但 偉，張建元，韓 坤，許 藝

（1.裝甲兵工程學(xué)院，北京 100072；2.95969部隊(duì)，湖北 武漢 432200）

0 引 言

裝備備件是組成裝備的所有可拆成單元的組件、部件和零件的總稱，通常指完成裝備維修所需的轉(zhuǎn)用組件、部件和零件[1]。備件是裝備實(shí)施維修的重要物質(zhì)資源之一，使保障裝備處于良好狀態(tài)，保持戰(zhàn)斗力的重要因素。備件消耗預(yù)測(cè)通常是根據(jù)備件的可靠性等參數(shù)或備件消耗歷史數(shù)據(jù)來(lái)確定未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)備件可能的消耗品種和數(shù)量。但對(duì)于新型裝備，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且缺少備件消耗的歷史數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)方法很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)備件的消耗規(guī)律。為此，本文提出基于仿真的備件消耗預(yù)測(cè)方法。

由于備件是在裝備維修過(guò)程中消耗的，本文首先分析了裝備維修保障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成和運(yùn)行規(guī)律，在此基礎(chǔ)上建立面向仿真的裝備維修保障模型，包括裝備使用任務(wù)模型、裝備系統(tǒng)模型、維修保障系統(tǒng)模型、使用與維修保障活動(dòng)模型。通過(guò)運(yùn)行裝備維修保障模型，產(chǎn)生備件消耗的品種和數(shù)量。

1 裝備維修保障系統(tǒng)分析

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成

裝備維修一般采用的是三級(jí)維修保障體制，即基層級(jí)、中繼級(jí)和基地級(jí)。每一級(jí)別都配備有相應(yīng)的維修機(jī)構(gòu)和維修器材倉(cāng)庫(kù)。保障系統(tǒng)的基層級(jí)維修，對(duì)應(yīng)于部隊(duì)（團(tuán)級(jí)及以下）的基層級(jí)修理所，中繼級(jí)維修對(duì)應(yīng)軍師級(jí)維修單位，基地級(jí)維修對(duì)應(yīng)于基地級(jí)（或支援級(jí)）修理機(jī)構(gòu)。這三級(jí)維修主要負(fù)責(zé)對(duì)故障單元的修理或報(bào)廢?；鶎蛹?jí)庫(kù)存負(fù)責(zé)向裝備提供所需的備件，而且接收基層級(jí)維修修復(fù)后的故障件作為備件儲(chǔ)存；中繼級(jí)庫(kù)存負(fù)責(zé)向基層級(jí)庫(kù)存供應(yīng)所需備件，接受中繼級(jí)維修修復(fù)后的故障件作為備件儲(chǔ)存；基地級(jí)庫(kù)存負(fù)責(zé)向中繼級(jí)庫(kù)存供應(yīng)所需備件，接收基地級(jí)維修修復(fù)后的故障件作為備件儲(chǔ)存，而且承擔(dān)備件的購(gòu)置任務(wù)[2-3]。裝備維修保障系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 裝備維修保障系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)運(yùn)行分析

若裝備中某一可更換單元（零部件、組件或模塊等）出現(xiàn)故障后，它被馬上從裝備中拆下并送基層級(jí)維修部門進(jìn)行修理，與此同時(shí)，基層級(jí)庫(kù)存如果有該種備件，則立即實(shí)施供應(yīng)并將其安裝到裝備上。對(duì)于故障單元，基層級(jí)修理部門首先判斷該故障是否可以在本級(jí)修理，如果可修復(fù)，則進(jìn)行修理并將修復(fù)件送往本級(jí)儲(chǔ)存；否則，就將該故障件送中繼級(jí)修理部門修理。同時(shí)，從中繼級(jí)庫(kù)存領(lǐng)一個(gè)備件送到基層級(jí)儲(chǔ)存，如此時(shí)中繼級(jí)無(wú)該備件，則判斷該故障件是否能修復(fù)，如果可以修復(fù)，就將其修復(fù)后送回基層級(jí)；否則，將其送往基地級(jí)維修。如果可修則將修復(fù)件送往基層級(jí)，若不可修則直接請(qǐng)領(lǐng)一個(gè)備件送基層級(jí)儲(chǔ)存。在保障的過(guò)程中將產(chǎn)生備件、維修人員和費(fèi)用（只考慮運(yùn)輸費(fèi)用和基地級(jí)維修工時(shí)費(fèi)）的需求[4]。

2 面向仿真的裝備維修保障模型

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外諸多維修保障模型的研究和分析，裝備維修保障建模以對(duì)裝備系統(tǒng)及其維修保障系統(tǒng)的建模為核心，包括裝備使用任務(wù)建模、裝備系統(tǒng)建模、維修保障系統(tǒng)建模和使用與維修保障活動(dòng)建模[5]。

