機動轉場保障資源規劃及驗證方法研究*

郭毓文，魏詩朦

（1.中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089；2.中航西安飛機工業集團股份有限公司，陜西 西安 710089）

0 引言

機動轉場的要求一般為：規定數量的飛機應能在規定時間內、規定條件下進行轉場部署，且其執行規定天數、規定任務所需的保障資源應能按規定要求（主要為空間、重量的限制）進行裝載。保障資源通常包括保障設備、保障設施、備件、技術資料、保障人員等。如何給出一套完整、合理、最小化且能保障任務執行的保障資源清單，是本文研究的重點。

國內在武器裝備保障資源規劃方面開展了諸多研究，主要包括以下方面：以保障活動為中心的裝備保障資源數量預測［1］、基于IDEF0-QFD（integra?tion definition method 0-quality function deployment，集成定義方法0-質量功能展開）的工程裝備保障資源規劃方法研究［2］、保障資源確定技術及需求分析系統研究［3］、雷達裝備保障資源規劃分析［4］、艦船綜合保障系統設計研究［5］、基于HLA（high level ar?chitecrure，高層體系結構）的保障仿真系統設計實現［6-7］、裝備綜合保障模型研究［8］等。以上研究給出了保障資源規劃的要求及思路，初步實現了保障資源規劃的目的，但所規劃的保障資源往往存在過飽和的情況，難以支撐“機動轉場所需保障資源應能按規定要求進行裝載”的需求。

同時，在保障資源初步規劃的基礎上如何進一步優化也開展了一定的研究，例如基本層次分析法和模糊層次分析法結合的武器裝備維修保障資源優選方法研究［9］、航空裝備初始備件資源的庫存優化問題［10-11］、基于維修任務規劃的維修資源配置模型［12］、多級保障系統的維修資源最優庫存控制問題［13］等。但以上研究多停留在理論層面，難以指導外場實際工作的開展。

本文通過建模及各因素間交互關系研究，首先完成保障資源規劃，再結合部隊機動轉場實際需求給出外場裝載驗證優化方法及思路，為機動轉場保障資源規劃及驗證提供指導。

1 保障資源規劃建模

1.1 任務模型

機動轉場中執行不同任務對保障資源的需求是不同的，為確保保障資源規劃的合理性及經濟性，主要從任務類型、任務周期、任務強度、參與任務飛機數量等要素入手，研究不同任務要素對保障資源的影響并進行分析建模。任務類型要素主要涉及任務想定及任務方案，例如飛行訓練、值班巡邏、空空作戰、空面作戰等。不同的任務類型決定了不同的任務剖面，不同的任務剖面決定了不同的保障資源。任務周期要素主要影響飛機的使用維修活動，例如基于日歷時間的飛機/發動機定周期檢查（如飛機30天檢查），從而對保障資源規劃產生影響。任務強度要素在影響飛機使用維修活動的同時，也會對備件、人員產生一定影響，例如高強度飛行下空地勤人員需要換班備份。參與任務飛機數量要素會對保障資源數量產生影響。以上各任務要素既單獨對保障資源規劃產生影響，也相互交叉產生綜合影響。

1.2 可靠性水平模型

為確保機動轉場執行任務期間飛機的使用可用度，攜轉備件的規劃就顯得極其重要，而裝備的可靠性水平則直接影響所需備件的種類及數量。整機級的可靠性水平是由系統級可靠性水平決定的，系統級可靠性水平由部件級可靠性水平決定。部件可分為可修復單元和可更換單元，部件級中可更換單元的可靠性水平主要影響保障資源中備件的規劃，具體包括備件種類及數量。本文主要研究機動轉場所需保障資源規劃，因此僅針對部件級中外場可更換單元（line replaceable unit，LRU）的平均故障間隔時間（mean time between failure，MTBF）進行建模（如圖1所示），根據任務輸入確定攜行備件清單。車間可更換單元（shop replaceable unit，SRU）的備件由基地級庫存提供，不作為機動轉場的攜行備件。

圖1 可靠性水平模型Fig.1 Model of reliability level

用于進行備件規劃的部件級可靠性水平主要依據性能試驗及作戰試驗階段裝備的實際可靠性評估值，建立部件可靠性水平數據庫，為備件規劃提供數據基礎。

1.3 保障資源模型

保障資源模型是保障資源規劃的關鍵模型，確保保障資源的有限性是建模的基本準則。保障資源主要包括保障設備、保障設施、備件、人員、技術資料等。機動轉場保障資源可劃分為攜行轉場保障資源和目標機場配置保障資源2部分，攜行轉場保障資源主要包括保障設備、人員、備件及技術資料，目標機場配置保障資源主要包括保障設備、保障設施、備件。如圖2所示，規劃保障設備種類及數量時主要參考要素有使用時機、攜行/本場、配套比例等；保障設施主要參考要素有使用時機和配套比例等，主要包括機庫和保障車輛等，均由目標機場配置；規劃保障人員數量時主要參考要素有保障專業、技能等級、保障強度等；規劃備件種類及數量時主要參考外場可更換部件的可靠性水平；技術資料主要參考要素有使用時機和配套比例，包括技術說明書、使用維護說明書及履歷本等。

