戰(zhàn)時(shí)車輛裝備定點(diǎn)維修保障效能仿真評(píng)估研究

劉增勇，陳 明,2，張愛民，令狐昌應(yīng)，劉旭亮

（1.軍事交通學(xué)院，天津 300161；2.95825部隊(duì)，湖北 孝感 432000）

在將模擬仿真的方法運(yùn)用到戰(zhàn)時(shí)車輛裝備維修保障效能評(píng)估中，外軍在相關(guān)領(lǐng)域的研究已經(jīng)較為成熟，而且取得了不少成果[1-2]。而我軍在車輛裝備保障戰(zhàn)時(shí)模擬系統(tǒng)以及車輛裝備保障效能評(píng)估等領(lǐng)域的研究起步較晚，目前尚未形成統(tǒng)一的方法和理論體系。單借助于仿真的方法對(duì)戰(zhàn)時(shí)裝備保障活動(dòng)進(jìn)行模擬和評(píng)估已成為裝備保障指揮員進(jìn)行決策的重要輔助手段，本文在這方面進(jìn)行了初步地研究。

1 戰(zhàn)時(shí)車輛裝備定點(diǎn)維修保障過程分析

1.1 IDEF建模方法簡(jiǎn)介

IDEF建模方法最先由美國空軍在ICAM 工程中采用。目前，此方法已發(fā)展成為系列技術(shù)，有的稱為IDEF 方法族。其中，IDEF0方法主要用來描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或功能以及系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系，而IDEF3過程建模方法主要利用過程流網(wǎng) PFN作為獲取、管理和顯示以過程為中心的知識(shí)的主要工具,顯示手段就是過程流圖。

1.2 戰(zhàn)時(shí)車輛裝備定點(diǎn)維修保障過程模型

戰(zhàn)時(shí)車輛裝備定點(diǎn)維修保障主要包括：任務(wù)下達(dá)、保障機(jī)構(gòu)的選址、保障力量的布置與展開、故障車輛的搶救搶修、難以修復(fù)車輛的后送等過程，并要隨時(shí)做好保障力量轉(zhuǎn)移的組織與準(zhǔn)備。

作為戰(zhàn)時(shí)車輛裝備維修保障的重要技術(shù)力量，定點(diǎn)維修保障機(jī)構(gòu)選址科學(xué)與否直接影響到維修保障效能的發(fā)揮。在選址時(shí)，除了要根據(jù)上級(jí)的相關(guān)要求并盡量靠近戰(zhàn)損車輛較為集中的區(qū)域，還要考慮到敵人襲擾破壞對(duì)維修工時(shí)的影響等因素。選好開設(shè)地點(diǎn)后，指揮員應(yīng)立即組織保障力量的布置與展開，并做好搶救搶修的準(zhǔn)備。戰(zhàn)損車輛到達(dá)保障機(jī)構(gòu)后，車輛修理組按修理任務(wù)區(qū)分進(jìn)行維修，對(duì)于無法修復(fù)的車輛，要組織后送至后方維修機(jī)構(gòu)。當(dāng)保障機(jī)構(gòu)由于受敵襲擾嚴(yán)重或保障任務(wù)發(fā)生改變時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行轉(zhuǎn)移[3-4]。

運(yùn)用IDEF3建模方法，可以建立以下定點(diǎn)維修保障過程的概念模型[5]。見圖1。

2 戰(zhàn)時(shí)車輛裝備定點(diǎn)維修保障效能評(píng)估指標(biāo)體系

定點(diǎn)維修保障效能評(píng)估需要考慮維修任務(wù)、維修力量、組織指揮和維修過程等諸多因素的影響，加之戰(zhàn)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，任務(wù)時(shí)限嚴(yán)格，影響維修保障效能的因素有很多。本文立足于定點(diǎn)維修保障的全過程考察相關(guān)因素的影響，根據(jù)建立評(píng)估指標(biāo)體系的方法和原則，建立評(píng)估指標(biāo)體系如圖2所示[6]。

