魏圣軍，吳法文，張 琳，汪文峰，張 搏，牛 童

(空軍工程大學(xué) 研究生院，西安 710051)

裝備的維修保障是使裝備改善、恢復(fù)、保持規(guī)定的技術(shù)戰(zhàn)術(shù)狀態(tài)而實(shí)施的一切活動(dòng)[1]。本世紀(jì)初，美國(guó)陸軍依據(jù)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)和裝備發(fā)展對(duì)維修保障的需求，開(kāi)始研究論證推行裝備維修工作體系由原來(lái)的四級(jí)維修體系向兩級(jí)維修體系轉(zhuǎn)型[2]。準(zhǔn)確識(shí)別當(dāng)今和將來(lái)不斷出現(xiàn)的新技術(shù)及其在軍事方面的應(yīng)用，對(duì)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，從而對(duì)軍事能力結(jié)構(gòu)變革和作戰(zhàn)力形成產(chǎn)生重大影響[3]。地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)信息化程度高，裝備故障自檢要求嚴(yán)，現(xiàn)行維修任務(wù)分工和作業(yè)體系維修已不適應(yīng)維修保障要求。依據(jù)相關(guān)文件要求，將地空導(dǎo)彈裝備維修作業(yè)體系由基層級(jí)、中繼級(jí)、基地級(jí)三級(jí)維修調(diào)整為部隊(duì)級(jí)、基地級(jí)二級(jí)維修。

通過(guò)對(duì)武器裝備各項(xiàng)指標(biāo)、數(shù)據(jù)的科學(xué)分析，聯(lián)系部隊(duì)實(shí)際情況，確定維修等級(jí)，選擇最合理修理方案，科學(xué)制定最佳維修方式和維修周期，提高武器裝備完好率和可靠性，極大的縮短裝備修理時(shí)間，節(jié)約裝備修理成本，延長(zhǎng)武器裝備使用周期[4]。就地空導(dǎo)彈雷達(dá)裝備來(lái)說(shuō)，單位基層級(jí)主要是對(duì)分機(jī)、插件和重要部(器)件的隨機(jī)備份，采用換件維修方法，基層級(jí)把整機(jī)故障定位隔離到單個(gè)可更換單元，并以備件更換的形式來(lái)保障裝備；故障的單個(gè)可更換單元部件由大修廠、生產(chǎn)廠等基地級(jí)進(jìn)行修復(fù)，但到目前來(lái)說(shuō)，對(duì)于二級(jí)維修體制的討論還僅限于在原則和方式方法上，至于實(shí)施二級(jí)維修體制的條件、時(shí)機(jī)和方法還有待于仔細(xì)研究，本文僅從人力資源系統(tǒng)角度運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型從仿真假設(shè)、仿真分析、參數(shù)分析進(jìn)行仿真比較得出科學(xué)結(jié)論，確定實(shí)施二級(jí)體制的時(shí)機(jī)及條件。

1 二級(jí)維修體制構(gòu)想

二級(jí)維修保障體制主要內(nèi)容：加大地空導(dǎo)彈基層級(jí)對(duì)主要部件、插件的隨機(jī)備份，基層級(jí)采用換件維修方法，基層級(jí)把整個(gè)系統(tǒng)故障定位隔離到單個(gè)可更換單元，并以備件更換的形式來(lái)保障裝備；故障的單個(gè)可更換單元元件由基地級(jí)進(jìn)行修復(fù)；基地級(jí)采用修復(fù)性維修方式，由基地級(jí)修理廠的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在修理廠利用配套維修設(shè)備隊(duì)裝備系統(tǒng)、分系統(tǒng)、部件、組合件進(jìn)行全面的檢測(cè)、調(diào)整和修復(fù)，全面恢復(fù)裝備的性能，同時(shí)，對(duì)基層級(jí)送來(lái)的故障件進(jìn)行檢測(cè)和修復(fù)；二級(jí)維修保障體制維修技術(shù)人員的確定方法和三級(jí)體制下基本相似，兩種體制下基層級(jí)維修技術(shù)人員的確定方法是一樣的；而二級(jí)體制下，基地級(jí)的大修系統(tǒng)和備件修理系統(tǒng)的維修技術(shù)人員確定方法和三級(jí)體制下也是一樣，只是基地級(jí)事后維修系統(tǒng)的維修技術(shù)人員的確定思路采取三級(jí)體制下中繼級(jí)事后維修技術(shù)人員的確定思路。在這種二級(jí)維修保障體制中，地空導(dǎo)彈旅(團(tuán))的中繼級(jí)維修機(jī)構(gòu)作用沒(méi)有得到發(fā)揮，隨著軍隊(duì)保障的社會(huì)化改革，大修廠和生產(chǎn)廠等基地級(jí)維修機(jī)構(gòu)要充分做好裝備的保障工作，任務(wù)加重，這樣形成了裝備基層級(jí)負(fù)責(zé)使用，基地級(jí)維修機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)“售后服務(wù)”的二級(jí)保障體制，更有利于裝備保障的社會(huì)化改革。

