戰時車輛裝備定點維修保障效能仿真評估研究

劉增勇，陳 明,2，張愛民，令狐昌應，劉旭亮

（1.軍事交通學院，天津 300161；2.95825部隊，湖北 孝感 432000）

在將模擬仿真的方法運用到戰時車輛裝備維修保障效能評估中，外軍在相關領域的研究已經較為成熟，而且取得了不少成果[1-2]。而我軍在車輛裝備保障戰時模擬系統以及車輛裝備保障效能評估等領域的研究起步較晚，目前尚未形成統一的方法和理論體系。單借助于仿真的方法對戰時裝備保障活動進行模擬和評估已成為裝備保障指揮員進行決策的重要輔助手段，本文在這方面進行了初步地研究。

1 戰時車輛裝備定點維修保障過程分析

1.1 IDEF建模方法簡介

IDEF建模方法最先由美國空軍在ICAM 工程中采用。目前，此方法已發展成為系列技術，有的稱為IDEF 方法族。其中，IDEF0方法主要用來描述系統的結構或功能以及系統內部各子系統之間的聯系，而IDEF3過程建模方法主要利用過程流網 PFN作為獲取、管理和顯示以過程為中心的知識的主要工具,顯示手段就是過程流圖。

1.2 戰時車輛裝備定點維修保障過程模型

戰時車輛裝備定點維修保障主要包括：任務下達、保障機構的選址、保障力量的布置與展開、故障車輛的搶救搶修、難以修復車輛的后送等過程，并要隨時做好保障力量轉移的組織與準備。

作為戰時車輛裝備維修保障的重要技術力量，定點維修保障機構選址科學與否直接影響到維修保障效能的發揮。在選址時，除了要根據上級的相關要求并盡量靠近戰損車輛較為集中的區域，還要考慮到敵人襲擾破壞對維修工時的影響等因素。選好開設地點后，指揮員應立即組織保障力量的布置與展開，并做好搶救搶修的準備。戰損車輛到達保障機構后，車輛修理組按修理任務區分進行維修，對于無法修復的車輛，要組織后送至后方維修機構。當保障機構由于受敵襲擾嚴重或保障任務發生改變時，應立即進行轉移[3-4]。

運用IDEF3建模方法，可以建立以下定點維修保障過程的概念模型[5]。見圖1。

2 戰時車輛裝備定點維修保障效能評估指標體系

定點維修保障效能評估需要考慮維修任務、維修力量、組織指揮和維修過程等諸多因素的影響，加之戰時戰場環境復雜，任務時限嚴格，影響維修保障效能的因素有很多。本文立足于定點維修保障的全過程考察相關因素的影響，根據建立評估指標體系的方法和原則，建立評估指標體系如圖2所示[6]。

其中，任務完成率是車輛修理組修復車輛數與送修車輛總數之比；任務周期包括送修時間（后送時間）、維修準備耗時、故障車輛待修時間、維修過程耗時以及修竣歸隊時間；任務負荷率是車輛修理組實際維修作業時間與理論上的工作時間之比（不考慮遭敵打擊 對保障活動的影響）。

圖1 定點維修保障過程模型

圖2 定點維修保障效能評估指標體系

3 戰時車輛裝備定點維修保障效能評估建模

3.1 維修保障效能評估功能模型

本文應用IDEF0理論建立戰時車輛裝備定點維修保障效能評估模型。主要對定點維修保障任務和力量、組織指揮以及維修作業等進行分析，并建立了相關的數學模型，最后借助仿真平臺進行仿真試驗。

其中，維修保障任務主要用“車輛故障原因”、“故障程度”、“故障車輛類型”以及“故障發生的地點”等幾個指標進行描述，進行任務分析時應充分考慮戰場環境的影響；力量分析包括主要從維修人員、維修設備和機工具、維修器材、野戰維修裝備的可靠性和機動性等幾個方面進行，確定維修力量時要以維修任務為參考依據；維修活動的組織指揮主要受到上級指示、保障機構轉移的時機和方式以及車輛后送的相關要求等因素的影響；而維修作業則受到保障機構開設地域的環境條件以及組織指揮的制約。至此，可以建立維修保障效能評估的頂層功能模型，見圖3。

3.2 維修保障效能評估結構模型

按照維修保障效能仿真評估的順序將A-0圖分解為任務分析、力量分析、組織指揮、維修過程以及仿真評估幾達模塊【7】。

對這幾個模塊之間的關系進行分析，得到的結果如圖4所示。

圖3 維修保障效能評估功能模型

圖4 維修保障效能評估A-0圖

圖中，O11表示任務分析的輸出結果，包括故障車輛到達維修機構的時間間隔、戰損類別（輕損或中損）、故障車輛的類別（作戰車輛或保障車輛）、故障地點到維修機構的距離；O21表示力量分析的輸出結果，包括：技術人員保障率、維修設備完好率、維修器材的保障率、維修裝備的機動性和平均故障間隔時間；O22表示力量分析（A2）的輸出結果（除去“維修裝備的機動性”）作為維修過程（A4）的限制條件；O31表示組織指揮活動的輸出結果，包括：保障機構的配置和展開方式、修理與后送任務的區分、維修器材的補充方式、維修排隊規則；O41表示維修活動的輸出結果，包括：維修準備耗時、故障車輛待修時間以及維修工時。

4 戰時車輛裝備定點維修保障效能仿真評估

EXTEND仿真軟件是由美國Imagine That公司開發的優秀仿真平臺[8]，本文即以某機步師的進攻作戰為背景，通過建立EXTEND仿真模型，對定點維修保障效能進行評估。

