像運載火箭或者巨型船舶這種一次只能製造一台成品的東西，如何測試其性能和安全性，尤其在計算機不普及的時代？

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題干有點問題，很多船舶都是同一型號會造好幾艘甚至幾十艘的，我國現在也在努力推行船型標準化。

研究方向之一就是艦船結構安全可靠性，內容比較枯燥估計沒啥人看-_-，就當科普好了。

一般來說船舶破壞模式分為很多種，主要有極限破壞、疲勞破壞、砰擊破壞等（如果是艦船類還要考慮爆炸破壞）。每一個展開都是十分複雜的問題，這裡主要說一下最常見的極限破壞。

要判斷船舶是否安全就得對比船舶實際所受載荷與船舶本身承載能力的大小。

一般的處理方法是將船舶所受外界環境作用（比如靜水作用、波浪作用、風浪流作用、貨物作用等）通過一定的手段換算成船舶所受的外力大小。再將此外力載入到船舶結構之上，看船是否會發生破壞，也就是船舶強度問題。

目前常用的計算船舶崩潰過程的方法大致有三種：理論計演算法、有限元模擬計演算法、模型試驗法。

一般的船舶結構都十分的複雜，所以採用理論計演算法準確計算船舶承載能力是十分困難的，且為了使計算方法可行理論計算中採用了大量的簡化與假定，因此理論計演算法大部分時候只作為一種對最終評估值的一種對比參考。

有限元計演算法是採用非線性有限元技術對船舶結構進行整體建模，再採用數值模擬的方法對有限元模型進行計算。由於船舶的極限承載能力問題是一個高非線性問題，針對同一條船不同的人建出來的模型、計算過程中參數的設置都會對最終結果有很大影響，一百個人算同一條船絕不會有兩個人得到同一個結果，判斷計算結果的好壞當然有一些準則與方法卻無絕對。因此對於有限元計演算法一般有一個說法「有限元計算出來的結果，除了自己沒人會信。」放一張實船有限元模型的圖。（圖片來自文獻《8500箱集裝箱船整船彎扭強度有限元分析》）

再說模型試驗法，很好理解，就是對船舶模型進行載入，然後記錄模型破壞時的載荷大小與船舶實際所受外載荷大小進行對比。船舶造價那麼高，想要做實船試驗幾乎是不可能的，但也無絕對。歷史上有過三次極限承載能力實船實驗，美國軍方於1930至1931年間將兩艘相同船型的驅逐艦Preston號和Bruce號進行了實船崩潰試驗，英國對一條未建完的驅逐艦Albuera號進行了崩潰試驗。

既然無法做實船試驗那就得把實船進行縮小再進行計算。但船舶是薄殼結構，都是由鋼板組成，比如把一艘船按1:10縮小，那船上10mm的鋼板就會變成1mm，5mm的鋼板就會變成0.5mm，而這些規格的鋼板是採購不到的，即使有了這種規格的鋼板在模型建造過程中焊接工藝的問題也是無法解決的。因此通常採用的處理方式是船舶的幾何尺度縮比與板厚縮比採用兩個不同的值，另外骨材間距也會發生變化造成模型結構發生變化。這樣的話就形成了畸變模型，而關於畸變模型的設計與換算又是一個強非線性問題，也是目前船舶安全性評估方向所研究的重點問題之一。另外還存在邊界條件模擬自由度轉換等問題。所以模型試驗方法看起來簡單粗暴可靠，但實際上也存在著很多困難的問題。因此對於模型試驗法也有一個說法「模型試驗的結果大家都會信，除了自己。」再放一張模型試驗的圖。（圖片來自文獻《Analysis method of ultimate hull girder strength under combined loads 》）

所以目前常採用的是使用非線性有限元法與模型試驗相結合的方法對船舶結構安全性進行評估。一般認為，如果非線性有限元計算結果與模型試驗結果誤差較小，那麼計算就是可靠的。這個學期實驗室做的某船極限承載能力評估的項目，兩者計算結果相差達到了5%以內，可以算是做的十分成功的了（一般來說10%以內都是可以接受的）。下圖是文獻《Analysis method of ultimate hull girder strength under combined loads 》中的計算結果對比。FEM指非線性有限元計算，Exp指試驗結果，Proposed指理論預測值。

References

[1]張磊. 8500箱集裝箱船整船彎扭強度有限元分析[D]. 上海交通大學, 2004.

[2]Tanaka Y, Ogawa H, Tatsumi A, et al. Analysis method of ultimate hull girder strength under combined loads[J]. Ships Offshore Structures, 2015, 10(5):587-598.

