李軍亮，滕克難，李保剛

（海軍航空工程學(xué)院，山東煙臺(tái)264001）

機(jī)務(wù)保障要求到保障方案轉(zhuǎn)換*

李軍亮，滕克難，李保剛

（海軍航空工程學(xué)院，山東煙臺(tái)264001）

首先以裝備可靠性為依據(jù)，以任務(wù)要求中任務(wù)時(shí)間、出動(dòng)飛機(jī)數(shù)量、任務(wù)可靠度等參數(shù)為約束，建立了保障資源的配置模型；在確定保障資源配置基礎(chǔ)上再以保障任務(wù)時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)，建立保障任務(wù)調(diào)度模型和調(diào)度算法，按照保障專(zhuān)業(yè)調(diào)度優(yōu)化，為保障方案制定奠定了重要基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)行精確化保障有重要現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)基層級(jí)的保障工作有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。

保障要求，保障方案，保障資源，任務(wù)調(diào)度

0　引言

裝備保障方案是指導(dǎo)和調(diào)整裝備保障活動(dòng)的行動(dòng)準(zhǔn)則；是依據(jù)裝備作戰(zhàn)的使用要求和裝備保障指揮員的保障決心，對(duì)完成裝備保障任務(wù)和實(shí)施措施的總體設(shè)想；是對(duì)裝備保障任務(wù)的內(nèi)容、步驟和實(shí)施程序所作出的科學(xué)安排和規(guī)定［1］。師團(tuán)級(jí)保障方案是保障人員面對(duì)具體保障對(duì)象開(kāi)展保障工作的依據(jù)，主要內(nèi)容包括保障資源的預(yù)測(cè)和以保障時(shí)間或者費(fèi)用為目標(biāo)的保障任務(wù)調(diào)度問(wèn)題。文獻(xiàn)［2］將遺傳算法和蒙特卡羅方法集合對(duì)裝備維修過(guò)程進(jìn)行仿真，獲取了更換備件的時(shí)間序列；文獻(xiàn)［3-4］分別采用蟻群算法和BRF算法對(duì)航空彈藥的需求和導(dǎo)彈備件需求進(jìn)行預(yù)測(cè)；文獻(xiàn)［5-6］以裝備維修備件需求預(yù)測(cè)與決策問(wèn)題為研究對(duì)象，依據(jù)某部隊(duì)特種裝備維修備件需求量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用粗糙集協(xié)調(diào)近似表示空間模型方法，建立了該作戰(zhàn)單元裝備維修備件需求量的知識(shí)表示系統(tǒng)；文獻(xiàn)［7］通過(guò)對(duì)不同專(zhuān)業(yè)設(shè)置方式下的維修任務(wù)調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行分析，以最小化批量維修任務(wù)的維修時(shí)間為目標(biāo)，對(duì)維修工作進(jìn)行了調(diào)度；文獻(xiàn)［8-10］對(duì)現(xiàn)實(shí)維修任務(wù)調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行了分析，以最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)作戰(zhàn)單元戰(zhàn)斗力為目標(biāo)，建立了基于維修專(zhuān)業(yè)的任務(wù)調(diào)度模型，并且研究了模型求解及優(yōu)化的方法。本文以保障任務(wù)要求為輸入，首先分析保障任務(wù)要求對(duì)保障資源配置的影響，在確定保障資源配置的基礎(chǔ)上再以保障任務(wù)時(shí)間為目標(biāo)，對(duì)各專(zhuān)業(yè)保障任務(wù)進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化。

1　研究思路

在保障要求明確之后，對(duì)裝備保障方案建模，描述保障組織機(jī)構(gòu)和工位數(shù)量、保障工作流程和程序、保障工作內(nèi)容及持續(xù)時(shí)間、保障人員數(shù)量和分工、保障資源約束和環(huán)境條件等保障要素；然后分析作戰(zhàn)保障系統(tǒng)的時(shí)域維、目標(biāo)屬性和層次維；最后對(duì)確定的保障資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置與動(dòng)態(tài)調(diào)度，生成裝備保障方案，基本研究思路如圖1所示，本文主要研究面向保障任務(wù)要求的保障資源需求預(yù)測(cè)和以保障時(shí)間為目標(biāo)的保障任務(wù)調(diào)度。

圖1　基于保障任務(wù)要求的保障方案生成的基本思路

2　基于RMS的保障資源配置研究

基層級(jí)的保障方工作內(nèi)容主要是機(jī)務(wù)準(zhǔn)備和LRU的更換，因此，可根據(jù)保障單元執(zhí)行任務(wù)時(shí)間、出動(dòng)數(shù)量、使用可用度等參數(shù)對(duì)其關(guān)鍵部件的壽命進(jìn)行控制來(lái)確定和預(yù)測(cè)保障資源，其實(shí)質(zhì)是基于裝備RMS的資源預(yù)測(cè)和配置。