其中，任務(wù)完成率是車輛修理組修復(fù)車輛數(shù)與送修車輛總數(shù)之比；任務(wù)周期包括送修時(shí)間（后送時(shí)間）、維修準(zhǔn)備耗時(shí)、故障車輛待修時(shí)間、維修過程耗時(shí)以及修竣歸隊(duì)時(shí)間；任務(wù)負(fù)荷率是車輛修理組實(shí)際維修作業(yè)時(shí)間與理論上的工作時(shí)間之比（不考慮遭敵打擊 對(duì)保障活動(dòng)的影響）。

圖1 定點(diǎn)維修保障過程模型

圖2 定點(diǎn)維修保障效能評(píng)估指標(biāo)體系

3 戰(zhàn)時(shí)車輛裝備定點(diǎn)維修保障效能評(píng)估建模

3.1 維修保障效能評(píng)估功能模型

本文應(yīng)用IDEF0理論建立戰(zhàn)時(shí)車輛裝備定點(diǎn)維修保障效能評(píng)估模型。主要對(duì)定點(diǎn)維修保障任務(wù)和力量、組織指揮以及維修作業(yè)等進(jìn)行分析，并建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，最后借助仿真平臺(tái)進(jìn)行仿真試驗(yàn)。

其中，維修保障任務(wù)主要用“車輛故障原因”、“故障程度”、“故障車輛類型”以及“故障發(fā)生的地點(diǎn)”等幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行描述，進(jìn)行任務(wù)分析時(shí)應(yīng)充分考慮戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的影響；力量分析包括主要從維修人員、維修設(shè)備和機(jī)工具、維修器材、野戰(zhàn)維修裝備的可靠性和機(jī)動(dòng)性等幾個(gè)方面進(jìn)行，確定維修力量時(shí)要以維修任務(wù)為參考依據(jù)；維修活動(dòng)的組織指揮主要受到上級(jí)指示、保障機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移的時(shí)機(jī)和方式以及車輛后送的相關(guān)要求等因素的影響；而維修作業(yè)則受到保障機(jī)構(gòu)開設(shè)地域的環(huán)境條件以及組織指揮的制約。至此，可以建立維修保障效能評(píng)估的頂層功能模型，見圖3。

3.2 維修保障效能評(píng)估結(jié)構(gòu)模型

按照維修保障效能仿真評(píng)估的順序?qū)-0圖分解為任務(wù)分析、力量分析、組織指揮、維修過程以及仿真評(píng)估幾達(dá)模塊【7】。

對(duì)這幾個(gè)模塊之間的關(guān)系進(jìn)行分析，得到的結(jié)果如圖4所示。

圖3 維修保障效能評(píng)估功能模型

圖4 維修保障效能評(píng)估A-0圖

圖中，O11表示任務(wù)分析的輸出結(jié)果，包括故障車輛到達(dá)維修機(jī)構(gòu)的時(shí)間間隔、戰(zhàn)損類別（輕損或中損）、故障車輛的類別（作戰(zhàn)車輛或保障車輛）、故障地點(diǎn)到維修機(jī)構(gòu)的距離；O21表示力量分析的輸出結(jié)果，包括：技術(shù)人員保障率、維修設(shè)備完好率、維修器材的保障率、維修裝備的機(jī)動(dòng)性和平均故障間隔時(shí)間；O22表示力量分析（A2）的輸出結(jié)果（除去“維修裝備的機(jī)動(dòng)性”）作為維修過程（A4）的限制條件；O31表示組織指揮活動(dòng)的輸出結(jié)果，包括：保障機(jī)構(gòu)的配置和展開方式、修理與后送任務(wù)的區(qū)分、維修器材的補(bǔ)充方式、維修排隊(duì)規(guī)則；O41表示維修活動(dòng)的輸出結(jié)果，包括：維修準(zhǔn)備耗時(shí)、故障車輛待修時(shí)間以及維修工時(shí)。

