基于C-130、KC-135和F-16機隊的美空軍維修網絡優(yōu)化與評估

陳偉 孫明

1 美空軍保障系統(tǒng)當前面臨的問題

近年來，美國空軍在境外頻繁參與人道主義救援、武力展示、盟國支援以及聯(lián)合軍事演習等多種軍事活動。為了滿足遠程部署需求，美空軍采用基于冷戰(zhàn)思維的后勤保障結構，該結構主要支持空軍全中隊部署到已知的地點、開展固定的作戰(zhàn)行動。然而，由于當前美空軍的軍事行動面臨較強的不確定性，呈現(xiàn)出不斷變化的特點。其中，最典型的特征是分拆部署，即將全中隊拆分成更小的單元進行部署，并且部署的時間和地點未知。因此，需要授權更多的維修人員支持上述行動。由于受制于經費預算的限制，美空軍無法通過增加額外的保障資金對超額的維修人員進行授權，因此提出了一種更有效的維修保障結構——集中式修理設施（CRF）網絡，用以支持穩(wěn)定安全狀態(tài)*下的部署行動。

2.1 確定工作量并進行分配

假設美空軍的所有基層級和中繼級維修任務只能在作戰(zhàn)單元（OU）和集中式修理設施（CRF）中進行。其中，在 OU中執(zhí)行單元級維護，OU具備飛機啟動恢復、拆卸替換等操作所需的最小且必要的維護能力；在CRF中執(zhí)行飛機所需的定檢以及零部件維修等相關任務。在開展CRF網絡設計之前，先要確定空軍機隊的維修任務工作量，以及如何在OU和CRF之間進行工作量分配。

首先，根據(jù)美國防部長辦公室規(guī)劃指導（OSD）確定武器系統(tǒng)的維修工作量和武器系統(tǒng)要求。OSD指出，OU在資源有限時要盡可能精簡，以便可以快速部署到未知區(qū)域。為了減輕OU的負擔，CRF可以承擔諸如檢查、車間維修等繁重的維護工作，在部署區(qū)域以外的維修廠所對飛機進行檢查和維修。由于每種武器系統(tǒng)的任務—設計—系列（Mission-Design-Series，MDS）的穩(wěn)定安全狀態(tài)負荷均不相同，在滿足其主要作戰(zhàn)行動要求的情況下，并非所有的MDS都必須具有相同的優(yōu)先級。因此，在空軍資源有限時，可以選擇區(qū)分任務平臺，將維修資源和能力向需求量更大的任務平臺傾斜。

然后，在OU和CRF網絡之間合理分配維修工作量。空軍采用后勤復合模型（LCOM）確定與飛機維修相關的人力、設備、設施和備件需求。LCOM經過近60年的發(fā)展演變，已成為美國空軍確定維修需求、評估維修能力、優(yōu)化后勤資源組合的經濟有效的分析工具。飛機的維修操作包括飛行前的飛行準備、飛行過程中的飛機故障和零部件維修，以及計劃維修中的定期檢修和其他機體維修等。表1以C-130為例說明如何在OU和CRF網絡之間對維修能力進行劃分。

從表1中可以看出，負責執(zhí)行飛行維護任務的人員必須留在OU中；而零部件維修和定期檢修等相關工作可以整體分配給CRF網絡。但是，由于OU中也會涉及部分零部件維修的任務，因此需要在OU中保留部分維修能力。在OU和CRF網絡之間進行維修任務的分配，不是簡單地進行工作的轉移，而是根據(jù)具體的需求進行合理的分配。表格中陰影部分的維修任務需要在OU和CRF網絡之間進行分配。

2.2 CRF的數(shù)量、規(guī)模和位置布局

在確定了CRF的維修任務和工作量之后，研究人員采用混合整數(shù)規(guī)劃方法，對CRF的數(shù)量、規(guī)模和位置布局進行優(yōu)化設計。該方法考慮了人員費用、運輸成本和設施成本，得出了C-130機隊的最優(yōu)解。其中，關鍵參數(shù)包括飛行小時數(shù)和ISO檢查（Isochronal Inspection）間隔、飛機總庫存量和完好率、人員費用（65000美元/人/年）、飛機轉運費（5300美元/飛行小時）和設施成本（200萬美元/ISO/年，攤銷）。

