0　引　言

近年来，我军舰船逐渐走向深蓝，执行任务量也成倍增加，对舰船可靠性提出了更高要求^[1]。此前对任务前舰船状态评估工作的重视程度低，故部分舰船在执行任务时发生了几次重大故障，影响了任务进度，这从侧面也反映出舰船任务前的技术状态评估工作十分必要。

目前舰船针对装备所采用的状态评估方法有：1）1965年由美国L.A.Zadeh教授提出的模糊综合评价法，该方法适用于多准则复杂问题的评估工作，但指标信息复杂重复较难解决^[2]；2）由美国T.L.satty教授提出来的层次分析法，该方法简洁实用，但仅适用于数据较少的情况^[3]；3）人工神经网络算法，具有自主学习，自适应能力较好，但需要使用电脑及大量训练学习，应用范围较窄^[4]。除上述3种方法以外还有灰色理论评估法^[5]、粗糙集理论^[6]等方式，均存在关联度与事实不符的问题。因此针对舰船任务，缺乏一种科学高效的技术状态评估方法。

上述方式仅针对舰船装备进行状态评估，目前，还存在层级结构指标体系不完善、缺乏舰船状态评估检查规程所导致的针对性不强、效率低等问题^[7]。因此，本文提出一种系统的状态评估检查流程，并且提出一种基于舰船任务使命剖面图，结合层次分析的全面的舰船改进型状态评估方法，从而精准掌握装备状态，实现舰船保障资源精确配置，提高装备建设整体效益。

1 舰船状态评估流程 1.1 数据采集 1.1.1 数据采集目的及对象

为了给舰船状态评估提供实时性强、精准度高的原始数据，应首先根据该船任务剖面确定参与评估的相关设备，之后根据设备重要程度，对参与评估的舰船装备进行定期的数据采集。并根据参与评估设备的重要程度，分为特别重要设备、重要设备、一般设备，分类如下：

特别重要设备（A类）指故障后危害度特别大，影响航行安全等一般性安全，并且检测诊断需求高的设备。

重要设备（B类）指故障后危害度比较大，影响重要任务执行，或故障后可能导致较大次生危害，并且监测诊断需求一般的设备。

一般设备（C类）指故障危害度小，可等故障后再实施维修或者装备诊断监测需求不高的设备。

1.1.2 采集数据信息种类

采集的数据大致分为在线数据信息、离线数据信息、巡检数据信息^[8]。

1）在线数据信息

主动力监控系统与电站监控系统，分别可记录储存主动力系统与电站系统近3个月的运行参数数据，可以反应出推进柴油机、螺旋桨、齿轮箱、发电柴油机和发电机等重要设备的运行状态。

2）离线数据信息

舰船上主要设备的油液、振动，电气等重要信息。

3）巡检数据信息

舰船经过修理如等级修理或年度检修后，一般会进行静态和动态的试验，如数据采集时舰船近期经历过静动态试验，则直接以近期的静动态试验结果作为巡检数据，反之则组织相应试验。

1.2 状态分析

为掌握整船的状态，将分为3个层次进行评估，依次为设备层次、系统层次、舰船层次。从下至上各个层次需要依次配合，通过不同方式确定每个层次的权重。

1.2.1 设备层次

将上述采集的数据作为依据，由于不同设备技术指标不同，采用不同的计算方法对设备进行评分。

针对技术指标是单值的情况，例如发电机组的电压、功率等，该类型设备的评分按下式计算：

$ {y}=\left(1-\left|\frac{{x}_{1}-{x}_{f}}{{x}_{1}}\right|\right)\times 100。$

(1)

