戰(zhàn)斗機(jī)維修作業(yè)體制對(duì)比權(quán)衡和分析研究

步兵，王卓健，劉帆，姜子晗

(空軍工程大學(xué) 航空工程學(xué)院，西安 710038)

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)和航空裝備的迅速發(fā)展，航空維修逐步突破狹隘的操作技藝范疇，進(jìn)入現(xiàn)代科學(xué)的廣闊領(lǐng)域，成為整個(gè)航空工業(yè)和航空兵部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的重要組成部分，在保障完成軍事航空的各項(xiàng)任務(wù)和推進(jìn)軍隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)中顯現(xiàn)出越來越重要的作用[1]。航空維修等級(jí)是按照維修機(jī)構(gòu)的維修職能及其所承擔(dān)的維修工作而劃分的等級(jí)。航空維修等級(jí)的劃分是科學(xué)組織維修工作、合理配置維修資源、提高維修效益的重要條件，是確定維修作業(yè)體制、設(shè)置維修機(jī)構(gòu)的重要依據(jù)。劃分維修等級(jí)，主要依據(jù)是航空裝備的發(fā)展水平、維修思想、維修方式、維修作業(yè)內(nèi)容分類和航空兵部隊(duì)的體制編制等。

維修觀念的變化和技術(shù)的不斷發(fā)展，使得飛機(jī)的維修保障體制也逐漸產(chǎn)生了一些變化。從最初的由飛機(jī)使用單位單獨(dú)直接維修逐步演化為直接維修與維修基地維修相結(jié)合的二級(jí)維修體制。第二次世界大戰(zhàn)以后，逐步建立了多級(jí)(主要有三、四級(jí))維修體制，隨著維修技術(shù)和理論的不斷發(fā)展，逐漸固定為三級(jí)維修體制，即基層級(jí)、中繼級(jí)和后方基地級(jí)。

美國(guó)是最早引進(jìn)二級(jí)維修體制的國(guó)家，也是在研究維修體制方面走在世界前列的國(guó)家。美國(guó)從F-22戰(zhàn)斗機(jī)的服役開始，就逐步地實(shí)現(xiàn)維修體制的改革換代，由傳統(tǒng)的三級(jí)維修體制轉(zhuǎn)變?yōu)槎?jí)維修體制，在維修保障模式的研究上較為成熟和可靠[2-3]。而F-22的維修保障效果也可以看出美國(guó)在二級(jí)維修上確實(shí)有成熟穩(wěn)定的一套體制，二級(jí)維修體制的實(shí)施使得F-22的維修保障中間環(huán)節(jié)大幅減少，飛機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)的靈活性和機(jī)動(dòng)性提高，飛機(jī)的全壽命周期費(fèi)用減少。目前，我國(guó)在飛機(jī)的維修性保障方面采取的是三級(jí)維修體制，保障對(duì)象主要是現(xiàn)裝備的飛機(jī)。三級(jí)維修體制在我國(guó)航空裝備的建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。我國(guó)第四代戰(zhàn)機(jī)即將服役，在對(duì)二級(jí)維修體制的研究中，以美軍的經(jīng)驗(yàn)為參考并結(jié)合我軍的實(shí)際情況，探究維修體制的發(fā)展與變化。對(duì)于第四代戰(zhàn)機(jī)，盡管是從二級(jí)維修體制提出具體保障要求，但是是否采用二級(jí)維修還需要進(jìn)一步研究論證[4]。

本文運(yùn)用層次分析法，構(gòu)建評(píng)價(jià)基層級(jí)維修作業(yè)體制的指標(biāo)體系模型，以專家打分為評(píng)判基準(zhǔn)，得到各級(jí)指標(biāo)所占的權(quán)重，最終獲得對(duì)維修作業(yè)體制具有不同程度影響的因素。

1 維修作業(yè)體制的制定

1.1 作戰(zhàn)任務(wù)對(duì)維修作業(yè)體制的影響

在作戰(zhàn)環(huán)境下，裝備能否完成要求的作戰(zhàn)任務(wù)是先決條件，短時(shí)間內(nèi)多次完成任務(wù)的能力，即飛機(jī)應(yīng)具有較高的出動(dòng)架次率。在維修保障過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其作戰(zhàn)能力及生存力，充分發(fā)揮戰(zhàn)機(jī)在戰(zhàn)斗環(huán)境下的戰(zhàn)斗力[5-6]。

