装甲火控系统可靠性与维修性建模

2017-12-29 10:13辛学敏

山东工业技术 2017年24期

摘要：装甲武器的火控系统是装甲武器的重要组成部分，其可靠性直接影响了装甲武器的战术技术指标，本文针对装甲火控系统可靠性与维修性研究中的可靠性建模与维修性建模进行了探讨，介绍了装甲火控系统的可靠性模型，维修性模型，可靠性维修性指标提升方法，为装甲武器的设计与分析提供了一定的参考。

关键词：火控系统；可靠性建模；维修性建模

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

1 前言

裝甲武器的火控系统可靠性要求非常高，GJB-450A装备可靠性工作通用要求对可靠性设计、试验、评估方法和程序进行了一定的要求。建立装甲火控系统的可靠性模型是可靠性分析工作的基础，利用可靠性模型中的薄弱环节可以为改进设计提供参考依据。样机研制之后可以进行可靠性试验来进行可靠性评估的有关工作。维修性指标的设计工作要在火控系统的设计之初进行，以便于装备定型之后的维护保养。

2 可靠性模型

装甲武器的火控系统可以分为火炮控制分系统、观瞄测导及控制分系统、火控解算分系统和其他设备四个部分。火炮控制分系统控制武器的方位角和高低角到指定位置，完成火炮稳定控制。火控分系统主要由炮控装置、操纵台、陀螺仪组等机构构成；观瞄测导及控制分系统的主要作用是进行目标探测与跟踪目标，进行目标的运动参数测定和处理包括气象传感器在内的传感器传感参数。该系统主要由由稳瞄控制装置、瞄准装置、激光测距机、制导装置等设备组成。火控解算分系统由火控解算计算机，显示终端以及各类传感器构成，主要功能是进行弹道解算，求解相遇方程，得到武器的射击诸元，将其传送给火控分系统，发出射击命令。具体的火控系统组成部分如下图所示：

根据火控系统的各个组成部分及其功能可以列出火控系统基本可靠性框图，如下所示：

任务可靠性框图需要限定火控系统执行不同的任务，一般情况下，系统的任务可靠度要高于基本可靠度。在这里以常规的火炮为例来分析坦克火控系统的任务可靠性。将部分任务列表如下：

这里假设设备的寿命服从指数分布，并且故障率恒定。则设备任务可靠度可以由下式表示：

式中的t为任务执行时间，为故障率，一般为定值。所以火炮的基本可靠度为：

这就是装甲火控系统的基本可靠度，在分析系统的任务可靠度的时候需要注意到，发射导弹时，白光瞄准镜和热像瞄准镜构成了非工作贮备单元，假设两者的转换可靠度为1，则这个贮备单元的可靠度为：

在计算任务可靠度的时候只要将瞄准镜的可靠度换成贮备单元可靠度即可。这样也就建立了装甲火控系统的可靠度模型，分析了火控系统的基本可靠度与任务可靠度，分析过程参考了火控系统的任务特点，组成结构，为之后的可靠性分析建立了基础。

3 可靠性设计方法

由上面可靠性建模的过程可以得出火控系统的总体故障率为：

其中为各个分系统的故障率。接下来就需要将可靠性具体的分配到每一个分系统中。也就是建立可靠性分配模型。

3.1 可靠性分配

可靠性分配可以将工程设计规定的可靠性指标合理地分配给每一个分系统，从而得到组成单元的可靠性定量要求，火控系统的可靠性分配由于缺乏有关系统单元的可靠性数据，这里选择了按照几种因素进行可靠性分配，通过评分这一种方式给每一个子系统确定可靠性指标。

MTBF即平均故障间隔时间，是衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标。单位为“小时”。它反映了产品的时间质量，是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。具体来说，是指相邻两次故障之间的平均工作时间。这里通过MTBF来量化故障率。当产品的寿命服从指数分布时，其故障率的倒数就是MTBF。

w为系统总分数，为每一个组件的分数，为每一个分系统的权重。每一项分数在1-9之间，主要评分因素分为复杂度，技术成熟度，工作时间，环境条件四个。最终得到的每一个分系统的故障率为w。

3.2 可靠性预计

火控系统需要在合同规定的车载条件以及恶劣环境下执行作战任务和训练任务，这里初步给火控系统下达的可靠性指标通过MTBF表示，也就是要求火控系统的MTBF应该大于等于300小时。

可以对系统主要的六个组成部分进行评分，然后求出，联立求出和，最终求出每一个分系统的MTBF指标。

评分分数参考了某型火炮的专家评分分数，借以进行火炮火控系统可靠性分配工作。

根据公式可以得出每一个系统的可靠性分配指标如下表所示：

通过这种方式给每一个分系统确定了定量的可靠性指标。

4 维修性模型

维修性考虑的主要是装备的维修时间，使其在发生故障后及时得到修复。可靠性与维修性是密不可分的直接影响到装备的完好性。维修性主要体现在维修时间上，在建立装备的维修性模型的时候可以使用MTTR来进行定量计算，MTTR就是平均修复时间，在规定的条件和规定的时间内，产品在规定的维修级别上，修复性维修总时间与在该级别上被修复产品的故障总数相比，也就是产品修复一次平均需要的时间。

参考某型坦克炮的火控系统维修时间，将其设定为4h，也就可以得出下表，每一个子系统的平均修复时间。

从上面的计算过程也就得出了总体与分系统的维修时间分配关系，为了得到更短的维修时间，必须缩短每一个分系统的维修时间。

5 提高火控系统可靠性与维修性的方法

通过以上过程建立了可靠性与维修性模型，对可靠性指标与维修性指标进行了分配，得出了定量关系，但是通过后续的评估可以发现可靠性维修性中仍然存在的一些问题，所以可以采用以下方法来提高系统的可靠性与维修性。

（1）采用成熟的设计，例如观瞄系统，制导系统可以借鉴成熟的应用在其他装备上的技术方案，及早的确定问题发生之处，同类装备设计方案能够满足需求的尽量使用同类方案；

（2）降额设计，上述技术指标确定之后就可以进行元件的选型工作，在选型的时候，应该选择元件器的额定值高于上述计算得出的指标值，从而降低故障率，提高系统的可靠性；

（3）采用模块化设计，元器件使用国家级标准件，方便维修，在确定故障发生部件后直接通过换件维修这一种方式来提高系统的MTTR指数；

（4）系统设计过程中加入内装测试设备来提高系统故障的检测速度，内装测试设备仅需诊断乘员能维修的那些故障，乘员只须更换该部组件即可达到维修的目的。更细致的故障定位应在中级和后方维修级利用专业测试设备进行；

通过以上几个方案就可以较大程度的提高系统的可靠性与维修性。

6 总结

可靠性与维修性建模是一个逐步完善的过程，通过对系统认识的不断加深以及可靠性维修性数据的不断丰富，可靠性维修性模型也应该得到相应的改进，只有通过装备可靠性与维修性的有机结合，系统的作战效能才能得到最大化实现。加快检测设备的研发是现阶段有效提升可靠性维修性的重要手段。

参考文献：