式中：y为设备评分值；$ {x}_{1} $为设备参数标准值；$ {x}_{f} $为设备参数测量值。

针对技术指标只有一个下限，例如主变压器的绝缘纸不低于0.5 MΩ，则该类型设备的评分按下式计算：

$ {y}=\left\{\begin{array}{l}0，\;\;\;{x}_{f} < {x}_{1}，\\ 60+\left(\dfrac{{x}_{f}-{x}_{1}}{{x}_{0}-{x}_{1}}\right)\times 40，\;\;\;{x}_{1}\leqslant{x}_{f} < {x}_{0}，\\ 100，\;\;\;{x}_{0}\leqslant {x}_{f}。\end{array}\right. $

(2)

式中：$ {x}_{0} $为船舶入列时航行试验所测得的初始值。

针对技术指标只有一个上限，例如发电机轴承温度不高于80℃。则该类型设备的评分按照下式计算：

$ {y}=\left\{\begin{array}{l}0，\;\;\;{x}_{f} > {x}_{1}，\\ 60+\left(\dfrac{{x}_{1}-{x}_{f}}{{x}_{1}-{x}_{0}}\right)\times 40，\;\;\;{x}_{1}\geqslant{x}_{f} > {x}_{0} ，\\ 100，\;\;\;{x}_{0}\geqslant {x}_{f}。\end{array}\right. $

(3)

针对技术指标是在一个区间。则该类型设备的评分按照下式计算：

$ {y}=\left\{\begin{array}{l}0，\;\;\;{x}_{f} < {x}_{3}，\\ 60+\left(\dfrac{{x}_{f}-{x}_{3}}{{x}_{0}-{x}_{3}}\right)\times 40，\;\;\;{x}_{3}\leqslant {x}_{f} < {x}_{0}，\\ 60+\left(\dfrac{{x}_{2}-{x}_{f}}{{x}_{2}-{x}_{0}}\right)\times 40，\;\;\;{x}_{0}\leqslant {x}_{f}\leqslant {x}_{2}，\\ 0，\;\;\;{x}_{f} > {x}_{2}。\end{array}\right. $

(4)

式中：$ {x}_{3} $为设备参数的下限值；$ {x}_{2} $为设备参数的上限值。

通过上述4种状态分析可以计算得到设备所有运行参数评分结果。设备的状态评分，需要将该设备全部运行参数评分结果进行加权平均，权重根据该参数对设备的影响程度进行确定。同时，本文提出一种改进性的设备层次评估，即需多工况情况下进行加权平均，最终得到该设备的状态评估结果。

1.2.2 系统层次

系统层次包含了设备层次对设备的综合评分情况、设备间协同评分情况、系统配套材料完备情况。本文在系统层次评分方面，是基于任务剖面的系统层次的定量及定性分析相结合的方法。

首先，需要对设备综合状态进行一个评分，设备之间配合程度不同，其设备的权重也不同。常见的设备配合关系有串联模式、并联模式、混联模式。

串联模式：对于串联模式的每个设备的权重确定，主要采用权重向状态较差的设备倾斜，则第k个设备的权重计算公式为

$ {a}_{k}=\frac{1}{n}-\sum _{j=1}^{n}\frac{{x}_{k}-{x}_{j}}{10\times {n}^{2}}，{k}\ne {j}。$

(5)

式中：n为该系统的设备数量；x_k为该系统第k个设备的评分值。

并联模式：对于并联模式的每个设备的权重确定，采用平均分配的方式。

混联模式：指系统由串联模式和并联模式混合组成的系统，该种系统是舰船设备间常见的运行模式。

其次，系统层次还需要考虑系统配套材料的完备情况，包括工具工装及配件的配套性、维修器材的配套性、设备技术资料的配套性。

最后，需要考虑设备间的协同情况，保证设备间的接口匹配情况、数据传输情况、设备功能协同情况。

由于3种评分情况是平行关系，因此，将按照相同的加权值，各取0.33的权值。综合上述计算，可以得到运行系统的总体评分情况。

1.2.3 舰船层次

在进行系统层次评估后，本文对舰船层次采用任务剖面方法，结合舰船远航任务对各系统综合性能进行打分，可以准确地得到设备的综合状态，保证舰船在执行任务期间的安全、可靠性。

