美國陸軍武器裝備將向超高可靠性方向發展

為提高回應能力,美國陸軍正在致力於通過提高裝備的可靠性來實現和保持部隊良好的戰備水平。陸軍認為,提高可靠性可在多個方面推動“陸軍未來設想”的實現。

美陸軍武器裝備超高可靠性設想的背景

在2025年左右,美國陸軍將建成“後天的陸軍”,而其面臨的主要挑戰就是保障問題。美軍認為,“後天的陸軍”將在更廣闊的戰場作戰,作戰速度也將非常快。戰爭的典型特點是範圍分散、殺傷力大、靈活多變、非線性作戰,且戰場的建制保障能力有限,這些都將對維持和提高部隊的戰備水平造成巨大的障礙,為“後天的陸軍”研製具有超高可靠性的武器系統將是解決上述難題的最有效手段。

此外,美陸軍還面臨急待提高現役裝備可靠性的問題。長期以來,新裝備採購資金的縮減使得美國陸軍不得不將現役裝備的服役壽命延長到遠遠超過設計壽命的程度。陸軍和其他軍種雖然都成功地進行了裝備的延壽改造,但也付出了相當大的代價,那就是系統的使用和維護費用顯著增加。更為嚴重的是,目前美軍的使用和維修費用也處於預算壓縮的境況,而由於現有系統不斷老化和過度的使用,維修費用正在進一步增加。

為此,美陸軍正在採取兩種舉措提高陸軍武器系統的可靠性:第一,改進現役裝備,提高武器系統可靠性;第二,研製具有超高可靠性的武器系統。

美陸軍認為,提高武器系統可靠性的益處如下:

  1. 武器平臺可靠性的提高將直接帶來更高的作戰效果。如果武器系統的某個重要部件發生故障,導致該武器不能正常使用,不管其威力有多大,都將是一堆廢物。從武器系統持續作戰能力的角度考慮,可靠性提高後,系統失效的次數就會減少,在作戰中所需的維修資源也會相應減少,這些都有助於提高武器系統的作戰效果。

  2. 可靠性提高後,還會帶來許多額外的好處。例如,每個維修人員的背後,都有為其提供服務的其他後勤保障人員,如廚師、醫生、法律和財務人員等。維修需求降低後,維修人員減少,上述其他保障人員也相應減少。再如,設備出故障的次數減少後,同一時期內,維修所需的零件數量也相應減少,從而存儲零件所需的倉庫減少,管理倉庫的人員也相應減少。

總而言之,可靠性提高後,不僅降低了直接的後勤保障需求,也降低了間接的保障需求。因此,裝備可靠性的提高意味著部隊部署時所需的後勤人員和硬體設施將得以縮減,而減小了後勤保障負擔的美國陸軍將具有顯著提高的“戰略回應能力”。

研製具有超高可靠性的武器系統

提高武器系統或設備的可靠性和維修性,是提高部隊戰備水平的最有潛力的途徑。同目前陸軍使用的系統相比,美“後天的陸軍”所使用的系統將能夠在更長的時間內和更高的作戰速度下保持無故障運轉,這就要求未來系統的可靠性必須遠遠高於現在的系統。“後天的陸軍”概念是建立在六大基礎之上的,其中一個最重要的基礎就是超高可靠性,

在21世紀,設計和製造出具有超高可靠性的系統已經不再是遙遠的夢。實際上,同二、三十年前的同類產品相比,現在的產品已經非常可靠了,這不僅體現在產品可以可靠地使用很長時間後才需要維修,更表現為產品的使用壽命已經遠遠超過了從前。這種使用壽命延長的現象實際上就是可靠性提高的一個體現。例如現在的客車比以前耐用得多,而且更能夠在崎嶇不平的道路上行駛。現在的家用電器(特別是電視機)是產品可靠性提高的另一明顯例證,許多電視機在20多年的使用期內連一次微小的故障也沒有出過。可靠性的提高在汽車上表現也很明顯,現在的汽車在跑10萬英里之後才需要進行調整。

美國陸軍現在使用的武器平臺和設備距離滿足“後天的陸軍”的需要還存在很大的差距,為了實現平穩的過渡,美國陸軍將在2025年前採購過渡性的平臺和設備,這些平臺和設備將具有盡可能高的可靠性,以維持部隊完成各種作戰任務所需的戰備水平。這些過渡產品不是要從頭設計,而是在現有系統的基礎上進行改進,可靠性將是美國陸軍在未來15年內採購武器系統時首先考慮的因素。

維修性將是陸軍採購武器系統優先考慮的問題

維修性是與可靠性同樣重要的因素。維修性也是系統或設備的一個固有特徵,它表徵系統或設備在失效後是否能夠很快、很容易地得到恢復。為適應21世紀戰爭的需要,美國陸軍正在抓住一切機會,充分應用可獲得的新技術(如先進的故障診斷和預測技術、模組化設計技術等),提高其作戰平臺和設備的就地維修能力。美國陸軍計劃在未來的十年堙A採購過渡產品時將優先選擇具有最高的就地維修能力的侯選產品。