在制定維修作業(yè)體制時(shí)，對(duì)戰(zhàn)機(jī)的完好性評(píng)判環(huán)節(jié)，有助于對(duì)其故障的預(yù)先檢測(cè)。由于作戰(zhàn)任務(wù)具有時(shí)間緊張和時(shí)機(jī)關(guān)鍵的特點(diǎn)，在作戰(zhàn)環(huán)境下對(duì)戰(zhàn)機(jī)的檢測(cè)應(yīng)當(dāng)采用視情維修的方法。視情維修是反映裝備及其系統(tǒng)、機(jī)件技術(shù)的監(jiān)控參數(shù)到達(dá)控制要求時(shí)的維修。維修工作的結(jié)果是裝備或機(jī)件可以繼續(xù)使用或重新加工后使用，也可以視情更換或報(bào)廢。視情維修方式是基于一種事實(shí)進(jìn)行的，即大量的故障不是瞬間發(fā)生的，故障從開始發(fā)生到發(fā)展成最后的故障狀態(tài)，有一段出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的時(shí)間，而且有征兆可以查尋。因此，如果采用性能參數(shù)監(jiān)控或無損檢測(cè)等技術(shù)能找到跟蹤故障跡象過程的辦法，就可以采取措施預(yù)防故障發(fā)生或避免故障后果。對(duì)裝備及其系統(tǒng)、機(jī)件特定參數(shù)的監(jiān)控既可以是原位的，又可以是離位的；既可以規(guī)定一個(gè)適當(dāng)?shù)闹芷?，又可以自?dòng)連續(xù)監(jiān)控。視情維修的維修實(shí)際和內(nèi)容的確定，取決于對(duì)維修對(duì)象技術(shù)狀況檢測(cè)結(jié)果所做的判斷，因而其針對(duì)性和有效性強(qiáng)，能夠較好地發(fā)揮裝備及其系統(tǒng)、設(shè)備、機(jī)件的使用潛力，從而縮減維修保障的時(shí)間，使戰(zhàn)機(jī)在作戰(zhàn)環(huán)境下的戰(zhàn)斗力得到充分發(fā)揮。

1.2 維修項(xiàng)目對(duì)維修作業(yè)體制的影響

在我國(guó)空軍現(xiàn)有編制體制中，包涵現(xiàn)役的二代機(jī)、三代機(jī)以及初步列裝的四代機(jī)。二代機(jī)、三代機(jī)和四代機(jī)在可靠性、維修性和保障性等設(shè)計(jì)特性上的不同很大程度上影響了維修作業(yè)體制的制定[7]。我國(guó)空軍現(xiàn)役飛機(jī)多數(shù)采用三級(jí)維修，而美國(guó)空軍的四代機(jī)采用二級(jí)維修，因此主要研究三級(jí)維修與兩級(jí)維修保障流程的異同。

四代機(jī)在設(shè)計(jì)階段落實(shí)了維修性、可靠性和保障性的設(shè)計(jì)理念[8]，因此呈現(xiàn)出一些新的技術(shù)特點(diǎn)：一是新材料、新技術(shù)大量使用；二是具有良好的可達(dá)性，可維修性進(jìn)一步提高；三是標(biāo)準(zhǔn)化和互換性程度進(jìn)一步提高；四是防差錯(cuò)措施進(jìn)一步完善。這些新的技術(shù)特點(diǎn)使戰(zhàn)機(jī)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能得到了很大的提高，同時(shí)也對(duì)部隊(duì)的維修保障工作產(chǎn)生了一定的影響，提出了新的要求。由于平臺(tái)能力大幅加強(qiáng)，機(jī)載設(shè)備綜合化、集成化、信息化、體系化水平顯著提升，相應(yīng)的維修作業(yè)體制也會(huì)發(fā)生改變。

2 構(gòu)建以維修作業(yè)體制為核心的指標(biāo)參數(shù)體系

2.1 構(gòu)建維修作業(yè)體制評(píng)價(jià)指標(biāo)

