一、概述
可靠性是指系统在特定时间范围和特定条件下无故障运行的概率。武器系统的可靠性直接影响到作战人员完成任务的能力，以及武器系统在全寿命周期（通常长达数十年）内的支持维护费用。当前美国防部采办项目交付的武器系统仍普遍存在可靠性问题。美国防部作战试验鉴定局指出，可靠性差是一些采办项目不能向作战人员交付合格武器系统的重要原因。美国政府问责署（GAO）应参议院军事委员会的要求，开展了针对国防部武器系统可靠性的研究，并于2020年初发布了《国防采办:高层应重视改进武器系统可靠性的关键措施》的研究报告。
GAO从三个方面着手开展此项研究：
（1）选定了四家在产品可靠性方面表现优异的商业公司，分析其如何解决可靠性问题；
（2）评估了七个美国防部采办项目如何解决可靠性问题；
（3）通过审查国防部关键文件、可靠性指南和政策，专家采访等，评估美国防部高层对武器系统关键可靠性措施的重视程度。
二、商业公司解决可靠性问题的有效措施
GAO选定了四家在产品可靠性方面表现优异的商业公司：康明斯公司、福特公司、HBM Prenscia公司、赛默飞世尔科技公司，分析其如何解决可靠性问题，提炼了商业公司的关键可靠性措施，包括：
（1）尽早且经常性地发挥可靠性工程师的作用；
（2）建立切合实际的可靠性要求；
（3）强调供应商的可靠性；
（4）开发全过程中利用可靠性工程活动来改善系统设计。
三、审查的国防采办项目未一直重视关键可靠性措施
GAO通过审查关键文档，采访可靠性工程师、测试官员和项目经理等手段，评估了美国国防部七个采办项目如何解决可靠性问题。结果显示，这些项目往往在开发后期发现问题后才被动地处理可靠性问题。这些项目并未始终落实前述四项关键可靠性措施，而是优先开展其他对采办成本和进度有积极影响的活动。但美国防部官员也指出，近年对可靠性的重视程度在增加：与老项目相比，2012年和2014年启动的三个项目更加重视关键可靠性措施。
图1 审查的七个国防采办项目的可靠性工作特征
（1）七个项目中，有两个没有尽早启用可靠性工程师
远征战车（EFV）和F-22项目在系统开发初期没有可靠性工程师的参与，而是在可靠性问题出现后（包括在部件和子系统集成后以及系统级测试期间）才启用了可靠性工程师。在系统开发末期，项目才增加了工程师，集中精力促进可靠性的增长。
就远征战车而言，该项目未设全系统可靠性工程师。海军陆战队采办官员表示，在最初的系统开发过程中，可靠性不是首要考虑事项。该项目首要关注实现水中行驶速度、生存能力和杀伤力以及其他性能参数。主承包商承认他们的一些设计工程师缺乏经验且没有遵从工程标准，这是开发过程后期出现问题的根本原因。同时，早期系统工程规范和知识的缺乏，使远征战车项目难以制定明智且合理的可靠性要求，潜在故障的发现被推迟到了集成阶段，并使战车的可靠性变差。除频繁遭遇的液压系统故障、泄漏问题外，远征战车还饱受主计算机故障之苦。远征战车项目此后进行了重组，项目办公室额外聘请了工程师，向陆军可靠性工程师咨询，并启动可靠性增长项目。该项目原计划在进入开发与演示第二阶段前消除与可靠性相关的设计问题及其他风险。然而，远征战车项目未从新可靠性方法中真正获益，因为在重新启动开发后不到3年，由于持续的技术问题、开发延迟和经济可承受性问题，该项目被取消。
至于F-22项目，有官员表示：在开发过程中，没有领导层关注可靠性，并且负责可靠性监管的官员也负责供应链管理。2004年，早在低速初始生产阶段，空军就发现有 68个零件的故障率较高，需要拆除或更换，要求承包商开展额外工作。F-22的座舱盖在测试过程中也发生了故障，使得其寿命只有预期寿命的15%左右。2014年GAO的报告称，旨在解决可靠性不足的后期可靠性成熟项目逐渐对F-22可用性产生了积极的影响。但截至2018年，F-22仍未达成可用性目标。