4 戰(zhàn)時(shí)車輛裝備定點(diǎn)維修保障效能仿真評(píng)估

EXTEND仿真軟件是由美國Imagine That公司開發(fā)的優(yōu)秀仿真平臺(tái)[8]，本文即以某機(jī)步師的進(jìn)攻作戰(zhàn)為背景，通過建立EXTEND仿真模型，對(duì)定點(diǎn)維修保障效能進(jìn)行評(píng)估。

在某機(jī)步師進(jìn)攻戰(zhàn)斗的沖擊突破階段，為減少故障車輛的后送任務(wù)，支援伴隨和定點(diǎn)保障力量，裝備保障指揮所現(xiàn)派出車輛搶救搶修以及器材保障力量在適當(dāng)?shù)赜蜷_設(shè)定點(diǎn)保障機(jī)構(gòu)，主要完成輕損和中損車輛的修復(fù)（設(shè)保障機(jī)構(gòu)開設(shè)時(shí)間為2天）。

4.1 維修保障效能仿真評(píng)估模型

在維修任務(wù)方面，車輛故障主要是由戰(zhàn)斗損傷和使用損傷引起，故障類型主要包括輕微損傷和中等損傷。假定故障車輛到達(dá)保障機(jī)構(gòu)的時(shí)間間隔服從均值為0.6的泊松分布；其中，作戰(zhàn)車輛占15%，保障車輛占85%；車輛故障類型方面，0代表輕微損傷（約占25%），2代表中等損傷（約占75%）；車輛發(fā)生故障的地點(diǎn)到保障機(jī)構(gòu)的距離服從三角模糊數(shù)分布（8,11,17）（km）。

在維修力量方面，假設(shè)技術(shù)人員的保障率為90%，維修器材的保障率均為 1，即維修器材充足，設(shè)備和機(jī)工具的完好率為95%；野戰(zhàn)維修裝備（包括維修工程車、搶救車以及牽引車和拖車等）的平均故障間隔時(shí)間為250(h),機(jī)動(dòng)速度服從均值為30（km/s），方差為2的正態(tài)分布。

在組織指揮方面，車輛維修組只負(fù)責(zé)對(duì)輕損和中損車輛的維修，而對(duì)于重?fù)p以及沒有相應(yīng)維修器材的故障車輛，將組織其后送至后方修理機(jī)構(gòu)；維修器材由器材保障組負(fù)責(zé)供給，器材保障組以車代庫，并利用維修間隙向上級(jí)或友鄰單位申請(qǐng)補(bǔ)充；維修組處于忙碌狀態(tài)時(shí)，故障車輛將按照“先修輕損車輛、后修中損車輛”以及“先修作戰(zhàn)車輛、后修保障車輛”的規(guī)則排隊(duì)（模型中將輕損車輛賦值為0，中損車輛賦值為2；將作戰(zhàn)車輛賦值為3，保障車輛賦值為4。計(jì)算故障車輛的“故障程度屬性值”和“車輛類別屬性值”之和，結(jié)果小的排在前面）。

在維修活動(dòng)方面，戰(zhàn)損評(píng)估所需時(shí)間服從均值為0.13（h）的指數(shù)分布,修理組維修作業(yè)時(shí)間服從均值為0.9（h）的指數(shù)分布，開設(shè)地點(diǎn)的日有效工時(shí)為8.4（h）。

按照以上分析，可建立EXTEND仿真模型（模擬2個(gè)修理組的情況）如圖5所示。

模型中利用“Max@Min”模塊監(jiān)控修理組的活動(dòng)，使維修任務(wù)合理分配到兩個(gè)修理組，不至于出現(xiàn)一個(gè)修理組一直忙碌，而另一個(gè)卻無事可干的情況。