維修作業(yè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[9-13]是衡量維修作業(yè)體制有效性和先進(jìn)性的一個(gè)重要方法。近年來，隨著我國(guó)空軍的迅速發(fā)展，大量新型飛機(jī)的列裝，維修作業(yè)體制也在隨著裝備的變化而改變。因此，建立一個(gè)以維修作業(yè)體制為核心的參數(shù)指標(biāo)體系，研究以維修作業(yè)體制為核心參數(shù)的指標(biāo)體系，能極大地促進(jìn)我國(guó)空軍航空維修體制的發(fā)展，為我軍維修體制的改革提供重要指導(dǎo)。

在以維修作業(yè)體制為核心參數(shù)的指標(biāo)體系研究中，所涉及的影響因素廣泛，各影響因素對(duì)維修體制能力的影響不同，所以對(duì)影響因素的權(quán)重需有一個(gè)定量的要求。而在確定權(quán)重的方法中，層次分析法是一種較為成熟和穩(wěn)定的方法，因此本文采用層次分析法來對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行研究。指標(biāo)體系的構(gòu)建如圖1所示。

圖1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The evaluating indicators system

2.2 確定指標(biāo)體系權(quán)重

依據(jù)本文所建立的一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)間的關(guān)系，組織n位專家參照判斷尺度表(如表1所示)和判斷尺度比值矩陣進(jìn)行判斷，得到n份權(quán)值因子判別表。

表1 判斷尺度表Table 1 The judgement scale

判斷尺度比值矩陣為

基于指標(biāo)兩兩“比較值相近性”的原則進(jìn)行分組，計(jì)算出各組相應(yīng)比較結(jié)果的算術(shù)平均值(若該值不小于1，則四舍五入；若該值小于1，則將其分子歸一，分母四舍五入)。將所得平均值按照“1～9”尺度表，取其與算術(shù)平均值最相近的“1～9”尺度值按照以下形式構(gòu)建若干組正互反判斷矩陣：

通常，特征向量求法分兩種情況：

情況一：矩陣A為一致陣，矩陣具有如下關(guān)系：

①aij·ajk=aik

②矩陣的秩均為1；

③矩陣任一列向量均為矩陣的特征向量；

④當(dāng)n≤3時(shí)，矩陣通常為一致陣。此時(shí)，任意取一列向量，按照式(2)進(jìn)行“歸一化”運(yùn)算處理，將通過以上步驟獲得的各組矩陣特征向量集對(duì)應(yīng)值進(jìn)行算術(shù)平均得到最后的權(quán)重集合。

情況二：A矩陣非一致陣，由線性代數(shù)中的“和法”求取判斷矩陣的特征向量，步驟如下：

第一步：將A的每一列向量歸一化得

當(dāng)指標(biāo)數(shù)n≥3時(shí)，需要檢驗(yàn)一致性。一致性檢驗(yàn)方法：一致性指標(biāo)為C.I，且C.I越小，則說明一致性越大。由于一致偏離可由隨機(jī)因素引起，在檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性時(shí)，將C.I與平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I進(jìn)行比較，得出檢驗(yàn)數(shù)C.R。

(3)

(4)

由式(4)計(jì)算出C.I的數(shù)值，R.I數(shù)值由隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的數(shù)值表(如表2所示)根據(jù)n數(shù)查取，利用式(3)計(jì)算出C.R的數(shù)值，通常情況下，若想通過一致性檢驗(yàn)，則必須保證C.R檢驗(yàn)數(shù)小于0.1。

表2 隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的數(shù)值Table 2 The value of random consistency indicators

通過對(duì)多組權(quán)重特征向量取算術(shù)平均數(shù)，可以獲得指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重?cái)?shù)值，從而到達(dá)對(duì)指標(biāo)體系研究的目的。

3 案例分析

3.1 仿真條件設(shè)定

根據(jù)"相似性"的原則，將專家的問卷調(diào)查劃分為四組(參與調(diào)查的專家為20人)。根據(jù)以上步驟，得出四組專家對(duì)三個(gè)一級(jí)指標(biāo)(出動(dòng)架次率、機(jī)群任務(wù)成功率和使用可用度)兩兩比較的近似值。根據(jù)近似值以及式(1)分別建立4個(gè)正負(fù)判斷矩陣：

