第二節(jié)　坦克裝甲車輛可靠性與維修性

一、坦克裝甲車輛可靠性與維修性的基本概念

可靠性（Reliability）和維修性（Maintainability）是裝甲車輛的重要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標，是構(gòu)成裝甲車輛綜合效能的重要因素，是由設(shè)計賦予、生產(chǎn)保證，并在使用中體現(xiàn)出來的裝甲車輛本身的一種固有質(zhì)量特性。

1.可靠性

（1）可靠性的定義　國家軍用標準GJB 451—90給出的可靠性定義是：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。可靠性的概率度量亦稱可靠度。1991年美軍5000.2（DODI）給出的可靠性定義為：系統(tǒng)及其組成部分在無故障、退化或不要保障系統(tǒng)的情況下執(zhí)行其功能的能力。它更強調(diào)了可靠性與保障的關(guān)系。

（2）可靠性有關(guān)的主要參數(shù)

①可靠度　裝備的壽命T是一個非負隨機變量。裝備的可靠度表示裝備在指定的時間區(qū)間[0，t]內(nèi)不發(fā)生故障的概率，用R（t）表示：

R（t）=P（T>t），t≥0

②故障概率分布函數(shù)　又稱為壽命T的概率分布函數(shù)，即[0，t]內(nèi)發(fā)生故障的概率，用F（t）表示：

F（t）=P（T≤t）=1-R（t），t≥0

裝備的壽命分布是連續(xù)時，稱故障概率分布函數(shù)的導數(shù)為故障概率分布密度函數(shù)，或稱故障概率密度函數(shù)，記為：

③故障率函數(shù)　故障率表示產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，工作到t時刻后，尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品在單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率，記為λ（t）。某時刻t的故障率稱為瞬時故障率。

設(shè)T是規(guī)定條件下某產(chǎn)品的壽命，其故障概率分布函數(shù)為F（t），故障概率密度函數(shù)為f（t），此時事件“產(chǎn)品工作到時刻t后”可表示為“T>t”。事件“產(chǎn)品在（t，t+Δt）內(nèi)發(fā)生故障”可表示為“t<T≤t+Δt”。于是產(chǎn)品工作到時刻t后，在（t，t+Δt）內(nèi)產(chǎn)品發(fā)生故障的概率可以表示為條件概率P（t<T≤t+Δt|T>t），把這個條件概率除以時間間隔Δt以后，就得到在Δt時間內(nèi)的平均故障率，當Δt→0，就得到在時刻t瞬時故障率：

上式兩邊積分，可得：

于是

④平均壽命　平均壽命是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，持續(xù)工作時間的平均值。對于不可修產(chǎn)品（如裝甲車輛的一些零部件）指故障前工作時間的平均值，記為MTTF，稱為平均故障前時間；對于可修產(chǎn)品（如裝甲車輛的大部件、整車）是指相鄰故障間隔時間的平均值，記為MTBF，稱平均故障間隔時間。

已知產(chǎn)品壽命T的分布密度函數(shù)f（t）時，平均壽命記為E（T），定義如下：

當已知產(chǎn)品的壽命分布時，平均壽命是一常量；當不知道產(chǎn)品壽命分布時，平均壽命是一樣本的統(tǒng)計量。僅當產(chǎn)品壽命分布服從指數(shù)分布時，平均壽命才等于故障率的倒數(shù)。

（3）耐久性　坦克裝甲車輛這樣的以機械產(chǎn)品為主的復雜系統(tǒng)，耐久性指標是必不可少的，有時甚至比可靠性指標更重要。按GJB 451—90的規(guī)定，耐久性是指“產(chǎn)品在規(guī)定的使用維修條件下，其使用壽命的一種度量。它是可靠性的另一種特殊情況”。對該定義的理解應(yīng)明確以下幾點。

①使用壽命和耐久性損壞　既然耐久性是使用壽命的一種度量，就有必要首先搞清什么是使用壽命。根據(jù)GJB 451—90，使用壽命是指“產(chǎn)品從制造完成到出現(xiàn)不修復的故障或不能接受的故障率時的壽命單位數(shù)”。從中可以看出，使用壽命是與某種故障直接相關(guān)的。

這里講的“不修復的故障”至少包含三種情況：一是指無法修復的故障，報廢故障件用更換新品的方法來恢復功能；二是在部隊的基層級和中繼級維修單位無力修復的故障，要恢復功能，只能大修；三是從經(jīng)濟效益考慮已不值得修復的故障，也只能報廢，用更換新品的方法來恢復功能。至于“不能接受的故障率”，實際上也可歸結(jié)為從經(jīng)濟效益考慮已不值得修復。

從耐久性的角度出發(fā)稱這類故障為耐久性損壞，它可定義為無論從技術(shù)上考慮，還是從經(jīng)濟上考慮，使產(chǎn)品都不能再繼續(xù)使用而必須進行更換或大修的一種耗損型故障。這里強調(diào)耐久性損壞是一種“耗損型故障”。

②使用壽命的度量和耐久性要求　由于產(chǎn)品的實際使用壽命值是一個隨機變量，只能用概率來度量。根據(jù)GJB451—90中對耐久性的定義和對使用壽命的定義，耐久性的概率度量可定義為：耐久性是產(chǎn)品能夠滿意地達到設(shè)計使用壽命或大修壽命而不發(fā)生耐久性損壞的概率。也可稱不發(fā)生耐久性損壞的概率為耐久度。耐久性和可靠性只是研究的故障范圍不同，規(guī)定時間的性質(zhì)不同，其基本屬性是一致的，可靠性一些基本特征同樣適用于耐久性。所以耐久度也可以認為是研究耐久性損壞的一種可靠度。