研究人員考慮了CRF可能出現(xiàn)的從完全分散（即沒有CRF，每個OU都可以執(zhí)行所有維修任務）到完全集中（所有維修任務都在CRF中進行）的所有方案，部分方案設置如表2所示。

如圖1所示，條狀圖從下到上分別表示：CRF維修人員成本；飛機從運行地到CRF所在地以及返回運行地的轉運成本；設施成本。在某些情況下，基地現(xiàn)有的設施可以完成ISO檢查；但有些基地的設施必須進行升級或建造，因此產生了額外的設施成本。當設置1個CRF時，最佳方案為布局在小石城基地，執(zhí)行全部的ISO檢查和車間維護任務，每年的總成本費用為8800萬美元。如果將空軍后勤中心（ALC）的基地設置成為CRF，可以促進ISO檢查、階段檢查以及基地級維修過程的設計與優(yōu)化。方案2將ALC的羅賓斯基地設置為CRF，該方案的人員成本保持不變；而大量的飛機由小石城基地轉移到羅賓斯基地進行維護導致運輸成本有所增加；由于羅賓斯基地的設施目前用于基地級維護，因此該方案的設施成本較大。與方案1相比，該方案的年成本高約1400萬美元。為了降低單一CRF帶來的風險，方案3和方案4設置兩個CRF。由于削弱了最大規(guī)模經濟效應，與方案1相比，方案3人員成本略有增加，設施成本大致相同，運輸成本略有下降，總成本幾乎相等。方案4的成本與方案2相當，并且由于相同的原因其設施成本也相當。從方案5可以看出，隨著更多的CRF添加到維修網絡中，由于最小班組規(guī)模的限制和規(guī)模經濟的減弱，人力成本大幅增加。

3 CRF網絡性能評估

在確定了CRF的數(shù)量、規(guī)模和位置布局后，根據(jù)LCOM的模擬結果，研究人員從維修效率和飛機使用效率兩個維度對CRF維修網絡進行評估。

3.1 維修效率評估

3.1.1 維修人員效率

當維修任務出現(xiàn)波峰時，為了保證準時完成任務，每個中隊的小型CRF人員利用率必須保持在20%以下；當維修任務進行集中時，支持十個中隊的CRF人員利用率可達到45%。圖2描繪了ISO檢查所需的標準化人員水平與CRF維修能力（即每年可進行的ISO檢查次數(shù)）之間的關系曲線。可以看出，每年進行12～24次ISO檢查的小型CRF所需的人力，是每年進行200次以上ISO檢查的CRF所需人力的2～3倍。

對LCOM進行驗證，計算結果得到的人員需求值與空軍的實際數(shù)據(jù)符合程度較高。LCOM的最優(yōu)解位于曲線的拐點處。由圖2可以看出，小石城基地恰好位于曲線拐點附近，因此小石城基地CRF非常接近最優(yōu)解。隨著CRF維修能力的增大，伴隨著規(guī)模經濟效應的出現(xiàn)，大型CRF所需的標準化人員可以減少2～3人。在曲線的拐點右側，人員需求下降幅度變緩。

由于最小班組規(guī)模效應和預留富裕度應對需求峰值等原因，規(guī)模較小且分散的維修組織的人員利用率相對較低；當維修工作量較大且相對集中時，由于規(guī)模經濟的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)較高的人員利用率。為了更加直觀地顯示提升CRF維修能力可以減少人員需求，圖3描繪了人員直接利用率隨CRF維修能力的變化關系。當CRF維修能力達到一定水平后，人員的培訓、設備的完好率等因素會限制人員利用率的進一步增長。因此，大型CRF的人員利用率達到50%～55%之后，增長趨于飽和。

