基于FTA法的79式7.62mm冲锋枪可靠性分析

王振兴， 原梅妮， 张 明， 向丰华

（中北大学机电工程学院，山西 太原 030051）

1 79式7.62 mm冲锋枪的概述

79式7.62mm冲锋枪是我国自主设计生产的轻型冲锋枪，在过去的30年乃至今天一直是我国单兵作战武器中的重要力量。枪械的可靠性是指枪械在规定操作条件下，保证安全以及在枪械寿命期内保持原有性能的能力［1］。可靠性低的武器不但会降低任务效能，而且在寿命周期内会增加大量额外的使用和保障费用［2］。保证枪械的可靠性就是保证士兵的生命安全，也是提高军队在战争中取胜概率的条件。因此对枪械的可靠性研究是极具现实意义的工作［3］。

2 79式7.62 mm冲锋枪的主要及工作原理

79式7.62mm冲锋枪采用导气式自动方式，枪机回转式闭锁。主要机构由闭锁机构、加速机构、供弹机构、退壳机构、击发机构、发射机构和保险机构组成。枪械通过各个机构的共同配合完成送弹、闭锁、击发、开锁、退壳一系列动作，从而完成枪械的射击。

自动机装弹入膛后，通过击锤击打枪机内的机针撞击弹丸底部，完成击发点火。79式7.62mm冲锋枪采用的是击锤回转式击发机构，击针装在枪机的击针孔里，由击针销限制前后移动行程。当枪机完成推弹入膛后，枪机前端的击针缩回到击针孔内并在枪机框后端露出机针时，此刻扣动扳机，解脱击锤，则撞击击针完成击发动作。

3 79式7.62 mm冲锋枪的可靠性分析

枪械可靠性是反映枪械的耐用度、可靠程度以及无故障完成任务的能力。它反映的是枪械在规定的使用条件下和使用指标下，完成任务的可靠性［4］。通常枪械可靠度指的是枪械的使用可靠度，即枪械在使用过程中无故障的完成在规定条件下预定指标动作的能力。

3.1 枪械可靠性的特征量

枪械可靠性的特征量是用来表示枪械产品总体可靠性高低的各种可靠性数量指标的总称。对于一般产品来说可靠性特征可以采取可靠度、失效率、平均寿命作为特征量［5］。对于枪械这种修理产品来讲，一般采用可靠度来作为衡量枪械产品总体可靠性高低的数量指标，但为了突出故障特征，可以用失效率来表示［6］。

3.2 枪械可靠度的计算

枪械可靠度是指枪械在规定的条件下和射弹数内，完成规定功能的概率，一般记为R（t）。由于可靠度是一个概率值，故R（t）大于零小于1。枪械不可靠度是指枪械在规定的条件下和射弹数内，未完成规定功能（即发生故障）的概率，表示枪械累积故障概率对时间的变化率，一般记为F（t）。因为完成规定功能与未完成规定功能是对立事件，按概率互补定理可得：

枪械故障率是指工作到某时刻尚未发生故障的枪械，在该时间后单位时间内发生故障的概率，一般记为λ（t）。

F的值一般要通过产品的大量试验来确定。假设N0个产品从0时刻开始在规定的条件下连续工作，r（t）表示时间从0到t产品累积失效个数，则从0到t时刻产品的累积失效概率为：

从而可知可靠度为：

由此可知：

r（t）和R（t）均是（0，∞］区间内的单调函数。

3.2.1 失效率（故障率）

失效率是指工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率，记作λ（t），易知λ（t）可表示为：

式中：Ns（t）为表示t时刻尚未失效的产品数，则Ns（t）＝N0－r（t）；dr（t）为t时刻后，在dt时间内失效的产品数。

3.2.2 平均寿命

平均寿命是寿命特征量的一种，常见的寿命分析包括平均寿命、可靠寿命、中位寿命和特征寿命。而平均寿命是产品寿命分布的集中趋势的尺度，是产品寿命体现的较好方式，对于不同性质产品的意义是不一样的。对于不可修复的产品，发生失效即意味着产品寿命终止，那么它的平均寿命是实际使用寿命，即产品失效前正常使用的时间，简称TMTF。而对于可修复的产品，平均寿命是修复前所使用的时间，即两次相邻发生的故障之间正常工作的时间，也常被称为无故障工作时间，简称TMBF。

通过两种不同产品的定义可知，枪械属于可修复产品，平均寿命指的是两次相邻故障间的平均工作时间。平均寿命的估计值为所有产品的工作时间与总失效产品数的比值。

设样品总数为n，全部试验到失败，把它们的n个寿命观测值分为K组，每组为Δnfj，并以每组的寿命组中值ti作为该组样品的工作时间，则样品总的工作时间可近似的表示为ΣtiΔnfj，则平均寿命的估计值为：

3.3 79式7.62mm冲锋枪的故障分析

枪械故障是指枪械或枪械的一部分，不能或将不能完成预定功能的时间或状态。枪械加权故障是指实际故障数和故障加权系数相结合后的故障数。它是评价枪械可靠性中故障率的指标。

3.3.1 79式7.62mm冲锋枪的故障形式

79式7.62mm冲锋枪的故障形式是基于南京理工大学祝玉平的《影响79式7.62mm轻型冲锋枪寿命的原因分析研究》文章中针对79式冲锋枪进行的132支［8］。试验中出现破损的枪支60支（107件次），有些破损是在按规定指标进行的寿命试验考核合格后为考核寿命极限进行的超寿命期试验中发生的，射弹发数在5 000发以外的均是超寿命期试验。这些破损共发生在机框、击针、机心、结套、机匣、活塞、限制片簧、击锤、弹匣套、准星座、击针销、衬铁等12个零（部）件上。其中最严重的是机框、击针、机心、结套等8个零（部）件。故障分析实验数据及实验结果，以及79式7.62mm冲锋枪的主要故障形式如下页表1所示。