裝甲車輛的耐久性要求，一般用兩個指標表示：一個指標為規(guī)定的使用壽命（或大修壽命）；另一個指標是達到規(guī)定使用壽命的概率（耐久度）。例如，美國M1坦克動力裝置的耐久性要求是：在其規(guī)定的使用壽命4000mile行駛中，不發(fā)生耐久性損壞的概率要求為0.5（置信度75%時）。中國對可修產(chǎn)品，如發(fā)動機的耐久性要求是：在規(guī)定的大修壽命500h的使用中，不發(fā)生耐久性損壞的概率（耐久度）為0.63（置信度為0.75時）；對不可修產(chǎn)品，如負重輪的耐久性要求是：在規(guī)定的使用壽命6000km的行駛中，不發(fā)生耐久性損壞的概率為0.67（置信度為0.8時）。

目前裝甲車輛采用的統(tǒng)計試驗方法是：一定數(shù)量的樣本試驗到規(guī)定的使用壽命（定時截尾），根據(jù)出現(xiàn)耐久性損壞的次數(shù)，用非參數(shù)法計算概率（耐久度）的單側(cè)置信下限，大于要求值則為達到耐久性要求，計算公式如下：

式中　D_r——不發(fā)生耐久性損壞的概率（耐久度）；

n——參試樣本數(shù)；

r——發(fā)生耐久性損壞數(shù)；

F_α——F分布上側(cè)分位數(shù)；

α——置信水平。

也可直接查在一定置信度下由試驗樣本數(shù)和故障數(shù)（耐久性損壞數(shù)）確定的可靠度（耐久度）表。

2.維修性

（1）維修性的定義 GJB 451—90的維修性定義是：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進行維修時，保持或恢復到規(guī)定狀態(tài)的能力。維修性的概率度量亦稱維修度。

（2）維修性的主要參數(shù)

①維修度　是可修復產(chǎn)品在規(guī)定的維修條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成產(chǎn)品修復（使之保持和恢復到規(guī)定狀態(tài)）的概率。維修度是維修時間t的函數(shù)，記為M（t），亦稱為維修度函數(shù)，其值域為[0，1]區(qū)間。若用非負隨機變量T來描述維修時間時，維修度函數(shù)表示指定時間區(qū)間[0，t]內(nèi)產(chǎn)品修復的概率：

M（t）=P（T≤t），t≥0

應(yīng)該明確，這里指的“修復”包括預(yù)防維修和修復性維修（故障維修）兩類維修活動，即維修度有各級預(yù)防性維修的維修度和各級修復性維修的維修度。像裝甲車輛預(yù)防維修的維修度可以有一級保養(yǎng)維修度、二級保養(yǎng)維修度、三級保養(yǎng)維修度、小修維修度、中修維修度等。修復性維修的維修度也可以分基層Ⅰ級、基層Ⅱ級和中繼級修復性維修的維修度，也可統(tǒng)計計算總的修復性維修的維修度。

②維修度分布密度函數(shù)　維修度函數(shù)M（t）對時間t的導數(shù)稱為維修度分布密度函數(shù)，記為：

③修復率　也稱維修率。一般情況下，修復率是時間t的函數(shù)，記為μ（t），表示到時刻t仍處于維修狀態(tài)的產(chǎn)品，單位時間內(nèi)被修復的概率，也稱瞬時修復率。μ（t）的定義式如下：

μ（t）=m（t）/[1-M（t）]

μ（t）與維修度分布密度函數(shù)m（t）有如下關(guān)系：

④平均修復時間　現(xiàn)場的維修時間包括預(yù)防性維修時間和修復性維修時間，其平均值稱為平均維修時間。平均修復時間是修復性維修時間的平均值，記為MTTR。MTTR的度量方法是：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，產(chǎn)品在某一規(guī)定的維修級別上，修復性維修總時間與修復的故障總數(shù)之比。

當已知產(chǎn)品修復性維修的維修度分布密度函數(shù)m（t）時，MTTR由下式計算：

當修復性維修時間分布密度函數(shù)為已知時，MTTR為常量。研制中的產(chǎn)品只考慮平均修復時間，它也是產(chǎn)品的固有特性。僅當修復性維修時間服從指數(shù)分布時，平均修復時間MTTR才等于常量修復率μ的倒數(shù)。

（3）測試性　裝甲車輛的測試性是指車輛本身能提供的及時確定其工作狀態(tài)（可工作，不可工作或性能下降），并隔離其內(nèi)部故障的一種設(shè)計特性。產(chǎn)品使用階段的測試工作屬于維修范疇，包括預(yù)防性維修中的檢測和修復性維修的故障檢測、隔離（故障診斷）及檢驗等活動，所以測試性原先是作為維修性的一個組成部分來對待的，隨著科學技術(shù)的進步，特別是電子技術(shù)、計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，坦克裝甲車輛的性能越來越先進，結(jié)構(gòu)越來越復雜，電子產(chǎn)品所占的比例越來越大，在維修過程中如何迅速地查找與隔離故障顯得越來越重要。單純依靠維修人員的經(jīng)驗和技術(shù)已遠不能適應(yīng)車輛維修發(fā)展的需要。因此，測試性的問題越來越突出，鑒于其理論與技術(shù)的特殊性，逐步把測試性作為一種獨立的質(zhì)量特性。