图2 美国F-22战机
（2）七个项目中，有四个最初追求不切实际的可靠性要求
远征战车、F-22、F-35和V-22项目建立的可靠性要求不切实际，因此，在开发过程中以及将这些系统装备到部队之前，这些要求都无法实现。
在生产已经开展了超过11年后，三个型号的F-35（空军型、海军陆战队型和海军型）没有一个实现了该项目五项可靠性指标中的两项指标（每次零件拆换之间的平均飞行小时数、每次关键故障之间的平均飞行小时数）的最低目标值。只有海军型实现了第三项指标（每次维护活动之间的平均飞行小时数）的最低目标值。尽管项目做出了旨在提高可靠性的努力，但是并未使F-35达到可靠性指标要求。最终，即便项目成熟，也难以实现既定的可靠性指标。项目官员承认应重新评估可靠性要求。
对于V-22项目，美国防部发现，该项目在武器系统中集成了复杂的技术和前所未有的能力，而没有考虑未知的可靠性风险。这些能力具体包括概念上的全新设计及多军种和多任务需要。该项目的可靠性要求来自于先前的直升机，但鉴于复杂程度增加，这些系统并不能代表V-22。项目官员不但对V-22的任务剖面所知有限，还低估了V-22在直升机模式下使用的时长以及在地面上的运行时间。因此，海军陆战队型的MV-22在2007年至2009年部署到伊拉克期间，许多部件的故障率高，再加上不成熟的零件供应链，使系统的可用性大幅低于最低可接受水平。MV-22规定的最小可用率为82%，但三个位于伊拉克境内的MV-22中队仅为62%。
图3 美国MV-22“鱼鹰”旋翼运输机
隐身、超音速和综合航电系统等新技术的开发及在F-22上的集成，对于作战获胜极其重要，但也带来了重大的可靠性风险。最初预期F-22的采办和运行费用比前一代飞机（即F-15）低，且更可靠，但这是一种不切实际的期望。开发之初以及整个开发过程中的技术不成熟都会削弱系统达成可靠性要求的能力。自2005年F- 22开始全速生产后，该项目对提升系统可靠性的各种改进项目投入了大量额外资源，该项目还将可靠性要求指标由每次维护之间的平均时间调整为作战可用性，但可靠性目标到2018年时也没有达成，可能需要重新评估。
（3）七个项目中，有四个未向承包商有效强调可靠性
多用途装甲车、远征战车、F-35及V-22项目未向承包商有效强调可靠性。更确切的，根据美国防部消息，多用途装甲车、远征战车及V-22项目均未有效激励承包商重视可靠性，并且F-35未将项目的所有可靠性指标纳入合同内。
每种型号的F-35飞机均有五项可靠性指标，但其中只有两项指标列入合同。如果项目合同中不包含这些指标，那么承包商就不承担实现这些可靠性要求的责任。截至2018年8月，三种F-35型号中，有两型没有实现未列入合同中的三项可靠性指标的最低目标值，余下一型（海军型）实现了其中一项的最低值。
F-35项目试图通过在维持服务合同中加入激励资金，以鼓励飞机制造商提升可靠性。这些维持服务合同包含实现飞机可用性的奖励措施，激励承包商投资开展额外的可靠性活动，以提高飞机的可用性。但该激励措施没有发挥作用，承包商并未通过努力提高飞机可靠性的方式以求获得维持合同规定的奖励金。这是因为承包商必须投入大量资源开展设计，并将设计变更纳入到飞机生产中。F-35飞机特别是早期生产的飞机，将继续面临零件故障高于预期以及零件供应短缺等挑战。
图4 美国F-35战机
多用途装甲车项目为了确保可靠性按预期增长，规定如果承包商在进入低速生产前至少能验证80%的系统可靠性，则可获得高达1600万美元的奖励金。但多用途装甲车承包商没有实现这一目标。多用途装甲车是美国陆军布雷德利战车的衍生系统，其开发进度更快，承包商由此认为政府会接受布雷德利的绝大部分最初设计，以及由遗留的可靠性问题造成的性能指标变化。由于抱有这样的预期，承包商在提高可靠性方面并未投入足够的资源，包括有实力的可靠性团队。