根據(jù)LCOM的運行結果，針對現(xiàn)役和空軍預備役司令部（AD/AFRC）的C-130機隊，圖4對比了當前維修系統(tǒng)與CRF優(yōu)化維修網絡的維修人員需求。在優(yōu)化網絡中，彈藥和噴氣發(fā)動機中繼級維護（JEIM）任務沒有重新分配，因此人員需求沒有改變；監(jiān)督和支持人員的需求與當前系統(tǒng)大致相同。優(yōu)化維修網絡后，在保證有效完成飛機的啟動、拆裝以及更換等維護任務的前提下，OU中的維護人員減少了約4100人。從OU分配到CRF網絡的定期檢查和零部件維修等任務大約需要增加1600人來完成。整體上看，與當前維修系統(tǒng)相比，優(yōu)化后的維修網絡可以節(jié)省2500名維修人員。

3.1.2 維修成本效益

在確定了CRF維修網絡可以節(jié)省人力的情況下，基于C-130、KC-135和F-16三種機型的MDS開展CRF網絡評估，通過與當前維修系統(tǒng)的對比，對優(yōu)化后維修網絡的成本效益進行評估。

（1）C-130維修網絡評估

圖5顯示了不同方案的C-130單元級維修和CRF維修網絡的總成本對比。優(yōu)化的維修網絡利用更少的人員完成當前維修系統(tǒng)下同樣的工作，從而降低了成本。與當前維修系統(tǒng)相比，AD/AFRC的C-130機隊維修網絡最佳方案的年成本減少約1.3億美元；將此方案應用于包括國民警衛(wèi)隊（ANG）在內的全部機隊時，與當前維修系統(tǒng)相比，總成本保持不變，總人數(shù)可減少約3200人（其中AD/AFRC機隊減少2500人）。

（2）KC-135維修網絡評估

如圖6所示，KC-135機隊的CRF優(yōu)化維修網絡評估結果與C-130類似。完成與當前維修系統(tǒng)相同的工作量時，AD/AFRC機隊的CRF維修網絡所需人員減少約1100人，年成本減少約4000萬美元；包含ANG的KC-135機隊時，CRF維修網絡所需人員減少約2800人，年成本減少約1億美元。

（3）F-16維修網絡評估

如圖7所示，與當前維修系統(tǒng)相比，AD/AFRC的F-16機隊應用優(yōu)化維修網絡所需的人員減少約700人，年成本減少約4000萬美元；包含ANG的F-16機隊時，總人員減少約1800人，年成本減少約9000萬美元。

（4）ANG機隊三種機型節(jié)省人數(shù)的對比

由上文的分析可知，應用CRF維修網絡后，ANG的C-130、KC-135和F-16機隊節(jié)省的人數(shù)*分別為700、1700和1100。由于當前ANG的C-130機隊人員部署更加接近實際需求，因此人員節(jié)省的可能性較小。其次，C-130機隊由OU分配到CRF中的維修任務所需的額外人力需求相對較大。因此，ANG的C-130機隊應用CRF維修網絡后節(jié)省的人數(shù)少于KC-135和F-16機隊節(jié)省的人數(shù)。

3.2 飛機使用效率評估

優(yōu)化維修網絡不僅可以提高維修效率，而且還可以提升飛機的使用效率，從而滿足更多的任務需求。通過集中式維修網絡整合維修工作，縮短飛機檢查維護的周期，從而使更多飛機處于可執(zhí)行任務狀態(tài)。

利用LCOM得到ISO檢查周期（即檢查所需的時間）與CRF維修能力之間的關系。如圖8所示，小型CRF的檢查周期比大型CRF更長。此外，維修班次數(shù)量也會影響飛機的維修周期。規(guī)模較大的CRF實行兩班制或三班制，從而大幅縮短了飛機的維修周期。空軍特種作戰(zhàn)司令部（AFSOC）基地CRF每年進行約75次ISO檢查，每周工作七天，每天實行三班制，ISO檢查周期約為12天；小石城基地每年也進行約75次ISO檢查，與AFSOC不同的是第三班實行輪班。因此，小石城基地的檢查周期略有延長。