這問題問的只能用圖來答

我從小覺得航模比賽都是國家暗地裡培訓大批工程師科學家的陰謀???

就算是「電腦沒有普及的時候」，計算機在此類實驗室也是十分普及了。我1995年時放學經常要在父親空氣動力學實驗室待一會，他們那裡漫山遍野都是計算機列印出來的圖表：

以上隨便找的類似圖片來自網路
當然那個時候計算力比較落後，歐盟航天局下屬那麼大的研究所，跑一個什麼運算得回家睡一晚第二天早上才能有結果。它們紙上打洞的計算機剛剛淘汰，裝滿這種紙卡的盒子堆到天上去那麼高。

大概是這種感覺彩蛋：1996年我在實驗室玩耍時見過一個奇怪三角形飛機的模型，當時想哼這個飛機長得倒是奇怪，肯定是

長大後某一日又看到效果圖，哎原來論證那麼早！

巨型船舶不熟悉，不清楚情況，但是運載火箭真不是一次只造一個的。一般來說，用同一批材料，採用同樣的工藝，做n個（n大於等於2），然後在出廠測試時，遇到那種會對箭體有損傷或破壞性的測試，拿其中一個試驗，如果沒問題的話，就可以認為同一批次其它的沒有問題，其實就是類似於抽檢咯。我還記得第一次參觀火箭生產車間，就看到一個箭體泡在強酸里去測試抗腐蝕性和氣密性。在當年那個時代，就是用成本來堆可靠性。另外，在工藝設計里有個安全係數的指標，學工科的都知道，例如一顆螺栓要求能夠承受1000牛頓的力，那麼在設計時就要按照1.2到1.3的係數設計到能夠承受1200到1300牛頓的力。而在航天領域，這個安全係數至少是2到2.5以上。

一次只能製造一台產品，不等於一個廠只製造過這一台產品，所以說工業基礎。

如果是運載火箭，第一發造出來之前，應該已經造了十幾個樣件了。

錢學森寫過一本書，叫《工程式控制制論》，這本書講的就是如何最大限度利用數學方法定量的提高系統可靠性。說白了就是怎麼樣利用不那麼可靠的子系統搞出一個相對可靠的整體。很多問題人類的檢測是做不到的說，不過呢可以通過數學和工程手段提高可靠性

成熟技術少量製造的產品，可以用增大冗餘的辦法來保證安全性。

比如大和號戰列艦，設計航程6000多海里，試航後發現高達12000海里，燃油量遠遠超出實際需要。海軍馬上炸鍋了，當時的戰列艦等同於現在的航空母艦，多出幾千噸排水量，浪費的錢是天文數字。大和號用到的設計人員肯定是當時最高水平的，算出來的船體阻力卻遠大於實際，可見這種失誤是無法避免的。最後封了油箱加裝裝甲板，算是把浪費的排水量用上了。

如果採用的新技術太多，就完全無法預估。即使每一個部分都是合格的，冗餘也很充足，組合起來完全是另一回事。這種只能造一大堆實驗型號做測試，慢慢積累經驗。

你看早期火箭的研製歷史，先期型號試射都是瘋狂爆炸，同一個型號每一枚都有小改進，毛病改的差不多了，換成新型號從頭開始折騰。新火箭其實和之前的火箭大部分都是相似的，真正的新東西很少。

