基于再次出動流程優化的保障效能評估

（中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089）

0 引言

現代戰爭中武器裝備的出動強度是戰場上十分重要的因素，對于軍用飛機而言，由于其復雜程度很高，因此對裝備的保障性也有著非常高的要求[1]。為了滿足軍機連續高強度出動的需求，使其能夠持續執行空中任務，縮短再次出動的準備時間TAT（Turnaround Time）是一項非常有必要的措施。軍用飛機研制的總要求等頂層文件也對飛機再次出動準備時間提出了定量的指標要求。國內目前的第三代殲擊機系列飛機在不進行掛空空導彈的情況下，在飛行試驗期間平均再次出動準備時間約為26 min，然而在模擬作戰狀態時，需要考慮掛空空導彈、填充航炮等作業，再次出動試驗指標驗證依然存在問題。因此，在現有飛機平臺的基礎上優化再次出動準備流程，提升再次出動保障能力，進而提高飛機再次出動能力及出動架次率，成為試飛階段保障活動急需攻克的重難點問題。

影響再次出動準備保障活動的因素有很多，包括飛行任務需求、工作項目邏輯關系、保障人員數量和技術水平、保障工作工具設備等。那么應該如何在再次出動保障活動的前后邏輯關系和多資源配置分配的多重約束條件下，基于再次出動保障活動流程優化，實現再次出動準備時間的最小化是一個重要的問題。該文以某型殲擊機再次出動準備工作為對象，基于有向賦權分析DWA（Directed Weighting Analysis）明確保障流程中關鍵工作項目集，考慮工作邏輯關系和資源限制條件，對再次出動保障活動的關鍵工作項目進行重組優化，并提出了“四變量”的優化方案，為提升再次出動準備保障能力提供了方法思路。具體研究思路如圖1 所示。

1 飛機再次出動準備保障活動分析及模型確定

1.1 再次出動準備工作流程分析

飛機再次出動準備保障活動是指在飛機前一次出動結束后，為了下一次能夠立即出動而按照預定的準備方案進行的一系列地面保障工作。主要包括飛機外觀檢查作業、補充燃油作業、充填氮氣氧氣作業、掛裝導彈作業、慣導對準作業等。以某型殲擊機為例，飛機再次出動保障工作流程如圖2 所示。

1.2 基于再次出動保障流程及優化的模型確定

基于現有的再次出動準備保障流程，假設保障流程共包括n 項工作，其集合記為A，具體的每項工作記為wi，其中i ∈{1，2，…，n}，即wi∈A。將上述n 項保障工作進行分類，具體方式如下。

圖1 基于再次出動準備流程優化的保障效能評估思路圖

1.2.1 按是否通電進行分類

將n 項工作中所有需要通電的工作集合記為B1，所有不需要通電的工作集合記為B2，則

1.2.2 按工作區域進行分類

在各項工作中，有一些工作區域是相同的，但是由于操作空間有限，這些工作不能同時開展。假設n 項工作需要分為m個工作區域進行，用C 表示在相同區域的工作集合，例如其中所有在第i 個工作區域進行的工作集合記為Ci，所有在第j 個工作區域進行的工作集合記為Cj，則

1.2.3 按工作所屬專業分類

假設n 項工作共涉及p 種專業，用D 表示相同專業的工作集合，例如其中所有第i 個專業的工作集合記為Di，所有第j 個專業的工作集合記為Dj，則

圖2 飛機再次出動準備保障流程圖

假設T 為再次出動流程關鍵路線的時間，Ti1和Ti2分別表示wi工作的起始時刻和終止時刻，Tj1和Tj2分別表示wj工作的起始時刻和終止時刻，那么[Ti1，Ti2]和[Tj1，Tj2]則分別表示wi和wj的工作時間段。則流程重組的規劃函數表示如下。

目標函數min T=關鍵路線工作時間，即完成所有保障工作的時間最小化。

約束函數則需要考慮其限制條件。首先，出于作業安全的考慮，在通電的同時不能進行加油和掛彈工作，即：

其次，空間限制。處于相同工作區域的2 項工作受操作空間的限制不能同時進行，即：

再次，人員限制。在任一時刻，各個專業同時開展工作所需要的人數不能超過該專業總的人員配置數量。假設再次出動準備中p 種專業的人員配置數量分別l1，l2，…，lp第i 個專業在整個保障活動中需要完成的Di中共有k 項工作。某一時刻該專業開展某項工作所需要的人數記為yij， 則