測試性主要包括兩方面的因素：一是機內(nèi)測試（BIT），它是指坦克裝甲車輛自身提供的為檢測、診斷或隔離故障的自動測試能力。完成機內(nèi)測試功能的裝置，就是機內(nèi)測試設(shè)備（BITE），主要包括傳感器、激勵信號、響應(yīng)數(shù)據(jù)處理及測試軟件、硬件等。二是坦克裝甲車輛自身（主要是硬件）的固有測試性，它是指僅取決于系統(tǒng)或設(shè)備的硬件設(shè)計，不受測試激勵和響應(yīng)數(shù)據(jù)處理影響的測試性。或者說，硬件設(shè)計要具有支持機內(nèi)測試（BIT）和外部測試或自動測試設(shè)備（ATE）進行測試的特性。包括結(jié)構(gòu)的合理劃分、接口設(shè)置、與ATE兼容性等。

中國坦克裝甲車輛的現(xiàn)役裝備，測試性是個薄弱環(huán)節(jié)。隨著中國新型坦克裝甲車輛的研制發(fā)展，采用的新技術(shù)項目越來越多，微電子技術(shù)、計算機技術(shù)所占比重越來越大（尤其是火控系統(tǒng)），測試性已引起各方面的關(guān)注。提高機內(nèi)測試能力，設(shè)置好檢測接口，全面考慮主裝備本身與外部檢測設(shè)備的兼容問題，已成為裝甲車輛研制發(fā)展中應(yīng)予特別關(guān)注的一個技術(shù)發(fā)展問題。

二、復雜可修系統(tǒng)的可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計

裝甲車輛是典型的復雜可修系統(tǒng)，在可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計中，僅用隨機變量來描述在很多情況下已不能滿足需要，下面簡單介紹復雜可修系統(tǒng)可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計的思路。

1.復雜可修系統(tǒng)可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計的特點

（1）隨機點過程　在研究不可修系統(tǒng)的壽命分布時，涉及故障率λ（t）、可靠度R（t）、故障概率分布函數(shù)F（t）、故障分布密度函數(shù)f（t）等，前面已介紹了這些參數(shù)之間的關(guān)系。不可修系統(tǒng)的壽命在數(shù)學上是用隨機變量及其分布函數(shù)來描述的。但是對于裝甲車輛這樣復雜的可修系統(tǒng)來說，還要研究系統(tǒng)發(fā)生的故障隨運行時間（這里的時間是指壽命單位，可以是小時、千米、次數(shù)、發(fā)數(shù)等）而變化的規(guī)律，由于系統(tǒng)發(fā)生故障的時刻T_i（i=1，2，…）是隨機的，故可修系統(tǒng)故障發(fā)生的時刻可以看成是時間軸上依次出現(xiàn)的隨機點。這種按一定的統(tǒng)計規(guī)律在時間軸上隨機分布的點集就形成了一個隨機點過程（簡稱點過程）。有的稱這種時間軸上的點過程為事件流，在可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計中稱故障流。為研究計算落在時間軸上某區(qū)段中的點數(shù)（故障數(shù)），引入了計數(shù)過程的概念，研究時間軸上某區(qū)段故障數(shù)的隨機點過程也稱為故障計數(shù)過程。這種描述可修系統(tǒng)故障發(fā)生規(guī)律的隨機點過程用故障強度（或稱故障強度函數(shù)）作為其特征量。設(shè)系統(tǒng)在[0，t]中發(fā)生的故障數(shù)為r（t），則其故障強度為：

λ（t）=dE[r（t）]/dt

故障強度是時間的函數(shù)，其物理意義為系統(tǒng)在單位時間內(nèi)發(fā)生故障的次數(shù)。它表明系統(tǒng)在時刻t發(fā)生故障的強弱程度，有的稱其為故障率（與不可修系統(tǒng)的故障率是有區(qū)別的）。若已知系統(tǒng)的故障強度，則系統(tǒng)在[0，t]中發(fā)生故障次數(shù)的數(shù)學期望稱累積故障強度函數(shù)（也有稱均值函數(shù)的）可用下式計算：

這里說明可修系統(tǒng)與不可修系統(tǒng)在故障分布規(guī)律的數(shù)學描述上是有區(qū)別的，即從不可修系統(tǒng)的隨機變量變成了可修系統(tǒng)的隨機點過程。對于可修系統(tǒng)的故障分布，認為是時間軸上的一個計數(shù)過程。

（2）更新過程　有一些系統(tǒng)發(fā)生故障后經(jīng)過修復又如同新的一樣，即修復活動使系統(tǒng)發(fā)生故障后的可靠性水平又恢復到該系統(tǒng)剛開始工作時的水平，此時的故障強度又回到了開始工作時的水平。這種情況常見于一些簡單的系統(tǒng)，當其關(guān)鍵件經(jīng)換件修理后，狀態(tài)如新，稱為更新過程。

由修復如新導出的更新過程，其故障間隔時間為X_i=T_i-T_i-1，是一個隨機變量并獨立分布。此時的故障間隔時間X_i也可以看成是不可修系統(tǒng)多個樣本情形時得到的數(shù)據(jù)，即可把X_i按大小排序，用不可修系統(tǒng)的統(tǒng)計方法來處理。

（3）非時齊泊松過程　對于復雜可修系統(tǒng)發(fā)生故障后，經(jīng)過局部的維修、調(diào)整或更換零部件等措施，使系統(tǒng)的可靠性水平恢復到故障前瞬間的水平。此時的故障強度仍保持故障前瞬間的水平，這種情形為修復如舊。這個概念更符合復雜系統(tǒng)的實際情況，因為系統(tǒng)發(fā)生故障是由其中個別零部件的故障引起的，維修、調(diào)整或更換的是發(fā)生故障的個別零部件，而系統(tǒng)的那些沒有故障的大部分零部件仍在繼續(xù)使用，雖然經(jīng)過修復后的零部件，其可靠性水平與故障前瞬間的可靠性水平相比有所提高，但對由眾多零部件組成的整個系統(tǒng)而言，可靠性水平基本沒有變化，即系統(tǒng)的復雜程度達到了系統(tǒng)的可靠性水平不會因為其中個別零部件的修復而發(fā)生顯著的變化。裝甲車輛就是這樣的復雜系統(tǒng)。這種情況下的故障強度曲線在整個時間軸上是連續(xù)的，不會因故障而產(chǎn)生間斷。