2 維修技術(shù)人力資源系統(tǒng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型(System Dynamics,SD)被譽(yù)為實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室，是由美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)J.W.Forrester教授在1960年提出的運(yùn)用功能、歷史、結(jié)構(gòu)相結(jié)合的一種方法，借助于計(jì)算機(jī)仿真而定量地研究非線(xiàn)性、多重反饋、復(fù)雜時(shí)變的系統(tǒng)分析技術(shù)[5-6]。SD加強(qiáng)了與最優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用、參數(shù)估計(jì)、靈敏度分析、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析、系統(tǒng)科學(xué)、控制理論等方面的聯(lián)系，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛地應(yīng)用和傳播，取了許多新發(fā)展[7-8]。該方法在能力評(píng)估、安全管理和庫(kù)存管理等眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[9-12]。對(duì)于維修體制來(lái)說(shuō)，二級(jí)、三級(jí)體制各有利弊，但對(duì)于目前的研究現(xiàn)狀來(lái)看，對(duì)于二級(jí)和三級(jí)體制的優(yōu)缺點(diǎn)沒(méi)有定量化的說(shuō)明，很難確定適合采用二級(jí)或三級(jí)維修體制的條件。本文就這一問(wèn)題進(jìn)行初步研究，主要分析兩種體制的優(yōu)缺點(diǎn)，將維修保障技術(shù)人力系統(tǒng)中的支援搶修維修技術(shù)人力資源系統(tǒng)部分，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，分別進(jìn)行討論分析，在新裝備研制階段，如何選擇其維修體制提供一定的決策依據(jù)。

目前，地空導(dǎo)彈武器裝備支援搶修系統(tǒng)流程為：發(fā)生故障的武器裝備進(jìn)入部隊(duì)一級(jí)維修，完成維修后立即投入使用，一級(jí)維修不了的裝備轉(zhuǎn)入二級(jí)維修[13]。若采用二級(jí)體制，如部隊(duì)出現(xiàn)基層級(jí)無(wú)法排除的故障，則直接申請(qǐng)基地級(jí)支援搶修，這樣兩種體制下系統(tǒng)的平均支援搶修時(shí)間也不相同，在支援搶修時(shí)間滿(mǎn)足戰(zhàn)備要求的情況下，該如何選擇維修體制是需要解決的問(wèn)題。

2.1 支援搶修系統(tǒng)因果關(guān)系

支援搶修系統(tǒng)的因果關(guān)系如圖1所示，重點(diǎn)分析不同體制下維修人員與平均維修時(shí)間的關(guān)系。

圖1 支援搶修系統(tǒng)因果關(guān)系

2.2 支援搶修系統(tǒng)流圖

將以上的因果關(guān)系進(jìn)行變量分門(mén)別類(lèi)，構(gòu)建備件系統(tǒng)流圖。如圖2所示，模型中共有33個(gè)變量，其中流位變量有5個(gè)，流率變量有5個(gè)，其他變量有23個(gè)，各變量的符號(hào)表示與定義如表1所示。

圖2 支援搶修系統(tǒng)流圖

3 支援搶修系統(tǒng)SD模型仿真分析

根據(jù)系統(tǒng)流圖(圖2)運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件(Vensim PLE 32),通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，可以得到兩種體制下支援搶修系統(tǒng)平均修復(fù)時(shí)間的指標(biāo)要求，這樣可更好的判斷采用二級(jí)體制的時(shí)機(jī)。

表1 變量的符號(hào)表示與定義

3.1 仿真假設(shè)

1)整個(gè)系統(tǒng)共30個(gè)火力單元，三級(jí)體制下分為：6中繼級(jí)維修機(jī)構(gòu)，1個(gè)基地級(jí)維修機(jī)構(gòu)；二級(jí)體制則分為：30個(gè)火力單元和1個(gè)基地級(jí)維修機(jī)構(gòu)。