2.1 裝備使用任務(wù)建模

裝備使用任務(wù)建模以對(duì)任務(wù)或者裝備系統(tǒng)的使用想定、使用方案為建模描述對(duì)象，描述任務(wù)的發(fā)生、任務(wù)剖面、任務(wù)內(nèi)容、任務(wù)時(shí)間、任務(wù)約束、任務(wù)成功條件以及任務(wù)執(zhí)行中突發(fā)事件的處理等。任務(wù)剖面為產(chǎn)品在完成規(guī)定任務(wù)這段時(shí)間內(nèi)所經(jīng)歷的事件和環(huán)境的時(shí)序描述，其中包括任務(wù)成功或故障的判斷準(zhǔn)則。對(duì)于完成一種或多種任務(wù)的產(chǎn)品都應(yīng)制定一種或多種任務(wù)剖面。裝備使用任務(wù)模型是仿真過(guò)程的輸入，裝備在任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程中將產(chǎn)生維修任務(wù)[6]。

2.2 裝備系統(tǒng)建模

建立裝備本身的結(jié)構(gòu)模型、可靠性模型等。裝備結(jié)構(gòu)模型描述裝備各個(gè)功能單元的層次關(guān)系，包括單元間的從屬關(guān)系和各個(gè)單元的數(shù)量，如可能還需提供父單元與子單元的運(yùn)行比。裝備結(jié)構(gòu)模型通?？梢援a(chǎn)品樹(shù)的形式進(jìn)行描述。系統(tǒng)可靠性模型是以系統(tǒng)的可靠性框圖的形式表現(xiàn)裝備各功能單元之間的關(guān)系。它反映了系統(tǒng)的各個(gè)功能單元對(duì)整個(gè)系統(tǒng)可靠性的影響。

2.3 維修保障系統(tǒng)建模

建立裝備保障系統(tǒng)的概念模型，描述裝備保障機(jī)構(gòu)的組成、位置、保障資源配置、保障關(guān)系、保障規(guī)則等。對(duì)裝備使用分隊(duì)，應(yīng)描述其裝備種類、數(shù)量，戰(zhàn)備車數(shù)量等；對(duì)于維修機(jī)構(gòu)，應(yīng)描述其所承擔(dān)的維修工作范圍，維修工作任務(wù)的資源需求和工作時(shí)間分布，以及與使用分隊(duì)的保障關(guān)系及故障裝備維修的排隊(duì)規(guī)則；對(duì)于備件供應(yīng)單位，必須描述清楚其備件的品種、數(shù)量、庫(kù)存控制模型、供應(yīng)保障的排隊(duì)規(guī)則等。這些信息是仿真系統(tǒng)模擬保障系統(tǒng)工作過(guò)程的關(guān)鍵。

2.4 使用與維修保障活動(dòng)建模

對(duì)使用與維修保障活動(dòng)進(jìn)行建模，是將保障裝備的使用與維修工作區(qū)分為各種工作類型和分解為作業(yè)步驟進(jìn)行詳細(xì)分析，以確定工作頻度、工作間隔、工作時(shí)間，需要的備件、保障設(shè)備、保障設(shè)施、技術(shù)資料，各維修級(jí)別所需的人員數(shù)量、維修工時(shí)及技能等要求。維修活動(dòng)可以分為預(yù)防性維修和修復(fù)性維修。武器裝備需要不斷地進(jìn)行預(yù)防性維修，以減少故障的發(fā)生，保持其可用狀態(tài)，通過(guò)修復(fù)性維修對(duì)發(fā)生故障后的武器裝備進(jìn)行修復(fù)，以恢復(fù)其可用狀態(tài)[7]。

（1）預(yù)防性維修：預(yù)防性維修活動(dòng)與任務(wù)數(shù)量、任務(wù)時(shí)間、日歷時(shí)間參數(shù)有關(guān)。為了預(yù)防在同一時(shí)間所有系統(tǒng)都要求進(jìn)行預(yù)防性維修，預(yù)防性維修根據(jù)下一次預(yù)防性維修任務(wù)、下一次預(yù)防性維修任務(wù)時(shí)間、最近一次預(yù)防性維修的時(shí)間等參數(shù)隨機(jī)的進(jìn)行預(yù)調(diào)整。

（2）修復(fù)性維修：修復(fù)性維修工作用于在武器裝備使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)故障后，排除故障并恢復(fù)武器裝備的可用狀態(tài)。修復(fù)任務(wù)是模型中最重要和最復(fù)雜的部分之一。修復(fù)任務(wù)可以通過(guò)更換子產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)，也可以直接對(duì)系統(tǒng)或產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)。

3 案例分析

本案例基于SIMLOX仿真平臺(tái)對(duì)裝備維修保障進(jìn)行建模。SIMLOX仿真平臺(tái)是由瑞典系統(tǒng)與后勤工程公司（SYSTECON）開(kāi)發(fā)的一個(gè)基于蒙特卡洛、資源排隊(duì)論和系統(tǒng)工程的多功能計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)，它能夠?qū)ρb備實(shí)際運(yùn)行環(huán)境和保障體系進(jìn)行仿真，模擬并分析復(fù)雜的使用和保障方案，同時(shí)支持對(duì)戰(zhàn)備完好性和系統(tǒng)使用保障的相關(guān)投資之間的定量權(quán)衡，可以解決與維修保障相關(guān)的問(wèn)題。

