趙 美，史憲銘，徐健昆，朱城源

（1.軍械工程學(xué)院，河北 石家莊 050003；2.77256部隊，云南 昆明 650224）

0 引言

維修器材在部隊裝備保障工作中占有十分重要的位置，是平時保證裝備良好戰(zhàn)備狀態(tài)，戰(zhàn)時保持和恢復(fù)裝備戰(zhàn)斗力的重要因素[1]。無論平時還是戰(zhàn)時，裝備的使用和維修都需要大量的維修器材。而隨著新時期我軍建設(shè)和發(fā)展目標(biāo)的變化，以及高新技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用，武器裝備愈來愈復(fù)雜，導(dǎo)致所需維修器材品種急劇增加。再加上器材使用情況復(fù)雜、消耗數(shù)據(jù)收集困難，造成裝備維修器材消耗難以精確計算、器材消耗規(guī)律難于把握。因此，通過科學(xué)的方法確定裝備維修所需器材的品種和數(shù)量，研究裝備損壞和器材消耗規(guī)律，是做好裝備維修器材管理的關(guān)鍵問題，也是提高裝備完好率的重要保障。

傳統(tǒng)的器材消耗預(yù)測方法主要將重點放在微觀層面對具體的器材消耗量的計算上，存在著所需樣本數(shù)據(jù)量大、影響因素考慮較少、計算復(fù)雜，所構(gòu)建模型不能反映器材消耗的動態(tài)變化情況等不足[2-3]，因此本文選擇具有“戰(zhàn)略和策略實驗室”[4]美稱的系統(tǒng)動力學(xué)（System Dynamics，SD）方法，按照對影響因素宏觀把握和微觀分析的基本思想，通過建立器材消耗預(yù)測的系統(tǒng)動力學(xué)模型，研究器材消耗的規(guī)律性，為做好裝備維修器材的戰(zhàn)備儲備和平時保障工作提供方法支撐和科學(xué)指導(dǎo)。

1 裝備維修器材平時消耗影響因素分析

裝備維修器材消耗是指在一定時間內(nèi)、一定條件下使一定數(shù)量裝備保持規(guī)定狀態(tài)所使用的器材品種和數(shù)量[5]。裝備維修器材的消耗途徑一般來說有維修消耗、儲存消耗和管理丟失[5]。其中，維修消耗主要是預(yù)防性維修消耗和故障后維修消耗，是引起維修器材消耗的主要途徑。因此，本文在進(jìn)行裝備維修器材消耗預(yù)測的前期分析時，將圍繞裝備維修過程考慮以下影響因素：

（1）裝備實力。裝備實力是指參戰(zhàn)部隊編配裝備數(shù)量。裝備實力對裝備維修器材消耗的影響是顯而易見的，裝備實力越大，器材消耗量必然越高。

（2）裝備故障率。故障率反映了裝備本身的設(shè)計、制造水平，其大小直接影響著裝備維修器材的消耗水平。故障率高，發(fā)生故障次數(shù)增多，消耗維修器材增多。

（3）維修任務(wù)量。維修任務(wù)量包括預(yù)防性維修任務(wù)量和故障后維修任務(wù)量。預(yù)防性維修任務(wù)量是指一個單位當(dāng)年所承擔(dān)的定期維修任務(wù)，主要是裝備的大、中、小修。故障后維修任務(wù)量是一個單位當(dāng)年所承擔(dān)的裝備故障修理任務(wù)，屬于修復(fù)性維修。顯然，維修任務(wù)量越大，器材消耗量越多。

（4）使用強(qiáng)度。使用強(qiáng)度影響器材消耗水平主要體現(xiàn)在兩個方面：一是增加裝備定期維修次數(shù)；二是增大裝備損壞的概率。

（5）使用環(huán)境。使用環(huán)境主要是指裝備所在環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)沙、腐蝕等條件，使用環(huán)境變化將會影響裝備的可靠性，進(jìn)而影響維修器材的消耗。

（6）操作水平。操作水平包含兩方面的內(nèi)容，一是裝備使用人員是否按章操作，二是操作是否熟練。不按規(guī)定和要求操作或是操作不熟，將增大元器件損壞的概率，從而影響器材消耗。

