海洋论坛▏对海洋仪器设备规范化海上试验的认识与思考

规范化海上试验是863计划海洋技术领域(以下简称海洋领域)为推动自主海洋仪器设备研发,加快产品化进程,按照科学的海上试验程序和方法,并通过规范化检验检测方法,获得试验数据和评价结果的过程。规范化海上试验是现场指标检验的一个必要环节,是海洋领域参照GB/T 19001-2008/ISO 9001∶2008《质量管理体系要求》,构建适合我国特点的海洋仪器设备研发与评价体系,创新海洋科技管理的一项重要举措。

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一、规范化海上试验的提出背景

过去由于海洋仪器设备研发海试经费匮乏,缺少海试平台,多数项目通过室内检测、水池试验或湖试来替代海上试验进行考核验收,使得多数海洋仪器设备研制停留在实验室阶段,真正下海试验的仪器设备较少,海洋仪器设备缺乏实际海上环境的检验。近年来,随着国家对海洋基础条件平台设施(如科学考察船、海底观测试验网等)投入力度的加大和建设步伐加快,为科学家和技术研发人员提供了海上试验条件保障。

初期自发的海上试验由于没有现成的规范和标准可以参照,缺乏系统理论的指导,使得海上试验组织实施过程随意性较大,每步操作无章可循,同时也导致了一系列问题。在付出高昂学费的同时,收获的往往是惨痛的教训。比如一艘普通的3000~4000t的科学考察船,出海一天仅燃动(柴油)费用达13~16万元,经常由于遭遇突发极端天气和高海况(没有提前预料)使得海试无功而返;因出海没有带齐备品备件,遇到设备故障海试被迫中断;由于一些低级失误导致仪器设备漏水漏电甚至损坏;因海试中仪器设备丢失、过程记录不规范、不完整,造成问题故障无法溯源和定位,技术状态无法评价;考核验收时因专家对海试方法存有质疑,使海试变得毫无意义……

在一段时期内形成了海上试验“高投入,低产出”的被动局面,甚至由于承担单位未经相关专业培训自行出海,给人员及装备安全等带来极大风险和损失,国家宝贵的有限的科技资源没有得到有效利用,海洋仪器设备“最终”的海上检验验证迫切需要开展规范化海上试验。

二、规范化海上试验的主要程序做法

海洋领域针对海洋仪器设备研发,通过多年的海上试验教训的积累和经验总结,提出规范化海上试验的概念,通过项目的形式落实规范化海上试验公共航次平台,并依据质量管理体系相关要求组织编制了863计划海洋技术领域《规范化海上试验管理办法》 (于2008年3月试行,2013年9月重新修订并正式发布),细化编制了一系列海上试验组织、检验及评价操作规程,使得海上试验有章可循。突出解决了两个方面的问题,一是海试大纲(方案)的科学性、合理性,通过同行专家评审把关,确保现场指标能够得到有效验证;二是海试操作过程的规范化,包括试验组织、操作实施、海试记录等,确保海试评价结果的客观公正。

规范化海上试验主要包括4个环节:规范化海上试验航次申请与准备、海上试验大纲(方案)编制与评审、海上试验准备及组织实施、第三方见证和评价;航次申请与准备阶段重点解决试验平台落实问题,可以申请搭载海洋技术领域组织的公共开放航次,亦可搭载自组织海试航次,前提是参试单位已经完成室内检验、水池及湖上试验,具备了出海开展规范化试验的条件。海上试验大纲(方案)编制与评审环节,重点明确现场指标检验方法,需要通过同行专家评审的方式予以认可,同时对参试设备、备品备件、海区环境、人员及分工、应急预案等做出合理安排和考虑。海上试验准备及组织实施阶段,重点对出海注意事项及相关人员进行专业培训,做好各项备航准备,规范化执行好海试大纲(方案)里明确的各项任务和相关内容。第三方见证与评价阶段,主要是确定第三方的组成形式,明确第三方职责,审核海上试验大纲(方案),全程跟踪海试过程,进行现场见证和监督,做好海试过程记录,并依据试验结果完成考核评价等工作。

三、规范化海上试验对海洋仪器设备研发的意义

海洋仪器设备指标检验评价的必要手段

多年的海洋技术研发表明,海洋仪器设备技术评价仅仅靠实验室检验是远远不够的,我国海洋技术研发起步较晚,即便对于跟踪研发的海洋仪器设备开展与国外同类设备的海上比测,亦需要研究海上比测试验操作与评价方法,更何况对多数创新研发的前沿海洋仪器设备的检测。一直以来,在指标的界定、考核方式、评价方法等方面,由于缺乏相应的规范和标准,存在较大的探索性,特别是对于现场指标(真实环境下的指标验证)、可靠性指标、功能及性能指标等的检验,更需要深入研究制定海上试验检验方法。通过规范化海上试验来确保海洋仪器设备海上试验的科学性、操作过程的规范性以及评价结果的客观性,因此规范化海上试验是海洋仪器设备指标评价的一种重要形式,不可替代。

