高穎杰，曹繼平，雷 寧，王清曉

(火箭軍工程大學 作戰(zhàn)保障學院，陜西 西安 710025)

隨著科技水平進步，裝備向信息化、智能化方向大力發(fā)展，結(jié)構(gòu)組成更加復雜、涉及領域更加廣泛，裝備的使用方式、損壞機理、故障規(guī)律和保障特點都發(fā)生了深刻變化，及時修復故障裝備對部隊完成戰(zhàn)斗任務至關(guān)重要。當前部隊各級維修機構(gòu)維修資源配置不足及過剩的問題同時存在，因此，了解維修保障資源需求的規(guī)律，做好資源需求預測及配置優(yōu)化，對裝備可用度保持和裝備壽命周期費用控制影響重大。

1 裝備維修保障資源配置的目標

維修保障資源，根據(jù)《中國人民解放軍軍語》(2011年版)定義，是“可用于維修保障的人力、物力、財力、信息等資源的統(tǒng)稱”。該定義包括了維修保障過程的相關(guān)要素，比較全面?！熬S修保障資源配置”可理解為靜態(tài)，指資源分配后的結(jié)果和表現(xiàn)形式；也可理解為動態(tài)，指為達到保障要求，對資源進行籌措分派的過程。

2 優(yōu)化研究現(xiàn)狀

關(guān)于裝備維修保障資源配置優(yōu)化研究，國外始于上世紀60年代，研究成果已形成一套完整的理論體系[1-4]。我軍于上世紀80年代開展相關(guān)研究，取得了一些成果，當前新形勢下，武器裝備無論是數(shù)量、種類、型號等都快速增加，特點呈現(xiàn)系統(tǒng)化、信息化、智能化、集成化，對裝備維修保障資源配置的要求也更趨于“適時、適地、適量”，相關(guān)研究逐漸增多，主要包括如下方面。

2.1 裝備維修人力優(yōu)化

裝備操作使用與維護排故都需要人的參與，人員是維修保障能力的核心。配發(fā)給基層部隊的裝備，在使用中會產(chǎn)生故障，如果沒有專業(yè)修理人員進行維修保障，那么裝備就不能發(fā)揮應有的效能。維修人力資源配置優(yōu)化，使用較多的方法有以下3種。

2.1.1 維修工作分析法

維修工作分析法以維修視角將任務分解為不同階段，得出裝備使用環(huán)境、使用方式和使用時間等參數(shù)，結(jié)合以可靠性為中心的維修分析(Reliability Centered Maintenance Analysis，RCMA)和修理級別分析(Level Of Repair Analysis，LORA)方法分析得到裝備維修需求，根據(jù)維修程序?qū)⒕S修需求轉(zhuǎn)變?yōu)榫S修工序，之后分析每一工序?qū)S修人員的需求，整合后就得到整個任務對維修人員的需求。文獻[5]采用導彈使用與維修任務分析方法，將裝備的使用與維護活動分解為流程步驟，通過整合各步驟維修資源需求，完成了導彈維修資源需求的預測。文獻[6]針對部隊任務背景，通過維修任務分解建立了維修人員工時矩陣，以維修工單位時間費耗為約束，總費耗最低為優(yōu)化目標建模，求解得出維修人員配備的可接受次優(yōu)解。維修工作分析法計算人員數(shù)量確定精度較高，但任務分析過程龐大復雜，且參數(shù)指標大多以全年維修量為單位，未考慮人員編組情況及維修任務的隨機性和動態(tài)性。

2.1.2 排隊論法

排隊論(Queuing Theory)，在運籌學中是一項重要的分析方法，當裝備出現(xiàn)故障需要維修時，到達維修場所的時間是隨機的，所以維修服務需求是一個隨機過程，因而可以用排隊論法確定維修資源需求，使所需費用最小或某些指標最優(yōu)。文獻[7]采用排隊論方法，以平均等待時間為優(yōu)化目標建立了求解模型。文獻[8]、[9]采用排隊論的方法，進行實驗室人員需求規(guī)劃和軟件維護人員需求預測。基于排隊論的方法，要求裝備出現(xiàn)故障的多少與起始時間無關(guān)，而與統(tǒng)計時間段有關(guān)。但對于預防性維修，由于故障規(guī)律不符合前提條件，所以不能用排隊論法確定。

2.1.3 最小維修單元法

最小維修單元就是指能獨自完成給予維修任務的最簡資源組合，主要包括修理人員、維修設備和工具、材料和備件等[10]。該方法通過分析完成維修任務對最小維修單元的需求數(shù)量，進而得出維修所需的修理工數(shù)量。文獻[11]基于最小維修單元，構(gòu)建了維修人員預測算法。文獻[12]基于最小維修單元法，區(qū)分維修人員專業(yè),建立了人員需求預測方法模型。但該方法在確定最小維修單元配置上，需結(jié)合不同任務內(nèi)容與不同裝備特點來分別建模，通用性不強。

