船艇裝備戰(zhàn)場搶修備件運(yùn)行量研究

郭 聰 馮 柯 韓趙喚 劉 彭 陳 威

（1.陸軍工程大學(xué)，南京 210001；2.陸軍軍事交通學(xué)院，鎮(zhèn)江 212003）

船艇裝備是船艇部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的載體，裝備的損傷就意味著戰(zhàn)斗力的損失。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，船艇裝備的復(fù)雜程度也越來越高，涵蓋了動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和通信導(dǎo)航系統(tǒng)等多個(gè)部分，由幾十個(gè)設(shè)備生產(chǎn)廠家研制生產(chǎn)的多種零部件組成。在瞬息萬變的戰(zhàn)場環(huán)境中，由于裝備高強(qiáng)度使用和復(fù)雜多變的海況條件等因素，裝備損傷不可避免。為快速恢復(fù)船艇部隊(duì)的戰(zhàn)斗能力，需要完成艱巨的搶修工作。由于作戰(zhàn)過程中更多地采用換件維修的方法，搶修工作對備件的依賴性較大，備件消耗較平時(shí)有大幅增加，且不確定程度更大，并呈現(xiàn)許多不同特點(diǎn)和規(guī)律[1]。

國內(nèi)外對戰(zhàn)時(shí)備件保障及模型研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于平時(shí)的保障研究。目前，在確定戰(zhàn)時(shí)備件需求時(shí)，通常采用簡單的經(jīng)驗(yàn)比例系數(shù)法，然而這種方法已難以適應(yīng)未來高技術(shù)條件下的作戰(zhàn)保障需要[2]。因此，有必要運(yùn)用科學(xué)的方法對戰(zhàn)時(shí)備件模型進(jìn)行研究和探討。

1 戰(zhàn)場搶修備件消耗分析

在戰(zhàn)爭條件下，船艇長時(shí)間活動(dòng)于海上，由于高強(qiáng)度的使用和可能來自敵方的攻擊，戰(zhàn)場損傷不可避免，并且比平時(shí)正常使用時(shí)裝備所受損傷更為嚴(yán)重、突然，危害性也更大。

1.1 戰(zhàn)場搶修的時(shí)效性

船艇裝備戰(zhàn)場搶修包括戰(zhàn)場損傷評估和戰(zhàn)場修復(fù)，指在戰(zhàn)場環(huán)境下運(yùn)用應(yīng)急診斷技術(shù)快速評估其損傷程度及現(xiàn)場可修復(fù)性，同時(shí)利用船上可以運(yùn)用的資源（人、備件、工具等）、應(yīng)急修理技術(shù)或創(chuàng)造臨時(shí)性的應(yīng)急方法快速修復(fù)損傷部位，使船艇及時(shí)恢復(fù)或部分恢復(fù)功能，以便完成當(dāng)前的作戰(zhàn)任務(wù)或能實(shí)施自救[1]。戰(zhàn)場裝備的搶修過程如圖1所示[3]。

圖1 戰(zhàn)場搶修過程

在信息化戰(zhàn)爭條件下，精確化武器的使用可能會(huì)使船艇裝備受到較高程度損傷，加之裝備在嚴(yán)酷環(huán)境下的高強(qiáng)度使用，戰(zhàn)場上裝備損傷率明顯提高。船艇裝備戰(zhàn)場搶修面臨戰(zhàn)損修理量大、修理項(xiàng)目種類廣、修理任務(wù)繁重的難題，為保證船艇運(yùn)輸保障任務(wù)順利完成，需要快速恢復(fù)船艇生命力，其時(shí)效性也是戰(zhàn)場搶修的最顯著特征。

1.2 戰(zhàn)場搶修的技術(shù)要求

常用戰(zhàn)場損傷修復(fù)技術(shù)包括切換、剪除、拆換、置換、原件修復(fù)、配置和重構(gòu)等。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭保障力量的增強(qiáng)和保障經(jīng)費(fèi)的增多，結(jié)合戰(zhàn)場搶修的緊迫性，換件維修成為船艇戰(zhàn)場搶修的主要方法。該方法的特點(diǎn)是：可以保證質(zhì)量、縮短了維修時(shí)間、提高了工效、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)以及能較好地適應(yīng)船艇裝備戰(zhàn)場維修的時(shí)效性要求。

