2.1 装备故障的原因及其度量

2.1.1 故障的分类及原因分析

故障是装备或装备的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态。对装备故障进行分类是为了估计故障事件的影响深度，分析故障的原因，以便采取相应的对策。装备故障可从以下不同角度进行分类。

（1）按故障产生的原因。

人为故障—装备在使用过程中，使用人员没有按照操作规定有意或无意造成的故障。

自然故障—装备在使用过程中，因装备自身的原因或环境因素的影响而造成的故障。

（2）按故障发生的阶段。

早期故障—发生在装备寿命的早期，一般是由于设计、加工或材料上的缺陷引起的，在装备投入使用初期就暴露出来，此时故障率较高，经过一段时间的磨合，系统工作状况逐渐改善后故障率开始下降。

偶然故障—发生在装备有效寿命期，此时故障率低而稳定，近似为常数，故障主要由偶然因素引起，无法预测。

耗损故障—发生在装备寿命的后期，由于装备长期使用，零部件逐渐磨损、疲劳、老化而出现的故障。

（3）按故障的程度。

完全性故障—使装备不能完成其功能的故障，如发动机不能启动、变速箱挂不上挡等。

局部性故障—使装备的某项性能参数或结构参数超出允许的范围，如车辆加速性能不好、制动带不能完全抱死等。这种故障不会严重妨碍装备继续工作，但其工作能力已不能完全满足使用要求。

（4）按故障造成的危害。

轻度故障—没有造成人员伤亡、器材或系统损坏，对装备完成规定功能影响很小，使用人员可以自行排除，经济损失轻微。

严重故障—造成人员轻度受伤、器材或系统轻度损坏，从而造成执行任务被推迟，战斗分队在修理保养中可以排除，修复时间一般不超过一天，有一定的经济损失，需要更换较贵重的零件。

致命性故障—造成人员严重受伤、器材或系统严重损坏，从而造成任务无法完成。装备损失了规定功能，无法继续使用，修复时间一天以上，经济损失较大，有时需要更换主要零件。

灾难性故障—造成人员死亡、装备毁坏，带来重大经济损失。

（5）按故障发生的部位。

根据装备故障发生的部位，可将故障主要分为动力部分故障、传动部分故障、行动部分故障、操纵部分故障、武器部分故障、电气部分故障、火控部分故障、通信部分故障及其他部分故障等。

（6）按战场上装备出现故障的原因。

按战场上装备出现故障的原因，可以分为技术故障和战斗损坏（简称战损或战伤）。

装备战伤（战损）是指装备在遭受各种杀伤弹种的打击后，造成被损坏部件的功能丧失，导致装备无法在战场允许的条件下完成作战任务的状态。我军将装备战伤（战损）分为轻损、中损、重损和报废。俄军将装备战伤（战损）分为轻损、中损、重损和不可修复。美军将装备战伤（战损）分为机动性损坏、火力性损坏和完全被摧毁且无法再修。其中，机动性损坏是指装备不能实行机动或不能进行可控的运动，完全或部分地丧失行动能力。火力性损坏是指装备的主要武器完全或部分地丧失射击能力。

进行装备故障的原因分析对于装备保障具有重要意义，综上所述，装备故障的原因主要有以下几个方面。

（1）设计制造上的缺陷或薄弱环节。

装备在设计研制阶段对使用环境条件估计不足，材料、元件使用不当及工艺选择不当，或者未按规定工艺生产而形成隐患，造成零部件在外形设计、结构强度上存在缺陷，使用中易发生故障。

（2）使用环境的影响。

装备的使用条件恶劣，道路、气温、湿度及尘土等环境对装备的使用影响较大。例如，装甲装备克服障碍或在凹凸不平的路面上行驶时，行动部分就容易损坏，连接部件容易松动，从而引起关联部位的故障；在山地行驶时，操纵部分尤其是制动器的磨损加剧，容易导致早期损坏；在沙漠地带行驶时，履带板销孔和履带销磨损加剧，这种条件下履带的使用寿命一般仅为 800～1000km；高温或严寒条件下使用会使发动机及传动部分早期磨损而发生故障，如发动机长时间在 100℃水温的条件下工作时，发动机的功率降低，磨损增加，机件过热，机械强度下降，可能造成活塞折断、汽缸盖裂纹等故障。

（3）自然耗损。

装备在使用过程中必然伴随着自然耗损，如磨损、疲劳、腐蚀和老化等。其中磨损是造成零件故障，进而导致装备故障的主要形式。据统计，机械零件有75%是由于磨损而发生故障的。机械零件的断裂故障主要是由于疲劳引起的，有80%～90%的断裂故障是因金属零件疲劳造成的。腐蚀是金属受周围介质的作用而引起损坏的现象，可分为化学腐蚀、电化学腐蚀、应力腐蚀等，造成零件的全面损坏而报废，也可使零件的强度下降，还会产生腐蚀脆性等不良后果。老化是非金属零部件，特别是橡胶制品故障的常见形式。