结合任务剖面，采用专家分析法，根据设备重要程度及对任务目标的影响程度对各个系统进行权重确定。舰船的任务剖面示意图详见图1。

最终将得到的加权平均值作为舰船整体状态的评估得分。

1.3 状态评估

通过上述对设备、系统、舰船的评分情况，通过表格分析，确定各个系统、舰船的运行情况。对系统的定性指标评分见表1，对舰船的状态综合评分结果见表2。

根据对设备、系统、舰船层次的评分，通过上述表格进行舰船状态评估。若未达标可以通过临抢修等方式提高设备的技术性能。

2 舰船状态评估方法验证

2022年“和平方舟”号医院船航行至雅加达丹戎不碌港执行“和谐使命2022”任务。在短时间内，需通过对该船目前恢复性修理情况的基本性能进行状态评估，最大限度地发现故障隐患，确保装备的完好性和使命任务的可达性。由此组织实施了基于任务剖面及层次分析法相结合的舰船任务前状态评估工作。图2为本次执行任务的任务剖面图。

根据本次任务剖面图显示，主要任务是远洋航行及医疗救助，风力等级较低，对船舶系统的性能要求较低。故本次任务基于任务剖面在短时间内评估了影响该舰执行任务的动力系统、电力系统、特殊任务系统（医疗系统），保证该船处在一个良好的运行状态，快速高效地保障了该船任务的顺利实施。

2.1 数据采集

根据该舰船任务剖面，确定了参与评估的设备有推进柴油机、齿轮箱、调距桨、发电机组、电站监控设备、主配电板、区配电板、以及医疗区的移动PCR实验室方舱、负压隔离方舱、负压急救方舱、空调通风和排水系统。为保证采集数据的准确性，分别对主动力监控系统及电站监控系统进行了在线数据采集，对参与评估的设备进行了离线数据采集（振动、油液、电气），对参与评估的设备进行了实况巡检，根据采集的数据进行设备层次的状态评估工作。

2.2 设备层次状态评估

该医院船动力系统为双机双桨模式，电力系统采用4台发电机组。本次恢复性修理后进行了系泊试验、航行试验，现对动力、电力、医疗系统进行评估。

2.2.1 动力系统设备

本次恢复性修理后对动力系统的主要设备主推进柴油机、齿轮箱、调距桨等进行了状态评估。

任务前试航期间，动力系统进行了进一～进五工况的测试，现将进五工况下采集的数据进行分析评估。以主推进柴油机为例，阐释设备级评估方法原理。

16PC2-6型柴油机原设计最高航行转速为520 r/min。实测左右主机最高转速为480 r/min。因此，根据式(1)可计算左右推进柴油机转速评分y₁：

$ {y}_1=\left(1-\left|\frac{520-480}{520}\right|\right)\times100=92。$

(6)

16PC2-6型柴油机原设计最大爆发压力为14.2 MPa，任一缸与平均值差的绝对值≤0.5 MPa。实测左右主机各缸最高爆发压力及任一缸与平均值差的绝对值，以左主机A₁缸为例，根据式(3)，A₁缸最高爆发压力评分与y₂与爆压差评分y₃为：

$ {y}_2=60+\left(\frac{14-10.5}{14-10}\right)\times 40=95 ，$

(7)

$ {y}_3=60+\left(\frac{0.5-0.2}{0.5-0.1}\right)\times 40=90 。$

(8)

针对柴油机的特点，将参数分为2类：第1类，单缸参数，如各缸的排温、最大爆压压力等；第2类，整机参数，如燃油压力、淡水压力、滑油压力等^[9]。

首先对单缸参数进行评估，同上述方式对左主机16个缸的实测单缸参数进行评估如表3所示。

将单缸参数进行综合评估后，纳入整机参数评估，评估情况如表4所示。

经专家会议法研究决定，转速作为柴油机的性能指标，在评估中权重占比最大定为0.5，振动以及油液情况其次均为0.1，其他温度、压力等参数共占0.3，因此，综合评估左主机为88分，右主机为86分。同理对齿轮箱进行状态评估，评估情况如表5所示。