保障資源主要包括保障設(shè)施、設(shè)備、器材、人員等元素，基層級(jí)保障涉及最多的就是備件預(yù)測(cè)，本文不考慮備件的可修復(fù)性，對(duì)故障部件直接進(jìn)行更換而不修理，只研究保障要求對(duì)備件配置的影響。常用的預(yù)測(cè)方法主要有移動(dòng)算數(shù)平均模型、灰色區(qū)間預(yù)測(cè)模型、平穩(wěn)過(guò)程預(yù)測(cè)模型的最小二乘模型等等，本文基于仿真的方法對(duì)備件需求進(jìn)行預(yù)測(cè)。

單機(jī)飛機(jī)上的備件需求數(shù)量與該型部件在單架飛機(jī)上的數(shù)量Sm、平均故障率有關(guān)、任務(wù)時(shí)間等相關(guān)因素有關(guān)。假設(shè)飛機(jī)上第m種關(guān)鍵部件的故障均服從指數(shù)分布，在不同的時(shí)間段［l0，l1］，［l1，l2］，…中故障相對(duì)獨(dú)立，并且Δt時(shí)間內(nèi)至多發(fā)生一次故障，則當(dāng)關(guān)鍵部件的配置數(shù)量為零時(shí)，該部件的可靠概率為:

當(dāng)關(guān)鍵部件的配置數(shù)量為s時(shí)，按照泊松流假設(shè)可以得出該部件的可靠概率為:

假設(shè)N架飛機(jī)參與的某個(gè)作戰(zhàn)任務(wù)持續(xù)時(shí)間為T(mén)持續(xù)，第m種關(guān)鍵部件的平均故障率為、工作可靠概率為Rm，任務(wù)要求每架飛機(jī)的可靠概率為常數(shù)R可表示為:

從而求得R，對(duì)于N架飛機(jī)若裝備保障方案中對(duì)該種關(guān)鍵部件的備件配置數(shù)量s可由下式驗(yàn)證是否滿足任務(wù)需求:

選取不同配置的關(guān)鍵部件，用Matlab對(duì)式（4）進(jìn)行仿真，可得到如圖2所示結(jié)果。

圖2　不同配置關(guān)鍵件裝備可靠度與備件數(shù)量的關(guān)系

由圖2可以看出，當(dāng)備件故障率一定時(shí)，不考率備件費(fèi)用的情況下配置配件數(shù)量越多，裝備的可靠度就越多，但是考慮飛機(jī)上關(guān)鍵部件越多在相同配置條件下裝備的可靠度概率會(huì)降低，這也提醒基層級(jí)保障人員要對(duì)復(fù)雜裝備的保障必須加以重視。

3　基于最大任務(wù)準(zhǔn)時(shí)間的保障任務(wù)調(diào)度研究

最大任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間TMAX，表示TMAX=T任務(wù)開(kāi)始-T任務(wù)完成；實(shí)際任務(wù)完成時(shí)間T min T=MAX｛T1，T2，…，Tn｝，由于機(jī)務(wù)工作中各專(zhuān)業(yè)的關(guān)系相互約束，在不同的階段需要采取不同的工作方式，即可以串行、并行或者串并行相結(jié)合，故實(shí)際完成任務(wù)時(shí)間為各專(zhuān)業(yè)最大完成時(shí)間；每個(gè)專(zhuān)業(yè)的工序任務(wù)集合，j表示第j種專(zhuān)業(yè)，那么表示完成該工序的時(shí)間，用三時(shí)法計(jì)算工序的期望執(zhí)行時(shí)間；保障任務(wù)過(guò)程中的資源集合R可以表示為表示對(duì)資源Rk的需求量；工序約束表示為，J1和J2表示工序的緊前和緊后工序集。

那么基于保障時(shí)間的保障任務(wù)調(diào)度模型可以表示為:

式（5）是目標(biāo)函數(shù)，表示保障任務(wù)時(shí)間最短；式（6）第1行表示保障任務(wù)時(shí)間必須滿足最大保障任務(wù)時(shí)間；第2行表示t時(shí)刻工序?qū)Y源Rk的需求少于Rk的實(shí)際數(shù)量；第3行表示工序開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間必須大于其實(shí)際需要的時(shí)間；第4行表示工序執(zhí)行的順序必須符合實(shí)際任務(wù)的邏輯順序。

基于關(guān)鍵路徑的機(jī)務(wù)保障任務(wù)調(diào)度模型的算法的基本流程:

1）確定保障任務(wù)所需進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)工作內(nèi)容；2）對(duì)各專(zhuān)業(yè)內(nèi)工序按照工作邏輯順序排序；3）建立各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間相互約束的工序緊前工序集和緊后工序集；

4）畫(huà)出網(wǎng)絡(luò)工程計(jì)劃圖，確定各工序的優(yōu)先級(jí)別；

5）找出關(guān)鍵路徑，確定最短路徑上的執(zhí)行工序。

以某型機(jī)的直接機(jī)務(wù)準(zhǔn)備工作為例，各專(zhuān)業(yè)的工作內(nèi)容如表1～表4所示，假設(shè)某次執(zhí)行任務(wù)飛機(jī)數(shù)量為14架，備份飛機(jī)數(shù)量分別為2架、3架、2架；主要的保障車(chē)輛牽引車(chē)、冷氣車(chē)、加油車(chē)、滑油車(chē)、電源車(chē)、氧氣車(chē)、掛彈車(chē)及空調(diào)車(chē)數(shù)量為8、3、4、4、16、2、16、8。用本文設(shè)計(jì)算法進(jìn)行仿真，可得結(jié)果如下頁(yè)圖3所示。

