功能運(yùn)行，短期內(nèi)解決了設(shè)備使用問(wèn)題，長(zhǎng)期來(lái)看，會(huì)對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)壽命和部分性能水平產(chǎn)生負(fù)面影響。同時(shí)，也存在應(yīng)急使用過(guò)程中二次停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理人員，不建議經(jīng)常選擇該種維修策略。如必須采用該策略時(shí)，也要經(jīng)過(guò)使用方和設(shè)備廠家確認(rèn)，確保設(shè)備長(zhǎng)期使用的可靠性和性能的穩(wěn)定性。

3 環(huán)境可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)可用度評(píng)估

3.1 可用度的概念及分類(lèi)

可用度是指在指定時(shí)間范圍內(nèi)，設(shè)備能處于正常工作狀態(tài)的時(shí)間百分比，用于表征功能的持續(xù)性，反映的是設(shè)備長(zhǎng)期工作能力。設(shè)備可用度越高，則表明設(shè)備具有更強(qiáng)的長(zhǎng)期運(yùn)行能力，且所需的維修成本（包含時(shí)間和費(fèi)用成本）更低。通常情況下，可用度被認(rèn)為是綜合評(píng)估設(shè)備可靠性和維修性的指標(biāo)。根據(jù)使用場(chǎng)景和條件的不同，形成了不同的可用度及其評(píng)估方法，有任意時(shí)刻或任意時(shí)段的可用度，有反應(yīng)一段時(shí)間內(nèi)的設(shè)備可用情況的平均可用度，也有基于極限思想的穩(wěn)態(tài)可用度。

對(duì)于綜合環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)而言，其可用度是在系統(tǒng)安裝到位后，在保障資源、使用條件和任務(wù)要求既定的條件下，當(dāng)有試驗(yàn)需求時(shí)系統(tǒng)能投入使用的能力。根據(jù)實(shí)際使用情況，綜合環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)不能工作時(shí)間主要包括系統(tǒng)修復(fù)時(shí)間Tcm、系統(tǒng)保養(yǎng)時(shí)間Tpm、保障延誤時(shí)間Tpd和管理延誤時(shí)間Tmd；能工作時(shí)間包括試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間Ts和試驗(yàn)實(shí)施時(shí)間T0。則綜合試驗(yàn)系統(tǒng)的可用度可表示為：

實(shí)際計(jì)算中，環(huán)境可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)可用度A可以用系統(tǒng)能夠完成試驗(yàn)的時(shí)間與總工作時(shí)間的比值計(jì)算。

3.2 環(huán)境可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)可用度評(píng)估模型

系統(tǒng)可用度可認(rèn)為是系統(tǒng)或部件在特定的使用及維保條件下，在給定的時(shí)間內(nèi)能夠完成規(guī)定功能的一種能力。一般可以表示為能工作時(shí)間與全部任務(wù)周期（能工作時(shí)間與不能工作時(shí)間的和）的比值，而將這種比例通過(guò)狀態(tài)概率的方式加以量化，進(jìn)而形成了可用度的評(píng)估模型。系統(tǒng)可用度的高低取決于其本身的可靠性與維修性。

可用度的研究主要集中在兩個(gè)方面：一方面是以可用度指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題；另一方面是對(duì)可用度指標(biāo)為約束條件的優(yōu)化問(wèn)題。

系統(tǒng)可用度是指多部件（分系統(tǒng)），具有多種失效模式下，設(shè)備可用的失效相關(guān)可靠性模型。

環(huán)境可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

環(huán)境可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)用于對(duì)被測(cè)件進(jìn)行溫度、濕度、振動(dòng)在內(nèi)的環(huán)境可靠性試驗(yàn)，由于根據(jù)試驗(yàn)大綱要求，不同條件可根據(jù)持續(xù)時(shí)間，進(jìn)行相關(guān)條件的單獨(dú)或組合使用。以傳統(tǒng)溫度+振動(dòng)可靠性試驗(yàn)任務(wù)為例。根據(jù)任務(wù)執(zhí)行過(guò)程和特點(diǎn)，可形成環(huán)境可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行流程，如圖3所示。

圖3 環(huán)境可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)周期運(yùn)行的特點(diǎn)，可以梳理出系統(tǒng)運(yùn)行的五個(gè)核心過(guò)程，包括試驗(yàn)任務(wù)準(zhǔn)備、系統(tǒng)檢查與保養(yǎng)、試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行、試驗(yàn)系統(tǒng)維修、試驗(yàn)系統(tǒng)復(fù)位。其中，不論是對(duì)被測(cè)件進(jìn)行安裝調(diào)試，還是對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行檢查和保養(yǎng)，都屬于準(zhǔn)備狀態(tài)（R狀態(tài)）。另外，加上系統(tǒng)正常時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)（N狀態(tài)），系統(tǒng)維修時(shí)的故障狀態(tài)（F狀態(tài)），可抽象出R、N、F三種試驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)。

引用本文：

朱可嘉，孟雪松，任思琪，趙杰.環(huán)境可靠性試驗(yàn)設(shè)備維修管理與可用度評(píng)估[J].環(huán)境技術(shù)，2021，232(04):199-205.

專(zhuān)家簡(jiǎn)介：朱可嘉，男，高工，研究方向：環(huán)境可靠性設(shè)備計(jì)量與維修。