1.3 戰(zhàn)場搶修備件消耗類型

鑒于目前船艇裝備戰(zhàn)時(shí)備件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)較少，現(xiàn)僅將裝備戰(zhàn)場損傷劃分為戰(zhàn)斗損傷和非戰(zhàn)斗損傷兩大類，兩類損傷引起的備件消耗分析如下所示[1]。

1.3.1 戰(zhàn)斗損傷

船艇裝備在海戰(zhàn)場的任何區(qū)域和時(shí)間內(nèi)都有可能遭到敵方的打擊，根據(jù)相關(guān)的作戰(zhàn)統(tǒng)計(jì)，戰(zhàn)斗損傷占全部損傷的比重很大。隨著裝備復(fù)雜程度提高，這一比例還有增加的趨勢。戰(zhàn)斗損傷后，需要更換的零部件往往不止一個(gè)，且船艇裝備破環(huán)嚴(yán)重，修復(fù)困難。此外，戰(zhàn)斗損傷規(guī)律與自然故障模式區(qū)別較大，兩者對備件的消耗并不是單純的線性比例關(guān)系。因此，在戰(zhàn)斗事件中備件的消耗量需專門研究分析。

1.3.2 非戰(zhàn)斗損傷

非戰(zhàn)斗損傷導(dǎo)致備件消耗的因素有兩種，即正常使用消耗和嚴(yán)酷使用消耗。正常使用的備件消耗由裝備固有可靠性所決定，其備件消耗量可以通過該部件故障率和工作時(shí)間計(jì)算得到，需要在裝備（或相似裝備）平時(shí)使用時(shí)摸清規(guī)律。除此之外，船艇裝備在戰(zhàn)時(shí)很可能面臨長距離、長時(shí)間、高航速的航渡任務(wù)和復(fù)雜多變的嚴(yán)酷使用條件，此時(shí)機(jī)械設(shè)備需在高負(fù)荷下長期運(yùn)行，而且在緊張的作戰(zhàn)過程中，不按規(guī)程操作的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，操作失誤率會(huì)相應(yīng)提升高，設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)也難以正常開展，裝備損壞的可能性進(jìn)一步增加。因此，戰(zhàn)時(shí)裝備的嚴(yán)酷使用是一個(gè)普遍現(xiàn)象，必然導(dǎo)致備件的消耗量增加。在作戰(zhàn)期間，一旦船艇離開碼頭開始航行，獲取備件支援就非常困難。船艇裝備戰(zhàn)場搶修往往發(fā)生在航渡期間，而備件保障工作卻要在離開碼頭前預(yù)計(jì)本次作戰(zhàn)任務(wù)所需備件，提前攜帶所需備件出航。

2 戰(zhàn)場搶修備件消耗量模型

2.1 備件品種確定

船艇裝備的備件消耗量一般需要根據(jù)參戰(zhàn)船艇種類、數(shù)量以及作戰(zhàn)任務(wù)來預(yù)計(jì)。根據(jù)裝備戰(zhàn)場搶修的特點(diǎn)，其備件品種可以通過以下分析確定。

2.1.1 基本功能分析

由于戰(zhàn)時(shí)修理并不要求將損傷裝備完全恢復(fù)至功能完好狀態(tài)，而是要在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)至戰(zhàn)場可用或自救狀態(tài)。因此，在不同的戰(zhàn)場態(tài)勢要求下，船艇裝備所要保持和恢復(fù)的基本功能也是不同的。

2.1.2 確定基本功能項(xiàng)目和備件品種

備件的基本功能項(xiàng)目應(yīng)從上而下進(jìn)行邏輯判斷，確定該對象損傷是否影響所屬子系統(tǒng)（部件或組件等）完成基本功能，若有影響，則要繼續(xù)向下分析，一直到基層級的可更換單元（或模塊）。船艇裝備（271登陸艇）基本功能項(xiàng)目分析示意圖如圖2所示。

