裝備維修器材平時(shí)消耗預(yù)測(cè)方法研究

趙 美，史憲銘，徐健昆，朱城源

（1.軍械工程學(xué)院，河北 石家莊 050003；2.77256部隊(duì)，云南 昆明 650224）

0 引言

維修器材在部隊(duì)裝備保障工作中占有十分重要的位置，是平時(shí)保證裝備良好戰(zhàn)備狀態(tài)，戰(zhàn)時(shí)保持和恢復(fù)裝備戰(zhàn)斗力的重要因素[1]。無(wú)論平時(shí)還是戰(zhàn)時(shí)，裝備的使用和維修都需要大量的維修器材。而隨著新時(shí)期我軍建設(shè)和發(fā)展目標(biāo)的變化，以及高新技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用，武器裝備愈來(lái)愈復(fù)雜，導(dǎo)致所需維修器材品種急劇增加。再加上器材使用情況復(fù)雜、消耗數(shù)據(jù)收集困難，造成裝備維修器材消耗難以精確計(jì)算、器材消耗規(guī)律難于把握。因此，通過(guò)科學(xué)的方法確定裝備維修所需器材的品種和數(shù)量，研究裝備損壞和器材消耗規(guī)律，是做好裝備維修器材管理的關(guān)鍵問(wèn)題，也是提高裝備完好率的重要保障。

傳統(tǒng)的器材消耗預(yù)測(cè)方法主要將重點(diǎn)放在微觀層面對(duì)具體的器材消耗量的計(jì)算上，存在著所需樣本數(shù)據(jù)量大、影響因素考慮較少、計(jì)算復(fù)雜，所構(gòu)建模型不能反映器材消耗的動(dòng)態(tài)變化情況等不足[2-3]，因此本文選擇具有“戰(zhàn)略和策略實(shí)驗(yàn)室”[4]美稱的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System Dynamics，SD）方法，按照對(duì)影響因素宏觀把握和微觀分析的基本思想，通過(guò)建立器材消耗預(yù)測(cè)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，研究器材消耗的規(guī)律性，為做好裝備維修器材的戰(zhàn)備儲(chǔ)備和平時(shí)保障工作提供方法支撐和科學(xué)指導(dǎo)。

1 裝備維修器材平時(shí)消耗影響因素分析

裝備維修器材消耗是指在一定時(shí)間內(nèi)、一定條件下使一定數(shù)量裝備保持規(guī)定狀態(tài)所使用的器材品種和數(shù)量[5]。裝備維修器材的消耗途徑一般來(lái)說(shuō)有維修消耗、儲(chǔ)存消耗和管理丟失[5]。其中，維修消耗主要是預(yù)防性維修消耗和故障后維修消耗，是引起維修器材消耗的主要途徑。因此，本文在進(jìn)行裝備維修器材消耗預(yù)測(cè)的前期分析時(shí)，將圍繞裝備維修過(guò)程考慮以下影響因素：

（1）裝備實(shí)力。裝備實(shí)力是指參戰(zhàn)部隊(duì)編配裝備數(shù)量。裝備實(shí)力對(duì)裝備維修器材消耗的影響是顯而易見(jiàn)的，裝備實(shí)力越大，器材消耗量必然越高。

（2）裝備故障率。故障率反映了裝備本身的設(shè)計(jì)、制造水平，其大小直接影響著裝備維修器材的消耗水平。故障率高，發(fā)生故障次數(shù)增多，消耗維修器材增多。

（3）維修任務(wù)量。維修任務(wù)量包括預(yù)防性維修任務(wù)量和故障后維修任務(wù)量。預(yù)防性維修任務(wù)量是指一個(gè)單位當(dāng)年所承擔(dān)的定期維修任務(wù)，主要是裝備的大、中、小修。故障后維修任務(wù)量是一個(gè)單位當(dāng)年所承擔(dān)的裝備故障修理任務(wù)，屬于修復(fù)性維修。顯然，維修任務(wù)量越大，器材消耗量越多。

（4）使用強(qiáng)度。使用強(qiáng)度影響器材消耗水平主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是增加裝備定期維修次數(shù)；二是增大裝備損壞的概率。

