程 晗 陳維義 彭英武

(解放大道717號500信箱 武漢 430033)

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防空裝備戰(zhàn)場搶修保障模型研究*

程 晗 陳維義 彭英武

(解放大道717號500信箱 武漢 430033)

防空武器裝備作戰(zhàn)任務(wù)重、遭受打擊強,給裝備保障工作提出了較高的要求。在分析了其戰(zhàn)場環(huán)境下受損規(guī)律的基礎(chǔ)上,對防空武器裝備戰(zhàn)場搶修任務(wù)組織實施流程進行了研究,并運用ExtendSim平臺進行了仿真,對進一步開展防空武器裝備戰(zhàn)場搶修組織決策的研究具有一定的幫助。

防空武器裝備; 戰(zhàn)場搶修; 搶修過程; ExtendSim

Class Number TP319

1 引言

戰(zhàn)場損傷評估與修復(fù)(BDAR),是指在戰(zhàn)場上運用應(yīng)急診斷與修復(fù)技術(shù),迅速地對裝備進行評估并根據(jù)需要快速修復(fù)受損部位,是武器裝備能夠完成某項預(yù)定任務(wù)或?qū)嵤┳跃鹊囊幌盗谢顒覽1]。戰(zhàn)場搶修其特點在“戰(zhàn)場”二字,表明其工作是在戰(zhàn)場這個惡劣的環(huán)境下展開的,與平時維修有很大的區(qū)別,其作用意義較平時維修更加重要,其工作緊迫性與平時維修有很大區(qū)別[2]。

信息化條件下,戰(zhàn)場變地更加透明,敵方空襲力量的規(guī)模、范圍、破壞力、突然性空前增大,地面防空兵力面臨著極大的威脅,其突出地位和作用成了敵方必然打擊的重點目標,戰(zhàn)場搶修面臨著嚴峻挑戰(zhàn)[3～5]。因此我們有必要未雨綢繆,盡快開展防空武器裝備戰(zhàn)場搶修資源配置決策過程的研究,為防空武器裝備戰(zhàn)場搶修決策支持系統(tǒng)的研制提供輔助力量,進一步為開展戰(zhàn)場搶修保障資源建設(shè)、戰(zhàn)場搶修訓(xùn)練等工作奠定基礎(chǔ)。

本文從戰(zhàn)傷評估出發(fā),基于ExtendSim仿真平臺針對防空武器裝備的戰(zhàn)場搶修過程進行建模,以求為防空武器裝備戰(zhàn)場搶修決策過程提供理論方法和技術(shù)支持,為進一步構(gòu)建防空武器裝備戰(zhàn)場搶修決策支持系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

2 戰(zhàn)場損傷規(guī)律

作為戰(zhàn)場搶修任務(wù)的來源,對于裝備戰(zhàn)時損傷情況的分析研究至關(guān)重要,合理的戰(zhàn)場損傷規(guī)律及受損程度預(yù)測對于開展搶修過程具有重要意義[6]。

2.1 戰(zhàn)場環(huán)境下裝備損傷來源

戰(zhàn)場損傷是指作戰(zhàn)裝備在戰(zhàn)場環(huán)境下需要排除的妨礙完成預(yù)期任務(wù)的所有事件,其中包括戰(zhàn)斗損傷、隨機故障、耗損性故障、人為誤差、偶然事故等等。在各種損傷因素中,戰(zhàn)斗損傷是人們最熟悉的因素,它是指因敵方武器裝備作用而造成的裝備損傷。而除去戰(zhàn)斗損傷之外,隨機故障、人為差錯以及耗損性故障在戰(zhàn)時也是裝備戰(zhàn)時損傷的重要來源[1]。本文結(jié)合防空武器裝備作戰(zhàn)裝備在戰(zhàn)場環(huán)境下作業(yè)強度高以及遭遇敵方打擊不可預(yù)估的特點,主要考慮作戰(zhàn)裝備的隨機故障以及戰(zhàn)斗損傷。

2.2 裝備受損等級劃分

根據(jù)裝備受損情況,結(jié)合現(xiàn)有搶修力量的分布和能力,陸軍裝甲兵部隊將裝備戰(zhàn)損等級劃分為6個等級,分別為:一級輕損、二級輕損、中損、一級重損、二級重損、報廢[6]。其搶修力量分配為:分隊修理力量修理一級輕損,伴隨修理力量修理二級輕損,支援修理力量修復(fù)中損,前方野戰(zhàn)修理所修理一級重損,后方修理基地修理二級重損[7]。但是與裝甲部隊不同的是,地面防空部隊作戰(zhàn)區(qū)域固定,更有利于保障工作的開展。

