唐后棟 馬振利

（1.陸軍勤務(wù)學(xué)院 重慶 401331）（2.陸軍軍事交通學(xué)院鎮(zhèn)江校區(qū) 鎮(zhèn)江 212003）

1 引言

戰(zhàn)時(shí)油料裝備損傷數(shù)量多、維修保障任務(wù)重，同時(shí)戰(zhàn)場維修力量薄弱，決策人員對(duì)損傷裝備的搶修時(shí)間也難以精確估計(jì)，造成對(duì)裝備損傷等級(jí)評(píng)定不準(zhǔn)確，不能合理地規(guī)劃搶修實(shí)施地域和安排搶修力量，導(dǎo)致?lián)屝奕蝿?wù)無法順利完成。

國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)裝備戰(zhàn)場損傷等級(jí)劃分進(jìn)行了研究。豐驍［1～2］運(yùn)用改進(jìn)的模糊層次分析法構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)雷達(dá)裝備技術(shù)等級(jí)評(píng)定方法進(jìn)行了研究。趙兵［3］通過信息熵確定指標(biāo)權(quán)重并運(yùn)用未確知數(shù)學(xué)理論及算法建立了損傷等級(jí)評(píng)估模型。潘洪平［4］綜合運(yùn)用AHP、冪指數(shù)法和專家打分法對(duì)評(píng)估模型進(jìn)行定量分析。這些方法通過考慮不同的指標(biāo)因素，依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)打分確定指標(biāo)權(quán)重來劃分裝備損傷等級(jí)，在一定程度上存在主觀性較大的缺點(diǎn)，且沒有考慮戰(zhàn)時(shí)搶修力量、維修設(shè)備、搶修時(shí)間等約束條件對(duì)裝備損傷等級(jí)劃分的影響。

此外，一些學(xué)者研究了以搶修力量設(shè)置和以搶修時(shí)間［5］為主要影響因素的損傷等級(jí)評(píng)定方法，還有的學(xué)者運(yùn)用Delphi語言對(duì)油料裝備維修時(shí)間進(jìn)行模擬優(yōu)化［6］，這些方法在一定程度上減小了主觀因素對(duì)評(píng)定結(jié)果的影響，提高了損傷等級(jí)評(píng)定的準(zhǔn)確性，但也存在以下兩點(diǎn)不足：一是這些方法以裝備基本功能項(xiàng)目的最高損傷等級(jí)作為裝備的最低損傷等級(jí)，并沒有區(qū)分零部件和整個(gè)裝備損傷等級(jí)評(píng)定的差異。二是它們依據(jù)決策人員過往經(jīng)驗(yàn)粗略估算裝備戰(zhàn)場搶修時(shí)間，并沒有針對(duì)基本功能項(xiàng)目搶修時(shí)間提出具體的計(jì)算方法，導(dǎo)致預(yù)估搶修時(shí)間不夠準(zhǔn)確?；谝陨显?，本文將影響油料裝備等級(jí)評(píng)定的各項(xiàng)因素，如搶修難易程度、搶修力量的維修能力、搶修條件以及修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)等［7］，都轉(zhuǎn)化為對(duì)裝備搶修時(shí)間的影響，提出了新的油料裝備戰(zhàn)場損傷等級(jí)劃分方法，并利用蒙特卡洛（Monte Car?lo）仿真對(duì)基本功能項(xiàng)目維修作業(yè)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，以搶修時(shí)間為約束條件來評(píng)定油料裝備損傷等級(jí)，為戰(zhàn)場搶修力量安排和搶修資源利用提供了科學(xué)依據(jù)。

2 油料裝備戰(zhàn)場損傷等級(jí)評(píng)定

本文考慮了搶修力量設(shè)置和搶修時(shí)間等約束條件對(duì)裝備損傷等級(jí)劃分的影響，將油料裝備的基本功能項(xiàng)目損傷等級(jí)劃分為6級(jí)，如表1所示。

表中 ti（i=1，2，…，5）為損傷裝備在對(duì)應(yīng)搶修力量下的搶修時(shí)間，a，b，c，d，e（a＜b＜c＜d＜e）表示相應(yīng)搶修力量下所對(duì)應(yīng)的最大搶修時(shí)間。

為了區(qū)分油料裝備基本功能項(xiàng)目損傷等級(jí)劃分和整個(gè)裝備報(bào)廢評(píng)定之間的差異，將油料裝備的損傷等級(jí)劃分為7級(jí)，如表2所示。

表1 裝備的基本功能項(xiàng)目損傷等級(jí)劃分準(zhǔn)則

表2 油料裝備損傷等級(jí)劃分準(zhǔn)則

表中 Ti（i=1，2，…，7）為油料裝備在相應(yīng)修理級(jí)別下的所有損傷基本功能項(xiàng)目的搶修時(shí)間之和，a，b，c，d，e的含義與表2相同，f指報(bào)廢裝備的最短搶修時(shí)限。

