影响武器装备机械系统可靠性的因素

北方机械有限责任公司 |梁笛



影响武器装备机械系统可靠性的因素

北方机械有限责任公司 |梁笛

本文就国内常规武器装备机械系统可靠性较差的现状进行了分析，列举某型火炮的机械系统组成及其特点，针对此研究分析其整个设计、研发、试制、使用等各个阶段对其机械系统可靠性影响的相关因素。并对其影响因素提出改善意见和措施以提高机械系统可靠性。关键词：武器装备；机械系统；可靠性

可靠性的定义及其发展：武器可靠性是指武器装备在规定的时间和使用条件下，无故障的完成特定功能的能力。有关可靠性最早的提出是1952年美国工业、军事等部门成立的”AGREE”小组，以讨论当时电子设备突显的可靠性问题，并在1957年发表〈〈电子设备可靠性报告〉〉阐明其相关理论和研究方向。此后成为各国对其尖端技术项目的一项重要考核指标。

随着科学技术的迅速发展，武器装备已经由最简单、原始的长矛盾牌逐渐演变成为现代战争中集机、电、液（气）等多系统于一体的自动化武器，能完成各种作战环境下的指挥、侦查、通信、快速反应等作战流程，实施高精度的目标打击。而保证这些的重要因素则是武器装备机械系统的工作可靠性。武器装备的机械系统工作可靠性还直接影响到装备的故障率和维修性，因而武器装备的机械系统工作可靠性也成为考核装备质量优劣的重要指标之一。

一般的武器装备都是由基本的机械系统、液压（气动）系统和电控系统组成，而机械系统的工作是否可靠、稳定则是保证装备基本功能与其他辅助系统能否正常工作的关键要素。它直接影响装备的工作性能。而影响机械系统工作可靠性的因素与产品设计、制造精度、使用环境、维修保养等都由较直接的关系。

例举某型火炮的机械系统组成如下：火炮反后坐装置（由炮身、助退复进机、炮闩和炮口装置等组成），操瞄装置（由高低机、方向机等组成），供输弹装置（由弹仓，选弹机构、送弹机构等组成）。上述装置的功能各有不同，但都是通过原动机带动机械传动机构（齿轮传动、杠杆传动、链传动等）完成特定的功能动作。各装置的可靠度需在产品设计时进行大量的有关机械可靠性相关的基础性计算，如有关数学、物理学、可靠性工程及可靠性管理等一系列的综合性设计。且还要根据其各装置在系统中的组合方式确定其可靠性分配度及系统性能、战术指标、成本造价、使用寿命等多重因素所带来的影响。而国内大多数武器装备的研发为了缩短研制周期，基本上是仿制国外的一些先进系统并自己加以修改来完成的。这就使系统的可靠性在设计阶段就被忽视。而系统的可靠性方面的问题则在试制阶段甚至是装备投入使用时被发现而导致系统工作不稳定，装备试验、试制周期长，从实验数据中获得经验后再重复改进。而现代装备的科研试制阶段的实验及模拟是不能全面预测到实战时装备的工作可靠性的。从而导致装备实际作战时的工作可靠性依然不稳定，因此提高装备初期设计时的各装置可靠性预测与分析是十分重要的。

装备的制造精度也严重制约系统可靠度。武器装备的机械系统由多套部件组成，而每组部件又由数个零配件组成。单个零配件的制造精度及产品装配精度、调试精度等直接影响装备机械系统可靠性。近年来随着国内装备制造业科技水平的不断发展，装备的一些关键制造、加工技术已经得到很大的提升，极大的减轻了武器装备在装配、调试过程中的繁复的修配、调整工作。但是如果当系统的零配件制造精度在其允许公差范围的极限值时将影响整个部件及系统的尺寸链，并影响与其相关的各部件的机械性能 。这种因素影响机械系统可靠性常常是偶发的，且是批量产品中最常体现的一种因素。其次如果在产品装配、调试时采用的装配方法不合理或装配质量不稳定也会造成部件或系统的工作可靠性降低。例举火炮的供输弹装置，由于其工作频率较高，输弹速度快，就要求组成其部件的零配件加工精度极高，材质要耐磨且高频工作强度好，不易疲劳，同一型号配件可完全互换；其次部件的装配过程中如果装配精度不稳定，也会造成部件工作状态下出现卡滞、松脱的现象导致零配件过度磨损从而影响其工作可靠性。如不遵循上述设计或装配原则，或降低其在系统中的重要性就会破坏整个供输弹装置的可靠度。使其固有可靠性会大幅降低。而这种因素引起的装备系统可靠性不稳定对其影响则是很严重的，且其故障概率大大升高，系统安全系数降低。这样一来便对装备后期使用时的系统故障模式与影响分析带来极大的影响和困难。因此系统总体设计时应对此类关重部件的系统可靠性分配着重考虑并评估，并严格控制其重要工艺环节的工艺监测。