经专家会议法研究决定，齿轮箱作为传动连接机构，与主机接排功能是否正常权重占比0.7，其余参数共占比0.3，因此综合评估齿轮箱左舷得分93，右舷得分92。

2.2.2 电力设备

电气系统主要监测的设备是发电机组、电站监控设备、主配电板、区配电板。

为更好地监测发电机组及其他电力设备的配合情况，主要通过电站监控来实时监测发电机组的运行情况。

在发电机并联运行的多工况下，综合分析，对发电机组进行状态评估。1号、2号、3号主发电机为1050 kW，4号停泊发电机为500 kW。

工况1　动态航行，大负载工况下，2号、4号发电机组并联运行。

2号发电机有功评分x₁，根据式(1)可得：

$ {{x}}_{1}=\left(1-\left|\frac{1050-1071}{1050}\right|\right)\times 100=98 。$

(9)

2号发电机组冷却水温度，海军标要求最高不超过85℃，入列时测量值为67℃，则根据式(3)可得2号发电机组冷却水温度评分x₂：

$ {{x}}_{2}=60+\left(\frac{85-72.4}{85-67}\right)\times 40=88 。$

(10)

2号发电机组滑油压力海军标要求在0.44～0.5 MPa，入列时测量值为0.47，根据式(4)可得到其滑油压力评分x₃：

$ {x}_{3}=60+\left(\frac{0.5-0.49}{0.5-0.47}\right)\times 40=74 。$

(11)

根据上文所述的设备层级的评估方法，评估结果如表6所示。

其中，通过专家分析法，发电机的功率为主要性能参数，权值按照0.5计算，其他指标均分剩余的0.5，故在工况1情况下综合评估后得到，2号发电机组分数为97.1，4号发电机组分数为99.875。

工况2　动态航行，大负载工况下，3号、4号发电机组并联运行。

在工况2情况下综合评估后得到，如表7所示，3号发电机组分数为93.865，4号发电机组分数为93。

根据上述2个工况，可得到4号发电机组的综合评分，每次数据权值为0.5，则4号发电机的最终评分为96.4375。

同理，针对1号、2号、3号发电机都做了并联试验，可以得到1号、2号、3号发电机的最终评分依次为95.4352、97.6897、92.6869。

另外，电站监控系统、主配电板、区配电板，在动态航行试验过程中，通过巡检巡修主要检测其功能的完好性。试航4天时间内，未发现功能异常的情况，故上述3个设备的最终评分为100。

2.2.3 医疗设备

医疗系统主要监测的是针对本次加装的设备，即移动PCR实验室方舱、负压隔离方舱、负压急救方舱、空调通风和排水系统。

首先，针对加装设备，对其分电箱和设备起动器进行系泊试验测试。测试结果及评分见表8。其中，冷态绝缘电阻要求不小于5 MΩ，接地电阻不大于10 MΩ。

根据专家分析法，上述设备配电效用试验都正常，评分为100分，权值为0.5。电阻值均分剩余0.5权值。故上述4个设备的最终得分依次为99.875、99.25、99.65、99.575。

移动PCR实验室主要检查照度、功能效用（空调、生物安全柜、核算提取仪、PCR分析仪、压力蒸汽灭菌器、UPS）、信息传输功能、消防门、核算检测效用试验，通过试验，设备功能都正常，评分为100。

负压隔离方舱、负压隔离急救方舱检查效用试验（空调、消毒设备、破碎提升机）、接口，通过试验，设备功能均正常，评分为100。

2.3 系统层次状态评估 2.3.1 动力系统

动力系统属于混联模式，医院船动力系统评估模型，如图3所示。

动力系统各设备评估分数如表9所示。

如图3所示左舷柴油机、齿轮箱、调距桨为串联模式，根据式(5)计算每个设备的权值如下：

$ {a}_{1}=\frac{1}{3}-\sum _{j=1}^{3}\frac{88-{x}_{j}}{10\times {3}^{2}}= 0.37 ，$

