坦克装甲车辆设计:坦克装甲车辆可靠性、维修性及保障性卷
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第一章 坦克装甲车辆可靠性、维修性与保障性概论

第一节 简介

一、坦克装甲车辆可靠性、维修性与保障性的地位与需求

1.地位

坦克装甲车辆是集强大的火力、机动性、防护、通信指挥等诸多功能于一体的地面战斗突击兵器。可靠性、维修性与保障性是坦克装甲车辆充分发挥作战使用效能,保持持续战斗能力的重要质量特性,是以可承受的寿命周期费用,获得高质量的坦克装甲车辆产品,并建立与之相匹配的保障系统的保证。

(1)可靠性、维修性与保障性是装备性能的重要组成部分 现代战争中精密制导武器和武装直升机的使用,使坦克装甲车辆的战损率空前加大;技术密集度高和结构复杂,使坦克装甲车辆维修难度明显增加;全方位立体化作战方式,使装甲兵后方补给和技术保障困难。上述现代高技术战争的这些特点,迫切要求迅速提高坦克装甲车辆的可靠性、维修性与保障性。可靠性、维修性与保障性是构成武器装备作战效能和影响其寿命周期费用的重要因素,是重要的战术技术指标。

(2)可靠性、维修性与保障性是坦克装甲车辆的设计特性 传统质量观念局限于产品的检验与缺陷的纠正,现代质量观念则更侧重于质量的全面保证和缺陷的预防。可靠性、维修性与保障性是产品的先天属性,是设计和生产出来的。只有把可靠性、维修性与保障性注入到装备系统设计中去,坦克装甲车辆的可靠性、维修性与保障性要求才有可能在生产中得到保证,在使用中得到体现。研制与实践经验表明,装备研制出来以后再考虑可靠性、维修性与保障性必将花费更多的时间和更大的代价,甚至有些问题根本无法解决。因此,可靠性、维修性与保障性,必须在装备研制中予以保证。

(3)可靠性、维修性与保障性工作贯穿于坦克装甲车辆的全寿命过程 可靠性、维修性与保障性工作是系统工程管理的重要组成部分。坦克装甲车辆可靠性与维修性工作必须统一纳入型号研制、生产、试验、使用计划,并与其他相关工作密切协调地进行。应当对装备的作战性能、可靠性、维修性与保障性等质量特性进行系统综合和同步设计,从装备论证开始,就应进行质量、进度、费用与保障性之间的综合权衡,以取得武器装备的最佳效能和寿命周期费用。

2.需求

(1)作战任务需求 坦克装甲车辆种类繁多,作战使命各异。不同车辆或同一种车辆的不同作战任务使命,各有不同的作战任务需求。对于担负主要作战任务的坦克装甲车辆,确定其可靠性、维修性与保障性要求的主要依据是:要能满足执行典型作战任务的任务距离与可靠度要求,即通过维修等各种保障措施,能在完成作战任务后,仍能保持有持续作战能力的装备数量,不得小于某一指标 (通常用百分数表示)。通常以坦克师从接受战斗命令进行战役机动开始,到达集结地域并发起冲击,直至完成当日进攻作战任务作为典型的任务剖面,并保持有完成后续作战任务能力为目标,权衡提出坦克装甲车辆的可靠性、维修性与保障性指标要求。

根据现代作战经验,在执行作战任务前的战役机动距离为 100~500km,当日进攻作战任务直线距离约为100km,考虑作战进程中的迂回、穿插行驶距离可达200km。据此提出任务可靠性要求。

一般来讲,战役机动期间坦克装甲车辆的损伤率约达 20%,在损伤坦克与装甲车辆中,受致命损伤不能修复的约达 30%,经修复后可赶上部队参加下次作战任务的约达70%;执行进攻作战任务期间,坦克装甲车辆的战场生存率与战场损伤率均约为50%,在损伤的坦克中,约60%可经修复,重新投入战斗。据此,为保证达到不少于一定数量坦克装甲车辆的任务成功性目标,在坦克装甲车辆进攻作战规定的时限内,可提出对战伤坦克装甲车辆的修复性维修要求。