圖2 保障資源模型Fig.2 Model of support resources

1.4 使用維修活動模型

使用維修活動模型是以任務及可靠性水平為輸入、以保障資源為輸出的核心模型，如圖3所示。可分為使用與維修兩大部分，其中維修可分為預防性維修及修復性維修。通過對任務類型、周期、強度等屬性的分析，規劃預防性維修的項目及頻度；通過對部件可靠性水平的分析，規劃修復性維修的項目及頻度。預防性維修主要包括飛行前、再次出動、飛行后等日常機務維護工作以及飛機、發動機等周期維護工作。修復性維修主要指發現故障后的故障排除工作，通常通過換件或修復實現。

圖3 使用與維修活動模型Fig.3 Model of usage and maintenance activities

2 模型交互關系

圖4給出了4個模型間的交互關系。

任務模型和可靠性水平模型以輸入要求和試飛數據為依據，用以驅動使用與維修活動模型，生成執行任務期間所需的使用維修活動。使用與維修活動模型是整個保障資源規劃的核心，分別與上游的任務、可靠性水平模型，以及下游的保障資源模型建立交互的映射邏輯關系。

在規劃保障資源配置方案前，應首先明確任務過程中可能發生的使用維修活動集合，通過梳理各項使用維修活動的具體操作流程及流程涉及的保障資源，建立使用維修活動與所需保障資源的映射關系，最終生成涵蓋保障設備、保障設施、備件、人員、技術資料等保障要素的保障資源數據庫。數據庫中每一項使用維修活動都是一個獨立的單元，當任務輸入變化時，只需根據任務變化梳理使用維修活動的變化，對數據庫中的單元進行調用即可，最后將所有使用維修活動涉及的保障資源進行整理合并，得到機動轉場保障資源規劃方案。方案生成后，要根據部隊實際配備情況進行對比分析，提高保障資源規劃的合理性及準確度。本文以1.4節中提到的日常機務維護工作及周期維護工作中的發動機定檢為例，對使用維修活動與保障資源的映射關系進行說明。

日常機務維護工作主要包括飛行前、再次出動、飛行后的飛機檢查及維護。其中，飛行前和再次出動檢查包括：機軍特航各專業全機上電及目視檢查，燃油、液壓油、滑油、氮氣、氧氣等消耗品的補充加注，阻力傘的安裝，武器彈藥的補充掛載等。飛行后檢查包括：機軍特航各專業全機上電及目視檢查，防護用品恢復等。涉及的保障資源主要包括：輪擋、加油車（燃油）、附油加注裝置（滑油、液壓油）、充氮車、充氧車、阻力傘、運彈車、掛彈車、機務人員、飛行保障工具箱、防護用品、技術資料等。

發動機定檢工作主要包括：渦輪葉片孔探，油濾磁塞清洗，軸承表面檢查，接口管路外觀檢查等。涉及的保障資源主要包括：孔探儀、接油盤、放大鏡、機務人員、通用工具箱（打開口蓋、擰開放油口等工作）、技術資料等。

保障資源模型中各項保障資源具有種類、配套比例、使用時機、攜行/本場等屬性，用于關聯映射使用維修活動等模型中的具體模塊數據，建立如表1所示的保障資源數據庫（樣本數據），為保障資源規劃提供數據基礎。最終，依據任務及可靠性水平的輸入，完成保障資源規劃以實現保障資源調配。

表1 保障資源數據庫Table1 Data base of suppor t r esources

3 使用維修活動頻度計算方法

根據建立的使用維修活動模型可知，典型的使用維修活動模型包括飛行、日常預防性維護工作、周期預防性維護工作及修復性維修工作，具體計算方法如下。

（1）飛行架次

式中：Ff為任務期間飛行架次數；Ii為某任務類型飛行強度；?ti為某類型任務典型任務剖面時間；Nm為任務期間任務類型數。

（2）飛行前機務準備

式中：Fb為任務期間飛行前機務準備頻度；T為任務周期；nP(tp>6h)為單項預防性維修工作時間大于6 h的天數，nr(tr>12h)為單項修復性維修工作時間大于12 h的天數，發生以上2種情況默認當日無飛行安排。