（4）使用不当。

在装备的使用过程中，由于使用不当而引起的技术故障较为常见。这些故障都是人为因素造成的，主要与组织管理水平、使用人员的技术水平及责任心有很大关系。例如，装甲装备的驾驶员启动过猛，容易打坏变速箱齿轮；空气滤清器清洗后安装不当，容易造成滤清效率低，进而导致发动机的早期磨损等。

（5）保养制度未得到有效执行。

装备在使用过程中，随着行驶里程及摩托小时的增加，各零部件会产生磨损、变形、腐蚀、疲劳损坏，非金属件老化变质，固定件松动等现象。如果严格执行各级保养制度，认真实施具体的保养内容，就会最大限度地减少上述故障的发生。反之，保养制度执行不利，必然使装备的故障率上升。例如，装甲装备的空气滤清器和柴油滤清器等未按时清洗，滤芯过脏阻力增大，容易造成发动机功率不足；需要润滑的部件未按时、按量、按规定牌号加注或更换润滑油，冷却系统冷却液不足或通道堵塞，容易烧坏机件。

装备故障产生的原因有很多，总体上可以归纳为三大类：第一类，设计制造上的缺陷或薄弱环节；第二类，自然损耗；第三类，外部作用。具体的原因分类如图2-1所示。

第一类原因有零件材料隐藏的瑕疵（砂眼、气孔、微缝等），机器部件的设计和工艺不完善，违反生产和维修的工艺。要确定这组原因产生的故障规律比较困难，这些故障的产生具有偶然性，引起装备的故障难以预见。

第二类原因是零件材料的自然损耗，即磨损、变形和老化。这些过程是有规律的，它们引起零件工作表面的尺寸和形状发生变化，物理机械性能减弱，导致连接接口、连接部件和机械装置的工作条件变差。当部件的连接空隙达到一定极限值，零件材料性质减弱到一定程度时，继续使用这样的装备是不合适的，甚至会出现安全事故。与第一类原因不同的是，这类故障的产生是可以预见的，因为零件的磨损、老化、变形的过程与装备累计工作时间（储存时间）之间存在函数关系。

第三类原因是对装备的各种外部作用。主要有敌人毁伤兵器的作用，碰撞、翻倒、卡住、淹没，以及违反操作规程。这类原因引起的故障和损坏与装备的使用时间不存在函数关系，它们的产生具有偶然性。

在平时使用装备时，其故障产生的原因主要是第一、第二类原因，而在作战条件下三类原因都有，并且第三类原因占比更大。通常情况下不管是哪类原因均会引起装备故障，导致装备不能完成预定的任务。排除故障的途径就是维修，这些维修在名称、工作量和复杂程度上均有所不同。

2.1.2 装备技术故障的度量

装备技术故障度量的参数有很多种，通常用故障密度、故障率参数指标来进行度量。

1）故障密度

装备（或装备部件）故障密度表示单位时间内装备（或装备部件）的故障数与被试装备（或装备部件）总数之比，即累计故障概率F （t）对时间t的变化率，用 f （t）表示。

2）故障率

装备（或装备部件）的故障率可分为瞬时故障率和平均故障率。

（1）瞬时故障率λ（t）。

装备（或装备部件）的瞬时故障率反映自某时刻t开始，单位时间内装备（或装备部件）的故障数与该时刻装备（或装备部件）完好数的比值，简称故障率，其单位通常为h-1。

式中，为t时刻后单位时间内装备（或装备部件）的故障数；N_S （t）为t时刻时装备（或装备部件）的完好数。

（2）平均故障率（t）。

装备（或装备部件）的平均故障率是指在规定的条件下和规定的时间内，装备（或装备部件）的故障总数与其寿命单位总数之比，即

式中，（t）为平均故障率；Δt为规定的时间段；ΔN_r （t）为Δt内装备（或装备部件）的故障数；（t）为Δt内装备（或装备部件）的平均完好总数；（t）.Δt为Δt内装备（或装备部件）的寿命单位总数。