现代作战条件下,若参战坦克装甲车辆的战场损伤率达到参战车辆的50%,且在任务期间不能得到修复,将失去完成下次进攻作战能力。据此根据完成作战任务的战备完好率要求,可权衡提出任务可靠性和维修性指标要求,并以此提出在规定的任务区间内的保障性要求(如人员数量与技术等级、备件、保障设备需求等)。图1-1表示在现代作战条件下,坦克装甲车辆(主要指主战坦克)在战役机动和进攻作战中的数量变化情况。

图1-1 主战坦克在战役机动和进攻作战中数量变化情况

由图1-1可以看出,若坦克初始投入数量为100,战役机动与进行作战任务距离分别为300km和200km(共计500km)。则作战任务需求的可靠性、维修性之间的关系如下:

Pm=Rm+(1-RmMm

式中 Pm——战备完好率;

Rm——任务可靠度;

Mm——任务维修率。

若要求的战备完好率Pm=0.78,任务维修率为:

Mm=(14+24)/(40+20)=0.633

据此可求出主战坦克完成战役机动和进攻作战中的任务可靠度,如下式所示:

Rm=(Pm-Mm)/(1-Mm

       ?=(0.78-0.633)/(1-0.633)=0.40

如按作战任务需求提出战备完好率和任务可靠性要求,则可求得任务维修率,由此可进一步测算现有的维修人力和保障资源要求。

(2)战备训练需求 坦克装甲车辆除应满足作战任务需求外,还应保障平时的战备训练需求。装甲兵部队通常将不多于30%的坦克装甲车辆作为教练车用于平时的战备训练,按使用部队的战备性质,规定其单车平均使用小时限额,并按计划使用、均衡修理的原则,集中将总使用小时限额用于平时战备训练。坦克装甲车辆可靠性、维修性与保障性要求的量值,要体现出能满足平时战备训练方面的要求,保证装备在规定的条件下随时可用或根据前期的使用数据,测算出当前装备应满足的可使用状态。

(3)装备完好率需求 坦克装甲车辆的装备完好率是指处于能工作状态的坦克装甲车辆数(包括战备封存或处于停放未工作的完好车辆)与在编总数之比。战备完好率能直观的以装备数量比值表征列编装备的战备完好水平,适用于使用部队的装备管理。为保持平时武器装备的战备完好状态,通常要求有不少于70%的坦克装甲车辆处于战备封存状态。

二、坦克装甲车辆可靠性、维修性与保障性参数体系

坦克装甲车辆的作战使用需求,必须能转化成一组可设计、可跟踪和可验证的参数,才能付诸于工程设计,才能体现在坦克装甲车辆产品与保障系统之中。近年来,一组能全面反映坦克装甲车辆特点的战备完好性、任务成功性、维修人力和保障资源的可靠性、维修性与保障性参数体系已初步形成,并在新一代坦克装甲车辆研制中,作为与传统的性能同等重要的质量特性提出,对提高坦克装甲车辆产品质量和建立相应的保障系统正在发挥重要作用。图1-2为现代坦克装甲车辆可靠性、维修性、保障性参数体系。

图1-2 现代坦克装甲车辆可靠性、维修性、保障性参数体系

三、坦克装甲车辆可靠性、维修性与保障性工作发展

1.国外可靠性、维修性与保障性工作的发展

国外对可靠性、维修性与保障性等质量特性的认识始于20世纪50年代。当时美军运往远东的武器装备合格率低(仅达 50%),故障率高,备件需求量大,维修工作频繁,有1/3的人员和1/3的军费用于维修,保障问题变得十分突出,引起美国军方的重视。1955年制定了第一个从设计、试验、生产到交付使用的全面的可靠性发展计划,1957年发表的《军用电子设备可靠性》研究报告,阐述了可靠性设计、试验与管理的程序和方法,确定了可靠性工程的发展方向,是标志可靠性工程发展的重要里程碑。这一时期美军对M48系列坦克进行以提高部件可靠性和标准化程度,便于维修和降低备件消耗方面的改造。通过试验确定了坦克可靠性、维修性与保障性参数,如M48A3坦克的可靠性、维修性与保障性指标包括可靠性数据、维修性数据和保障性数据达20多项。