修復如舊的計數(shù)過程可以用非時齊泊松過程（Nonhomogeneous poisson process，簡記NHPP）來描述。NHPP的定義如下：

若計數(shù)過程｛r（t），t≥0｝滿足：

①獨立增量性。即對于任意的n及互不相交的區(qū)間（a_i，b_i]，i=1，2，…n，r（b_i）-r（a_i）互相獨立；

②P｛r（t+Δt）-r（t）≥2｝=0（Δt）；

③P｛r（0）=0｝=1。

若λ（t）非負，在有限區(qū)間上可積，則稱｛r（t），t≥0｝為有故障強度λ（t）的非時齊泊松過程；

設(shè)｛r（t），t≥0｝為有故障強度函數(shù)λ（t）的非時齊泊松過程，則

N（t）為累積故障強度函數(shù)（如前式）。一般NHPP其故障間隔時間X_i既不獨立也不同分布，即認為X_i的母體是變化的。

（4）威布爾過程模型　由于NHPP中故障強度λ（t）數(shù)學表達式的不同，NHPP可以有多種類型，裝甲車輛可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計時一般采用威布爾過程模型（AMSAA模型）。威布爾過程模型的故障強度為

λ（t）=abt^b-1，（a>0，b>0）

式中，a為強度參數(shù)；b為形狀參數(shù)。b>1時，λ（t）隨時間增大；b=1時，λ（t）為常數(shù)；b<1時，λ（t）隨時間減小。

（5）時齊泊松過程　當非時齊泊松過程的故障強度λ（t）=λ為一常數(shù)時，就退化為時齊泊松過程（Homogeneous poisson process，簡記為 HPP）。此時其故障間隔時間X_i獨立同分布，且服從參數(shù)為λ的指數(shù)分布。即此時系統(tǒng)處于偶然故障期。時齊泊松過程也可看成是更新過程的一個特例，較適合于電子系統(tǒng)。裝甲車輛在預(yù)防維修時機合理，維修質(zhì)量有保證的情況下，可近似用時齊泊松過程來描述。

2.威布爾過程模型的參數(shù)估計和檢驗

（1）參數(shù)a和b的點估計：

①用極大似然法求a和b的點估計：

式中，k為試驗統(tǒng)計裝甲車輛的樣本數(shù)；n為故障總數(shù)；S_i為第i個樣本統(tǒng)計起始時間（里程）；T_i為第i個樣本統(tǒng)計截尾時間 （里程）；n_i為第i個樣本在區(qū)間（S_i，T_i]中發(fā)生的故障數(shù)；t_ij為第i個樣本的第j次故障發(fā)生的時刻。

②若各樣本的試驗起始時間S_i=0，實際操作中統(tǒng)計各樣本的一個大修期的試驗情況或統(tǒng)計第一小修期、第一中修期時，均屬這種S_i=0的情況，統(tǒng)計其他修理間隔期時S_i≠0，此時可以將T_i和t_ij都分別減去S_i，使其轉(zhuǎn)化為S_i=0，這樣計算公式可簡化為：

實際操作中用這種簡化的方法進行計算比較合適。

（2）參數(shù)a和b的無偏估計　當n>2時形狀參數(shù)b的無偏估計為：

強度參數(shù)的無偏估計：

（3）擬合優(yōu)度檢驗　檢驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)是否接受威布爾過程模型，檢驗統(tǒng)計量為：

式中，Z_m是Z_ij的升序排列，而Z_ij=t_ij/T_i；當C²_m>C²_m,α時拒絕威布爾過程模型；C²_m≤C²_m,α時接受威布爾過程模型；C²_m,α為檢驗臨界值，可查GBJ 1407—1992表B2得，α為顯著性水平。當n>100時暫仍按n=100表中的數(shù)據(jù)進行檢驗。

3.可修系統(tǒng)的可靠性參數(shù)

（1）可靠度函數(shù)

這說明R（t）的大小不僅與t₂—t₁的區(qū)間大小有關(guān)，而且還與區(qū)間的起點t₁有關(guān)。

（2）故障強度函數(shù)

λ（t）=abt^b-1

①當前值　當統(tǒng)計試驗的定時截尾時間為T時，時刻T的故障強度當前值為λ（T）=abT^b-1，當n≤20時，用b代替b。

②區(qū)間積分平均值　統(tǒng)計試驗的定時截尾時間為T，在（0，T]區(qū)間內(nèi)故障強度的平均值

（3）平均故障間隔時間（里程）

①當前值。MTBFt=1/λ（T）

②平均值。統(tǒng)計試驗的定時截尾時間為T，在（0，T]區(qū)間內(nèi)的平均值：

積分平均值

算術(shù)平均值　　　

三、坦克裝甲車輛可靠性與維修性指標確定的約束條件

1.壽命剖面

（1）壽命剖面定義　壽命剖面是指坦克裝甲車輛從采購接車開始，到其壽命終結(jié)或退出現(xiàn)役為止這段時間內(nèi)所經(jīng)歷的全部事件和環(huán)境的時序描述。坦克裝甲車輛在壽命剖面中所經(jīng)歷的主要事件有裝卸、運輸、貯存、啟封、檢測、保養(yǎng)、修理、訓練、演習、執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)等。壽命剖面還要為這些事件的持續(xù)時間、順序、環(huán)境條件和操作方法等加以描述。在設(shè)計時，這些事件對坦克裝甲車輛可靠性與維修性的影響必須給予通盤的考慮。