表1　航空機(jī)械直接機(jī)務(wù)準(zhǔn)備工作項(xiàng)目清單

表2　航空軍械專(zhuān)業(yè)直接機(jī)務(wù)準(zhǔn)備工作項(xiàng)目清單

表3　航空特設(shè)專(zhuān)業(yè)直接機(jī)務(wù)準(zhǔn)備工作項(xiàng)目清單

表4　綜合航電專(zhuān)業(yè)直接機(jī)務(wù)準(zhǔn)備工作項(xiàng)目清單

圖3　基于最小任務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間的各專(zhuān)業(yè)工作流程

仿真結(jié)果顯示完成各項(xiàng)工作需要大概110 min，由于機(jī)械專(zhuān)業(yè)等待加油車(chē)造成整架飛機(jī)準(zhǔn)備工作的等待時(shí)間超過(guò)20 min，由于牽引車(chē)的配置數(shù)量問(wèn)題，造成整機(jī)等待超過(guò)10 min。

4　結(jié)論

分析了保障任務(wù)要求中任務(wù)時(shí)間、裝備數(shù)量、任務(wù)可靠度等參數(shù)對(duì)保障資源配置的影響，在確定保障資源配置基礎(chǔ)上再以保障任務(wù)時(shí)間為目標(biāo)，對(duì)各專(zhuān)業(yè)保障任務(wù)進(jìn)行了調(diào)度優(yōu)化，為制定精確化保障方案奠定了重要基礎(chǔ)，對(duì)基層級(jí)的保障工作有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。文中由于保障任務(wù)要求明確，對(duì)各專(zhuān)業(yè)的保障任務(wù)的調(diào)度屬于靜態(tài)調(diào)度，下一步可以進(jìn)行機(jī)務(wù)保障任務(wù)的動(dòng)態(tài)調(diào)度研究。

［1］高飛，陳輝強(qiáng)，魏鑫，等.基于本體的裝備保障方案規(guī)范化研究［J］.科技廣場(chǎng)，2009，22（11）:14-17.

［2］劉丙杰，黃岳.基于MAP的裝備保障資源需求預(yù)測(cè)研究［J］.航空維修與工程，2011，56（3）:77-80.

［3］陶茜，彭力，潘勃，等.基于蟻群算法的航空彈藥需求測(cè)算［J］.火力與指揮控制，2010，35（9），34-37.

［4］顏剛，周文松，王相飛，等.基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)彈備件需求量預(yù)測(cè)仿真［J］.兵工自動(dòng)化，2011，30（1）:16-18.

［5］李樹(shù)廣，趙彥峻，徐誠(chéng).裝備維修備件需求預(yù)測(cè)與決策方法研究［J］.兵工學(xué)報(bào)，2011，32（7）:901-905.

［6］陶小創(chuàng)，郭霖瀚，肖波平，等.基于備件保障概率分配的備件需求量預(yù)測(cè)模型［J］.兵工學(xué)報(bào)，2012，33（8）:975-979.

［7］孫志剛，朱小冬，李鋒.一種考慮權(quán)重的多專(zhuān)業(yè)流水式批量維修任務(wù)調(diào)度模型［J］.裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，26（2）:24-28.

［8］彭建亮，高歲利，房啟勝.基于模糊多屬性決策的機(jī)務(wù)保障機(jī)動(dòng)能力評(píng)估［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2012，33（10）:61-64.

［9］孫志剛，朱小冬，張波.基于維修專(zhuān)業(yè)的任務(wù)調(diào)度及優(yōu)化方法［J］.火力與指揮控制，2012，37（9）:31-34.

［10］王正元，嚴(yán)小琴，朱昱，等.一種考慮專(zhuān)業(yè)的動(dòng)態(tài)維修任務(wù)調(diào)度的優(yōu)化方法［J］.兵工學(xué)報(bào)，2009，30（2）:252-256.

Research on Transformation from Aircraft Support Requirement to Support Project

LI Jun-liang，TENG Ke-nan，LI Bao-gang
（Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai 264001，China）

This paper analyze on the importance of mission time，aircraft number and reliability to support resource allocation，establishes the transformation model from aircraft support requirement to support project.Then according to the problem of maintenance task scheduling about different support subject，with the goal of minimizing the support time of batched maintenance task to scheduling and optimized model of batched maintenance task，the results would be the systematic and standardization foundation of equipment support making，which has important significance of 3th fight equipment fastefficient-precise supporting.

aircraftsupportrequirement，supportproject，supportresource，supportmission scheduling

V231；V267

A

1002-0640（2016）06-0037-04

2015-05-05

2015-05-27

武器裝備預(yù)研基金資助項(xiàng)目（51327020403）

李軍亮（1982-），男，陜西岐山人，博士研究生。研究方向：海軍航空、導(dǎo)彈裝備綜合保障。