圖5 EXTEND仿真模型

圖5模型中的“故障車輛往返時(shí)間計(jì)算模塊”、“排隊(duì)規(guī)則設(shè)定模塊”、“維修準(zhǔn)備模塊”以及“維修組模塊”均為層級(jí)模塊。其中，“排隊(duì)規(guī)則設(shè)定模塊”的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 維修組模型

4.2 維修保障效能仿真評(píng)估結(jié)果

向模型中輸入維修任務(wù)、維修力量、組織指揮以及維修活動(dòng)的相關(guān)參數(shù)，然后運(yùn)行仿真模型50次，每次運(yùn)行時(shí)間2天，得到維修保障效能的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，并分別求平均值（表中最后一行）如表1所示，表中的維修任務(wù)量以“臺(tái)”為單位，時(shí)間均以“小時(shí)）”計(jì)。

表1 維修保障效能評(píng)估指標(biāo)表

注：維修任務(wù)量中，中損車輛數(shù)為28.4，輕損車輛數(shù)為10.71（均值），而且按照模型中的排隊(duì)規(guī)則，輕損車輛基本全部修復(fù)。

從仿真結(jié)果不難看出，除了“任務(wù)負(fù)荷率”較為理想外，其余各項(xiàng)仿真輸出指標(biāo)均有待改善：“任務(wù)完成率”尚未超過半數(shù)，“任務(wù)周期”有待縮短。

整體來看，一方面修理組的負(fù)荷率較高，基本得到了充分利用；另一方面，說明2個(gè)修理組不能圓滿完成給定的維修保障任務(wù)，需要增加修理組的數(shù)目或另外開設(shè)定點(diǎn)維修保障機(jī)構(gòu)，共同實(shí)施保障。

此外，可以通過改變車輛修理組維修工時(shí)、車輛修理組數(shù)目以及日有效工時(shí)等參數(shù)考察相關(guān)因素對(duì)維修保障效能的影響，從而有針對(duì)性地提高維修保障效能，優(yōu)化定點(diǎn)維修保障方案。

5 結(jié)束語

戰(zhàn)時(shí)車輛裝備定點(diǎn)維修保障影響因素的不可預(yù)見性很強(qiáng)，本文通過對(duì)車輛裝備定點(diǎn)維修保障的過程進(jìn)行分析，并分別從定點(diǎn)保障任務(wù)、力量、組織指揮以及維修作業(yè)等幾個(gè)方面進(jìn)行了分析，建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，并將IDEF0建模方法與EXTEND仿真平臺(tái)有效結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了對(duì)定點(diǎn)維修保障效能的評(píng)估。對(duì)戰(zhàn)時(shí)車輛裝備定點(diǎn)維修保障的相關(guān)問題進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)，為有效提高戰(zhàn)時(shí)車輛裝備保障的精確性和科學(xué)性提供了一種有效途徑。

[1]Michale C.Fu.Simulation Optimization.Proceedings of the 2001 Winter Simulation Conference.University of Maryland College Park,MD 20742-1815,U.S.A.

[2]孫伯林,等.外軍建模與仿真綜述[J].計(jì)算機(jī)仿真，2002，19（1）:4-8.

[3]李建平,等.裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修理論與應(yīng)用[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2000:114.

[4]劉志勤.戰(zhàn)時(shí)裝備保障概論[M].北京:裝備指揮技術(shù)學(xué)院，2000:154.

[5]郭霖瀚,康銳.基本作戰(zhàn)單元預(yù)防性維修保障過程建模[J].計(jì)算機(jī)仿真,2007,24（4）:36-39.

[6]王志敏.車輛勤務(wù)系統(tǒng)分析[M].北京:軍事誼文出版社,2002:51-60.

[7]王東南.面向任務(wù)的維修保障能力評(píng)估建模與仿真技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙:國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2005.

[8]周崢.基于EXTEND的電子制造企業(yè)S公司生產(chǎn)預(yù)測(cè)和庫存仿真優(yōu)化[D].上海:上海交通大學(xué),2008.