严格海上试验风险管理的必然要求

海洋领域之所以要开展规范化海上试验,制定《规范化海上试验管理办法》,除了强化技术评价过程的质量控制之外,更重要的是对海试过程中可能存在的各种潜在风险要进行严格管理。将质量管理体系有关要求引入海洋科技研发管理,这是海洋领域技术研发走向海洋不得不做出的选择,也是多年沉痛教训得出的历史总结。众所周知,近年来在海洋调查科考中时有人员伤亡、装备损毁丢失等事故的发生,特别是进入“十二五”以来,随着海洋领域“开拓深远海”战略的实施,严格海试风险管理、规范化组织实施显得尤为重要,尤其对于海洋仪器装备的研发而言,规范化海上试验必将成为海洋领域科技管理的一项长期任务常抓不懈。

海洋仪器设备海试操作与评价过程透明公开

规范化海上试验,通常的理解是通过对海洋仪器设备开展海上试验对其技术状态进行考核评价,从另一个角度来看,一个非常重要的方面还在于海试过程中通过第三方(包括有资质的专业检测机构、现场专家组、质量监理等)的介入,将海洋仪器设备海试操作与评价过程变得透明公开,也就是说海试内容、试验方法、操作过程以及最终评价的结果,不能仅研发团队自己清楚,也要让第三方知道,将第三方(亦或同行、用户等)的认可作为评价技术好坏的标准,这一点意义尤其重要,海洋领域通过类似举措(包括海试过程引入质量监理等)的实施在很大程度上确保整个科研过程不偏离科学的轨道。

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加快海洋仪器设备成果应用转化的催化剂

众所周知,“蛟龙号”载人潜水器规范化海上试验自2009年从50m水深开始下潜,耗时4年,通过51个潜次,对313项技术指标的试验考核、技术改进,最终下潜到7000m(最大下潜深度7062m),完成深海探测与作业,把最初的一项海洋技术成果变成实用化深海装备,用铁的事实证明,海上试验是海洋技术成果走向应用、实现转化的必由之路,不可逾越,已成为整个海洋界的共识。从海洋技术研发规律来看,技术问题很难从前期设计、加工制作以及系统集成环节显现出来,更容易从海试中充分暴露。如福建示范区岸基阵列式高频地波雷达样机在初期海试过程中就暴露出系统三防(防腐、防潮、防磁)性能差、接收天线阵庞大,抗风浪能力弱,以及使用不方便,需要技术人员长期值守等问题,通过研发团队逐一对问题进行针对性改进研发,反复的试验验证,系统快速实现产品的设计定型(OSMAR071型),并在有关部门招标采购中击败国内外竞争对手,成功中标。因此解决海试中发现的问题将大大加快海洋仪器设备的实用化进程。通过规范化海上试验组织实施,海洋领域推出了一批实用化的技术成果,从某种程度上讲,海试过程与真实海洋环境下的实际应用相比,已经没有了本质的区别,因此海洋领域推行规范化海上试验也是对海洋仪器设备研发后端即成果转化提出了更高的要求。

大幅提高海试效率,降低海试成本

海上试验通过规范化组织实施,最大限度地杜绝了研发团队海上试验的盲目性和随意性,大大减少了操作上的失误,降低了海试过程风险,确保了每次出海仪器设备的指标都能够得到充分验证,避免了海试“仅交学费、无功而返”,甚至仪器设备丢失损毁事件的发生。通过集中统一组织,共享开放航次(除863计划项目外,像973、支撑计划、自然基金等海试任务均可搭载进行海试),使得有限的试验平台资源得到充分利用,极大地降低了海上试验成本,避免了有限资源的浪费和重复投入。为避免因试验任务集中对863计划任务的影响,海洋领域在开展规范化海试中坚持两个原则,一是在所有海试任务中优先保障863计划课题的海试任务;二是在863计划任务中优先保障需要开展中期海试和验收海试课题的任务。