分析可知，以上矩陣均為非一致陣。按照上述四個(gè)步驟計(jì)算得到以下結(jié)果：

ω1=[0.323 8,0.587 0,0.089 2]T

ω2=[0.282 8,0.643 4,0.073 8]T

ω3=[0.309 1,0.581 3,0.109 6]T

ω4=[0.289 5,0.646 3,0.0641]T

上述四個(gè)集合就是三個(gè)指標(biāo)在四組專家判斷的權(quán)重集合，經(jīng)過算術(shù)平均計(jì)算得到專家對(duì)三個(gè)指標(biāo)的權(quán)重向量為

ω=[0.301 3,0.614 5,0.084 2]T

3.2 仿真結(jié)果分析

依據(jù)所得的三個(gè)指標(biāo)權(quán)重向量，得到飛機(jī)架次出動(dòng)率、機(jī)群任務(wù)成功率以及使用可用度三個(gè)一級(jí)指標(biāo)下的二級(jí)指標(biāo)權(quán)重。

(1) 出動(dòng)架次率下的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重

計(jì)算得出出動(dòng)架次率下四個(gè)二級(jí)指標(biāo)(規(guī)劃保障、人力與人員、供應(yīng)保障和保障裝備)兩兩比較的近似值。

同3.1節(jié)的步驟，根據(jù)得出的近似值建立判斷矩陣：

第一步：確定指標(biāo)權(quán)重

通過計(jì)算得到以下結(jié)果：

ω1=[0.480 0,0.120 0,0.240 0,0.160 0]T

ω2=[0.333 3,0.166 7,0.333 3,0.166 7]T

ω3=[0.428 6,0.142 6,0.214 3,0.214 3]T

ω4=[0.400 0,0.200 0,0.200 0,0.200 0]T

上述四個(gè)集合是三個(gè)指標(biāo)在四組專家判斷的權(quán)重集合，經(jīng)過算術(shù)平均計(jì)算得到專家對(duì)三個(gè)指標(biāo)的權(quán)重向量為

ω=[0.410 5,0.157 3,0.246 9,0.185 3]T

第二步：進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

根據(jù)式(3)～式(4)，計(jì)算得C.R小于0.1，符合一致性要求。

(2) 機(jī)群任務(wù)成功率下的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重

計(jì)算得出機(jī)群任務(wù)成功率下四個(gè)二級(jí)指標(biāo)(供應(yīng)保障、技術(shù)資料、設(shè)計(jì)接口、包裝和運(yùn)輸?shù)?兩兩比較的近似值。

同3.1節(jié)的步驟，根據(jù)得出的近似值建立判斷矩陣：

第一步：確定指標(biāo)權(quán)重

通過計(jì)算得到以下結(jié)果：

ω1=[0.345 0,0.125 0,0.125 0,0.375 0]T

ω2=[0.400 0,0.200 0,0.200 0,0.200 0]T

ω3=[0.428 6,0.142 6,0.214 3,0.214 3]T

ω4=[0.333 3,0.166 7,0.166 7,0.333 3]T

上述四個(gè)集合是三個(gè)指標(biāo)在四組專家判斷的權(quán)重集合，經(jīng)過算術(shù)平均計(jì)算得到專家對(duì)三個(gè)指標(biāo)的權(quán)重向量為

ω=[0.384 2,0.158 6,0.176 5,0.280 7]T

第二步：進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

根據(jù)式(3)～式(4)，算得C.R小于0.1，符合一致性要求。

(3) 使用可用度下的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算

計(jì)算得出使用可用度下四個(gè)二級(jí)指標(biāo)(規(guī)劃保障、人力與人員、供應(yīng)保障、包裝和運(yùn)輸?shù)?兩兩比較的近似值。

同3.1節(jié)的步驟，根據(jù)得出的近似值建立判斷矩陣：

第一步：確定指標(biāo)權(quán)重

通過計(jì)算得到以下結(jié)果：

ω1=[0.161 6,0.090 9,0.181 8,0.363 6]T

ω2=[0.333 3,0.166 7,0.333 3,0.166 7]T

ω3=[0.428 6,0.142 6,0.214 3,0.214 3]T

ω4=[0.333 3,0.166 7,0.333 3,0.166 7]T

上述四個(gè)集合是三個(gè)指標(biāo)在四組專家判斷的權(quán)重集合，經(jīng)過算術(shù)平均計(jì)算得到專家對(duì)三個(gè)指標(biāo)的權(quán)重向量為