（2）壽命剖面一般形式　坦克裝甲車輛壽命剖面一般不分后勤階段和使用階段，通常由接裝部隊按計劃直接到生產(chǎn)廠接裝，并按使用計劃，投入戰(zhàn)備貯存或教練使用。坦克裝甲車輛壽命剖面的一般形式如圖1-3所示。

2.任務(wù)剖面

（1）任務(wù)剖面定義　任務(wù)剖面是指坦克裝甲車輛在完成規(guī)定任務(wù)這段時間內(nèi)所經(jīng)歷的事件和環(huán)境的時序描述，是確定其任務(wù)可靠性指標的重要依據(jù)。

（2）主戰(zhàn)坦克典型作戰(zhàn)任務(wù)剖面　在主戰(zhàn)坦克的作戰(zhàn)任務(wù)中，最主要的任務(wù)是進攻和防御，而進攻作戰(zhàn)是主戰(zhàn)坦克最具有代表性和典型性的任務(wù)。因為進攻作戰(zhàn)經(jīng)歷的事件最多，時間最長，條件最嚴酷。一般情況下，能滿足進攻作戰(zhàn)的可靠性要求，也就能滿足其他作戰(zhàn)任務(wù)的可靠性要求。

在研究主戰(zhàn)坦克的作戰(zhàn)任務(wù)時，以合成集團軍編成內(nèi)的坦克師為主要研究對象。把集團軍編成內(nèi)坦克師對野戰(zhàn)防御之敵的進攻作戰(zhàn)所經(jīng)歷的事件和環(huán)境的時序描述，作為主戰(zhàn)坦克典型的任務(wù)剖面。主戰(zhàn)坦克任務(wù)剖面一般應(yīng)包括：越野行駛300 ～800km，消耗彈藥1.5～2個基數(shù)，電臺工作36～48h，火控工作8～16h（其中連續(xù)工作4h）。

（3）訓練任務(wù)剖面　訓練任務(wù)剖面主要是針對部隊平時的正常訓練確定的。通常裝甲兵部隊平時訓練動用坦克貫徹“計劃使用，均衡修理”原則，在保證完成平時訓練任務(wù)的同時，盡可能減少維修人力和保障費用。訓練任務(wù)剖面是確定坦克裝甲車輛基本可靠性指標的主要依據(jù)。

裝甲兵部隊的訓練課目主要分駕駛訓練、射擊訓練和通信指揮訓練等。以駕駛訓練和射擊訓練為主來確定訓練任務(wù)剖面。坦克的一個訓練剖面定為：行駛里程70～90km，射擊炮彈3～9發(fā)，火控工作3～6h，電臺工作4～6h。

（4）其他裝甲車輛的任務(wù)剖面　步兵戰(zhàn)車和裝甲輸送車在協(xié)同主戰(zhàn)坦克作戰(zhàn)時，其任務(wù)剖面可參照主戰(zhàn)坦克的任務(wù)剖面。對水陸坦克和有海上行駛性能的步兵戰(zhàn)車在執(zhí)行登陸作戰(zhàn)任務(wù)時，要充分考慮泛水任務(wù)階段的特殊性。水陸兩棲車輛一個登陸作戰(zhàn)的任務(wù)剖面為：陸上越野行駛300～500km，水上行駛30～50km，消耗彈藥1.5～2個基數(shù)，火控工作8～12h，電臺工作36～48h。在提出任務(wù)可靠性要求時，除要有完成一個任務(wù)剖面的可靠度要求外，還應(yīng)有單獨的搶灘登陸階段的可靠度要求。

3.裝甲車輛維修方案

裝甲車輛維修方案包括維修體制、維修設(shè)備和人員編制、維修間隔期劃分、維修范圍和維修方式等。維修方案是確定裝甲車輛可靠性和維修性指標，特別是零部件的耐久性指標的重要約束條件。

4.故障判斷準則

故障判斷準則對于確定坦克裝甲車輛的可靠性維修性指標至關(guān)重要，沒有故障判斷準則的可靠性指標毫無意義。所以故障判斷準則是可靠性維修性指標的重要約束條件，也是進行可靠性維修性驗證試驗的重要依據(jù)。GJBz 20448—97《裝甲車輛故障判斷準則》是提出型號故障判斷準則的基本依據(jù)，對于裝甲車輛的具體型號，必須根據(jù)型號的特點，提出更具體的故障判斷準則。在驗證試驗時，還應(yīng)細化型號的故障判斷準則。

5.環(huán)境條件

坦克裝甲車輛在實際使用中的環(huán)境條件非常復雜，可能遇到的地形和氣候條件多種多樣。經(jīng)分析歸納得到的坦克裝甲車輛在各種條件下的使用概率如下：平原地區(qū)使用概率為60%～70%，高原地區(qū)為20%～25%，沙漠戈壁地區(qū)為10%～15%；常溫條件下使用的概率為70%～75%，寒冷條件下為20%～ 25%，嚴寒或高溫條件下各為2%左右；公路行駛概率為15%～ 20%，砂石路為25%～30%，鄉(xiāng)村土路為15%～20%，起伏地為 10%～15%，無道路為25%左右。

6.驗證試驗方案

可靠性和維修性指標應(yīng)該是可以驗證的，指標的量值也受指標的統(tǒng)計性質(zhì)和檢驗統(tǒng)計準則的制約，所以在合同（或研制任務(wù)書）中應(yīng)明確可靠性和維修性指標的性質(zhì)，有關(guān)檢驗的統(tǒng)計準則，以便于驗證試驗方案的確定。具體的驗證試驗方法在 GJB 899—90和GJB 2072—94中已有明確的規(guī)定，應(yīng)根據(jù)坦克裝甲車輛的特點，用上述標準的基本原理，確定試驗方案。