2.2 裝備維修物力優(yōu)化

裝備維修保障物力資源主要指維修器材及維修場地、設備和材料等[13]。關(guān)于維修設備配置的優(yōu)化，主要以設備平均滿足率為優(yōu)化目標，以設備利用率、設備運維費和設備規(guī)模等為約束條件[14]，運用Petri網(wǎng)[15]、排隊論[16]等理論進行建模，采用遺傳算法、粒子群算法等智能算法[17]及組合算法等進行求解，得出維修保障設備的最佳配置方案。

備件是維修器材的一部分，另外還包括工具和附品。據(jù)不完全統(tǒng)計，備件消耗經(jīng)費占到裝備保障總經(jīng)費的1/3左右，開展備件配置的優(yōu)化研究很有意義，研究主要體現(xiàn)在3個方面。

一是備件需求預測。通過優(yōu)化精準預測備件種類和數(shù)量需求，為合理分配打下基礎。文獻[18]兼顧備件需求和修理組件類型，提出了使用零件維修信息來預測備件需求的兩步法模型。文獻[19]對粗糙集理論進行改進后提出了變精度粗糙集，并利用該理論構(gòu)建了基于戰(zhàn)時的裝備維修保障資源配置優(yōu)化模型，對不同精度條件下的多資源點、多需求點下的維修資源進行配置和優(yōu)化。文獻[20]提出了一種結(jié)合了信息標準、回歸建模和人工神經(jīng)網(wǎng)絡的混合備件需求預測方法。

二是資源點設置。通過對資源儲備點的數(shù)量及點位部署進行優(yōu)化，使裝備維修備件獲得效率最高。文獻[21]運用物流場理論的思想與方法，建立了車輛裝備維修器材的戰(zhàn)備儲備布局優(yōu)化評價模型，為資源點位設置提供了可選方法。文獻[22]提出了一種基于魯棒優(yōu)化的維修器材倉庫選址模型，有效避免了參數(shù)擾動的影響。

三是庫存調(diào)控。通過調(diào)整備件庫存種類數(shù)量，優(yōu)化備件補充及出庫模式，從而減少庫存運行費，縮短響應時間。文獻[23]提出了基于均勻交叉遺傳算法的多產(chǎn)品庫存優(yōu)化模型。當前維修保障體制逐步由三級向兩級發(fā)展，文獻[24]基于虛擬庫存理論建立兩級庫存模型，提高了備件庫存控制度并縮減了管理經(jīng)費。文獻[25]基于多屬性分類方法構(gòu)建庫存策略矩陣，確定備件最佳調(diào)控策略。

裝備維修保障物力資源配置優(yōu)化，主要是基于裝備可用度、資源數(shù)量、所需經(jīng)費等約束條件進行建模，采用智能算法優(yōu)化，并進行仿真驗證模型可用性，從而完成對裝備維修物力資源配置的優(yōu)化。

2.3 裝備維修經(jīng)費優(yōu)化

裝備維修保障經(jīng)費是部隊保持裝備完好性、確保裝備效能發(fā)揮不可或缺的支出，但經(jīng)費不是無限的，為提高裝備維修保障經(jīng)費的使用成效，需對裝備維修經(jīng)費配置進行優(yōu)化。近年經(jīng)費配置優(yōu)化的研究主要在經(jīng)費預測和分配兩方面，優(yōu)化目標有兩個，一是相等費用情況下裝備維修效能最大，二是相等效能情況下裝備維修費最小[26]。文獻[27]在裝甲裝備基層級維修經(jīng)費需求預測上，突出主要影響因子構(gòu)建出模型，指導基層級經(jīng)費配置。文獻[28]采用數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)技術(shù)，構(gòu)建出艦船裝備維修經(jīng)費的預測模型。當前關(guān)于維修經(jīng)費配置優(yōu)化的研究還比較少，需要進一步的深入。

2.4 裝備維修信息優(yōu)化

維修保障信息資源是指在裝備維修工作中產(chǎn)生的所有信息資源和信息活動的總和，能充分反映維修過程中的狀態(tài)和特征[29]。當前裝備機關(guān)對維修分隊維修能力、資源底數(shù)不清楚，維修分隊對維修需求不掌握的難題依然存在。通過維修保障信息化體系設計、維修信息規(guī)范化采集以及信息資源智能化運用技術(shù)的研究，可以實現(xiàn)維修保障信息資源充分共享，縮短維修感知與響應時間，提高裝備維修保障效率。文獻[30]基于遠程狀態(tài)監(jiān)測和E-維修理論對海軍導彈維修關(guān)鍵性技術(shù)進行分析。文獻[31]對裝備維修信息資源采集與管理方面的問題進行分析，并提出解決策略。文獻[32]通過對海量維修信息進行分析并分類重組，有效去除了數(shù)據(jù)冗余，提高了裝備維修效率。隨著信息網(wǎng)絡的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、3D打印和人工智能的廣泛運用，裝備維修領域的信息資源管理與運用將會明顯提升。