儘管隨著設計和建造技術的發展,許多產品的成本已經顯著下降,出現故障後,如果進行修理,在經濟上並不合算,但這並不能說明提高產品的維修性已經不重要了。許多價格相對較高的電子產品在設計中,仍然要確保能夠快速和容易地進行就地修理。目前人們主要是依靠模組化設計技術來提高產品的維修性,出現故障時,技術人員能夠快速簡單地更換電路板等裝配件,甚至只具有有限技能的用戶也可以完成必要的換件工作。

由於現有和過渡性武器系統的可靠性和維修性還不夠高,因此美國陸軍仍然需要把備件作為保持裝備戰備完好性的手段,這種方法在解決了裝備戰備完好性的同時,也導致了費用提高和其他一些問題。儘管如此,由於可提高裝備戰備完好性的途徑非常有限,備件在相當長一段時間內仍將是維持戰備完好性的最有效手段。

採取多種途徑提高現役裝備的可靠性

長期以來,新裝備採購資金的縮減使得美國陸軍不得不將現役裝備的服役壽命延長到遠遠超過設計壽命的程度。陸軍和其他軍種雖然都成功地進行了裝備的延壽改造,但也付出了相當大的代價,那就是系統的使用和維護費用顯著增加。更為嚴重的是,目前美軍的使用和維修費用也處於預算壓縮的境況,而由於現有系統不斷老化和過度的使用,維修費用正在進一步增加。

美國陸軍一直在積極發展能夠提高現有系統可靠性,同時降低使用和維護費用的技術,美國陸軍裝備司令部所屬陸軍研究辦公室正在積極研製先進的感測器設備,這種感測器能夠嵌入到設備中,高度可靠地預測和隔離故障。

另一項重要舉措是“陸軍診斷改進計劃(ADIP)”,該計劃的重點是在現有系統和未來系統的採購中引入先進技術,以降低使用和保障費用,提高部隊戰備水平。ADIP是一個分階段實施的計劃,要求將武器系統發展專案的管理者吸收到一體化產品組中。

ADIP通過一些倡議(如橫向技術集成)來開發、管理和部署具有相同結構、可通用於多個武器系統和設備系列的部件,通過這一途徑,ADIP能夠將武器系統直接與維修和後勤保障系統結合起來。通過與工業界的合作,美國陸軍開發和引入了新型感測器、資料匯流排、資料收集設備、資料記錄設備、監視設備和資料輸出系統,用於記錄、監視和處理系統的資訊和潛在故障,使得美國陸軍能夠在設備失效前對其進行修理。在某些情況下,已經有可能建立起由操作人員啟動的設備自修理程式。

“靈巧簡單設計(Smart Simple Design)”是另外一項為提高現有和未來系統的可靠性、降低使用和保障費用而採取的措施。“靈巧簡單設計”包含兩個步驟,步驟1是使用引入了“製造、裝配和維修能力設計(DFMAS)”的電腦軟體;步驟2是建立一個監督和對比過程組,其責任是降低零件數量、確保組成最終產品或系統的零件實現標準化。

DFMAS具有提高可靠性、降低壽命周期費用的潛能,目前全球有大約400家公司在其產品的初步設計和重新設計中使用DFMAS,其產品的零件數量和裝配時間正在顯著降低。然而,只有為數不多的防務合同商正在使用DFMAS。

加強與工業界的合作

工業界也正在積極探索改進系統可靠性、降低使用和維護費用的途徑。系統的製造商們正在把診斷系統和全球定位系統嵌入到車輛和飛機等平臺中,從而實現對系統故障的探測、識別和跟蹤。車載電腦通過標準的匯流排系統與診斷電腦相連,診斷電腦也與本機構的零件供應電腦相連,從而能夠實現對故障、零件使用情況和車輛維修歷史等資料的跟蹤。根據這些歷史資料對系統進行設計變更,從而可提高未來車輛型號的可靠性,改進未來型號的維修程式。通用汽車公司卡迪拉克分部正在其OnStar系統上應用衛星通信技術,以跟蹤各個車輛,當出現警報時,可向操作人員提供遠端診斷幫助,行動中心也可以向車輛所在地點派去救援力量。

提高軍用和民用系統可靠性的大部分措施都是以嵌入式感測器、標準化資料匯流排,以及電腦輔助、電腦連接和電腦驅動部件或系統的發展和使用為基礎的。為了防止這些感測器或電腦成為系統可靠性“鏈條”上的薄弱環節,工業界已經開始對電腦本身進行改進。

超可靠的系統將減少對維修人員和修理/更換零部件的需求;極高的設備維修性意味著裝備即使出現故障,也能夠迅速、容易地就地得到修理,並迅速恢復作戰狀態;充足的人員配備和訓練將造就出準備有素、戰鬥力強的部隊。所有這些因素結合起來,將使美國陸軍獲得和保持21世紀戰爭所需要的部隊戰備水平。