（7）管理水平。管理水平包括裝備管理水平和器材管理水平。裝備管理水平的高低影響著裝備的使用壽命和故障率，器材管理水平的高低影響著器材的包裝、儲存和保養(yǎng)狀況，進(jìn)而影響器材的消耗水平。

（8）儲存壽命。維修器材長期儲存或長期不工作將存在一定的退化，從而影響儲存壽命，造成器材的儲存損耗。

2 裝備維修器材平時消耗預(yù)測SD模型

2.1 系統(tǒng)動力學(xué)的建模思路

系統(tǒng)動力學(xué)（System Dynamics，SD）方法的創(chuàng)始人為美國麻省理工學(xué)院的福瑞斯特教授，它是建立在控制論、系統(tǒng)論和信息論基礎(chǔ)上研究復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)運行的一種計算機(jī)模擬方法。它能從系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)入手研究系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的相互作用構(gòu)造系統(tǒng)模型，并通過計算機(jī)模擬軟件展示模型實施各種不同策略方案的仿真結(jié)果，尋求解決問題的正確途徑[6]。

系統(tǒng)動力學(xué)模型是一種因果機(jī)制性模型。首先，通過對影響器材消耗的各關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)要素變量及其相互關(guān)系，構(gòu)建系統(tǒng)因果關(guān)系圖。然后，在因果圖的基礎(chǔ)上，繪制相應(yīng)的系統(tǒng)流圖，用來將各變量之間的關(guān)系定量化、程序化。最后，通過系統(tǒng)動力學(xué)專用軟件Vensim實現(xiàn)模型的運行與結(jié)果輸出，并通過政策試驗，來驗證模型的有效性和對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。

2.2 裝備維修器材消耗SD模型

2.2.1 系統(tǒng)邊界設(shè)定。系統(tǒng)的邊界是一個想象的輪廓，把建模目的所考慮的內(nèi)容包括進(jìn)去，而與其他部分隔開，在邊界內(nèi)部，凡是涉及與所研究問題有重要關(guān)系的概念和變量均要考慮進(jìn)模型，反之，排除在模型之外。本文在對裝備維修器材消耗的諸多影響因素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，簡化掉次要因素，選取現(xiàn)有裝備數(shù)量、戰(zhàn)損裝備數(shù)量、戰(zhàn)損裝備器材消耗量和維修器材損失量等作為主要變量對裝備維修器材消耗進(jìn)行預(yù)測研究。

2.2.2 因果關(guān)系分析。因果關(guān)系分析是用因果關(guān)系圖來表示變量與變量之間的相互關(guān)系，該方法有利于把握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，了解系統(tǒng)的動態(tài)行為。裝備維修器材消耗因果關(guān)系如圖1所示，圖中帶+號的箭頭表示正因果關(guān)系，即一個變量的增加會引起另一個變量的增加；帶-號的箭頭表示負(fù)因果關(guān)系，即一個變量的增加會引起另一個變量的減少。

由圖1可知，在整個裝備維修器材消耗系統(tǒng)中，影響器材消耗的主要因素有：維修器材損失量、預(yù)防性維修器材消耗量和故障后維修器材消耗量。其中，維修器材損失量包括自然損耗和人為損耗，自然損耗主要受儲存壽命的影響，人為損耗主要受維修人員操作水平和管理水平的影響；預(yù)防性維修器材消耗量主要是裝備的大中小修以及平時的維護(hù)保養(yǎng)所消耗的維修器材量；故障后維修器材消耗量是裝備故障后，由于排除故障的需要而造成的器材損耗。

2.2.3 系統(tǒng)流圖的建立。因果關(guān)系圖只能定性地描述裝備維修器材消耗的反饋機(jī)制，不能區(qū)分不同性質(zhì)的變量，要對器材消耗量進(jìn)行預(yù)測，必須進(jìn)一步將其量化為相應(yīng)的流圖。在圖1基礎(chǔ)上生成的系統(tǒng)流圖，如圖2所示。