3.3.2 79式7.62mm冲锋枪的平均寿命计算

79式冲锋枪属于可修复产品，因此根据前文中枪械平均寿命的估计值公式对79式冲锋枪的平均寿命进行估计。根据祝玉平的《影响79式7.62mm轻型冲锋枪寿命的原因分析研究》文章中针对79式冲锋枪进行的132支79式冲锋枪的寿命测试由试验的结果计算平均寿命。

样品总数为132，107支试验到失败，把寿命观测数据分为8组，每组个数为不同失效形式的个数和全寿命的个数，以每组的寿命组中值作为该组样品的工作时间。从统计表中找到枪机框寿命的中值为3 360发，共31组数据；击针寿命的中值为4 929发，共13组数据；机心寿命的中值为5 000发，共24组数据；结套寿命的中值为5 000发，共19组数据；活塞寿命中值为3 314，共6组数据；机匣寿命中值为3 360，共5组数据；五个零件寿命的中值为4 000，共5组数据；限制片簧寿命中值为3 755发，共4组数据。

表1 79式7.62mm冲锋枪寿命测试专项实验统计

由主要构件寿命的中值估计79式7.62mm冲锋枪的平均寿命为：

根据79式7.62mm冲锋枪的专项测试结果，通过相关公式进行计算，得出79式冲锋枪的平均寿命为4251.8发。

4 79式7.62 mm冲锋枪可靠度计算

FTA分析法是以系统不能正常工作（即总体故障）为分析的目标，通过分析总系统下属的子系统是否出现故障、故障出现的原因，推断系统内所有子系统及部件可能存在的失效，通过整理总系统与子系统及部件间的关系，将总系统与子系统出现故障的联系用树状图表示出来的分析方法。

应用FTA法79式7.62mm冲锋枪的可靠性进行分析，结合南京理工大学祝玉平的《影响79式7.62mm轻型冲锋枪寿命的原因分析研究》文章中132支79式7.62mm冲锋枪的寿命测试的专项试验结果及数据。对79式7.62mm冲锋枪的可靠性进行分析及计算。

4.1 79式7.62mm冲锋枪故障形式的树状图

将79式冲锋枪实验中出现的故障形式，图1～3所示。

图1 机框故障树状图

图2 机心故障树状图

图3 机匣故障树状图

4.2 79式7.62mm冲锋枪的可靠度计算

79式7.62mm冲锋枪的规定寿命为5 000发。枪械能够完成规定功能的概率，一般记为R（t）。枪械不可靠度是指枪械在规定的条件下和规定的射弹数内，未完成规定功能的概率，一般记为F（t）。因为完成规定功能与未完成规定功能是对立事件，因此：

假设N0个产品从0时刻开始在规定的条件下连续工作，r（t）表示时间从0到t产品累积失效个数，则从0到t时刻产品的累积失效概率为：

根据79式7.62mm冲锋枪的专项实验中各项机构的故障统计表（表1）对各机构的故障率进行计算可知，132支冲锋枪在规定射击条件射击数不达5 000发的机框损坏有21件，击针有8件，机心11件，结套8件，活塞6件，机匣5件，五个零件5件，限制片弹簧3件。

经计算，单个机构故障率分别为0.841，0.939，0.917，0.939，0.955，0.962，0.970，0.977。

则79式7.62mm冲锋枪在射击5 000发系统的可靠度为：

79式7.62mm冲锋枪在规定射击条件射击数不达4 000发的机框损坏有19件，击针有6件，机心5件，结套4件，活塞4件，机匣4件，五个零件4件，限制片弹簧1件。

因此79式冲锋枪射击4 000发的可靠度为：

图4 可靠度曲线

图5 故障率曲线图

应用机构平均失效时间法，计算79式7.62mm冲锋枪的单发可靠度。79式冲锋枪由8个子系统串联构成，计算各子系统的平均失效时间。由专项实验的故障统计表可知机框的平均失效时间为4 637发，击针的平均失效时间为4 935发，机心平均失效时间为4 878发，结套平均失效时间为4 955发，活塞平均失效时间为4 921发，机匣平均失效时间为4 914发，五个零件的平均失效时间为4 970发，限制片弹簧平均失效时间为4 969发。则系统失效率为：

单发设计可靠度为：1－λ＝0.989；

平均失效时间为1／λ＝611.89≈612发；

即平均612发可能会出现一处故障。

5 结语

本文结合79式冲锋枪寿命专项试验结果，应用FTA法分析了79式冲锋枪的主要故障形式，并将各机构的故障形式绘制成树状图；以各机构的故障统计表为基础数据，并对故障统计表中的数据进行统计计算，79式7.62mm的平均寿命为4251发；完成5 000发射击的可靠度为0.529，完成4 000发射击的可靠度为0.696；应用平均失效时间法计算其单发可靠度为0.989，可能出现故障的时间间隔为612发。

以上说明79式7.62mm冲锋枪具有很高的可靠度，计算结果符合真实情况，优良的结构设计仍是后续枪械设计的可靠参考方案。

［1］ 薄玉成.自动武器构造［M］.北京：北京理工大学出版社，2005.

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