由于在Δt内，装备（或装备部件）的完好总数是一个随时间变化的量，故取其在Δt时间段始末的算术平均值，即

则平均故障率可表示为

式中， N_S （t）为在时刻t的装备（或装备部件）完好数；N_S （t+Δt）为在时刻t+Δt的装备（或装备部件）完好数。

2.1.3 装备战损率的测算

装备战损率是指在一次作战行动结束后或一定作战时间内，装备的战损数与参战装备总数的比值，通常用百分比表示，它是预测装备保障需求的一个重要参数。

装备战损率预测方法主要有两种：一种是根据经验数据的统计和分析得出，经验数据包括实战数据、演习数据、试验数据等；另一种是采用计算机仿真的方法对装备的作战进行模拟，得出仿真的战损率数据。前一种方法需要以大量历史经验数据为基础，进行战损率影响因素分析和数学建模，计算得出的战损率数据的可信度较高。后一种方法需要进行复杂的计算机仿真，技术难度较高，得出的战损率数据的可信度也需要进一步验证。这里仅对第一种装备战损率的测算方法进行描述。

影响装备战损率的因素主要有以下5个。

（1）作战类型。

作战类型是指按照作战任务、作战行动的性质对各种作战的基本分类，分为进攻作战和防御作战两大类。作战类型决定了作战目的、作战方式方法、敌我态势等因素，直接影响装备战损率。通常情况下，进攻作战装备的战损率高于防御作战的战损率。

（2）具体作战行动。

具体作战行动是指基本作战类型中的各种具体作战环节和阶段。根据当前作战任务和敌我态势等具体情况，进攻作战主要包括突破防御前沿地区、突破防御纵深地区、抗击敌优势兵力的反突击、强渡水障、追击作战等具体作战行动；防御作战主要包括预准备的阵地防御、仓促防御等具体作战行动。在不同的作战行动中，装备的战损率是不同的。

（3）单位战斗力水平对比。

单位战斗力水平是指作战单位部队（如一个陆军师）的战斗力水平，作战双方单位战斗力水平对比主要取决于作战双方的人员作战水平、武器装备先进程度、信息化程度、指挥员能力素质等因素。与不同单位战斗力水平的对象进行作战，装备的战损率也不同。

（4）兵力兵器对比。

作战双方的兵力兵器对比主要取决于作战双方参战部队的规模，即作战人员、武器装备的数量。不同规模的作战对象，双方的兵力兵器对比不同，战损率也不同。

（5）作战持续时间。

通常情况下，作战持续时间越长，装备的战损率越高。作战持续时间一般以昼夜为计算单位。根据对装备战损率影响因素的分析，以集群装甲装备（装甲机械化师以上单位）为例，在各种作战行动具体阶段的战损率测算模型为

式中， P_ZS为集群装甲装备的综合战损率；P为集群装甲装备平均每昼夜的战损率，其取值根据一定的作战背景、作战对象等标准确定；K_XD为作战行动种类系数，对应不同的具体作战行动；K_ZDL为不同作战对象的单位战斗力对比系数；K_BL为不同作战对象的兵力兵器对比系数；T_ZZ为作战持续时间，单位为天（昼夜）。

上述各种参数的取值需要根据大量历史经验数据并进行作战仿真试验才能确定。俄军通过大量的作战实践和作战仿真试验，获得了系统完整的装甲装备战损规律数据，如表 2-1、表 2-2 所示。可以借鉴分析俄军的这些数据，来确定式（2-6）中各参数的取值。

俄军西战区的作战对象主要为北约的装甲机械化部队（装甲师、机步师），远东战区的作战对象主要为北约的轻型机械化部队，南方战区的作战对象主要为伊朗、巴基斯坦、土耳其等装甲机械化部队。与不同战斗力水平的作战对象进行作战，战损率相差较大，在表 2-1 中，俄军西战区进攻作战的坦克、步战车的战损率比南方战区高约1倍。

为此，将作战对象按照单位战斗力水平划分为三类，即强敌、次强敌、弱敌。设定作战对象为弱敌时，集群装甲装备平均每昼夜的战损率P的取值参考表2-1中俄军南方战区的战损率数值。根据表2-1，给出不同作战对象的单位战斗力对比系数K_ZDL的取值，如表2-3所示。

通过对表2-2中数据的横向比较，俄军集群装甲装备在不同作战行动中的战损率有所不同，并呈现出一定的规律性；通过对数据的纵向比较，不同战区的同类作战行动系数相差较小。因此，取表2-2中不同战区同类作战行动系数的平均值作为作战行动种类系数K_XD的值，如表2-4所示。

战损率测算示例。假定作战背景如下：交战双方为红、蓝两军，两军的人员、装备等作战实力水平大致相当。红军以1个装甲师作为第一梯队向蓝军发起进攻，红军装甲师的当面之敌为蓝军的1个装甲团，当前作战任务为突破蓝军装甲团预有准备的防御阵地，作战持续时间为1昼夜。要求测算红军装甲师的战损率。根据作战背景和表 2-3、表 2-4 给出的参数数据，可以确定战损率相关参数的取值，如表2-5所示。

将表2-5中的数据代入式（2-6）中，可求得红军装甲师在一定作战背景下的坦克综合战损率P_ZS=8.75%。