（5）使用環(huán)境。使用環(huán)境主要是指裝備所在環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)沙、腐蝕等條件，使用環(huán)境變化將會(huì)影響裝備的可靠性，進(jìn)而影響維修器材的消耗。

（6）操作水平。操作水平包含兩方面的內(nèi)容，一是裝備使用人員是否按章操作，二是操作是否熟練。不按規(guī)定和要求操作或是操作不熟，將增大元器件損壞的概率，從而影響器材消耗。

（7）管理水平。管理水平包括裝備管理水平和器材管理水平。裝備管理水平的高低影響著裝備的使用壽命和故障率，器材管理水平的高低影響著器材的包裝、儲(chǔ)存和保養(yǎng)狀況，進(jìn)而影響器材的消耗水平。

（8）儲(chǔ)存壽命。維修器材長(zhǎng)期儲(chǔ)存或長(zhǎng)期不工作將存在一定的退化，從而影響儲(chǔ)存壽命，造成器材的儲(chǔ)存損耗。

2 裝備維修器材平時(shí)消耗預(yù)測(cè)SD模型

2.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的建模思路

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System Dynamics，SD）方法的創(chuàng)始人為美國(guó)麻省理工學(xué)院的福瑞斯特教授，它是建立在控制論、系統(tǒng)論和信息論基礎(chǔ)上研究復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)運(yùn)行的一種計(jì)算機(jī)模擬方法。它能從系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)入手研究系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的相互作用構(gòu)造系統(tǒng)模型，并通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬軟件展示模型實(shí)施各種不同策略方案的仿真結(jié)果，尋求解決問(wèn)題的正確途徑[6]。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是一種因果機(jī)制性模型。首先，通過(guò)對(duì)影響器材消耗的各關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)要素變量及其相互關(guān)系，構(gòu)建系統(tǒng)因果關(guān)系圖。然后，在因果圖的基礎(chǔ)上，繪制相應(yīng)的系統(tǒng)流圖，用來(lái)將各變量之間的關(guān)系定量化、程序化。最后，通過(guò)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)專用軟件Vensim實(shí)現(xiàn)模型的運(yùn)行與結(jié)果輸出，并通過(guò)政策試驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證模型的有效性和對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。

2.2 裝備維修器材消耗SD模型

2.2.1 系統(tǒng)邊界設(shè)定。系統(tǒng)的邊界是一個(gè)想象的輪廓，把建模目的所考慮的內(nèi)容包括進(jìn)去，而與其他部分隔開(kāi)，在邊界內(nèi)部，凡是涉及與所研究問(wèn)題有重要關(guān)系的概念和變量均要考慮進(jìn)模型，反之，排除在模型之外。本文在對(duì)裝備維修器材消耗的諸多影響因素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化掉次要因素，選取現(xiàn)有裝備數(shù)量、戰(zhàn)損裝備數(shù)量、戰(zhàn)損裝備器材消耗量和維修器材損失量等作為主要變量對(duì)裝備維修器材消耗進(jìn)行預(yù)測(cè)研究。

2.2.2 因果關(guān)系分析。因果關(guān)系分析是用因果關(guān)系圖來(lái)表示變量與變量之間的相互關(guān)系，該方法有利于把握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，了解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。裝備維修器材消耗因果關(guān)系如圖1所示，圖中帶+號(hào)的箭頭表示正因果關(guān)系，即一個(gè)變量的增加會(huì)引起另一個(gè)變量的增加；帶-號(hào)的箭頭表示負(fù)因果關(guān)系，即一個(gè)變量的增加會(huì)引起另一個(gè)變量的減少。

由圖1可知，在整個(gè)裝備維修器材消耗系統(tǒng)中，影響器材消耗的主要因素有：維修器材損失量、預(yù)防性維修器材消耗量和故障后維修器材消耗量。其中，維修器材損失量包括自然損耗和人為損耗，自然損耗主要受儲(chǔ)存壽命的影響，人為損耗主要受維修人員操作水平和管理水平的影響；預(yù)防性維修器材消耗量主要是裝備的大中小修以及平時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)所消耗的維修器材量；故障后維修器材消耗量是裝備故障后，由于排除故障的需要而造成的器材損耗。