（1）可靠性驗證

①假設(shè)裝甲車輛的故障計數(shù)過程是時齊泊松過程，或其 MTBF（MTBCF）服從指數(shù)分布。

②在合同（或研制任務(wù)書）中要明確合同指標是可靠性定量要求的最低可接受值；或合同指標有兩個：一個是最低可接受值；另一個是規(guī)定值。

③檢驗的統(tǒng)計準則　在合同（或研制任務(wù)書）中應(yīng)給予明確。

判斷風險α和β，一般取α=β≈10%～20%；置信區(qū)間的置信度C，一般取C=1-2β；裝甲車輛的可靠性鑒定試驗一般結(jié)合設(shè)計定型試驗進行，試驗樣車的數(shù)量一般為3～5臺，單車試驗里程一般為10000km；坦克裝甲車輛的MTBF（MTBCF）檢驗的下限θ₁等于合同指標的最低可接受值。

④驗證試驗方案　根據(jù)β、θ₁、T，用泊松公式確定判別故障數(shù)r；根據(jù)α、T、r，用泊松公式確定檢驗上限θ₀，θ₀應(yīng)小于預(yù)計值θ_p，對裝甲車輛鑒定試驗一般θ₀/θ₁=d<1.5。

⑤試驗結(jié)果的計算分析　按GJB 899—90，計算置信度為C的置信區(qū)間，其置信下限大于最低可接受值則驗證合格，只要實際出現(xiàn)的故障數(shù)小于或等于判別故障數(shù)r，置信下限也一定會大于最低可接受值；當指標有規(guī)定值時，當計算的置信下限大于規(guī)定值時，可以認為規(guī)定值通過驗證，即裝甲車輛的MTBF（MTBCF）達到合同要求的規(guī)定值；

根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計的故障發(fā)生時刻，用威布爾過程模型進行擬合，計算形狀參數(shù)b，以此來評價分析用時齊泊松過程來進行試驗統(tǒng)計的誤差。

（2）維修性驗證

①一般情況下，坦克裝甲車輛各種維修時間服從對數(shù)正態(tài)分布，預(yù)防性修理時間服從正態(tài)分布。

②合同（或研制任務(wù)書）中應(yīng)明確合同指標（MTTR等）是維修性定量要求的最低可接受值，或合同指標有兩個：一個是最低可接受值；另一個為規(guī)定值。

③檢驗統(tǒng)計準則　在合同（或研制任務(wù)書）中應(yīng)給予明確。

判斷風險α和β，一般取α=β≈5%～20%；因裝甲車輛的維修性鑒定試驗與設(shè)計定型試驗結(jié)合進行，其自然故障數(shù)每臺車一般可在50個以上，各級修復性維修次數(shù)也多大于30次，所以在合同（或研制任務(wù)書）中一般不規(guī)定維修作業(yè)的樣本數(shù)，只規(guī)定α和β值，并應(yīng)明確用試驗統(tǒng)計結(jié)果的置信上限作為驗證維修性定量要求（MTTR等）最低可接受值的判決標準。

④試驗結(jié)果的計算和分析　參照GJB 2072—94，一般按對數(shù)正態(tài)分布計算置信度為C=1-2β的置信區(qū)間，其置信上限等于或小于最低可接受值，則判為驗證合格。若置信上限還小于規(guī)定值，則可判為裝甲車輛的維修性定量要求已達到合同要求的規(guī)定值。用記錄的每一個維修作業(yè)時間的觀測值，對各類維修時間分別進行分布函數(shù)假設(shè)檢驗，如不服從對數(shù)正態(tài)分布，則應(yīng)擬合確定服從哪一類分布，并對置信區(qū)間計算進行修正。

四、裝甲車輛可靠性設(shè)計

裝甲車輛是以機械產(chǎn)品為主的復雜系統(tǒng)，因此具有機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計問題的特點。把規(guī)定的可靠性指標設(shè)計到產(chǎn)品中去并提高產(chǎn)品可靠性的各種方法，統(tǒng)稱為可靠性設(shè)計方法，它包括定性分析和定量計算。

1.機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計的特點

（1）機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計比電子產(chǎn)品難度更大　電子元器件可實現(xiàn)設(shè)計標準化，因此電子產(chǎn)品通常把系統(tǒng)設(shè)計與元器件設(shè)計分開，元器件由專門人員設(shè)計、制造和篩選，因而系統(tǒng)設(shè)計不涉及元器件的設(shè)計；而機械零部件大多難于標準化，機械產(chǎn)品設(shè)計既要作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，又要作零件的具體設(shè)計，同時制造設(shè)備，生產(chǎn)工藝對可靠性起著重要的作用，因此機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計難度比較大。

（2）機械產(chǎn)品的可靠性預(yù)計不易準確　電子產(chǎn)品的可靠性預(yù)計比較容易，標準化的電子元器件的基本失效率一般可看作常數(shù)，一旦獲得其基本失效率的數(shù)據(jù)，再加上環(huán)境應(yīng)力因子等則可進行可靠性預(yù)計。機械產(chǎn)品的功能零部件多是非標準件，而且一種零部件常要完成多種功能，使用環(huán)境又很復雜，因此，像電子產(chǎn)品一樣統(tǒng)計其失效率是很困難的。造成機械產(chǎn)品的可靠性預(yù)計難以比較準確。