（4）七个项目中，有五个将关键可靠性工程活动推到开发后期
多用途装甲车、远征战车、F-22、F-35和V-22项目将旨在改进系统设计的关键可靠性工程活动，推迟到了开发后期。因此，这些项目错失了在开发过程中及早发现、掌握和消除可靠性问题的机会。在开发后期认识到可靠性不足问题后，一些项目开展了昂贵的重新设计工作，这些工作持续到生产和部署阶段，而其他项目则被迫接受性能下降。
远征战车项目没有采取具有前瞻性的可靠性方法，这些方法有助于及早确认风险，并以效费比最高的方式开展系统可靠性设计。相反，该项目采用了一种“测试-修复-测试”的方法，而这种方法依赖在系统集成阶段之后发现故障模式。该项目在开始开发前几乎没有进行可靠性增长规划，也没有规划或进行专门的可靠性测试。之后，远征战车项目过早地进行了关键设计审查，该审查是开发阶段的一次重要审查，用于在远征战车样机集成阶段之前确认系统的设计是否稳定及评估能否满足性能要求。该项目没有足够的时间来按部就班地验证系统成熟度，也没有安排足够时间来落实纠正措施。因此，2006年的作战试验鉴定证实了远征战车可靠性低，无法完成两栖、射击和陆上机动性测试。
F-22项目的许多部件和子系统只能作为集成系统的一部分进行测试，这样限制了在开发阶段早期发现可靠性问题。集成系统测试不应用于证明单一部件的可靠性，而应关注部件如何协同工作以及确认更为复杂的系统故障模式。F-22项目在关键可靠性问题的纠正措施落实前，往往还会继续进行开发和其他测试。
陆军选择基于布雷德利战车的衍生版本来发展多用途装甲车，即便该车的变速器出现了已知的可靠性问题。陆军的这种选择是出于优先控制成本和加快进度。对成本和进度的重视导致承包商在开发之初忽视了必要的可靠性工作，导致测试事故报告积压，并将纠正措施往后延迟。多用途装甲车的可靠性没有顺着开发过程中的目标轨道增长，且车辆没有实现生产前的可靠性目标。
四、国防部采办政策和指导文件确定但未强调关键可靠性措施
美国防采办指南鼓励可靠性工程师及早并经常参与采办项目；美国防部指导文件5000.02明确需要建立切合实际的可靠性要求；2005年美国防部《实现可靠性、可用性和可维护性指南》指出向承包商强调可靠性是很重要的；三个军种总部层级的政策都确定了可靠性工程活动的重要性。
然而，大部分这类文件覆盖了各种采办问题或可靠性工程的多个方面，却并没有特别强调前述几项关键措施。例如，国防部指令5000.02是一份涵盖从概念开发到实弹测试和评估的整个采办周期的顶层宏观政策文件，只有一个章节提供了可靠性方面的重要细节和方向。军种层级的说明书和国防采办指南同样涵盖了整个采办周期，而可靠性只是所述的几十个特征之一。
美国防部政策为决策者执行武器系统的采办提供了灵活性。武器系统采办过程本身就很复杂，决策者在监督和执行项目时必须平衡多个因素。GAO的研究发现，所审查项目的决策者优先考虑了对采办项目进度和成本有积极影响的活动，而没有强调前述的关键可靠性措施。例如，多用途装甲车项目取消了7500英里的承包商可靠性测试，以便更快地进入下一个开发阶段。
美国防部最近采取了一些措施，强调了前述关键可靠性措施之一：向承包商强调可靠性。国会通过了与可靠性相关的立法。2018财年《国防授权法案》包括一项规定，授权美国国防部项目经理在武器系统工程和制造开发及生产合同中包含某些可靠性要求。但国防部高层没有强调其他三个关键可靠性措施，特别是没有强调建立切合实际的可靠性要求，以及在开发全过程中通过可靠性工程活动改进系统设计。
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