裝甲火控系統可靠性與維修性建模

2017-12-29 10:13:45辛學敏

山東工業技術 2017年24期

摘要：裝甲武器的火控系統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術技術指標，本文針對裝甲火控系統可靠性與維修性研究中的可靠性建模與維修性建模進行了探討，介紹了裝甲火控系統的可靠性模型，維修性模型，可靠性維修性指標提升方法，為裝甲武器的設計與分析提供了一定的參考。

關鍵詞：火控系統；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可靠性要求非常高，GJB-450A裝備可靠性工作通用要求對可靠性設計、試驗、評估方法和程序進行了一定的要求。建立裝甲火控系統的可靠性模型是可靠性分析工作的基礎，利用可靠性模型中的薄弱環節可以為改進設計提供參考依據。樣機研制之后可以進行可靠性試驗來進行可靠性評估的有關工作。維修性指標的設計工作要在火控系統的設計之初進行，以便于裝備定型之后的維護保養。

2 可靠性模型

裝甲武器的火控系統可以分為火炮控制分系統、觀瞄測導及控制分系統、火控解算分系統和其他設備四個部分。火炮控制分系統控制武器的方位角和高低角到指定位置，完成火炮穩定控制。火控分系統主要由炮控裝置、操縱臺、陀螺儀組等機構構成；觀瞄測導及控制分系統的主要作用是進行目標探測與跟蹤目標，進行目標的運動參數測定和處理包括氣象傳感器在內的傳感器傳感參數。該系統主要由由穩瞄控制裝置、瞄準裝置、激光測距機、制導裝置等設備組成。火控解算分系統由火控解算計算機，顯示終端以及各類傳感器構成，主要功能是進行彈道解算，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，發出射擊命令。具體的火控系統組成部分如下圖所示：

根據火控系統的各個組成部分及其功能可以列出火控系統基本可靠性框圖，如下所示：

任務可靠性框圖需要限定火控系統執行不同的任務，一般情況下，系統的任務可靠度要高于基本可靠度。在這里以常規的火炮為例來分析坦克火控系統的任務可靠性。將部分任務列表如下：

這里假設設備的壽命服從指數分布，并且故障率恒定。則設備任務可靠度可以由下式表示：

式中的t為任務執行時間，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的基本可靠度，在分析系統的任務可靠度的時候需要注意到，發射導彈時，白光瞄準鏡和熱像瞄準鏡構成了非工作貯備單元，假設兩者的轉換可靠度為1，則這個貯備單元的可靠度為：

在計算任務可靠度的時候只要將瞄準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的可靠度模型，分析了火控系統的基本可靠度與任務可靠度，分析過程參考了火控系統的任務特點，組成結構，為之后的可靠性分析建立了基礎。

3 可靠性設計方法

由上面可靠性建模的過程可以得出火控系統的總體故障率為：

其中為各個分系統的故障率。接下來就需要將可靠性具體的分配到每一個分系統中。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計規定的可靠性指標合理地分配給每一個分系統，從而得到組成單元的可靠性定量要求，火控系統的可靠性分配由于缺乏有關系統單元的可靠性數據，這里選擇了按照幾種因素進行可靠性分配，通過評分這一種方式給每一個子系統確定可靠性指標。

MTBF即平均故障間隔時間，是衡量一個產品（尤其是電器產品）的可靠性指標。單位為“小時”。它反映了產品的時間質量，是體現產品在規定時間內保持功能的一種能力。具體來說，是指相鄰兩次故障之間的平均工作時間。這里通過MTBF來量化故障率。當產品的壽命服從指數分布時，其故障率的倒數就是MTBF。

w為系統總分數，為每一個組件的分數，為每一個分系統的權重。每一項分數在1-9之間，主要評分因素分為復雜度，技術成熟度，工作時間，環境條件四個。最終得到的每一個分系統的故障率為w。

3.2 可靠性預計

火控系統需要在合同規定的車載條件以及惡劣環境下執行作戰任務和訓練任務，這里初步給火控系統下達的可靠性指標通過MTBF表示，也就是要求火控系統的MTBF應該大于等于300小時。

可以對系統主要的六個組成部分進行評分，然后求出，聯立求出和，最終求出每一個分系統的MTBF指標。

評分分數參考了某型火炮的專家評分分數，借以進行火炮火控系統可靠性分配工作。

根據公式可以得出每一個系統的可靠性分配指標如下表所示：

通過這種方式給每一個分系統確定了定量的可靠性指標。

4 維修性模型

維修性考慮的主要是裝備的維修時間，使其在發生故障后及時得到修復。可靠性與維修性是密不可分的直接影響到裝備的完好性。維修性主要體現在維修時間上，在建立裝備的維修性模型的時候可以使用MTTR來進行定量計算，MTTR就是平均修復時間，在規定的條件和規定的時間內，產品在規定的維修級別上，修復性維修總時間與在該級別上被修復產品的故障總數相比，也就是產品修復一次平均需要的時間。

參考某型坦克炮的火控系統維修時間，將其設定為4h，也就可以得出下表，每一個子系統的平均修復時間。

從上面的計算過程也就得出了總體與分系統的維修時間分配關系，為了得到更短的維修時間，必須縮短每一個分系統的維修時間。

5 提高火控系統可靠性與維修性的方法

通過以上過程建立了可靠性與維修性模型，對可靠性指標與維修性指標進行了分配，得出了定量關系，但是通過后續的評估可以發現可靠性維修性中仍然存在的一些問題，所以可以采用以下方法來提高系統的可靠性與維修性。

（1）采用成熟的設計，例如觀瞄系統，制導系統可以借鑒成熟的應用在其他裝備上的技術方案，及早的確定問題發生之處，同類裝備設計方案能夠滿足需求的盡量使用同類方案；

（2）降額設計，上述技術指標確定之后就可以進行元件的選型工作，在選型的時候，應該選擇元件器的額定值高于上述計算得出的指標值，從而降低故障率，提高系統的可靠性；

（3）采用模塊化設計，元器件使用國家級標準件，方便維修，在確定故障發生部件后直接通過換件維修這一種方式來提高系統的MTTR指數；

（4）系統設計過程中加入內裝測試設備來提高系統故障的檢測速度，內裝測試設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到維修的目的。更細致的故障定位應在中級和后方維修級利用專業測試設備進行；

通過以上幾個方案就可以較大程度的提高系統的可靠性與維修性。

6 總結

可靠性與維修性建模是一個逐步完善的過程，通過對系統認識的不斷加深以及可靠性維修性數據的不斷豐富，可靠性維修性模型也應該得到相應的改進，只有通過裝備可靠性與維修性的有機結合，系統的作戰效能才能得到最大化實現。加快檢測設備的研發是現階段有效提升可靠性維修性的重要手段。

參考文獻：