（3）飛行后機務檢查

式中：Fa為任務期間飛行后機務檢查頻度；Fcancel為任務期間任務撤銷次數，Fcancel可用整機平均嚴重故障間隔時間MTBCF估算，公式為

（4）再次出動機務準備

式中：Ft為任務期間再次出動機務準備頻度。

（5）周期預防性維護工作

主要包括日歷間隔維護及使用間隔維護，分別采用式（6）與式（7）計算維護頻度。

式中：FCi為某日歷間隔維護工作頻度；tci為某日歷維護工作間隔。

式中：FOi為某使用間隔維護工作頻度；toi為某使用維護工作間隔。

（6）修復性維修工作

式中：FM為修復性維修工作頻度；MTBFa為整機平均故障間隔時間。

4 機動轉場保障資源仿真框架

國內海軍工程大學李忠猛針對艦船裝備總體介紹了維修保障資源規劃與管理面臨的新形勢與特點，并針對國內外在維修保障資源模型開發與技術應用方面的差距進行了分析［14］。本文根據國內外仿真模型的特點，建立的機動轉場保障資源仿真平臺框架如圖5所示。充分利用已有的建模工具和仿真平臺軟件，開發保障資源仿真支持環境。根據用戶輸入的任務需求和可靠性水平，最終將仿真結果輸出給用戶。

圖5 機動轉場保障資源仿真平臺框架Fig.5 Simulation platform fr amewor k of tr ans-field support resources

仿真平臺的軟件環境分為4層，各軟件層之間通過規范的接口實現信息交互和軟件集成。

（1）界面層

主要用于用戶與平臺間的信息交互。如可靠性數據、任務設定、保障要求等。

（2）應用層

是仿真平臺的主體，提供分析與評價功能，并管理數據與模型；同時，該層還能提供與其他仿真平臺的接口，該層也是軟件系統的基礎。

（3）事務層

主要是建模系統和仿真分析系統。其中，建模系統主要是建立任務模型、可靠性水平建模、保障資源模型以及使用維修活動模型；優化系統主要是對通過仿真得到的保障資源方案進行合理性和可行性分析，進一步優化保障資源方案配置，輸出方案結果。

（4）數據層

提供保證系統運行所需要的靜態和動態數據資源。主要包括任務數據庫、可靠性水平數據庫、使用與維修活動數據庫及保障資源數據庫等。

5 實例驗證

現計劃向某基地機動部署6架機，主要執行值班巡邏及飛行訓練2種任務，計劃任務周期30天，每架機計劃執行60 h值班巡邏及30 h飛行訓練任務，值班巡邏典型剖面時間為2.5 h，飛行訓練典型剖面時間為2 h，整機平均嚴重故障間隔時間為15 h，整機平均故障間隔時間為3 h。根據任務需求，可以預測可能發生的日歷時間間隔維護工作包括飛機30天檢查，使用時間間隔維護工作包括發動機25 h、50 h、100 h，APU30 h、飛機100 fh（flight hour，飛行小時）、飛機25起落/50起落等檢查。其中，發動機100 h、飛機100 fh維護工作所需時間大于6 h，但可當日完成。

將需求數據帶入公式（1）～（8），可以求得每架機使用維修活動如下：飛行39架次/90 h，飛行前機務準備28次，再次出動機務準備17次，飛行后機務檢查22次，飛機30天檢查1次，發動機25 h、50 h、100 h維護工作分別為4次、2次、1次，APU30 h維護工作1次，飛機25起落、50起落維護工作分別為2次、1次，修復性維修30次。根據計算得到的使用維修活動類型及次數，通過調用建立的保障資源數據庫（表1）及部件可靠性水平完成保障資源方案規劃。規劃的保障資源可采用裝載試驗的方法進行驗證，具體見圖6。

圖6 保障資源裝載試驗驗證方法Fig.6 Support resources loading test validation method

裝載試驗驗證主要分為攜行方艙裝載和機上裝載2部分；可采用實物裝載和仿真推演的方法，仿真推演是指制作同比模型進行演示裝載；試驗驗證應重點關注保障資源規模、裝載接口、裝載方式、空間布局等方面的信息，收集相關問題并開展迭代優化。

6 結束語

本文對軍機機動轉場保障資源規劃方法進行了研究，建立了任務、可靠性水平、保障資源和使用維修活動4個模型并確定了模型交互關系。在模型基礎上，給出了使用維修活動頻度計算方法、保障資源規劃方法以及驗證方法。最后，構建了機動轉場保障資源仿真框架，為后續設計實現仿真軟件提供了技術基礎。本文提出的保障資源規劃及驗證方法，對指導機動轉場試驗與試飛驗證評估具有重要意義。