摘 要：裝甲武器的火控系統(tǒng)是裝甲武器的重要組成部分，其可靠性直接影響了裝甲武器的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，本文針對(duì)裝甲火控系統(tǒng)可靠性與維修性研究中的可靠性建模與維修性建模進(jìn)行了探討，介紹了裝甲火控系統(tǒng)的可靠性模型，維修性模型，可靠性維修性指標(biāo)提升方法，為裝甲武器的設(shè)計(jì)與分析提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞：火控系統(tǒng)；可靠性建模；維修性建模

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.003

1 前言

裝甲武器的火控系統(tǒng)可靠性要求非常高，GJB-450A裝備可靠性工作通用要求對(duì)可靠性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、評(píng)估方法和程序進(jìn)行了一定的要求。建立裝甲火控系統(tǒng)的可靠性模型是可靠性分析工作的基礎(chǔ)，利用可靠性模型中的薄弱環(huán)節(jié)可以為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。樣機(jī)研制之后可以進(jìn)行可靠性試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行可靠性評(píng)估的有關(guān)工作。維修性指標(biāo)的設(shè)計(jì)工作要在火控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之初進(jìn)行，以便于裝備定型之后的維護(hù)保養(yǎng)。

2 可靠性模型

裝甲武器的火控系統(tǒng)可以分為火炮控制分系統(tǒng)、觀瞄測(cè)導(dǎo)及控制分系統(tǒng)、火控解算分系統(tǒng)和其他設(shè)備四個(gè)部分。火炮控制分系統(tǒng)控制武器的方位角和高低角到指定位置，完成火炮穩(wěn)定控制。火控分系統(tǒng)主要由炮控裝置、操縱臺(tái)、陀螺儀組等機(jī)構(gòu)構(gòu)成；觀瞄測(cè)導(dǎo)及控制分系統(tǒng)的主要作用是進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)與跟蹤目標(biāo)，進(jìn)行目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)定和處理包括氣象傳感器在內(nèi)的傳感器傳感參數(shù)。該系統(tǒng)主要由由穩(wěn)瞄控制裝置、瞄準(zhǔn)裝置、激光測(cè)距機(jī)、制導(dǎo)裝置等設(shè)備組成。火控解算分系統(tǒng)由火控解算計(jì)算機(jī)，顯示終端以及各類傳感器構(gòu)成，主要功能是進(jìn)行彈道解算，求解相遇方程，得到武器的射擊諸元，將其傳送給火控分系統(tǒng)，發(fā)出射擊命令。具體的火控系統(tǒng)組成部分如下圖所示：

根據(jù)火控系統(tǒng)的各個(gè)組成部分及其功能可以列出火控系統(tǒng)基本可靠性框圖，如下所示：

任務(wù)可靠性框圖需要限定火控系統(tǒng)執(zhí)行不同的任務(wù)，一般情況下，系統(tǒng)的任務(wù)可靠度要高于基本可靠度。在這里以常規(guī)的火炮為例來(lái)分析坦克火控系統(tǒng)的任務(wù)可靠性。將部分任務(wù)列表如下：

這里假設(shè)設(shè)備的壽命服從指數(shù)分布，并且故障率恒定。則設(shè)備任務(wù)可靠度可以由下式表示：

式中的t為任務(wù)執(zhí)行時(shí)間，為故障率，一般為定值。所以火炮的基本可靠度為：

這就是裝甲火控系統(tǒng)的基本可靠度，在分析系統(tǒng)的任務(wù)可靠度的時(shí)候需要注意到，發(fā)射導(dǎo)彈時(shí)，白光瞄準(zhǔn)鏡和熱像瞄準(zhǔn)鏡構(gòu)成了非工作貯備單元，假設(shè)兩者的轉(zhuǎn)換可靠度為1，則這個(gè)貯備單元的可靠度為：

在計(jì)算任務(wù)可靠度的時(shí)候只要將瞄準(zhǔn)鏡的可靠度換成貯備單元可靠度即可。這樣也就建立了裝甲火控系統(tǒng)的可靠度模型，分析了火控系統(tǒng)的基本可靠度與任務(wù)可靠度，分析過(guò)程參考了火控系統(tǒng)的任務(wù)特點(diǎn)，組成結(jié)構(gòu)，為之后的可靠性分析建立了基礎(chǔ)。

3 可靠性設(shè)計(jì)方法

由上面可靠性建模的過(guò)程可以得出火控系統(tǒng)的總體故障率為：

其中為各個(gè)分系統(tǒng)的故障率。接下來(lái)就需要將可靠性具體的分配到每一個(gè)分系統(tǒng)中。也就是建立可靠性分配模型。

3.1 可靠性分配

可靠性分配可以將工程設(shè)計(jì)規(guī)定的可靠性指標(biāo)合理地分配給每一個(gè)分系統(tǒng)，從而得到組成單元的可靠性定量要求，火控系統(tǒng)的可靠性分配由于缺乏有關(guān)系統(tǒng)單元的可靠性數(shù)據(jù)，這里選擇了按照幾種因素進(jìn)行可靠性分配，通過(guò)評(píng)分這一種方式給每一個(gè)子系統(tǒng)確定可靠性指標(biāo)。