圖2中用于描述各變量數(shù)學(xué)關(guān)系的主要動力學(xué)方程如下：（1） 現(xiàn)有裝備數(shù)量=INTEG（補(bǔ)充速度-故障速度，100）；（2）故障裝備數(shù)量=INTEG（故障速度-修復(fù)速度，0）；（3） 故障率=故障率表（Time）*操作水平影響因子*環(huán)境影響因子*裝備使用強(qiáng)度影響因子；（4）維修器材消耗量=維修器材損失量+故障后維修消耗量+預(yù)防性維修器材消耗量；（5）維修器材損失量=自然損耗+人為損耗；（6）故障后維修器材消耗量=單裝用量*修復(fù)速度；（7）預(yù)防性維修器材消耗量=維修標(biāo)準(zhǔn)*預(yù)防性維修任務(wù)量。

其他變量間的運算關(guān)系鑒于篇幅所限，在此不再詳述。

3 裝備維修器材消耗預(yù)測仿真分析

對裝備維修器材消耗進(jìn)行仿真預(yù)測，首先要進(jìn)行仿真條件設(shè)定。本文假設(shè)某部隊某型裝備實力為120，現(xiàn)有裝備100，裝備故障后可以通過維修得到持續(xù)增補(bǔ)，不考慮時間延遲。預(yù)防性維修器材消耗按照中小修消耗標(biāo)準(zhǔn)和間隔期進(jìn)行計算，故障后維修器材消耗按故障裝備數(shù)量計算。由于消耗標(biāo)準(zhǔn)和間隔期均為常量，而裝備故障率為變量，且受多重因素影響，故本次仿真選取“故障率”作為輸入變量，并通過改變輸入變量取值分析器材消耗的變化情況。

美軍對裝備的故障率做了深入研究，并總結(jié)出6種典型模式故障率曲線[3]。限于篇幅，這里僅選取其中2種作為輸入?yún)⒖贾颠M(jìn)行仿真分析，如圖3、圖4所示。仿真時間參考裝備的生命周期設(shè)置為24年，仿真步長設(shè)為0.125，仿真采用系統(tǒng)動力學(xué)專用Vensim軟件平臺，結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5、圖6的仿真結(jié)果表明，裝備維修器材的消耗情況隨著裝備故障率的不同而發(fā)生變化。當(dāng)裝備故障率趨于穩(wěn)定時，器材消耗情況也隨之收斂為一個定值，說明模型對參數(shù)變化不敏感，模型結(jié)構(gòu)良好，采用系統(tǒng)動力學(xué)方法進(jìn)行器材消耗預(yù)測是可行的。當(dāng)然，在實際運用時，還可以根據(jù)實際情況對模型進(jìn)行擴(kuò)充。

4 結(jié) 論

本文從器材消耗的源頭“故障裝備”出發(fā)，綜合考慮了影響器材消耗的各類主要因素，構(gòu)建了裝備維修器材消耗預(yù)測的系統(tǒng)動力學(xué)模型。該模型簡化了器材消耗預(yù)測的程序與步驟，克服了以往大多從微觀角度分析預(yù)測器材消耗量的不足。通過運用Vensim軟件對裝備維修器材消耗情況進(jìn)行仿真預(yù)測，驗證了采用系統(tǒng)動力學(xué)方法進(jìn)行裝備維修器材消耗預(yù)測的可行性，同時為做好裝備維修器材保障的籌措與供應(yīng)工作提供了新的方法支持。

[1] 曹軍海，杜海東.基于平滑指數(shù)仿真優(yōu)化的裝甲裝備器材消耗預(yù)測[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2013,25(8):1961-1965.

[2] 王宏焰，高崎，王家鵬.裝備維修器材消耗預(yù)測綜述[J].四川兵工學(xué)報，2008,29(5):92-94.

[3] 董鑫，宋貴寶，徐珂文.器材消耗預(yù)測方法綜述[J].四川兵工學(xué)報，2011,32(9):147-150.

[4]胡玉奎.系統(tǒng)動力學(xué)——戰(zhàn)略與策略實驗室[M].杭州：浙江人民出版社，1988:24-36.

[5] 高崎.軍械維修器材管理學(xué)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2012:67-71.

[6] 王其藩.系統(tǒng)動力學(xué)[M].上海：上海財經(jīng)大學(xué)出版社，2009:31.