（3）降額設(shè)計、冗余設(shè)計等可靠性設(shè)計方法對機械產(chǎn)品不太適用　電子產(chǎn)品有比較成熟的降額設(shè)計準則，而機械產(chǎn)品設(shè)計中的定量降額問題尚未有統(tǒng)一的規(guī)范和方法；電子設(shè)備中幾乎都可使用冗余措施來提高任務(wù)可靠性，而機械產(chǎn)品的主體部分很難采用冗余設(shè)計。

（4）電子產(chǎn)品使用過程中發(fā)生的故障主要是由于偶然因素造成的，而機械產(chǎn)品故障原因主要是疲勞、老化、磨損、腐蝕等，因此耐久性設(shè)計在機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計中占有重要的地位。

（5）概率設(shè)計等可靠性設(shè)計方法雖然是一種新的設(shè)計理論和方法，它仍然需要傳統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗，并且要與其他設(shè)計方法和理論一起綜合應(yīng)用，例如有限元分析，實驗應(yīng)力分析等。

（6）由于機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計計算與分析要考慮的因素非常復雜，難以做得比較完善，所以在研制過程中，從零件、部件到系統(tǒng)都必須強調(diào)可靠性增長試驗和耐久性考核試驗，機械產(chǎn)品研制過程的試驗與評價是可靠性設(shè)計的重要組成部分。

2.定性分析方法

（1）可靠性模型的建立　可靠性模型包括可靠性方框圖和可靠性數(shù)學模型兩部分，它反映了產(chǎn)品各組成單元之間的可靠性邏輯關(guān)系。對于機械產(chǎn)品同樣是一項重要的工作。但坦克裝甲車輛并聯(lián)單元的不等效性和某一單元故障后會引起應(yīng)力的重新分配等問題，對可靠性模型的建立帶來一定的困難。

（2）可靠性分配和預(yù)計

①可靠性分配　電子產(chǎn)品可靠性分配方法大多適用于機械產(chǎn)品。對于裝甲車輛的故障率實際上指的是故障強度，一般是隨時間變化的，所以分配的故障率是指規(guī)定壽命期（如一個大修期）內(nèi)的平均故障率。由于坦克裝甲車輛主要部件的壽命單位不同（如推進系統(tǒng)以公里、火炮以發(fā)數(shù)、火控以小時為壽命單位），從整車到各主要部件一般不直接用故障率進行分配，而是用可靠度進行分配。

②可靠性預(yù)計　相似產(chǎn)品類比論證法、評分法、修正系數(shù)法等都適用于機械產(chǎn)品的可靠性預(yù)計。

③耐久性的分配和預(yù)計　首先要確定耐久性關(guān)鍵件和重要件，耐久性分配和預(yù)計主要針對關(guān)鍵件和重要性。也要建立耐久性框圖，然后可用經(jīng)驗分配法或等分配法等進行耐久性分配。用壽命分布法、經(jīng)驗?zāi)Ｐ头ǖ葘﹃P(guān)重件進行耐久性預(yù)計。

（3）故障模式及分析　故障模式影響及危害性分析（FMECA）和故障模式及影響分析（FMECA）適用于機械產(chǎn)品的所有研制階段，GJB 1391—92中的FMECA程序是適用于機械產(chǎn)品的。由于機械產(chǎn)品標準化程度差，可靠性數(shù)據(jù)缺乏，定量可靠性設(shè)計分析難以實施，因而FMEA實際上處于可靠性分析的核心位置。危害度分析（CA），也是適用于機械產(chǎn)品的，能否實施主要取決于是否有故障率等數(shù)據(jù)的支持。

故障樹分析（FTA）也適用于機械產(chǎn)品，F(xiàn)TA的定性分析避開了機械產(chǎn)品數(shù)據(jù)缺乏的問題，在FMEA分析出關(guān)鍵故障模式的基礎(chǔ)上進行FTA，是一種較好的方法。

（4）可靠性設(shè)計準則　可靠性設(shè)計準則是進行可靠性設(shè)計的重要依據(jù)，是把可靠性設(shè)計到產(chǎn)品中去，提高產(chǎn)品可靠性的有效方法。可靠性設(shè)計準則是把已有的、相似產(chǎn)品的工程設(shè)計經(jīng)驗和教訓總結(jié)起來，使其條理化、系統(tǒng)化、科學化，成為設(shè)計人員進行可靠性設(shè)計所遵循的原則。可靠性設(shè)計準則一般都是針對某個型號或產(chǎn)品的同時還需制訂分系統(tǒng)、部件以及某些典型零部件（如軸、齒輪、軸承、密封、花鍵等）的設(shè)計準則。

3.定量設(shè)計方法

（1）概率設(shè)計法　概率設(shè)計法即是應(yīng)用概率統(tǒng)計理論進行機械零件及構(gòu)件設(shè)計的方法。概率設(shè)計的核心是把應(yīng)力和強度視為受多種因素影響的隨機變量，是屬于某種概率分布的統(tǒng)計量，以通用的廣義應(yīng)力強度干涉模型作為基本運算公式，廣泛沿用機械零件傳統(tǒng)的設(shè)計計算模型，求出給定可靠度下的零件尺寸或給定尺寸零件的可靠度及相應(yīng)的壽命。廣義的干涉模型不僅適用于機械強度，而且對剛度、疲勞、磨損、腐蝕等情況均可應(yīng)用。