武器装备投入使用及后期保养维护也严重制约系统的使用可靠性。众所周知，由于现代武器装备系统的信息化程度的提高和繁复性，对其整个寿命的各个阶段的使用可靠性的要求就越来越高。这也就要求装备的使用者在各个使用阶段（磨合阶段、正常磨损阶段、剧烈磨损阶段等）要正确使用、操作武器装备并根据实际作战使用情况对装备进行全面有效的保养维护以降低其机械系统的故障率，提高工作可靠性。同时需要装备设计者与使用者更全面的进行技术沟通，让设计者更多的了解装备的实战需要，了解使用者对装备的实际需求；让使用者更全面的了解装备的自身特点、特性（高冲击、高震动、高频次、高辐射等）和战场的各种恶劣环境（温度环境、气候环境、地形环境、感应环境 等）等因素给装备机械系统的带来的损害，从而缩短有效使用期，降低可靠性。如较高或较低的极限温度；极度潮湿或干旱；生化战场的腐蚀、毒害等等都会使机械系统因屈服强度、塑性、蠕变强度等的变化而产生机械疲劳甚至失效从而降低系统稳定性。设计者应结合实际情况不断的完善并改进影响其可靠性的不良点或缺陷，提高零部件的动态稳定性；并需要装备的使用者根据实际作战使用情况更加系统的对装备进行全面的维修保养管理。由此降低装备因自身特点及各种环境所带来的零部件磨损、失效所引起的系统劣化。延长有效使用周期，提高系统稳定性，

保证系统工作可靠性。

随着科学技术的不断进步与发展，为了更进一步适应现代战争战场的不断变化，军方对装备的使用要求、维护要求及成本控制等方面更加严苛，如要求装备操作更加方便、简洁；减轻使用人员的体力强度；系统零部件较高的免维护性，较强的维修性等等，这便赋予武器装备机械系统的工作可靠性更多、更广、更高的含义。使装备在使用阶段要有更高的工作可靠性。这也要求设计者必须在产品的研发过程中就要进行全过程的、综合性的可靠性预测、分析。在产品设计环节结合模拟仿真技术更加全面、准确的进行机械系统总体及各部件的计算、评估和验证，提高系统各部件安全系数及使用寿命；减少复杂机械结构，根据可靠性分配原则提高关键、重要部件、配件的可靠度；试制环节要更贴近实际作战环境，多方法、多时机、多条件下的可靠性数据判定及方案验证以提高机械系统安全性、稳定性；使用环节实时、及时的提供相关作战参数及装备状况，积累足够的相关数据提供给设计者用以比对和分析问题点，逐步完善、解决影响其系统可靠性的不良点以降低故障率；提高操作人员对装备的认识，全面、系统的培训相关装备技术性能及参数保证其正确的操作、使用武器装备，降低人为因素引起的装备故障；维修保养环节要进行全面、系统的管理，及时准确的记录填写装备履历，备案相关问题及解决方案，提供装备详尽的维修保养数据以便故障数据分析。提高维修保养人员的专业技能，避免“欠保养，过保养”等不良现象的发生，保障装备处于良好的技术状态从而提高系统的可靠性。多方面、多渠道的处理装备所产生的故障。预防为主、战时保障的原则提高装备战时有效性。