火炮系統任務執行能力仿真評估

王 乾，張 煒，李 江

(1.裝備學院 a.研究生管理大隊;b.裝備指揮系，北京 101416;2. 71566 部隊，河南 洛陽 471800)

裝備任務執行能力的高低直接影響部隊的戰備訓練水平。裝備任務執行能力主要取決于裝備自身性能和維修保障系統的保障效能等因素。對裝備系統進行科學合理的評估，既是平時全面了解掌握部隊裝備維修保障能力的重要手段，也是降低保障費用、提升保障效益的主要途徑，更是依據保障能力合理配備保障力量、提升任務執行能力的重要依據。

1 火炮系統分析

火炮與其保障系統所構成的一個系統即為某型火炮裝備系統，是包括使用與維修保障人員在內的能完成特定任務的有機整體(圖1)。對某型火炮維修保障能力進行評估，包括對火炮主裝備自身性能及其保障系統的評估。

圖1 火炮裝備系統構成

某型火炮由15 大部份組成(圖2)，每個部分都由可修復或可更換的部件組成。平時，火炮主要擔負訓練任務，包括日常訓練、演習訓練和實彈射擊任務，在訓練中，由于環境影響、使用磨損消耗以及管理等因素，火炮產生各類故障，影響火炮任務執行能力。當火炮發生故障，為確保其正常工作，就需要對故障件進行維修或更換。通過對一段足夠長的時間內部件消耗的記錄數據進行統計分析，獲得每個消耗部件的平均故障率，在此基礎上，可以利用仿真的方法建立起火炮各部件的未來損耗規律。

火炮保障系統的基本任務是在掌握和分析裝備技術狀況以及各種維修資源狀況的基礎上，根據擔負任務，制定裝備維修管理的規劃、計劃，組織維修設施、設備、備件等維修器材的籌措、儲存和供應工作，并組織維修專業訓練，對裝備進行維修保養，提高其戰備完好水平和任務執行能力。某型火炮維修實行基層級、中繼級和基地級3 級維修作業［2］，各級維修站點都包含一定的維修資源，具體包括維修人員、維修設施、維修設備和備件等?；鶎蛹壘S修主要完成規定的小修和換件修理任務;中繼級維修主要完成中修及支援基層級維修任務，并可完成所有的基層級維修任務;基地級可完成大修及支援下級維修任務，向下級提供備件供應，并可完成下級的所有維修任務。當下級保障系統的維修資源不能滿足維修任務時，交由其上一級處理該維修任務。

2 仿真評估流程設計

仿真以動態蒙特卡洛和排隊論為基礎，依據裝備系統使用剖面對執行任務的方案進行仿真，主要著眼于系統的保障性、維修性以及保證系統在有限備件和維修資源的情況下完成規定任務剖面的能力，其基本假設是:系統維修的大部分活動是對故障部件的替換。

在對裝備結構、保障系統、使用任務和維修活動進行建模的基礎上，依據裝備失效率分布函數，對裝備故障時間隨機抽樣，建立未來時間表，進行事件排序;然后將仿真時間推進到故障事件發生時間，按步驟處理故障事件，包括維修策略、資源調配、維修作業、備件供應等，并記錄相關數據，直至滿足仿真停止條件，最后對仿真過程數據統計分析，得到相關分析結論。仿真流程如圖3 所示。

3 評估模型構建

對評估對象進行模型構建是進行仿真評估的基礎。構建評估模型主要包含裝備結構建模、保障系統建模、使用任務建模和維修保障活動建模［3］。

圖3 仿真運行流程

3.1 裝備結構建模

裝備結構模型描述裝備與各功能單元的層次關系，包括單元間的從屬關系和單元數量，以產品樹的形式進行描述(如圖4)。每個系統都是由許多可更換產品組成，包括可修和可更換單元，每個產品又是由更小的可更換部件組成，這樣分解下去可以定義出一個完整的系統層次結構。模型中將部件分為外場可更換單元LRU、內場可更換單元SRU 和可廢棄單元DU，其中，LRU 在系統中可更換、可修復，SRU 在可修復單元中可修復可更換，DU 在系統中不可修復。

圖4 主裝備結構樹

3.2 保障系統建模

裝備保障系統模型描述裝備保障機構的組成、位置、保障資源數量、種類及配置、備件庫存、保障關系、保障規則等，其保障系統保障流程構成如圖5 所示。對裝備使用分隊，應描述裝備種類、數量等;對維修機構，應描述其所承擔的維修工作范圍、資源需求和工作時間分布，以及與使用分隊的保障關系及故障裝備維修的排隊規則;對于備件供應單位，必須描述清楚備件的品種、數最、庫存控制模型、供應保障的排隊規則等。

圖5 某型火炮維修保障系統保障流程

3.3 使用任務建模

裝備在任務的執行過程中將產生維修任務。任務剖面為裝備在完成規定任務這段時間內所經歷的事件和環境的時序描述，其中包括任務成功或故障的判斷準則。任務周期(圖6)以任務作業區域思想為基礎，任務周期可以劃分為出發、工作、返回3 個階段。一個任務總是從出發階段開始，到達作業區域，然后進入工作階段，直到返回基地為止。

圖6 任務周期

裝備使用任務以作戰單元為單位，根據任務執行剖面執行。作戰單元中系統的數量和種類達到任務要求，則啟動任務，在任務執行過程中(圖7)，可能發生故障和損傷，或者在任務結束后，系統被送到中轉站進行檢修，故障的系統被送去維修，按維修作業步驟進行。沒有故障的系統，返回作戰單元，等待下一次任務。