圖2 登陸艇部分基本功能項(xiàng)目分析示意圖

2.2 備件消耗模型的建立

2.2.1 基本假設(shè)

為了方便建立備件消耗模型，現(xiàn)作出以下假設(shè)：第一，戰(zhàn)斗損傷和非戰(zhàn)斗損傷是彼此獨(dú)立的；第二，戰(zhàn)斗損傷事件的發(fā)生是相互獨(dú)立的；第三，每臺(tái)裝備的每個(gè)單元有且只有一個(gè)。

根據(jù)以上分析，某單元戰(zhàn)時(shí)備件消耗量Ni可以表示為：

式中：Nai為戰(zhàn)斗損傷導(dǎo)致的備件消耗數(shù)量；Nbi為非戰(zhàn)斗損傷導(dǎo)致的備件消耗數(shù)量。

2.2.2 戰(zhàn)斗損傷導(dǎo)致的備件消耗數(shù)量確定

根據(jù)戰(zhàn)斗損傷的特點(diǎn)，一個(gè)損傷事件可能包含一個(gè)或多個(gè)單元損傷。損傷事件和損傷單元發(fā)生的概率可用表2.1表示，其中pij表示在損傷事件j中單元i發(fā)生損傷的概率。

表1 損傷事件與單元的關(guān)系

設(shè)一船艇編隊(duì)包括Q艘相同船艇，則該編隊(duì)因j次戰(zhàn)斗損傷事件中引起的備件i消耗量Nai為：

2.2.3 非戰(zhàn)斗損傷導(dǎo)致的備件消耗數(shù)量確定

非戰(zhàn)斗損傷消耗量為正常使用消耗加嚴(yán)酷使用消耗。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，嚴(yán)酷使用消耗為正常消耗與比例系數(shù)k的乘積，如美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)將k定為0.75。設(shè)某備件i在單位時(shí)間內(nèi)正常使用消耗量為Nai，一次作戰(zhàn)任務(wù)平均使用時(shí)間數(shù)為T，則：

2.2.4 備件消耗量

由上述分析可知，平均備件消耗量N—i為：

3 備件運(yùn)行量優(yōu)化

備件運(yùn)行量指為保障船艇編隊(duì)?wèi)?zhàn)場搶修需要，在船艇備航階段申請、接收并隨船運(yùn)行的備件數(shù)量。隨著船艇裝備結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，可能損傷的備件也越來越多。因而，為減少備件保障負(fù)擔(dān)，必須科學(xué)合理地規(guī)定備件的品種和數(shù)量。

由于戰(zhàn)時(shí)備件消耗隨機(jī)性較大，其消耗量與運(yùn)行量與平時(shí)有很大不同。由式（4）可以看出，備件消耗由兩類不同規(guī)律及特征的消耗構(gòu)成：一類是戰(zhàn)斗損傷造成的消耗，這與裝備的受打擊強(qiáng)度、抗損壞特性、受打擊次數(shù)以及搶修性有關(guān)；另一類是戰(zhàn)斗損傷的消耗，這與裝備使用環(huán)境條件、使用時(shí)間長短、裝備固有可靠性以及維修性有關(guān)。在計(jì)算備件運(yùn)行量時(shí)，必須將這兩類消耗同時(shí)考慮在內(nèi)。在考慮船艇裝備的戰(zhàn)場搶修備件運(yùn)行量時(shí)應(yīng)明確其時(shí)間，一般以本次任務(wù)開始備航到下次能夠進(jìn)行備件補(bǔ)給的時(shí)間段為基準(zhǔn)。

3.1 戰(zhàn)斗損傷備件消耗概率

戰(zhàn)時(shí)備件消耗中主要考慮戰(zhàn)斗損傷，針對設(shè)備中的某一個(gè)單元來講，在一次戰(zhàn)斗造成的損傷事件中，可能損傷，也可能不損傷，即該備件可能消耗也可能不消耗。設(shè)該船艇編隊(duì)在作戰(zhàn)行動(dòng)中戰(zhàn)斗損傷導(dǎo)致的消耗量為X，則消耗量服從二項(xiàng)分布，即：