进入20世纪60年代,美军发布了《系统与设备研制与生产可靠性大纲》、《维修性大纲要求》等一系列可靠性与维修性标准,并在美军第二次世界大战后第二代武器装备研制中得到不同程度的贯彻应用。在此期间研制的美国M60和德国“豹”2坦克,实现了动力传动装置管路的快速分离与结合和动力传动装置的整体吊装更换,其可靠性、维修性与保障性水平有明显提高。60年代中后期,美国又先后发布了国防部指令《系统和设备的综合后勤保障研制》和《国防部系统和设备的综合后勤指南》,说明国外质量与可靠性工作已开始注意对武器装备与保障系统的综合保障研究。

20世纪70年代以后,国外的质量与可靠性工作向两个方面发展:一是加强测试性与诊断技术的研究;二是把武器装备质量与可靠性工作的重点放在推行综合保障工作研究与工程实践方面。1973年美军发布国防部指令《系统后勤保障大纲的采办与管理》和军用标准《后勤保障分析》与《国防部对后勤保障分析记录的要求》,使美军的武器装备采办政策进入了追求装备使用性能设计与装备的保障系统设计同步进行,以最低的寿命周期费用获得最佳的装备系统效能的时期。这一时期的坦克与装甲车辆的研究特点是,从研制开始就提出装备的可靠性、维修性、可用性和耐久性目标,并实现装备与保障系统的同步研制。虽然研制出的坦克装甲车辆高新技术密集,但是装备的可靠性、维修性与保障性水平有明显提高。表1-1是美军不同时期研制使用的主战坦克的可靠性、维修性与保障性的部分可比数据。

表1-1 美军坦克的可靠性、维修性、保障性数据比较

注:1mile=1.609km。

2.中国坦克装甲车辆可靠性、维修性与保障性工作的发展

中国坦克装甲车辆的发展经历了修理、仿制和自行研制三个阶段。

20世纪60年代初中国引进前苏联坦克技术、生产线和使用维修制度,生产出中国第一代59式中型坦克,在交付部队使用的同时,建立了与装备相适应的使用与维修制度。在较长时期的使用中,装备质量稳定,积累了丰富的装备保障与管理经验。

20世纪60~70年代,中国自行研制了一批第一代坦克装甲车辆,在装备研制中没提出可靠性、维修性与保障性等质量特性的指标要求。从技术创新和复杂程度上看,与59式中型坦克无明显差别,装备保障方面尚未出现明显不适应的情况,研制方法基本上是单一的主装备研制。

20世纪70年代末至80年代初,中国开始自行研制一批更新换代型坦克装甲车辆。这批装备在技术性能和结构上都有较大变化,然而在论证研制期间均没有提出可靠性、维修性和保障性方面的指标要求,没有实施主装备与保障系统同步研制,致使有相当一批装备部署使用中出现了可靠性低、维修性差,缺乏必要的技术资料,修理与检测设备不配套,缺少备品、备件保证等情况,形成战斗力迟缓,给部队的作战与训练带来较大困难。

国外的可靠性和以可靠性为中心的维修理论及其成功经验,是在70年代末至80年代初介绍到中国并逐渐引起重视的。中国坦克装甲车辆质量与可靠性工作的开展,最先是从解决现役装备可靠性增长和减少维修工作量的维修制度改革开始的。从 1983年59式坦克开始,先后进行了多种车型的维修制度改革试验,取得大量珍贵的可靠性、维修性和保障性数据。维修制度改革的成功,缩短了服现役坦克装甲车辆的维修停机时间,降低了器材消耗,提高了装备的战备完好性,掌握了现役坦克装甲车辆的可靠性、维修性和保障性基本数据,为中国下一代装甲装备研制提出可靠性、维修性和保障性要求奠定了基础。