2.2.3 系統(tǒng)流圖的建立。因果關(guān)系圖只能定性地描述裝備維修器材消耗的反饋機(jī)制，不能區(qū)分不同性質(zhì)的變量，要對(duì)器材消耗量進(jìn)行預(yù)測(cè)，必須進(jìn)一步將其量化為相應(yīng)的流圖。在圖1基礎(chǔ)上生成的系統(tǒng)流圖，如圖2所示。

圖2中用于描述各變量數(shù)學(xué)關(guān)系的主要?jiǎng)恿W(xué)方程如下：（1） 現(xiàn)有裝備數(shù)量=INTEG（補(bǔ)充速度-故障速度，100）；（2）故障裝備數(shù)量=INTEG（故障速度-修復(fù)速度，0）；（3） 故障率=故障率表（Time）*操作水平影響因子*環(huán)境影響因子*裝備使用強(qiáng)度影響因子；（4）維修器材消耗量=維修器材損失量+故障后維修消耗量+預(yù)防性維修器材消耗量；（5）維修器材損失量=自然損耗+人為損耗；（6）故障后維修器材消耗量=單裝用量*修復(fù)速度；（7）預(yù)防性維修器材消耗量=維修標(biāo)準(zhǔn)*預(yù)防性維修任務(wù)量。

其他變量間的運(yùn)算關(guān)系鑒于篇幅所限，在此不再詳述。

3 裝備維修器材消耗預(yù)測(cè)仿真分析

對(duì)裝備維修器材消耗進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)，首先要進(jìn)行仿真條件設(shè)定。本文假設(shè)某部隊(duì)某型裝備實(shí)力為120，現(xiàn)有裝備100，裝備故障后可以通過(guò)維修得到持續(xù)增補(bǔ)，不考慮時(shí)間延遲。預(yù)防性維修器材消耗按照中小修消耗標(biāo)準(zhǔn)和間隔期進(jìn)行計(jì)算，故障后維修器材消耗按故障裝備數(shù)量計(jì)算。由于消耗標(biāo)準(zhǔn)和間隔期均為常量，而裝備故障率為變量，且受多重因素影響，故本次仿真選取“故障率”作為輸入變量，并通過(guò)改變輸入變量取值分析器材消耗的變化情況。

美軍對(duì)裝備的故障率做了深入研究，并總結(jié)出6種典型模式故障率曲線[3]。限于篇幅，這里僅選取其中2種作為輸入?yún)⒖贾颠M(jìn)行仿真分析，如圖3、圖4所示。仿真時(shí)間參考裝備的生命周期設(shè)置為24年，仿真步長(zhǎng)設(shè)為0.125，仿真采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)專用Vensim軟件平臺(tái)，結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5、圖6的仿真結(jié)果表明，裝備維修器材的消耗情況隨著裝備故障率的不同而發(fā)生變化。當(dāng)裝備故障率趨于穩(wěn)定時(shí)，器材消耗情況也隨之收斂為一個(gè)定值，說(shuō)明模型對(duì)參數(shù)變化不敏感，模型結(jié)構(gòu)良好，采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行器材消耗預(yù)測(cè)是可行的。當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，還可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)模型進(jìn)行擴(kuò)充。

4 結(jié) 論

本文從器材消耗的源頭“故障裝備”出發(fā)，綜合考慮了影響器材消耗的各類主要因素，構(gòu)建了裝備維修器材消耗預(yù)測(cè)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。該模型簡(jiǎn)化了器材消耗預(yù)測(cè)的程序與步驟，克服了以往大多從微觀角度分析預(yù)測(cè)器材消耗量的不足。通過(guò)運(yùn)用Vensim軟件對(duì)裝備維修器材消耗情況進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)，驗(yàn)證了采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行裝備維修器材消耗預(yù)測(cè)的可行性，同時(shí)為做好裝備維修器材保障的籌措與供應(yīng)工作提供了新的方法支持。

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