如圖9所示，與當前維修系統(tǒng)相比，CRF維修網絡的ISO檢查周期縮短，使得在檢查過程中停飛的飛機數(shù)量顯著減少，更多飛機可供部隊使用。對于C-130機隊，當前維修系統(tǒng)在ISO檢查中停飛約53架飛機；優(yōu)化維修網絡后，AD/ AFRC機隊ISO檢查中停飛的飛機數(shù)量減少至34架。當包含ANG在內的全機隊時，可用飛機的數(shù)量將再增加17架。由于ANG機隊的ISO檢查傳統(tǒng)上采用一站式操作流程，在當前的維修結構下，ANG機隊的大量飛機因ISO檢查而停飛。通過對C-130全機隊實施CRF維修網絡，在總成本相等的情況下，可執(zhí)行任務的飛機數(shù)量將大幅增加。

同時，C-130機隊的ISO檢查進行的部分維護操作，與在ALC進行的計劃基地級維修（PDM）任務相同。但是，由于檢查間隔以及其他額外費用等因素，ISO檢查和PDM的流程通常不一致。如果將PDM基地和CRF網絡設置在ALC的基地中，則ALC可以推進維修流程的再設計，并將二者進行同步。

4 結論

美空軍通過采用CRF維修網絡，有效地減少了維修人員數(shù)量，降低了維修成本，提高了維修保障效率。同時，采用CRF維修網絡有利于加快飛機的檢修速度，縮短維修周期，減少處于維護過程中的飛機數(shù)量，從而提升飛機的可用率。此外，CRF維修網絡有助于整合中繼級和基地級維修流程，有力支撐了空軍的分拆部署。CRF網絡設計對優(yōu)化我軍裝備維修網絡，提升維修網絡效率、提高機隊完好率提供了一定的參考和借鑒。

（1）維修保障結構對裝備武器系統(tǒng)的使用能力與效率至關重要。著眼于我國周邊安全環(huán)境和現(xiàn)代化作戰(zhàn)樣式的變化，國內裝備維修保障結構也需要隨之發(fā)生變化，需要對維修保障結構進行再設計，以適應新型作戰(zhàn)模式和裝備發(fā)展對更高效維修保障系統(tǒng)的需求。

（2）裝備維修保障結構設計的關鍵就是根據(jù)作戰(zhàn)需求確定武器系統(tǒng)維修任務量，以及任務量在不同維修單位之間的分配。在明確各級維修單位應具備的維修能力之后，根據(jù)維修任務的性質在裝備使用部隊和后方大修基地之間進行合理劃分，避免不同單位之間出現(xiàn)維修任務的重復與冗余。

（3）根據(jù)當前的維修保障現(xiàn)狀，開發(fā)適用于我軍的后勤復合模型（LCOM），對裝備維修保障結構進行持續(xù)設計與優(yōu)化。同時，必須健全支撐模型應用的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為模型的應用提供數(shù)據(jù)支撐。對裝備維修保障涉及的人事需求、費用以及相應設施的歷史數(shù)據(jù)進行管理、收集和分析，評估維修網絡的成本與效能。

（4）統(tǒng)籌規(guī)劃我軍維修網絡規(guī)模、數(shù)量和布局方案。在對CRF維修網絡設計時，統(tǒng)籌考慮現(xiàn)有的設施能力，包括軍方建制大修廠、工業(yè)部門承制廠商以及民營企業(yè)的維修能力，在符合相關法律法規(guī)的基礎上，將上述維修力量納入到維修網絡結構設計中。對部分有一定基礎的維修設施要加以支持與改造；如果現(xiàn)有設施不能滿足相應的維修任務需求，則考慮新建維修網絡以彌補現(xiàn)有能力的不足。在控制額外開支的情況下，更好地滿足我軍作戰(zhàn)部署需求，實現(xiàn)最優(yōu)效費比。