圖7 任務過程

3.4 維修保障活動建模

對維修保障活動進行建模，是將保障裝備的使用與維修工作區分為各種工作類型和分解為作業步驟進行詳細分析，以確定工作頻度、工作間隔、工作時間，需要的備件、保障設備、保障設施、技術資料，各維修級別所需的人員數量、維修工時及技能等要求。保障活動包括預防性維修和修復性維修。

1)預防性維修:通過對裝備的系統檢查和檢測，發現故障征兆并采取維修措施以防止故障發生，使其恢復和保持規定功能和狀態所進行的全部技術和管理活動，包括擦拭、潤滑、調整、監控、定期檢查、定期拆修和定期更換等技術環節［4］。預防性維修活動與任務數量、任務時間、日歷時間參數有關。

2)修復性維修:裝備出現故障或損傷后，為使裝備恢復規定功能和技術狀態所進行的全部技術和管理活動，包括故障定位、故障隔離、部件分解、零件更換、組裝調準、技術檢驗等技術工作［4］。修復任務可以通過更換子產品進行修復，也可以直接對系統或產品進行修復。

4 仿真實例驗證

4.1 想定描述

以摩步師某炮兵團為例，該團配置某型火炮36 門，平均分配至6 個連隊，平時主要擔負訓練任務，包括班排階段訓練、營連階段訓練和演習階段訓練任務，其保障系統包含基層級、中繼級和基地級3 級保障系統，以滿足火炮執行任務的需求。

4.2 仿真模型實例

4.2.1 某型火炮結構模型

某型火炮結構模型的信息主要包括部件編碼、部件名稱、部件類型、部件單機安裝數、故障率等信息。

表1 火炮結構模型

4.2.2 保障系統模型

某型火炮保障系統包括軍區修理廠、師修理營和團修理所。表2、表3、表4 分別從保障機構、保障資源和維修備件方面對某型火炮裝備維修保障系統進行建模。

表中:WS 為可維修產品，無備件;DEPOT 為可維修產品，有備件;OP 為無備件，無維修資源。

表2 維修保障系統模型

表3 維修資源模型

表4 庫存方案及訂購模型

4.2.3 使用任務模型

表5、表6 對火炮裝備年度訓練任務進行建模，描述了某型火炮裝備使用任務名稱、滿裝備數、最小裝備數、任務開始時間、任務次數、任務持續時間、裝備配置信息、任務故障率影響因子等信息。

表5 任務類型信息

表6 任務剖面信息

4.2.4 保障活動模型

表7 為預防性維修模型，表8、表9 為修復性維修模型。主要描述了維修活動的維修對象、維修站點、維修時間以及維修間隔期等信息。

表7 預防性維修模型

表8 維修資源需求

表9 修復性維修部件更換信息

4.3 仿真結果分析

任務執行能力為仿真輸出結果，任務執行能力是指裝備或武器系統在規定條件和規定的時間內，成功完成規定任務的能力，可以用裝備系統的使用可用度AO度量，即系統完好，能在某種作戰環境下，滿意地運行的預期百分數，用下式表達［5］:

式中:TU為裝備能工作時間，為系統能運行的時間，包括待命、關機期間，或者在允許停機時間內，能進入運行狀態的時間;TD為裝備不能工作時間，包括由一次致命性(任務中斷)或一次重大(任務降級)故障，系統不能應召完成其任務期間的時間。

圖8 為任務執行能力隨時間變化狀況，圖9 為任務執行能力總體狀況，由圖可知，想定條件下，36 門火炮需完成訓練任務總量為26 496 h，已完成任務量為20 366 h，未完成任務量為6 130 h，其裝備使用可用度即任務執行能力為0.77。

裝備任務執行能力由裝備狀態決定，我們最關心的是不可用裝備的數量及原因。圖10 顯示了任務執行過程中裝備狀態的平均水平，其中不可用裝備狀態包括等待備件、等待資源、修復性維修、預防性維修和轉移/報廢幾種情況。圖11反映了不可用裝備數量總體情況，裝備不可用的主要原因為等待備件，即備件的庫存和訂貨方案不能滿足當前任務想定，通過修改備件庫存方案和訂購策略，可提高裝備任務執行能力。其他問題的解決，可通過重新配置維修力量、調整設施設備等實現。

圖8 任務執行能力隨時間變化狀況

圖9 任務執行能力總體狀況

圖10 裝備狀態

圖11 不可用裝備數量總體情況

5 結束語

本文提出了裝備任務執行能力仿真評估方法，在分析仿真原理和設計仿真流程的基礎上，結合火炮的訓練任務，建立評估模型，并運用實例對其進行了驗證。該方法可為部隊掌握維修保障系統維修保障能力，優化配置保障資源，降低維修保障費用，依據具體任務制定科學合理的保障方案提供輔助決策，有一定現實意義。

［1］徐宗昌，黃益嘉，楊宏偉.裝備保障性工程與管理［M］.北京:國防工業出版社，2006.

［2］白文瑞.炮兵部隊裝備管理概論［M］.長沙:國防大學出版社，2011.

［3］韓坤，王勝德，鄒雷.裝備維修保障仿真建模研究［J］.裝甲兵裝備技術研究，2010（3）:41-44.

［4］蔣躍慶，黃益嘉，崔向華，等.中國軍事百科全書軍事裝備保障［M］. 第2 版. 北京: 中國大百科全書出版社，2006.

［5］毛炳祥，白樺，程文鑫，等.系統戰備完好性分析、計算與檢測［M］.北京:國防工業出版社，2012.