(12)

$ {a}_{2}=\frac{1}{3}-\sum _{j=1}^{3}\frac{93-{x}_{j}}{10\times {3}^{2}}= 0.2 ，$

(13)

${a}_{3}=\frac{1}{3}-\sum _{j=1}^{3}\frac{86-{x}_{j}}{10\times {3}^{2}}= 0.43。$

(14)

同理右舷各设备权值分别确定为0.37、0.16、0.47。

左舷设备综合得分为88.14；右舷设备综合得分为85.55。左舷设备和右舷设备属于并联模式，则权值分别占0.5，故推进系统综合评分为86.845。

通过了解，舰船工具工装充足（打分：100）、备件足够（打分：80）、技术资料充足（打分：100），均分权值，计算可知电力系统配套性分值为92.4。

配套性及协同性，每项按照0.5的权值计算，可综合得到电力系统的综合评分为89.63。

2.3.2 电力系统

电力系统是个混联模式。首先，发电机组属于并联模式。电站监控系统、主配电板、区配电板属于串联模式。

1号、2号、3号发电机为主发电机，故3台发电机的权值定位0.81，且3台发电机均分其权值，4号停泊发电机权值定为0.19。则4台发电机组并联模式，其评分为95.50。

发电机组与电站监控、主配电板、区配电板是串联模式。每个设备的权值计算，根据式(5)可得：

发电机组权值b₁：

${b}_{1}=\frac{1}{4}-\sum _{j=1}^{4}\frac{95.5-{x}_{j}}{10\times {4}^{2}}= 0.34。$

(15)

电站监控系统权值b₂：

$ {b}_{2}=\frac{1}{4}-\sum _{j=1}^{4}\frac{100-{x}_{j}}{10\times {4}^{2}}= 0.22 。$

(16)

同理，主配电板和区配电板的权值为0.22。

综上，可计算得到电力系统设备的综合评分为98.47。根据表1可知，电力系统设备配合稳定。

通过了解，舰船工具工装充足（打分：100）、备件足够（打分：80）、技术资料足够（打分：80），均分权值，计算可知电力系统配套性分值为85.8。

配套性及协同性，每项按照0.5的权值计算，可综合得到电力系统的综合评分为为92.135。

2.3.3 医疗系统

加装以后设备相关的分电箱和3个起动器、移动PCR实验室、负压隔离方舱、负压隔离应急方舱是串联关系。3个起动器是并联关系。与电力系统同理3个起动器权值都为0.33，起动器评分为98.50。

剩下设备是串联关系，故分电箱、起动器、移动PCR实验室、负压隔离方舱、负压隔离应急方舱权值依次为0.196、0.224、0.193、0.193、0.193。综上可计算得到医疗系统设备的综合评分为99.5395。

通过了解，舰船工具工装充足（打分：100）、备件足够（打分：80）、技术资料足够（打分：100），均分权值，计算可知医疗系统配套性分值为92.4。

配套性及协同性，每项按照0.5的权值计算，可综合得到医疗系统的综合评分为95.97。

2.4 舰船层次状态评估

根据专家分析法，结合任务剖面图，该船重要设备是加装的医疗系统，故医疗系统分配权重为0.4，动力系统和电力系统权重均为0.3。故舰船层次综合评分为92.9175。

根据表2所示，该船评分在90分以上，属于一类在航状态，具备全面执行任务能力。

3 结　语

本文创新性提出一种舰船技术状态评估方法，此方法将舰船任务剖面与改进型层次分析法相结合。并将此方法应用于医院船任务前技术状态评估项目，得出以下结论：1）本文提出的技术状态评估方法可靠性高；2）相比于此前的评估方法，本文评估方法更高效、项目实践中耗费的时间成本大幅度减少。