由于應(yīng)力和強度的隨機性，概率法設(shè)計的基礎(chǔ)是設(shè)計變量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，最理想的情況是針對具體對象試驗取值，對取得的大量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理，確定分布類型，估計分布參數(shù)。然而由于試驗的困難或受經(jīng)濟及時間的限制，直接試驗并統(tǒng)計處理往往是不可能的，因此常就已有的類似數(shù)據(jù)或間接資料近似估計所需的數(shù)據(jù)。目前可用的數(shù)據(jù)積累很少，很難得到應(yīng)力和強度的概率密度函數(shù)。如果應(yīng)用不正確的數(shù)據(jù)和不正確的模型，先進的概率設(shè)計也就失去意義。在今后相當長的一段時期內(nèi)，概率設(shè)計方法只是一種發(fā)展的趨勢，在實際應(yīng)用中，將可靠性設(shè)計的分析技術(shù)如FMECA、FTA等定性分析方法引入到傳統(tǒng)的設(shè)計方法中，利用可靠性分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)和缺陷，采用概率法的概念去完善和改進傳統(tǒng)的安全系數(shù)法，這將是目前比較可行的方法。

（2）穩(wěn)健性設(shè)計　所謂穩(wěn)健性設(shè)計，就是使得產(chǎn)品的性能對在制造期間的變異或使用環(huán)境的變異不敏感，并且使產(chǎn)品在其壽命周期內(nèi)，不管其參數(shù)、結(jié)構(gòu)發(fā)生漂移或老化（在一定范圍內(nèi)），都能持續(xù)滿意地工作的一種設(shè)計方法。穩(wěn)健性設(shè)計是尋求低成本、高性能穩(wěn)定的產(chǎn)品的一套系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方法，它不是一種單一的具體方法，而是為達到共同的目標而形成許多方法的集合。這個目標就是使產(chǎn)品具有高度穩(wěn)定的性能。穩(wěn)健性設(shè)計是以用戶需求為牽引，采用三次設(shè)計（系統(tǒng)設(shè)計、參數(shù)設(shè)計、容差設(shè)計）法、全面質(zhì)量管理、質(zhì)量功能展開、FMECA等方法精心優(yōu)化設(shè)計方案，把問題解決在設(shè)計階段，以最小的代價獲得高性能穩(wěn)定性，即高可靠性、高質(zhì)量的產(chǎn)品，也就是健壯的產(chǎn)品。

穩(wěn)健性設(shè)計形成一套系統(tǒng)的方法歷史并不太長，但其理論研究及工程應(yīng)用都得到很大的發(fā)展，把穩(wěn)健性設(shè)計的技術(shù)方法引入可靠性工程之中，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性是一個有益的補充。

五、中國裝甲車輛可靠性與維修性的特點

1.中國裝甲車輛的可靠性與維修性水平

與國外裝甲車輛的可靠性與維修性水平作比較，雖然由于沒有國外可靠性數(shù)據(jù)的背景條件（如：故障準則、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計性質(zhì)等）資料，不能作絕對的數(shù)據(jù)比較，但從收集到的數(shù)據(jù)作一種宏觀的比較，分析其趨勢是有參考意義的。中國第一代某坦克的平均故障間隔里程（T_BF）為204km，接近美軍M48A3的 209.3km，可靠性水平基本相當。美軍第二代坦克M60A1的T_BF已達到252.8km。中國第二代坦克的可靠性已引起高度的重視，并進行了大量的工作，以縮小與世界先進水平的差距。

2.可靠性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性

對某坦克試驗的故障數(shù)據(jù)用威布爾過程模型進行統(tǒng)計分析，基本可靠性的故障強度函數(shù)的形狀參數(shù)b一般為 0.95～1.2；而任務(wù)可靠性的b一般為1～2.19。基本可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計簡化為時齊泊松過程來描述誤差不大，而任務(wù)可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計簡化為時齊泊松過程描述大多情況下誤差較大，其他裝甲車輛的情況基本與此相仿。

3.關(guān)于早期故障

各小修期故障強度函數(shù)λ（t）的變化規(guī)律性較差，在小修質(zhì)量較差的情況下，小修期故障強度函數(shù)λ（t）的形狀參數(shù)b<1，呈明顯的早期故障型。提高部隊的修理質(zhì)量是提高使用可靠性水平的重要環(huán)節(jié)。

4.維修時間的統(tǒng)計特性

通過對某坦克14種整車的維修時間和7種部件的維修時間統(tǒng)計分析，證明維修時間大多數(shù)服從對數(shù)正態(tài)分布；當維修范圍和維修方法相對比較固定時，維修時間比較明顯地服從正態(tài)分布，如小修、中修、大修的時間分布；當所用維修時間較短的輕度故障較多時，其維修時間服從指數(shù)分布，如基層Ⅰ級修復性維修時間。一般情況下用對數(shù)正態(tài)分布來統(tǒng)計分析維修時間是可以的，不會產(chǎn)生很大的誤差。

5.關(guān)于預(yù)防性維修時間

中國現(xiàn)役裝甲車輛的預(yù)防性維修時間耗時太多。從某坦克的維修時間統(tǒng)計可以看出，預(yù)防性維修時間（不含大修時間）為修復性維修時間的3倍多。坦克可達可用度之所以很低，與預(yù)防維修時間耗時太多有關(guān)。美國、俄羅斯等發(fā)達國家都在努力提高主要部件的耐久性水平，以減少預(yù)防維修時間，并有取消中修的趨勢。這也是中國發(fā)展坦克裝甲車輛的努力方向。

6.故障模式

從故障模式看，坦克裝甲車輛的螺紋連接松動和滲漏故障占有相當大的比重。以某坦克為例，在統(tǒng)計的534個故障中，有 185個故障屬于螺紋連接松動和油液嚴重滲漏。因此要加強緊固技術(shù)和密封技術(shù)研究，如果能較好地解決緊固和密封問題，中國坦克裝甲車輛的可靠性水平將大幅度提高。