3.2 非戰(zhàn)斗損傷備件消耗概率

除戰(zhàn)斗損傷外，戰(zhàn)時(shí)備件消耗還需要考慮戰(zhàn)時(shí)的非戰(zhàn)斗損傷消耗。將完成一次作戰(zhàn)任務(wù)備件的使用消耗量Y看成泊松分布，則其密度函數(shù)為：

3.3 運(yùn)行量S計(jì)算

若運(yùn)行量為S，備件i的運(yùn)行量為Si，則一次作戰(zhàn)中不缺該備件的概率為：

從式（8）可以看出只要知道某備件在損傷事件中的損傷概率pi、裝備數(shù)量Q、正常使用的備件消耗率Noi，就可以計(jì)算出該備件運(yùn)行量為Si時(shí)在任務(wù)時(shí)間T內(nèi)不缺備件的概率。

假設(shè)任務(wù)要求該船艇備件保障概率（不缺備件概率）為PS，則該值與某零部件的PSi存在下列關(guān)系：

由于已按基本功能項(xiàng)目確定備件品種，一般來說，各種備件的保障率相等，即：

則有：

PS往往可以根據(jù)任務(wù)要求確定，由式（6）可以計(jì)算出Pi，從而由式（8）可以計(jì)算出Si，則：

3.4 單船（艇）備件運(yùn)行量確定

船艇編隊(duì)航行時(shí)，各單船（艇）之間進(jìn)行備件傳送并不方便，一般在船艇備航階段已經(jīng)將該艇所需備件補(bǔ)充到位。在船艇上，同時(shí)運(yùn)行的相同單元有時(shí)不止一個(gè)，如271型登陸艇正常航行時(shí)兩臺(tái)主機(jī)需噴油器、高壓油管、高壓油泵各12個(gè)同時(shí)工作，若相同單元i在該艇中有H個(gè)同時(shí)運(yùn)行，則該艇需運(yùn)行單元Si*的數(shù)量為：

對于船艇裝備單船（艇）的運(yùn)力（噸位）和儲(chǔ)藏空間而言，備件的體積、質(zhì)量、存儲(chǔ)等因素可以忽略，所以在此不考慮運(yùn)輸能力。

3.5 備件運(yùn)行量模型的應(yīng)用

總結(jié)以上討論，可以將戰(zhàn)場搶修備件保障模型的應(yīng)用程序歸納為以下內(nèi)容。首先，收集信息數(shù)據(jù)。為進(jìn)行準(zhǔn)確有效的備件運(yùn)行量計(jì)算，需要收集以下信息：一是平時(shí)裝備的備件消耗量；二是各類損傷事件中各單元的損傷概率，其值可通過該裝備或相似裝備的數(shù)據(jù)獲得。當(dāng)缺少這些數(shù)據(jù)時(shí)可由計(jì)算機(jī)模擬、仿真分析等方法得到[4-5]。其次，分析作戰(zhàn)任務(wù)及可能造成的損傷。該過程能夠確定裝備基本功能項(xiàng)目清單、運(yùn)行備件的種類、運(yùn)行時(shí)間T、該編隊(duì)相同船艇數(shù)量Q、單船（艇）相同單元H以及備件保障目標(biāo)。最后，根據(jù)式（6）（8）（13）確定編隊(duì)和各單船（艇）運(yùn)行備件數(shù)量。

4 結(jié)語

由于高技術(shù)裝備在戰(zhàn)爭中的重要性日益提高，備件供應(yīng)管理顯得越來越重要。船艇編隊(duì)在海上獲取備件補(bǔ)給十分困難，因此要在平時(shí)收集各種備件消耗量信息，以加強(qiáng)備件標(biāo)準(zhǔn)管理，重視高技術(shù)裝備的備件供應(yīng)決策。根據(jù)以上戰(zhàn)場搶修備件消耗的特點(diǎn)，在區(qū)分戰(zhàn)斗損傷消耗和非戰(zhàn)斗損傷消耗兩類原因的基礎(chǔ)上，建立了備件消耗量及運(yùn)行量模型，該模型考慮因素全面，數(shù)據(jù)值計(jì)算結(jié)果對船艇裝備戰(zhàn)場搶修的備件保障工作具有一定的參考意義。