最后，工作固有順序限制。如果wi為wj前一項的緊鄰工作，那么必須等前一項工作完成后才能開始下一項工作，即：

另外，再次出動保障活動流程中，有些工作的先后順序不能改變。例如，通電工作須在充填氧氣完成后再進行。接通電源后方可進行航電、特設專業通電檢查等。

2 再次出動保障活動實例

2.1 任務分解及工作項目持續時間

對任務工作流程進行分解，可以繪制出完成任務的網絡計劃圖，以便得到進一步的優化方案。梳理某型殲擊機再次出動準備工作包含的所有工作項目，根據工作內容相互關系以及工作區域、保障人員和專業、固定工作順序等限制條件，確定出各項工作的緊前工作項目。然后采用三時估計法進行估算[2]，得出各工作項目的持續時間t，以有效消除不穩定因素的影響。

t=（a+4m+b） /6 （8）式中：a 為最快可能完成時間，m 為最可能完成時間，b 為最慢可能完成時間。

經保障活動現場多次數據統計，并根據公式（8）可以計算出該型飛機再次出動準備中每項工作的持續時間。整理得到該型飛機再次出動保障工作項目明細表，見表1。

表1 某型飛機再次出動準備保障工作項目明細表

2.2 基于DWA的關鍵工作項目集確定

基于有向賦權分析DWA 在流程圖上標注時標和時間參數，其實質是對流程進行有時序的有向賦權[3]。

在有向賦權分析過程中，從起點開始，按各工作項目的順序，連續不斷地達到終點的一條通路稱為線路[4]。在實際過程中，常常會有多個工作項目并行開展的情況，因此線路并不唯一。其中，完成所有工作項目所需要時間最長的線路稱為關鍵路線，關鍵路線上的工作項目則稱為關鍵工作項目。

對于關鍵工作項目，有

式中：I 為所有關鍵工作項目集合，ti表示完成關鍵工作項目i所需要的時間。

關鍵工作項目的耗時會對指標值產生最直接的影響，確定關鍵工作項目是工作流程優化的首要步驟。該文采取倒序的方法來確定關鍵工作項目。首先找到結束時間等于指標值的工作項目作為最終關鍵工作項目，然后在它的緊前工作項目中找出結束時間最大的，將其作為前一個關鍵工作項目。以此類推，將關鍵工作項目逐個找出，直至找出起始關鍵工作項目。

基于表1 的任務需求，對流程進行有向賦權可得網絡計劃圖，如圖3 所示。

在網絡計劃圖中，圓圈里的數字表示節點序號，與表1 中第一欄（節點序號）相對應。圖中的字母與表1 中工作項目標識一欄相對應，例如B 表示機械外觀檢查，字母下方例如“機械/18m”表示該項工作由機械專業完成，項目持續時間18 min（與表1 對應）。圖3 中易找出的關鍵路線為I={A，B，E，M，N，O}。可知機械外觀檢查項目B 跟裝掛空空導彈項目M 為耗時較長的關鍵工作項目，考慮該飛機設有單獨的武器電源開關，因此將項目B 與項目M 并行操作，同時考慮人員、空間、資源及固有工序約束，可對流程進行改進，如圖4 所示。

圖4 中，優化后的工作流程關鍵路線變為I={A，D，M，N，O}。對比圖3 和圖4，流程優化后的再次出動準備時間比之前的再次出動準備時間縮短了15 min，根據優化后的流程開展再次出動保障活動，可以有效提升飛機的再次出動能力和出動架次率。

3 優化方案設計及驗證

3.1 指標論證優化及驗證

完成任務的總時間取決于其關鍵路線的長短，所以時間優化的核心問題是縮短關鍵路線的工作持續時間[5]。對于再次出動保障工作來說，具體可以從以下4 個方面考慮。1）優化維修工作流程及作業內容，減少關鍵工作項目的工作量。2）提升關鍵工作保障人員的業務技術水平和熟練度，縮短各項工作的作業時間。3）優化關鍵工作保障人員配置數量和工作組織方式。4）合理增加保障資源配置等。主要方法和措施論證如下。