2)在同一級(jí)的維修機(jī)構(gòu)的不同維修人員修復(fù)能力水平一樣，也就是對(duì)于故障的平均修理時(shí)間是相同的；但維修人員數(shù)量只對(duì)故障的等待修理時(shí)間有影響，對(duì)故障的處理時(shí)間沒(méi)影響。

3)假定目前的部隊(duì)三級(jí)維修體制實(shí)際情況下，基層級(jí)約能修復(fù)全部故障的60%，中繼級(jí)35%，基地級(jí)5%，裝備平均每天工作2 h；基層級(jí)的平均故障修復(fù)時(shí)間不超過(guò)0.5 h。

4)兩種體制都采用固有可用度來(lái)度量，固有可用度指標(biāo)僅與修復(fù)性維修時(shí)間和工作時(shí)間有關(guān)的一種可用性參數(shù)[14]，本系統(tǒng)假設(shè)兩種體制下的維修保障系統(tǒng)固有可用度指標(biāo)都為AI=0.9的條件下進(jìn)行比較分析，其固有可用度計(jì)算公式為[15]

(1)

3.2 仿真分析

1)系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)對(duì)兩種體制下支援搶修系統(tǒng)的影響。在MTBF從30 h增加到60 h和支援搶修系統(tǒng)的修復(fù)比例不變的情況下，基層級(jí)的平均故障修復(fù)時(shí)間不變，隨著MTBF的增加，三級(jí)體制下，各級(jí)支援搶修系統(tǒng)平均修復(fù)時(shí)間的變化，如圖3所示。

圖3 三級(jí)體制下平均修復(fù)時(shí)間與MTBF的變化圖

對(duì)于中繼級(jí)支援搶修系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間的指標(biāo)來(lái)說(shuō)，在保持固有可用度一定的情況下，裝備MTBF增加，單位周期內(nèi)故障次數(shù)減少，在總的工作時(shí)間一定時(shí)，總的故障時(shí)間一定，所以平均修復(fù)時(shí)間就要增加，從圖3中可以看出，MTBF從30 h增加到60 h，中繼級(jí)平均修復(fù)時(shí)間要從7 h增加到12 h左右；基地級(jí)平均修復(fù)時(shí)間要從18 h增加到38 h左右，這對(duì)支援搶修系統(tǒng)的要求降低。

若采用二級(jí)維修體制，在基層級(jí)的修復(fù)能力約為60%的情況下，二級(jí)體制下的基地級(jí)平均修復(fù)時(shí)間與MTBF變化的關(guān)系如圖4所示。隨著MTBF從30 h增加到60 h，二級(jí)體制下基地級(jí)平均修復(fù)時(shí)間從8 h增加到16 h左右，這樣的指標(biāo)要求對(duì)于基地級(jí)維修來(lái)說(shuō)是很難滿(mǎn)足的。根據(jù)目前基地級(jí)的搶修能力，一般來(lái)說(shuō)，基地級(jí)距基層級(jí)約有1 000多km，其平均修復(fù)時(shí)間都要在4 d(32 h)左右，所以這種情況下，如果采用二級(jí)維修體制，一要增加裝備的平均無(wú)故障時(shí)間MTBF，提高裝備的可靠性；二是增加基層級(jí)的修復(fù)能力，這樣基地級(jí)的修復(fù)次數(shù)減少，在同樣允許的修復(fù)時(shí)間條件下，基地級(jí)平均修復(fù)時(shí)間就會(huì)增加，符合基地級(jí)的要求；三是對(duì)基地級(jí)的修復(fù)手段進(jìn)行改進(jìn)，目前來(lái)說(shuō)，基地級(jí)支援搶修，花在路途上的時(shí)間約有1/3，如果采用遠(yuǎn)程支援技術(shù)，可將路途時(shí)間全部節(jié)省，將會(huì)大大降低基地級(jí)的平均故障修復(fù)時(shí)間，使其滿(mǎn)足二級(jí)體制的要求。

圖4 二級(jí)體制下平均修復(fù)時(shí)間與MTBF變化圖

2)平均每天工作時(shí)間(EGZSJ)的影響。在裝備平均無(wú)故障時(shí)間MTBF為50 h的情況下，平均每天工作時(shí)間從2 h到6 h的變化下，若采用三級(jí)體制，各級(jí)的平均修復(fù)時(shí)間指標(biāo)變化如圖5所示；二級(jí)體制的平均修復(fù)時(shí)間指標(biāo)變化如圖6所示。