2.3 戰(zhàn)場損傷等級分布

在特定的戰(zhàn)場環(huán)境下,裝備會發(fā)生不同等級的損傷。根據(jù)不同的損傷等級,受損裝備會被分配到不同的搶修機構(gòu)[6]。搶修機構(gòu)在修理工具、資源配置和修理能力方面有著明顯的區(qū)別,本文主要以裝備搶修時間為損傷等級評判標準,將裝備損傷等級劃分為四等:輕損、中損、重損以及報廢,其中“報廢”的比率不以時間為依據(jù),根據(jù)作戰(zhàn)類型主觀給定。其評判標準如表1所示。

表1 防空武器裝備受損評判標準

裝備的戰(zhàn)場搶修時間服從艾拉姆咖分布[8],其分布函數(shù)為

(1)

其中t0=6.20。其分布密度曲線如圖1所示。

根據(jù)所求得的分布,可算得各級損傷的分布表2所示。

表2 各級戰(zhàn)損分布比例

圖1 受損裝備維修時間概率密度曲線

3 防空武器裝備戰(zhàn)場搶修過程分析

根據(jù)不同的任務(wù)等級對搶修力量、搶修地點、搶修方式等進行合理決策,是保障過程中的一個重要環(huán)節(jié)。

3.1 戰(zhàn)場搶修保障力量

根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)以及配備的保障裝備,戰(zhàn)場環(huán)境下的保障力量有很多類型,根據(jù)修理模式可分為伴隨型修理力量、支援型修理力量、巡回型修理力量、定點型修理力量等等;根據(jù)修理能力可分為基層級、中繼級和基地級保障力量[2]。針對防空武器裝備的特點[9],本文將保障力量分為三類:

1) 伴隨保障力量,其主要工作是應(yīng)急搶修,處理受損程度較輕、搶修難度較小的輕損裝備;

2) 機動保障力量(支援保障力量),其主要工作是處理伴隨力量處理不了的程度較重、難度較大的中損裝備,另外還包括對伴隨力量無法判斷故障裝備損傷類型的部分裝備進行準確的損傷判定;

3) 定點保障力量,其主要工作包括處理受損程度很重,維修難度很大的重損裝備,此外還承擔了換件修理中更換下來的損壞件的修復(fù)任務(wù)。

除去以上三種保障力量外,本文還另外討論了只針對損壞部件進行維修的修理廠,其主要任務(wù)是處理定點保障力量無法修復(fù)的損壞件以及對定點保障力量的備件倉庫進行及時補充的任務(wù)。

3.2 戰(zhàn)場搶修實施過程

戰(zhàn)場搶修組織流程如圖2所示。

4 基于ExtendSim的防空武器裝備戰(zhàn)場搶修過程仿真

利用ExtendSim仿真平臺模擬實現(xiàn)防空武器裝備戰(zhàn)場搶修的組織實施過程,首先,做出如下假設(shè):

1) 同一等級保障力量的保障能力相同,且都是以固定形式的維修小組開展工作;

2) 裝備受損后即處于停機狀態(tài),修復(fù)后即處于工作狀態(tài),暫不考慮修復(fù)后的可靠性變化。

4.1 受損裝備的產(chǎn)生

受損裝備主要來源分為使用故障和戰(zhàn)斗損傷兩大類,其中使用故障主要來源于裝備的高強度使用,即任意部件出現(xiàn)故障便造成整個裝備的停機,而停機后則不再產(chǎn)生使用故障直至裝備重新啟動。Read模塊讀取作戰(zhàn)單元的工作狀態(tài),當數(shù)值為1,即處于工作狀態(tài)時,兩個Create模塊處于激活狀態(tài),Create模塊根據(jù)輸入的可靠性參數(shù)隨機產(chǎn)生作戰(zhàn)單元部件故障信息,通過Equation模塊使單元工作狀態(tài)變?yōu)?,即故障停機狀態(tài),之后通過Set模塊產(chǎn)生部件受損信息。

圖2 防空武器裝備戰(zhàn)場搶修組織流程

不同于使用故障,戰(zhàn)斗損傷的產(chǎn)生來源于用戶的輸入?yún)?shù)。

輸入的參數(shù)包括遭受打擊時間_Create Time,敵方戰(zhàn)斗力EP、以及作戰(zhàn)激烈程度I,而默認我方戰(zhàn)斗力參數(shù)為1,則由此可算得雙方戰(zhàn)斗力比reo:

(2)

則可得雙方戰(zhàn)損率比為

(3)

即:

(4)

激烈程度I的定義為裝備的基準戰(zhàn)損率,即為EP=1時的戰(zhàn)損率,又由文獻[9]可知:

ce+co≈2I

(5)

則可算得我方裝備戰(zhàn)損率為

(6)

戰(zhàn)斗損傷發(fā)生模塊如圖3所示。當仿真時間到達用戶輸入的發(fā)生時間(_Create Time)時,Create模塊產(chǎn)生戰(zhàn)斗事件,通過Equation模塊時計算作戰(zhàn)單元的戰(zhàn)損率,并將數(shù)值記錄到內(nèi)部數(shù)據(jù)庫中,同時通過Unbatch模塊向當前陣地中的各個作戰(zhàn)單元產(chǎn)生一個戰(zhàn)損信息,戰(zhàn)損信息通過Throw模塊發(fā)往各個作戰(zhàn)單元的故障產(chǎn)生模塊的Catch模塊,通過Select Item Out模塊時Read模塊讀取戰(zhàn)損率信息并以此概率產(chǎn)生受損需求,若裝備發(fā)生戰(zhàn)損則通過Equation模塊使作戰(zhàn)單元處于停機狀態(tài),并通過Set模塊產(chǎn)生部件受損信息。

圖3 戰(zhàn)斗損傷發(fā)生模塊

4.2 裝備受損類型判斷及任務(wù)分配

在受損裝備中,很大一部分裝備可由伴隨級搶修力量直接判斷其損傷類型,但是在受損較重的裝備中仍然有一部分是其無法判斷的,此時就需要借助機動保障力量來判斷損傷類型并對搶修任務(wù)進行分配。

如圖4所示,產(chǎn)生的戰(zhàn)損單元經(jīng)過Select Items Out時會區(qū)分為可現(xiàn)場判斷和需要支援力量判斷兩部分,其中可現(xiàn)場判斷的戰(zhàn)損單元直接進入Activity模塊由伴隨力量完成檢查判斷任務(wù)并經(jīng)過Set模塊賦予其損傷級別,之后再由Select Items Out模塊按其受損級別發(fā)往各個維修模塊;而需要支援力量判斷的受損單元則會進入一個等待隊列Queue同時向定點保障單位發(fā)出機動力量的支援申請,當支援力量到達后,Batch模塊將兩者捆綁并送往Activity模塊,由支援力量對受損單元進行判斷,之后經(jīng)由Select Items Out模塊選擇分派到機動維修模塊或后送至定點保障單位。

圖4 受損類型判斷模塊

4.3 戰(zhàn)損裝備搶修的組織實施

經(jīng)過判斷的戰(zhàn)損單元會被送往相應(yīng)的搶修模塊,由相應(yīng)級別的搶修力量實施搶修保障。

輕損裝備會被送往伴隨力量搶修模塊,同時在Queue模塊中等待伴隨保障小組到達對裝備實施搶修,搶修過程中會針對裝備中部件采用換件修理或原件修理兩種搶修手段,若是采用換件修理,則需在Queue隊列模塊中等待伴隨修理備件倉庫中的相應(yīng)備件資源到達,之后經(jīng)過Batch將裝備和備件捆綁后進入Activity模塊進行修理,其修理時間由Equation模塊控制;修理結(jié)束后經(jīng)過Unbatch模塊產(chǎn)生完好的裝備和更換下來的受損部件,修復(fù)的裝備投入使用當中,同時產(chǎn)生的受損件將經(jīng)由Throw Item模塊投放到定點保障單位的受損件維修模塊中。而采用原件修理的裝備則會直接被送往Activity模塊中實施修理,完成后直接投入使用。任務(wù)完成后,伴隨保障小組回到伴隨力量資源中等待下一次的任務(wù)。伴隨力量搶修模塊如圖5所示。

圖5 伴隨力量搶修模塊

中損裝備會被直接送往機動力量搶修模塊,如圖6所示,其大體工作原理與伴隨力量搶修模塊類似,在此不做贅述,與之不同的地方在于,機動力量搶修模塊的任務(wù)來源有兩個,一個為直接由伴隨力量判斷的中損裝備,而另一個為機動力量判斷出來的中損裝備。機動力量判斷的中損裝備可直接投入搶修過程中,而伴隨力量判斷出來的中損裝備需要先在Queue隊列中申請并等待機動保障小組的到達,然后再投入搶修過程。