四、规范化海上试验取得进展及成果

规范化海上试验自执行以来,取得丰硕的成果,仅“十一五”以来,海洋领域共执行10个集中规范化海上试验航次,投入总船时达310d,完成45个种类91台(套)次的海洋仪器设备海试和技术评价工作,有29型海洋仪器设备完成第三方独立检验,多数仪器设备达到了实用化要求。初步分析,通过海洋领域规范化海上试验引导及要求,加之对试验中发现问题的技术改进,同类设备(如深海滑翔机、小型自主探测系统AUV等)的故障率降低了30%以上。规范化海上试验使多年来形成的海洋科技成果落了地,转化成了实用化仪器装备(如系列高频地波雷达、X波段雷达、三维声学摄像声呐、C-ARGO、系列ADCP、锚系浮标、潜标、XBT、“蛟龙号”7000m载人潜水器、4500m深海资源自主勘查系统AUV、4500m深海作业系统“海马号ROV”、北极冰下自主/遥控探测系统“北极ARV”、深海拖曳探测系统、“海牛号”海底60m多用途钻机、“海燕号”深海滑翔机等),部分技术成果已初步实现产业化。

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完成863计划海洋技术领域《规范化海上试验管理办法》的修订和正式发布,编制了规范化海上试验操作规程、第三方检验操作规程等通用规程;形成《海洋仪器设备规范化海上试验》等8项国家或行业标准,制定了涵盖8类测量要素的海洋监测仪器设备实验室检测方法,并针对不同类型海洋仪器设备制定了9项质量控制技术规程,完成规范化海上试验网站、规范化海试信息管理系统的编制及试运行,培养了稳定的专业化海上试验人才队伍。

通过多年的发展,我国已形成从空天、岸基、水层到海底的立体观测,自主海洋仪器设备种类不断增加,并逐步向远海和深海拓展(段春明等,2014),规范化海上试验的内涵也得到极大丰富,从最初共享公共海上试验平台开始,到海试管理办法、标准规范的建立以及操作评价规程的制定,逐步实现了海试全过程的质量控制;试验平台从单一的科考船拓展到集成示范系统(如区域海洋立体监测系统、深海内波观测试验网、海底观测网系统等);参试仪器设备从船载式(下放式、抛弃式、拖曳探测式)拓展到空天观测(如机载盐度计等)、岸基观测(如地波雷达)、海洋定点观测 (如锚系浮标、潜标、海床基等)、水下移动平台观测(如AUV、GLIDER等),进而又逐步拓展到深海装备及通用技术等(如系列潜水器、深海浮力材料、水下声学定位通信等);极大地丰富了规范化海上试验的内容。

随着2008年863计划海洋技术领域《规范化海上试验管理办法》的试行,“十二五”期间海洋领域仪器设备规范化海上试验已步入常态化。通过将海上试验作为指标要求和考核方式写入课题任务书,并增加补充协议条款,涉及海洋仪器设备研发的项目课题实现全部“下海”,这在海洋领域技术研发项目管理上具有里程碑意义,并在海洋领域专家与研发队伍中逐步达成广泛共识,目前,开展规范化海上试验已成为海洋领域科技管理的一种创新理念正逐步深入人心(钱洪宝等,2015)。

五、未来发展的思考与建议

⑴规范化海上试验是海洋领域针对仪器设备研发,经过近20年艰辛摸索与实践,探索出的一条管理创新之路,成为海洋仪器设备研发评价体系中的一个重要环节,应作为一项重点任务,纳入海洋科技创新发展规划,给予重点关注并长期支持。

⑵进一步拓展规范化海上试验适用范围,完善海上试验操作和评价技术体系。除海洋环境监测及深海探测仪器设备外,将研发的海洋油气、矿产、天然气水合物、海洋能资源探查开发装备以及海洋生物养殖捕捞装备等纳入规范化海上试验评价体系,并分类制定海试操作及评价规程(姜晓轶等,2013)。通过强化海试及试验性应用,加快自主研发海洋仪器装备的产品化进程。

⑶严格海上试验风险控制管理。特别是在海洋科技研发向深远海挺进的过程中,对安全性问题应予以重点关注,应严格按照相关质量管理体系要求,加强对海上参试人员、仪器装备以及对海洋生态影响等问题的风险评估,强化对应急预案的管理要求,确保海试过程风险可控。

⑷积极探索组建国家联合调查科考船队,依托现有平台资源,建立国家科考船统筹调度及船时共享管理机制以及重大科技装备的运营管理机制,提高科考船及重大装备作为海试平台的使用效率,减少国家科技资源的重复投入和闲置浪费。

⑸引导并推动国家海上公共试验平台建设。除科考船等传统海上试验平台外,依托岸站、岛屿以及海桩基(如油气平台等)构建海上公共试验场,将成为海洋仪器设备研发重要的海试平台,应深入研究海上试验场建设的目标定位、服务对象,探索其运营管理机制,并开展相关配套政策研究(罗续业等,2011),同时将我国已研发的重大装备(如蛟龙号、海马号等)作为关键技术研发试验平台,为海洋仪器设备自主研发及规范化海上试验发挥更大作用。


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