圖5 三級(jí)體制下平均修復(fù)時(shí)間與EGZSJ的變化圖

圖6 二級(jí)體制下平均修復(fù)時(shí)間與EGZSJ的變化圖

從圖5和圖6可以看出：隨著平均每天工作時(shí)間EGZSJ的增加，兩種體制下，各級(jí)的平均修復(fù)時(shí)間都有所增加，幅度都不大，這種上升的趨勢(shì)可用固有可用度的定義來(lái)解釋。將固有可用度定義公式進(jìn)行變換可得：

(2)

從式(2)可以看出：在三級(jí)體制下，隨著EGZSJ的增加，中繼級(jí)和基地級(jí)的平均修復(fù)時(shí)間指標(biāo)都略有增加，較符合目前裝備維修保障的實(shí)際；但在二級(jí)體制下，隨著EGZSJ的增加，基地級(jí)平均修復(fù)時(shí)間指標(biāo)略有增加，當(dāng)EGZSJ為6 h時(shí)，二級(jí)體制的基地級(jí)平均修復(fù)時(shí)間指標(biāo)最大值為13 h，就目前各基地級(jí)維修機(jī)構(gòu)都不能滿(mǎn)足此要求。

3)修復(fù)比例的影響。新型裝備中繼級(jí)修復(fù)能力在減弱，基層級(jí)和基地級(jí)修復(fù)能力太強(qiáng)，所以就提出要向兩級(jí)體制轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，這里就以修復(fù)比例來(lái)體現(xiàn)各級(jí)的修復(fù)能力，修復(fù)比例的計(jì)算公式為

(3)

式(3)中：O、I和D分別表示基層級(jí)、中繼級(jí)和基地級(jí)；CO表示基層級(jí)修復(fù)的故障次數(shù)，I和D類(lèi)推；PO表示基層級(jí)修復(fù)比例，I和D類(lèi)推。

隨著基層級(jí)修復(fù)比例OXFBL的增加，兩種體制的平均修復(fù)時(shí)間指標(biāo)變化如圖7和圖8所示，在OXFBL為0.8時(shí)，三級(jí)體制下，中繼級(jí)平均修復(fù)時(shí)間指標(biāo)要求達(dá)到16 h左右，基地級(jí)平均修復(fù)時(shí)間指標(biāo)要求達(dá)到28 h左右，如圖7所示；而在二級(jí)體制下，基地級(jí)平均修復(fù)時(shí)間指標(biāo)要求達(dá)到30 h左右，這對(duì)于目前裝備支援搶修系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是可以滿(mǎn)足其要求的，也就是在OXFBL大于等于0.8時(shí)，可以采用二級(jí)體制。

圖7 三級(jí)體制下平均修復(fù)時(shí)間指標(biāo)與OXFBL的變化關(guān)系圖

圖8 二級(jí)體制下平均修復(fù)時(shí)間指標(biāo)與OXFBL的變化關(guān)系圖

4)遠(yuǎn)程支援技術(shù)的影響。故障處理時(shí)間如圖9所示。三級(jí)體制下，不同級(jí)別的維修機(jī)構(gòu)對(duì)于裝備故障處理時(shí)間都有一個(gè)平均值，比如說(shuō)路途時(shí)間，中繼級(jí)到基層級(jí)的平均距離約200 km，平均花費(fèi)3 h，而基地級(jí)距基層級(jí)至少1 000 km，一般要花一整天時(shí)間，這里就以一個(gè)工作日(8 h)為單程路途平均時(shí)間，這樣可得中繼級(jí)和基地級(jí)各項(xiàng)數(shù)據(jù)如表2所示。