ω=[0.364 7,0.141 7,0.265 7,0.227 8]T

第二步：進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

根據(jù)式(3)～式(4)，算得C.R小于0.1，符合一致性要求。

通過對(duì)以上的指標(biāo)體系的各成分進(jìn)行分析，得出以維修體制為核心影響因素的“飛機(jī)架次出動(dòng)率，機(jī)群任務(wù)可靠度和使用可用度”的指標(biāo)體系的權(quán)重圖，如圖2所示。

圖2 指標(biāo)體系權(quán)重圖Fig.2 The weight of index system

評(píng)價(jià)維修體制的維修保障能力時(shí)，機(jī)群任務(wù)成功率是占據(jù)權(quán)重成分最高的。架次出動(dòng)率在一級(jí)指標(biāo)中所占權(quán)重為0.310 3，出動(dòng)架次率關(guān)乎戰(zhàn)時(shí)的實(shí)際作戰(zhàn)能力，是評(píng)價(jià)維修體制的重要標(biāo)準(zhǔn)。在維修體制中要更加注重實(shí)現(xiàn)維修組織管理的便利性和有效性，提高部隊(duì)的真實(shí)戰(zhàn)斗力。在三個(gè)一級(jí)指標(biāo)中，使用可用度所占的權(quán)重最低。使用可用度是一個(gè)側(cè)重于平時(shí)訓(xùn)練的一個(gè)指標(biāo)，以戰(zhàn)時(shí)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，所占的權(quán)重小也是可以預(yù)見的。

在二級(jí)指標(biāo)中，規(guī)劃保障在各一級(jí)指標(biāo)中均占具了較大的權(quán)重，說明規(guī)劃保障在指標(biāo)體系中的重要性。在不同的維修作業(yè)體制中，規(guī)劃保障指標(biāo)也存在較大的差異性，二級(jí)維修體制下，規(guī)劃保障更多地是強(qiáng)調(diào)視情維修，而在三級(jí)維修體制中，則側(cè)重于定時(shí)維修，由于規(guī)劃保障側(cè)重點(diǎn)的差異，導(dǎo)致了指標(biāo)體系評(píng)判結(jié)果的不同。供應(yīng)保障在二級(jí)指標(biāo)中所占比重也比較大，同時(shí)二級(jí)和三級(jí)維修在供應(yīng)保障這一評(píng)價(jià)指標(biāo)上也存在較大的差異。三級(jí)維修中備件的轉(zhuǎn)移較為繁雜困難，主要通過對(duì)耗損備件的維修來進(jìn)行供應(yīng)保障，而在二級(jí)維修中，備件轉(zhuǎn)移過程環(huán)節(jié)減少，使得備件的存儲(chǔ)率和轉(zhuǎn)移時(shí)間都有很大程度的減少，從而能提高飛機(jī)的出動(dòng)架次率、任務(wù)成功率和使用可用度，提高部隊(duì)的戰(zhàn)斗力。

4 結(jié) 論

(1) 本文構(gòu)建了以維修體制為核心影響參數(shù)的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，針對(duì)維修體制這一變量，構(gòu)建了二級(jí)指標(biāo)。運(yùn)用層次分析法對(duì)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系的各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行了量化研究，并對(duì)各指標(biāo)權(quán)重的情況進(jìn)行了分析和探討。

(2) 在二級(jí)維修作業(yè)體制中，飛機(jī)的各項(xiàng)戰(zhàn)備完好性指標(biāo)均優(yōu)于三級(jí)維修體制，二級(jí)維修作業(yè)體制能有效地降低維修備件的周轉(zhuǎn)時(shí)間，縮短備件供應(yīng)鏈，提升基層級(jí)的維修保障效率。因此，對(duì)于第四代具有高技術(shù)水平的戰(zhàn)斗機(jī)，更適合采用二級(jí)維修作業(yè)體制。