採用的新技術比例太高又想趕快實用化，下場就是長征5號和太空梭。

瀉藥，拋一塊上古時期的磚{

航天領域，其實可以用錢使勁砸；

eg：眾所周知的美帝上世紀60年代捏的土星5號，每一枚價值一艘航母，每次發射都相當於摧毀一個航母戰鬥群（大霧）

——國會老爺你看，十幾艘航母灰上天了！
國會：媽賣批(╯‵□′)╯︵┻━┻

這樣的寶貝疙瘩，首飛之前有3枚用於合練、全箭振動、系統測試；

在有土星1號系列鋪路的前提下，依然發射了2枚全狀態的無人火箭用作測試。

來自Saturn V - Wikipedia

——國會老爺別生氣，其實還有幾艘航母沒上天。。。。。。
國會：滾！

當然，這裡面並非不能節省開支，比如土星5號全箭振動測試箭二級來自合練箭；我國長7的全箭振動測試就是用合練箭完成的。

一些商業發射會稍稍冒進一些，比如SpaceX 的獵鷹1號首射放了三次煙花（把地面的測試工作搬到了天上？）

}

以上

火箭可不是一次造一台。soyuz火箭造了1000多枚。高峰時期更是幾十枚同時生產。質子接近400。世界上成熟的商業火箭早已經是工業品了。某些三代機都達不到。

表明身份：本人學的是船舶與海洋工程；畢業後從事的是石油平台製造。

這個問題還算相關，就粗略的打一下吧。感謝 @周鑫同學的邀請。

首先，巨型船舶類產品都是不斷迭代的一類產品。都已基於原有的產品類型去改造，這就意味著它的數據是不斷修正的。然後在依據用戶的去求進行有針對的修改。

在計算機不普及的年代，從事這類的工程師們怎麼辦呢。用手畫，大的圓規，三角板，直尺。在A1或者A0號圖紙上面，一點一點的畫出來，每一步都用草稿紙演算。回想起大學時代，在做畢業設計的時候，畫出一張船舶的三視圖。要求就是手繪，數據什麼的給出幾個重要參數，然後就根據各種船舶類經典的圖譜找參數，求點，一步一步的畫（不好意思，離開學校時間久了，不記得那幾張圖叫什麼了，大概和流體力學和結構力學有關）。還要計算出槳葉的迴轉效率，也是參照相應的圖譜。不過老師說過，我們用的這一類圖譜是日本上上一個版本。想到這裡，感覺得到中國的製造業基礎投入還是太少，基礎行業沒錢，人都走了。哎！

說到性能，就不得不提到發動機。由於國內別的沒有，錢還是有一些的。民用類的一些產品，國外還是對中國開放。所以核心的發動機，發電機之類的還是可以買到的。船舶類用的一般都是CAT的，發電機一般都是西門子。至於安全性，船舶類的產品都要求入級，也就是經過相應的船級社檢驗合格後發證書。一般大的船級社包括（ABS/DNV-GL/NK）一般技術積累還是有一些的，畢竟製造業發展這麼些年頭，外國人善於總結，組織過程資產這一塊做的比國內好很多。所以檢驗方面有業界標準保證。至於性能，大型船舶類產品在建造的後半段都會進行相應的調試，進行動力試驗/負載實驗/抬升實驗。對發動機，主要的臂架，水密性，進行一系列的測試。這還是總的測試，在採購的每一個小的模塊或者零件，還會有相應廠家的測試或者其餘具有業內資質的校驗公司來進行檢測。就像安全閥/壓力表這類零件。我所在的鑽進平台就有美科儀器儀錶校準技術服務（無錫）有限公司負責【不是廣告，只是最近有這方面的業務合作，就說一下】。

業主也是一個重要環節，像船舶類產品零部件及其安裝，先要經過工廠自檢--&>船檢檢驗--&>用戶代表檢驗。經過三道關卡。一般不會出現大的問題，除非是工廠自身除了問題，造成了較大損失，然後瞞著船檢/用戶，將安全隱患埋下來。這樣才會出現問題，所以現代的製造業，多數不是技術問題，而是管理問題，是人的問題。只要每個人能夠做好自身的職責，出現問題的概率不大。但是最難管理的也是人。這就要有良知的的質量經理在中間周旋，這個人需要懂管理，有管理的許可權和知識，還要有良知。確保產品大的問題不發生，保證生產進度的同時將各類質量問題都消滅在施工過程中。因為一旦交付了，問題還沒有解決。這個就埋了雷。想想振華重工給英國一個大型新能源公司做了幾條風電安裝船，樁腿出現了問題，打官司振華賠了很多錢。英國第一大律師事務所和第二大律師事務所分別為兩家服務。

感覺有些偏題了，見諒。最後總結下，行業沉澱總結+業界靠譜檢驗機構+不差的施工環境，一般出不了問題。

誰跟你說火箭只造一個了。。。要一個發動機，在這之前造了很多了。至於船，出了問題只要不沉還能修啊（

按照規範走，規範是經過多年的理論和實踐驗證過的

其實你說的就是產品的可靠性和安全性
這都是設計是最基本的考慮正常情況下如果一個東西要生產了可靠性和安全性在可預知範圍內都是沒問題的剩下的就是保證質量
這種大型設備的生產不是成品檢測的是生產過程中實時檢測的每一道工序都會有過程式控制制合格後轉下道工序
像船這種生產完成後會有試航實驗檢驗各項指標然後未達標的修改後或賠錢
至於火箭么只能那樣了飛了就飛了盡人事聽天命畢竟設計師已經做到了可預知範圍內的一切產品質量監督檢驗也是合格的話出事了只能是經驗不足出一次事故設計師可預知的範圍就會變大一些