圖9 故障處理時(shí)間關(guān)系圖

表2 兩級(jí)時(shí)間

注：括號(hào)內(nèi)為二級(jí)體制下時(shí)間

從表2可以看三級(jí)體制下，中繼級(jí)最小故障平均修復(fù)時(shí)間8.5 h，基地級(jí)為33 h。如果對(duì)傳統(tǒng)的維修技術(shù)手段不進(jìn)行改進(jìn)的話(huà)，結(jié)合前面的分析，只有OXFBL大于等于0.8時(shí)，采用二級(jí)體制的基地級(jí)平均修復(fù)時(shí)間才能滿(mǎn)足要求。分析上表2，花在路途的時(shí)間約50%，如果把路途時(shí)間節(jié)省下來(lái)，則采用二級(jí)體制更容易實(shí)現(xiàn)，可以采用遠(yuǎn)程支援技術(shù)，遠(yuǎn)程支援技術(shù)是武器裝備維護(hù)保障領(lǐng)域發(fā)展十分迅速的一項(xiàng)技術(shù)，是隨著高技術(shù)武器裝備的大量使用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展而產(chǎn)生的一種先進(jìn)的裝備保障手段[16]。它使一線(xiàn)技術(shù)人員與后方技術(shù)專(zhuān)家用網(wǎng)絡(luò)緊密的聯(lián)系在一起，為武器裝備的管理提供及時(shí)、準(zhǔn)確的指導(dǎo)。當(dāng)一線(xiàn)技術(shù)人員遇到短時(shí)間內(nèi)難以解決的故障時(shí)，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將裝備的各種技術(shù)參數(shù)，傳輸給后方的技術(shù)專(zhuān)家，以求支援；后方的技術(shù)專(zhuān)家在進(jìn)行分析研究后，迅速做出結(jié)論，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)前方的維護(hù)保障工作進(jìn)行實(shí)時(shí)指導(dǎo)，協(xié)助前方人員迅速、準(zhǔn)確地完成任務(wù)[17]。探討應(yīng)用這種技術(shù)，可以加快受損裝備的維修時(shí)間，以提高武器裝備的利用率，遠(yuǎn)程維修示意圖如圖10所示。

圖10 遠(yuǎn)程維修示意圖

這里針對(duì)遠(yuǎn)程支援技術(shù)，提出一種遠(yuǎn)程支援技術(shù)因子，用百分比PYZJ表示，它含義為有一定百分比PYZJ的維修任務(wù)可以通過(guò)遠(yuǎn)程支援技術(shù)來(lái)實(shí)施，這樣，二級(jí)體制下，基地級(jí)的平均故障處理時(shí)間與遠(yuǎn)程支援技術(shù)因子的關(guān)系如圖11所示，其最小處理時(shí)間是在PYZJ=1時(shí)，TDPJXFSJmin=16.5 h。

圖11 二級(jí)體制下基地級(jí)平均故障處理時(shí)間與PYZJ的關(guān)系圖

3.3 參數(shù)分析

在以上的系統(tǒng)中，努力提高一些參數(shù)，如基層級(jí)修復(fù)比例等，可以大大降低維修保障系統(tǒng)的指標(biāo)要求，因此，模型具有一定的實(shí)用性。通過(guò)對(duì)MTBF、EGZSJ、修復(fù)比例和遠(yuǎn)程支援技術(shù)的分析，綜合考慮可得在采用二級(jí)體制下的裝備MTBF、EGZSJ、基層級(jí)修復(fù)比例OXFBL和遠(yuǎn)程支援技術(shù)之間的關(guān)系。

1)MTBF與PYZJ的關(guān)系。在圖5中，OXFBL=0.6，EGZSJ=2，只有在MTBF≥60時(shí)，才能滿(mǎn)足該要求TDPJXFSJ≥TDPJXFSJmin，實(shí)行二級(jí)體制。因此分析在60≤MTBF≤120間PYZJ的關(guān)系圖，如圖12，從圖中可看出不同的MTBF對(duì)PYZJ的最低要求值，MTBF越大，對(duì)遠(yuǎn)程支援技術(shù)要求就越低。

圖12 PYZJ與MTBF的關(guān)系圖

2)EGZSJ與PYZJ的關(guān)系。從圖8中可以看出，OXFBL=0.6，MTBF=50，隨著EGZSJ增大，其TDPJXFSJ都小于TDPJXFSJmin，所以，只有改善OXFBL和MTBF參數(shù)，才能實(shí)行二級(jí)體制。

3)OXFBL與PYZJ的關(guān)系。OXFBL與PYZJ的關(guān)系如圖13所示,MTBF=50，EGZSJ=4，在OXFBL<0.68時(shí)，TDPJXFSJ0.84時(shí)，TDPJXFSJ>32.5，沒(méi)有遠(yuǎn)程支援技術(shù)也能滿(mǎn)足要求，可以實(shí)行二級(jí)體制。

圖13 OXFBL與PYZJ的關(guān)系

4 結(jié)論

地空導(dǎo)彈武器裝備作為典型的復(fù)雜裝備系統(tǒng)，其搶修任務(wù)之間存在著關(guān)聯(lián)性和約束性，搶修任務(wù)分配問(wèn)題具有一定的特殊性和復(fù)雜性，只有在充分考慮裝備的MTBF、OXFBL和PYZJ的實(shí)際情況下，才能選擇合適的維修體制。