圖6 機動力量搶修模塊

重損裝備會經(jīng)過后送送往定點保障單位進行維修,其工作原理與伴隨力量搶修模塊類似,不同點在于經(jīng)過搶修的修復(fù)裝備需要經(jīng)過一個Transport模塊前送到作戰(zhàn)陣地。其模塊內(nèi)部如圖7所示。

圖7 定點保障單位搶修模塊

4.4 受損部件的修復(fù)過程

各級搶修模塊修理完成后通過Unbatch模塊都會產(chǎn)生兩個受損部件信息單元,這兩個單元經(jīng)過處理后分別表示不同部件的受損件數(shù)量信息,若數(shù)值為0,則會通過下面的Catch模塊直接進入Exit模塊處理掉;若數(shù)值為1,則會通過上面的Catch模塊進入受損件修復(fù)路徑。進入受損件修復(fù)路徑后,先經(jīng)過判斷,判斷出定點保障單位能修復(fù)和不能修復(fù)的兩類,不能修復(fù)的直接進入軍械修理廠進行處理,能修復(fù)的進入Queue隊列模塊等待營級保障小組到達并進入Activity模塊進修復(fù)處理,完畢后通過Unbatch模塊產(chǎn)生一個修復(fù)的備件單元和完成任務(wù)的保障小組單元,備件單元通過Select Item Out模塊分送至營級備件倉庫,完成任務(wù)的保障小組則回到初始位置等待下一次的任務(wù)。其模塊內(nèi)部如圖8所示。

圖8 受損件修復(fù)模塊

4.5 各級保障單位庫存處理

根據(jù)實際戰(zhàn)場情況,在作戰(zhàn)陣地一般會配備維修備件車,在定點保障單位會設(shè)置備件倉庫。維修備件車的備件儲量一般有限,當儲備量低于一定數(shù)值時,會向上級備件倉庫提出備件補充申請,收到申請后備件倉庫向備件車補充維修備件;同樣,當定點保障單位備件倉庫庫存低于一定數(shù)值時,會向軍械修理廠提出備件申請,之后軍械修理廠向定點保障單位補充維修備件。

維修備件車庫存模塊如圖9所示。當庫存資源Resource Item模塊中可用庫存數(shù)值avail小于一定數(shù)值時,Decision模塊激活Create模塊產(chǎn)生庫存申請需求,產(chǎn)生需求后上級倉庫向Batch模塊輸送一定量的備件資源,通過Batch模塊打包并通過Transport模塊運輸?shù)骄S修備件車中,整個備件補充過程就完成了。

圖9 維修備件車庫存模塊

定點保障單位的備件倉庫如圖10所示。其工作原理與維修備件車庫存模塊大體相似,在此不做贅述。

圖10 定點保障單位備件倉庫模塊

5 結(jié)語

本文從裝備戰(zhàn)場損傷規(guī)律出發(fā),結(jié)合針對防空武器裝備戰(zhàn)場環(huán)境下的保障資源的分析,對防空武器裝備戰(zhàn)場搶修組織實施過程進行研究,建立防空武器裝備戰(zhàn)場搶修組織實施過程的仿真模型。該模型具有一定的針對性,對進一步分析防空武器裝備戰(zhàn)場搶修組織決策具有一定的幫助。

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Model Analysis of Air Defense Equipment Battlefield Damage Assessment Repair Support

CHENG Han CHEN Weiyi PENG Yingwu

(No. 500 Mailbox 717 Liberation Avenue, Wuhan 430033)

The air defense weapon equipment is facing hard blow, and assuming important combat mission. Depending on analyzing the damage low in the battlefield, the process of battlefield repair organization and implementation is researched. Finally, simulation is made based on ExtendSim, and it has some value for further research of the organization and decision work of the air defending weapon system on the ground.

air defending weapon system on the ground, battlefield repair, process of repair, ExtendSim

2014年9月1日,

2014年10月19日

程晗,男,碩士,研究方向:武器系統(tǒng)運用與保障工程。陳維義,男,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向:武器系統(tǒng)仿真與試驗技術(shù),武器系統(tǒng)總體與核心子系統(tǒng)設(shè)計,軍用光電技術(shù)。彭英武,男,副教授,研究方向:武器系統(tǒng)仿真技術(shù),綜合保障技術(shù)。

TP319

10.3969/j.issn1672-9730.2015.03.030