在某機步師進攻戰斗的沖擊突破階段，為減少故障車輛的后送任務，支援伴隨和定點保障力量，裝備保障指揮所現派出車輛搶救搶修以及器材保障力量在適當地域開設定點保障機構，主要完成輕損和中損車輛的修復（設保障機構開設時間為2天）。

4.1 維修保障效能仿真評估模型

在維修任務方面，車輛故障主要是由戰斗損傷和使用損傷引起，故障類型主要包括輕微損傷和中等損傷。假定故障車輛到達保障機構的時間間隔服從均值為0.6的泊松分布；其中，作戰車輛占15%，保障車輛占85%；車輛故障類型方面，0代表輕微損傷（約占25%），2代表中等損傷（約占75%）；車輛發生故障的地點到保障機構的距離服從三角模糊數分布（8,11,17）（km）。

在維修力量方面，假設技術人員的保障率為90%，維修器材的保障率均為 1，即維修器材充足，設備和機工具的完好率為95%；野戰維修裝備（包括維修工程車、搶救車以及牽引車和拖車等）的平均故障間隔時間為250(h),機動速度服從均值為30（km/s），方差為2的正態分布。

在組織指揮方面，車輛維修組只負責對輕損和中損車輛的維修，而對于重損以及沒有相應維修器材的故障車輛，將組織其后送至后方修理機構；維修器材由器材保障組負責供給，器材保障組以車代庫，并利用維修間隙向上級或友鄰單位申請補充；維修組處于忙碌狀態時，故障車輛將按照“先修輕損車輛、后修中損車輛”以及“先修作戰車輛、后修保障車輛”的規則排隊（模型中將輕損車輛賦值為0，中損車輛賦值為2；將作戰車輛賦值為3，保障車輛賦值為4。計算故障車輛的“故障程度屬性值”和“車輛類別屬性值”之和，結果小的排在前面）。

在維修活動方面，戰損評估所需時間服從均值為0.13（h）的指數分布,修理組維修作業時間服從均值為0.9（h）的指數分布，開設地點的日有效工時為8.4（h）。

按照以上分析，可建立EXTEND仿真模型（模擬2個修理組的情況）如圖5所示。

模型中利用“Max@Min”模塊監控修理組的活動，使維修任務合理分配到兩個修理組，不至于出現一個修理組一直忙碌，而另一個卻無事可干的情況。

圖5 EXTEND仿真模型

圖5模型中的“故障車輛往返時間計算模塊”、“排隊規則設定模塊”、“維修準備模塊”以及“維修組模塊”均為層級模塊。其中，“排隊規則設定模塊”的內部結構如圖6所示。

圖6 維修組模型

4.2 維修保障效能仿真評估結果

向模型中輸入維修任務、維修力量、組織指揮以及維修活動的相關參數，然后運行仿真模型50次，每次運行時間2天，得到維修保障效能的各項指標參數，并分別求平均值（表中最后一行）如表1所示，表中的維修任務量以“臺”為單位，時間均以“小時）”計。

表1 維修保障效能評估指標表

注：維修任務量中，中損車輛數為28.4，輕損車輛數為10.71（均值），而且按照模型中的排隊規則，輕損車輛基本全部修復。

從仿真結果不難看出，除了“任務負荷率”較為理想外，其余各項仿真輸出指標均有待改善：“任務完成率”尚未超過半數，“任務周期”有待縮短。

整體來看，一方面修理組的負荷率較高，基本得到了充分利用；另一方面，說明2個修理組不能圓滿完成給定的維修保障任務，需要增加修理組的數目或另外開設定點維修保障機構，共同實施保障。

此外，可以通過改變車輛修理組維修工時、車輛修理組數目以及日有效工時等參數考察相關因素對維修保障效能的影響，從而有針對性地提高維修保障效能，優化定點維修保障方案。

5 結束語

戰時車輛裝備定點維修保障影響因素的不可預見性很強，本文通過對車輛裝備定點維修保障的過程進行分析，并分別從定點保障任務、力量、組織指揮以及維修作業等幾個方面進行了分析，建立了相關的數學模型，并將IDEF0建模方法與EXTEND仿真平臺有效結合起來，實現了對定點維修保障效能的評估。對戰時車輛裝備定點維修保障的相關問題進行仿真預測，為有效提高戰時車輛裝備保障的精確性和科學性提供了一種有效途徑。

[1]Michale C.Fu.Simulation Optimization.Proceedings of the 2001 Winter Simulation Conference.University of Maryland College Park,MD 20742-1815,U.S.A.

[2]孫伯林,等.外軍建模與仿真綜述[J].計算機仿真，2002，19（1）:4-8.

[3]李建平,等.裝備戰場搶修理論與應用[M].北京:兵器工業出版社,2000:114.

[4]劉志勤.戰時裝備保障概論[M].北京:裝備指揮技術學院，2000:154.

[5]郭霖瀚,康銳.基本作戰單元預防性維修保障過程建模[J].計算機仿真,2007,24（4）:36-39.

[6]王志敏.車輛勤務系統分析[M].北京:軍事誼文出版社,2002:51-60.

[7]王東南.面向任務的維修保障能力評估建模與仿真技術研究[D].長沙:國防科學技術大學,2005.

[8]周崢.基于EXTEND的電子制造企業S公司生產預測和庫存仿真優化[D].上海:上海交通大學,2008.