3 優(yōu)化研究存在問題

通過文獻分析，當前裝備維修保障資源配置優(yōu)化研究存在以下問題：

一是配置優(yōu)化研究不平衡。一方面，基于人力、物力資源配置優(yōu)化的研究較多，對經(jīng)費與信息資源優(yōu)化的研究較少。例如新式裝備信息化程度高，由裝備系統(tǒng)計算機軟件缺陷和錯誤引起的裝備故障越來越多，這類故障不是僅更換備件就能排除的，必需加強裝備維修信息化方面的研究。另一方面，基于考慮某一個或幾個因素影響的配置優(yōu)化研究多，而基于裝備全壽命周期與裝備維修保障資源體系的配置優(yōu)化研究較少。

二是優(yōu)化模型通用性不高。一方面裝備維修保障資源配置優(yōu)化模型多是某種背景下基于某具體型號裝備的特點建立，導致模型間聯(lián)系不緊、差異大，通用性不高。另一方面，算法運用多是傳統(tǒng)算法(例如統(tǒng)計法、解析法、經(jīng)驗法等)[33]和啟發(fā)式算法(遺傳、神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機、模擬退火等)的獨立運用，單一算法都存在局限性，算法的結(jié)合運用較少。

三是地方研究機構(gòu)參與度不高。從事裝備維修保障資源配置優(yōu)化研究的單位主要是陸軍工程大學、陸軍裝甲兵學院、國防科技大學、海軍工程大學等軍事科研機構(gòu)[34]。在當前軍民融合大背景下，地方科研機構(gòu)參與研究的力度不夠，而地方物流技術(shù)、供應鏈技術(shù)、故障檢測技術(shù)等對提升裝備維修保障資源配置優(yōu)化水平上有很大幫助。

4 優(yōu)化研究展望

4.1 基于事例推理的維修保障資源配置優(yōu)化研究

基于事例的推理技術(shù)(CBR)是充分獲取過去求解問題的成功經(jīng)驗來解決新問題的一種方法[35]。該方法將過去裝備維修資源配置優(yōu)化的成功案例視為配置優(yōu)化最優(yōu)解，并借助計算機將事例形成數(shù)據(jù)知識庫系統(tǒng)，針對新問題進行相似案例搜索，得到建議解，經(jīng)過修正后得出新問題的資源配置優(yōu)化方案，并作為新案例錄入案例庫。此方法能夠有效利用過去裝備維修資源配置優(yōu)化中的成功經(jīng)驗，同時避免了個人經(jīng)驗帶來的局限干擾。在當前大數(shù)據(jù)背景下，豐富的事例數(shù)據(jù)庫為新問題的求解提供了強大的支撐，是今后研究的一個新方向。

4.2 基于信息化智能化技術(shù)運用的資源配置優(yōu)化研究

新裝備信息化、智能化水平不斷提升，傳統(tǒng)的經(jīng)驗法、類比法已不能滿足需求，信息化、智能化技術(shù)在裝備維修資源配置中的應用逐漸深入。在裝備故障預測方面，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機[36]的自主式、智能化診斷提高了故障預測的準確性。維修資源需求配置方面，基于物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星定位、射頻條形碼感應識別等技術(shù)的可視化系統(tǒng)，縮短了響應時間，通過計算機與軟件集成，使裝備維修保障資源與維修保障需求實時溝通，通過配置優(yōu)化系統(tǒng)，輸出所需的裝備維修保障資源配置方案，為決策者提供選擇。維修資源供應方面，結(jié)合計算機輔助技術(shù)、物流與供應鏈技術(shù)，使所需維修資源以最短時間送達，減少修理等待時間，確保裝備正常運行，恢復和保持部隊戰(zhàn)斗力。

4.3 基于軍民融合的資源配置優(yōu)化研究

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中裝備維修保障任務異常繁重，但軍隊儲備的資源有限，難以滿足長期需求。為解決上述問題，在軍民融合式發(fā)展思想引領下，通過依托社會化保障資源，探索研究軍民融合一體化維修保障模式，達到減輕部隊庫存壓力，增強維修資源供應能力的目的。美軍在伊拉克戰(zhàn)爭中依靠“現(xiàn)役、預備役、合同商”等多元保障力量，為美軍部隊提供了強有力的裝備維修保障，使裝備長期處于高可用度。下步基于軍民融合一體化維修保障架構(gòu)的建立，維修保障資源供應儲存模式優(yōu)化以及維修保障活動運行制度機制的制定，都將是研究的熱點。

5 結(jié)束語

掌握裝備維修保障資源需求規(guī)律，做好需求預測及配置優(yōu)化，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中意義重大。當前，我國在裝備維修保障資源配置優(yōu)化方面取得了一定科研成果，但同西方發(fā)達國家尚存在較大差距，在戰(zhàn)場態(tài)勢感知、資源自主式配置、備件智能化配送方面仍需開展深入研究。隨著軍隊信息化程度的提高，裝備使用數(shù)據(jù)更加豐富準確，資源需求預測更加精準，資源配置的效率更高，將對實現(xiàn)維修保障資源的科學管理、保持裝備戰(zhàn)斗力和降低裝備全壽命周期費用做出更大貢獻。