每一個部件都可以獨立測試，比如火箭發動機台架測試（當然最後用的那個基本上不是測試的那個）。
沒有計算機，但當時的構建複雜度也不高，可以通過宏觀的計算來貼近。（土木也有好多類似的計算）
最後，的確需要實物驗證來改進，的確當時火箭之類實驗成功率並不高。

對於船舶的性能與安全性保證，試驗是最好的方法。
船舶性能一般地主要是快速性，操縱性，耐波性；船舶安全與可靠性主要考慮中縱強度，疲勞強度，局部強度，對於大開口船舶（如集裝箱船）還需考慮扭轉強度。
船舶試驗有實船試驗和模型試驗，模型試驗考慮有物模試驗和數模試驗。個人認為只有數模試驗才對計算機有較高的要求。
物模試驗有船舶阻力試驗，船舶自航試驗，Z形操舵試驗，迴轉試驗，螺旋試驗與逆螺旋試驗，耐波性試驗。對於物模試驗，尺度效應的問題目前的已經有相對較好的解決。物模試驗可以在船舶的設計階段提供較好的技術支持。
數模試驗就比較多了，即使是今天的計算機計算能力，數值模擬的結構的可信度還有對考究，只能作為輔助。

我想提一下高級項目管理必須貫徹的「六性」，即可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性、環境適應性。

運用優化設計和可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性、環境適應性等專業工程技術進行產品整體和零部件及材料的設計和開發、模擬、製造、試驗，可以最大程度地保證前所未有的全新產品從圖紙變成滿足主要設計參數和質量要求的最終實物。

應該說計算機的出現只是提供了計算上的方便和精度，準確度，將原本大量的需要機械式反覆運算的工作交給計算機，但是解決辦法是已經有的啦。
像性能的話，實驗是很重要的，通過實驗可以驗證設計是否能夠達到要求。一條船，尤其是新設計的船型，往往要根據縮尺比做一個船模，包括螺旋槳，然後在船池中進行實驗，有什麼靜水力啦，阻力實驗啦，耐波性實驗啦，自航實驗啦，操縱性實驗啦，螺旋槳敞水性徵啦一堆。
像安全性，我只能說這也是有辦法計算的。船體總強度，各部分強度，振動情況都是可以計算的，可適航於哪些海區，可承受幾級風浪，而且，都是可以在草紙上筆算的，只要你數學夠好，你可以自己手算嘛，哥就是不用計算機，哼。還有破艙穩性，橫搖角度，這些可以保證說在少於若干艙（民船3個就很不錯了）破損進水的情況下不沉，在風浪中穩性如何，等等。

別人問的是火箭會不會和手機一樣，同批次做出好幾個來抽檢。底下回答的是，為了保證最終飛上天的火箭的可靠性，用在實驗上的試驗品可以組裝成好幾個火箭。

不是一碼事。211廠怎麼可能為了最終這個長5做好幾個長5飛上天抽檢試啊。
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從總體到分系統到零部件一級一級往下提設計要求的時候，都要放大冗餘的安全係數。這是其一。

對火箭這種東西來說，要保證最終產物的可靠性，只能是把它分成一級，二級，三級等等不同的關鍵部分，要求不同部分都進行可靠性驗證。

例如針對發動機，其中各個零部件要進行常規的抽檢和疲勞環境考核，組成發動機後再試車。箱體也是一樣。然後箱體和發動機還要聯合試車。

最終用在發射的那個火箭上的發動機，在地上要做校準試車，但時間不長。時間長的是，和它一樣用同樣批次的產品做出來的兄弟，要做長程試車，苛刻性高於真實飛行過程。

簡單來說，比如火箭需要一個零件A，那麼工廠會生產若干個零件A，然後選取出同一批次的所有零件，我們記為n個，隨機選取一個保留，剩下的n-1個做實驗，如果都沒有問題，那麼就用保留的那個，我們採油老師告訴我們的。

2017-10-13
成都-新都

很簡單。
最初在設計時，會按照成功的方案去設計，屬於理想。但理想與現實總有差距。一般新東西都要搞幾年或十幾年，這其中就不停實驗。實驗材料，實驗工藝，實驗設備，實驗設計。
經過試驗都沒問題了，就是組裝，組裝也會有問題啊，當然組裝中會嚴格要求，但還會有疏漏，設備材料雖然測試都合格，但是實際用環境、壽命還是有不可控風險，接著就是運行試驗。
運載火箭呢，3、2、1、點火發射！成功了，就是某國第一枚運載火箭成功發射，歡呼雀躍。炸了或偏了，再找問題，再試驗。
船呢，就是試航，左拐右拐，全速、慢車，都沒問題了，交船收錢。有問題拉回來改。改不了，賠錢！
就這樣吧。