3.1.1 基于工作項目流程和作業內容的優化

將工作項目流程設為變量，分解細化流程，降低關鍵工作項目持續時間。將關鍵路線上沒有必要串行的工作項目調整為并行開展，或在某項工作間隙交叉開展其他工作。比如在軍械裝空空導彈的同時，其他專業進行外觀通電檢查，但應確保有武器電源開關設計。這一點已經在前文例舉的某型飛機再次出動保障活動實例中得到了驗證。

3.1.2 基于作業時間和保障人員技術水平的優化

將作業時間設為變量，通過對機務保障人員不斷地進行訓練強化，提高他們對再次出動準備中各項工作項目的操作熟練度，從而可以縮短關鍵路線中關鍵工作項目的持續時間。經實踐驗證，通過強化業務技術訓練，提高保障人員的技術能力，可將機械外觀檢查時間縮短8 min。

3.1.3 基于人員配置的工作組織方式改進

將人員配置設為變量，在不影響裝備維修安全的條件下，改進工作組織方式，充分調動各個非關鍵工作項目中的閑置人員和資源，提高關鍵工作項目中的人員利用率。并且培養技術全面的保障人員，使其“一專多能”，減少保障工作的專業限制，可按飛機不同工作區域進行人員配置，提高保障效率。例如考慮戰備狀態下的裝彈要求，軍械機組由原來的一師三員，通過人員調配變為一師四員，采取對稱掛彈方式，則掛彈時間可縮短10 min。

圖3 基于現有流程的再次出動有向賦權圖

圖4 基于流程的再次出動有向賦權圖改進

3.1.4 基于保障資源配置的優化

保障資源的配置對整個飛機的出動能力有很大的影響。如果保障資源配置太少，飛機的出動準備時間就要加長，會影響飛機的出動頻次。如果配置過多，不僅需要增加大量成本，也會導致資源利用率下降。因此，各個保障環節的資源配置充足、合理是保障系統高效運轉的基礎。例如基于排隊論分析，增加配置一輛掛彈車，軍械掛彈時間將縮短6 min。

3.1.5 為飛機設計更改提供依據

再次出動準備時間作為戰斗機研制總要求中的一項指標，對于飛機的設計具有一定的指導性。在飛機設計階段，考慮飛機的維修性和保障性，通過降低保障工作難度，則可以在一定程度上縮短飛機的再次出動準備時間。例如再次出動準備工作中所用到的電、氣、液接口都設計成快接、快卸的形式。所有需要補充、添加以及掛裝的部位都具備較好的可達性和足夠的操作空間。采用機載制氧系統而不用地面液氧設備等。

3.2 再次出動保障活動優化方案設計

分析再次出動保障活動時間的影響因素，可基于人機環理論，將人員配置、保障資源配置、項目流程及作業時間均設置為變量，通過仿真分析得出最優方案，見表2。

表2 某型飛機再次出動準備保障基準及改進方案

按上述原則編制優化后的試驗流程，開展某型機再次出動專項試驗，優化維修保障效能，提升再次出動能力，以滿足研制總要求提出的指標要求。

4 結論

該研究可應用于試飛階段再次出動流程優化，為保障效能評估提供方法保證，為提高飛機戰時持續作戰能力奠定技術基礎。

首先，以戰斗機再次出動保障作業為具體對象，分析了飛機再次出動保障流程，基于現有流程及流程重組構建了不同的優化模型，從作業流程入手構建優化模型使其更貼近工程實際，為工程應用奠定基礎。

其次，結合某型戰斗機飛行階段再次出動保障實例，基于有向賦權分析DWA 確定了關鍵工作項目集，基于關鍵項目4個影響因素（流程、作業時間、人員、保障資源）設計了“四變量”的優化方案。

最后，基于人機環理論，提出了將再次出動保障活動中的人員配置、保障資源配置、項目流程及作業時間均設置為變量，并通過仿真分析得出最優方案的思路，并基于實體試驗機進行了驗證，驗證了優化方案的可行性，優化了維修保障效能。