20世纪80年代末,中国的武器装备质量与可靠性工作得到迅速发展,颁布了一系列国家军用标准,如《装备研制与生产的可靠性通用大纲》、《装备维修性通用规范》、《装备保障性分析》等,出版了较系统的可靠性、维修性、保障性理论专著,发布了《关于进一步加强武器装备可靠性、维修性工作的通知》、《武器装备可靠性、维修性管理规定》等多项贯彻质量与可靠性工作的法规性文件。新一代坦克装甲车辆研制中都提出了可靠性、维修性、保障性指标要求,并重视在型号定型试验中的考核。中国坦克装甲车辆的可靠性、维修性、保障性工作正在走上迅速发展的道路。

四、坦克装甲车辆可靠性、维修性与保障性工作展望

中国坦克装甲车辆的质量与可靠性工作虽然取得一些成绩,但是由于起步较晚和基础薄弱,与当今世界先进国家相比,尚有较大差距。近年来,美国对武器装备采办政策进行了重大改革,对军用标准进行了重大调整,颁发了“防务采办”、“重大防务采办项目和重大自动化系统必须遵循的程序”、“采办后勤”手册和“后勤管理信息”规范等新的采办文件,强调采办过程的灵活性,强调研制全过程中开展保障性分析活动和充分调动民用工业积极性,向减轻沉重的采办经费负担的方向发展。为迎接 21世纪的挑战,中国武器装备研制与管理体制也进行了重大调整,正在向有利于实现全系统和全寿命管理的方向发展。中国坦克装甲车辆的质量与可靠性工作,将在以下几个方面得到进一步的加强和发展。

(1)当代质量观念将得到进一步加强。坦克装甲车辆的可靠性、维修性与保障性作为装备的重要性能,将纳入到装备研制系统工程中加以论证、设计、研制与生产,使坦克装甲车辆产品具有优良的保障特性。

(2)21世纪的坦克装甲车辆研制,将从单一的主装备研制方式,转变为主装备与保障系统相互协调的同步研制方式,采办目标将是具有优良保障特性的坦克装甲车辆和与之配套的保障系统。

(3)随着坦克装甲车辆的日趋复杂和高度现代化,高额研制经费需求与有限国防科研试制费间的矛盾将更加突出,坦克装甲车辆的研制目标必将从单一的追求作战性能,向追求在可承受的寿命周期费用约束条件下,获得装备综合性能的方向转变。因此,定费用设计方法和费用、进度、作战性能和保障特性的权衡分析方法,将受到重视和采用。

(4)由于可靠性、维修性与保障性参数指标的描述、设计与考核,较传统的性能要求有较大的不确定因素,坦克装甲车辆的可靠性、维修性与保障性指标,只有在设计定型后进行小批量生产装备部队进行初始部署使用时,才可能完成对新装备的可靠性、维修性与保障性评估,在达到预期的战备完好性目标后,研制工作才称得上结束。这将促使把坦克装甲车辆的研制工作延伸到装备部署阶段形成初始战斗力与保障能力为止,有利于向全系统和全寿命管理的方向发展。

(5)开展质量与可靠性工作,既需要大量现役装备系统的可靠性、维修性、保障性信息,又会生成新研坦克装甲车辆的可靠性、维修性与保障性信息。这些是用以评估新装备的战备完好性水平、改进设计缺陷和为下一代装备研制提供可靠性、维修性与可靠性数据的宝贵资源。按着装备保障性分析的方法建立坦克装甲车辆可靠性、维修性与保障性信息库和数据处理系统,进行质量与可靠性信息的闭环控制,实现装备的可靠性、维修性与保障性水平的持续增长,将成为坦克装甲车辆质量与可靠性工作的一项重要奋斗目标。