MTBF即平均故障間隔時(shí)間，是衡量一個(gè)產(chǎn)品（尤其是電器產(chǎn)品）的可靠性指標(biāo)。單位為“小時(shí)”。它反映了產(chǎn)品的時(shí)間質(zhì)量，是體現(xiàn)產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持功能的一種能力。具體來(lái)說(shuō)，是指相鄰兩次故障之間的平均工作時(shí)間。這里通過(guò)MTBF來(lái)量化故障率。當(dāng)產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布時(shí)，其故障率的倒數(shù)就是MTBF。

w為系統(tǒng)總分?jǐn)?shù)，為每一個(gè)組件的分?jǐn)?shù)，為每一個(gè)分系統(tǒng)的權(quán)重。每一項(xiàng)分?jǐn)?shù)在1-9之間，主要評(píng)分因素分為復(fù)雜度，技術(shù)成熟度，工作時(shí)間，環(huán)境條件四個(gè)。最終得到的每一個(gè)分系統(tǒng)的故障率為w。

3.2 可靠性預(yù)計(jì)

火控系統(tǒng)需要在合同規(guī)定的車載條件以及惡劣環(huán)境下執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)和訓(xùn)練任務(wù)，這里初步給火控系統(tǒng)下達(dá)的可靠性指標(biāo)通過(guò)MTBF表示，也就是要求火控系統(tǒng)的MTBF應(yīng)該大于等于300小時(shí)。

可以對(duì)系統(tǒng)主要的六個(gè)組成部分進(jìn)行評(píng)分，然后求出，聯(lián)立求出和，最終求出每一個(gè)分系統(tǒng)的MTBF指標(biāo)。

評(píng)分分?jǐn)?shù)參考了某型火炮的專家評(píng)分分?jǐn)?shù)，借以進(jìn)行火炮火控系統(tǒng)可靠性分配工作。

根據(jù)公式可以得出每一個(gè)系統(tǒng)的可靠性分配指標(biāo)如下表所示：

通過(guò)這種方式給每一個(gè)分系統(tǒng)確定了定量的可靠性指標(biāo)。

4 維修性模型

維修性考慮的主要是裝備的維修時(shí)間，使其在發(fā)生故障后及時(shí)得到修復(fù)?？煽啃耘c維修性是密不可分的直接影響到裝備的完好性。維修性主要體現(xiàn)在維修時(shí)間上，在建立裝備的維修性模型的時(shí)候可以使用MTTR來(lái)進(jìn)行定量計(jì)算，MTTR就是平均修復(fù)時(shí)間，在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)品在規(guī)定的維修級(jí)別上，修復(fù)性維修總時(shí)間與在該級(jí)別上被修復(fù)產(chǎn)品的故障總數(shù)相比，也就是產(chǎn)品修復(fù)一次平均需要的時(shí)間。

參考某型坦克炮的火控系統(tǒng)維修時(shí)間，將其設(shè)定為4h，也就可以得出下表，每一個(gè)子系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間。

從上面的計(jì)算過(guò)程也就得出了總體與分系統(tǒng)的維修時(shí)間分配關(guān)系，為了得到更短的維修時(shí)間，必須縮短每一個(gè)分系統(tǒng)的維修時(shí)間。

5 提高火控系統(tǒng)可靠性與維修性的方法

通過(guò)以上過(guò)程建立了可靠性與維修性模型，對(duì)可靠性指標(biāo)與維修性指標(biāo)進(jìn)行了分配，得出了定量關(guān)系，但是通過(guò)后續(xù)的評(píng)估可以發(fā)現(xiàn)可靠性維修性中仍然存在的一些問(wèn)題，所以可以采用以下方法來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性與維修性。

（1）采用成熟的設(shè)計(jì)，例如觀瞄系統(tǒng)，制導(dǎo)系統(tǒng)可以借鑒成熟的應(yīng)用在其他裝備上的技術(shù)方案，及早的確定問(wèn)題發(fā)生之處，同類裝備設(shè)計(jì)方案能夠滿足需求的盡量使用同類方案；

（2）降額設(shè)計(jì)，上述技術(shù)指標(biāo)確定之后就可以進(jìn)行元件的選型工作，在選型的時(shí)候，應(yīng)該選擇元件器的額定值高于上述計(jì)算得出的指標(biāo)值，從而降低故障率，提高系統(tǒng)的可靠性；

（3）采用模塊化設(shè)計(jì)，元器件使用國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)件，方便維修，在確定故障發(fā)生部件后直接通過(guò)換件維修這一種方式來(lái)提高系統(tǒng)的MTTR指數(shù)；

（4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中加入內(nèi)裝測(cè)試設(shè)備來(lái)提高系統(tǒng)故障的檢測(cè)速度，內(nèi)裝測(cè)試設(shè)備僅需診斷乘員能維修的那些故障，乘員只須更換該部組件即可達(dá)到維修的目的。更細(xì)致的故障定位應(yīng)在中級(jí)和后方維修級(jí)利用專業(yè)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行；

通過(guò)以上幾個(gè)方案就可以較大程度的提高系統(tǒng)的可靠性與維修性。

6 總結(jié)

可靠性與維修性建模是一個(gè)逐步完善的過(guò)程，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的不斷加深以及可靠性維修性數(shù)據(jù)的不斷豐富，可靠性維修性模型也應(yīng)該得到相應(yīng)的改進(jìn)，只有通過(guò)裝備可靠性與維修性的有機(jī)結(jié)合，系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能才能得到最大化實(shí)現(xiàn)。加快檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)是現(xiàn)階段有效提升可靠性維修性的重要手段。

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作者簡(jiǎn)介：辛學(xué)敏（1993-），男，山西太原人，碩士，主要從事武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)。