3.1 案例想定描述

某部隊(duì)先進(jìn)行一個(gè)月的日常訓(xùn)練之后，執(zhí)行為期半個(gè)月的演習(xí)任務(wù)，主戰(zhàn)裝備包括47臺(tái)主戰(zhàn)坦克和26臺(tái)裝甲車。在日常訓(xùn)練期間，由基層級(jí)保障系統(tǒng)、以及相應(yīng)的中繼級(jí)保障系統(tǒng)和基地級(jí)保障系統(tǒng)三級(jí)保障體系提供保障，在執(zhí)行演習(xí)任務(wù)期間，裝備的保障工作將只有基層級(jí)保障系統(tǒng)提供。

3.2 裝備維修保障建模

3.2.1 裝備使用任務(wù)建模

裝備使用任務(wù)主要描述為：日常訓(xùn)練任務(wù)每天執(zhí)行兩次，每次間隔12小時(shí)。如果系統(tǒng)有異常，允許每一訓(xùn)練任務(wù)有15分鐘的延遲。訓(xùn)練任務(wù)執(zhí)行時(shí)至少需要1架主站坦克。演習(xí)任務(wù)持續(xù)半個(gè)月，其中每個(gè)子任務(wù)執(zhí)行4小時(shí)。演習(xí)任務(wù)執(zhí)行時(shí)需要至少1輛主戰(zhàn)坦克和1輛裝甲車。基于SIMLOX對(duì)任務(wù)建模后，可以通過(guò)任務(wù)剖面視圖來(lái)查看分析所建立的任務(wù)剖面，由于篇幅原因，這里不再給出任務(wù)剖面視圖。

3.2.2 裝備系統(tǒng)建模

裝甲車和主站坦克這兩個(gè)系統(tǒng)由外場(chǎng)可更換單元（LRU）、車間可更換單元（SRU）、直接替換單元（DU）和可廢棄件（DP）等不同的部件組成。裝備系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)如圖2所示。

輸入信息包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、各組成部分的故障率和類型等信息。每輛主戰(zhàn)坦克由107個(gè)LRU，39個(gè)SRU，11個(gè)DU和1個(gè)DP組成；裝甲車由89個(gè)LRU，29個(gè)SRU，15個(gè)PRU11個(gè)DU和1個(gè)DP組成。

3.2.3 維修保障系統(tǒng)建模

保障組織包括三個(gè)用于日常訓(xùn)練的使用外場(chǎng)：訓(xùn)練外場(chǎng)1、訓(xùn)練外場(chǎng)2和訓(xùn)練外場(chǎng)3。在這三個(gè)使用外場(chǎng)中都備有一定數(shù)量的備件和維修資源。中繼級(jí)維修廠（DEPOT）是這三個(gè)外場(chǎng)的上級(jí)保障站點(diǎn)，為三個(gè)外場(chǎng)提供保障。部件級(jí)維修活動(dòng)都在基地級(jí)維修廠（WS）進(jìn)行。而那些易于維修的部件故障模式的故障件在中繼級(jí)維修廠進(jìn)行。還有一些產(chǎn)品需要承制方（CONTRACTOR）負(fù)責(zé)維修。此外為了執(zhí)行演習(xí)任務(wù)，還有一個(gè)任務(wù)前線站點(diǎn)。一定數(shù)量的裝備與保障資源會(huì)被轉(zhuǎn)移到任務(wù)前線，這些資源要能夠保障裝備執(zhí)行完整個(gè)演習(xí)任務(wù)。整個(gè)保障組織結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2.4 使用與維修保障活動(dòng)建模

以預(yù)防性維修為例，定義了3種預(yù)防性維修，分別是針對(duì)主戰(zhàn)坦克的產(chǎn)品維修（ITEM PM A62），針對(duì)裝甲車的每隔200小時(shí)和700小時(shí)的預(yù)防性維修。其中輸入信息如圖4所示。

3.3 輸出結(jié)果

建模完成以后，設(shè)置SIMLOX的仿真控制參數(shù)，運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)需要可以生成詳細(xì)的仿真結(jié)果報(bào)告。如圖5所示為各站點(diǎn)的產(chǎn)品故障、修復(fù)和備件的庫(kù)存情況，如第11項(xiàng)為車體陀螺儀在中繼級(jí)的維修，可以看到，車體陀螺儀在中繼級(jí)庫(kù)存為1個(gè)，產(chǎn)生的備件需求為6.87個(gè)，存在庫(kù)存不足的情況。

4 結(jié) 論

備件是裝備維修保障的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。為解決預(yù)測(cè)備件消耗時(shí)遇到的難題，本文提出基于仿真的備件消耗預(yù)測(cè)方法。首先分析了裝備維修保障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成和運(yùn)行規(guī)律，構(gòu)建了面向仿真的裝備維修保障模型，包括裝備使用任務(wù)模型、裝備系統(tǒng)模型、維修保障系統(tǒng)模型、使用與維修保障活動(dòng)模型。通過(guò)借助SIMLOX仿真軟件，運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得出備件消耗的品種和數(shù)量。

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