本文對(duì)油料裝備進(jìn)行戰(zhàn)場損傷等級(jí)評(píng)定，其過程可分為兩步：一是判斷油料裝備基本功能項(xiàng)目損傷并計(jì)算其修復(fù)時(shí)間，從而劃分其損傷等級(jí)。二是根據(jù)每個(gè)基本功能項(xiàng)目損傷等級(jí)計(jì)算相應(yīng)搶修力量下的搶修時(shí)間，再以所有搶修時(shí)間的總和來確定整個(gè)油料裝備的損傷等級(jí)，如圖1所示。

3 計(jì)算油料裝備戰(zhàn)場搶修時(shí)間

3.1 運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法計(jì)算基本維修作業(yè)時(shí)間分布

基本維修作業(yè)是維修過程中最小的維修單元，它具有維修進(jìn)行時(shí)間短、維修時(shí)間相對(duì)變化量小且與裝備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)等特點(diǎn)。數(shù)理統(tǒng)計(jì)法［8］是求解基本維修作業(yè)時(shí)間及其分布最為常用的方法，它的一般步驟包括：一是對(duì)基本維修作業(yè)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)記錄，獲得一定數(shù)量樣本的觀測值。二是對(duì)基本維修作業(yè)時(shí)間進(jìn)行分布函數(shù)擬合和參數(shù)估算，獲得數(shù)據(jù)的分布類型及相關(guān)特征。三是對(duì)基本維修作業(yè)時(shí)間是否服從所求分布進(jìn)行檢驗(yàn)并證明［9～10］。具體流程如圖2所示。

圖2 基本維修作業(yè)時(shí)間分布計(jì)算流程圖

基本維修作業(yè)時(shí)間的長短受許多因素影響，具有不確定性，它常以某種統(tǒng)計(jì)分布的形式存在，比如常見的有正態(tài)分布、指數(shù)分布、艾拉姆咖分布、β分布、平均分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布等［11］。

根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，一般零部件的簡單拆卸或者更換某個(gè)零部件所需的時(shí)間服從正態(tài)分布，通常大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)和檢測活動(dòng)的基本維修時(shí)間服從指數(shù)分布；大多數(shù)的機(jī)械修復(fù)工作，如機(jī)械零部件的拆卸、零部件的安裝、焊接、電子元件的更換等基本維修時(shí)間都服從于艾拉姆咖分布；一些機(jī)電、電子機(jī)械裝備的維修時(shí)間大都符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布。我們也可以在相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中查詢到部分基本維修作業(yè)的時(shí)間分布［12～13］，如《GJB/Z 57-94維修性預(yù)計(jì)預(yù)分配手冊(cè)》。

3.2 利用蒙特卡洛仿真計(jì)算基本功能項(xiàng)目搶修時(shí)間

通?；竟δ茼?xiàng)目搶修是由許多基本維修作業(yè)單元串聯(lián)組成的。以掛車泵在執(zhí)行某次機(jī)動(dòng)任務(wù)中更換輪胎為例，根據(jù)3.1的方法和掛車泵歷史維修數(shù)據(jù)得到其基本維修作業(yè)時(shí)間分布如表3所示。

表3 掛車泵更換輪胎的基本維修作業(yè)時(shí)間分布

如果所有的基本維修作業(yè)時(shí)間都服從正態(tài)分布，那么基本功能項(xiàng)目的搶修時(shí)間也服從正態(tài)分布，并且可以用解析法求解，但是當(dāng)有的基本維修作業(yè)時(shí)間不服從正態(tài)分布，并且串行的基本維修作業(yè)較多時(shí)，用解析法求解將變得很困難。

蒙特卡洛仿真作為一種隨機(jī)模擬方法，是以概率數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)，以隨機(jī)抽樣為主要手段來求解近似解的數(shù)值方法。在基本維修作業(yè)時(shí)間分布確定的情況下，可以用來求解多種不同分布的隨機(jī)變量函數(shù)。

利用Matlab進(jìn)行蒙特卡洛仿真［14］，首先生成作業(yè)時(shí)間分布所需的隨機(jī)數(shù)，而后按照基本維修作業(yè)時(shí)間串聯(lián)相加，進(jìn)行時(shí)間求解，設(shè)置模擬仿真次數(shù)2000次。仿真結(jié)果如圖3所示（左圖縱坐標(biāo)表示頻率，橫軸表示時(shí)間min；右圖縱坐標(biāo)表示概率，橫坐標(biāo)表示時(shí)間min）得到掛車泵更換輪胎的平均完成時(shí)間約12.57min，在95%置信度下的完成時(shí)間約13.29min。

圖3 掛車泵更換輪胎時(shí)間分布特征圖

3.3 計(jì)算不同搶修力量下油料裝備搶修時(shí)間

不同維修級(jí)別的搶修力量對(duì)油料裝備進(jìn)行修復(fù)時(shí)，修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)不同，修理時(shí)間也不同。比如，裝備由使用人員和伴隨修理分隊(duì)進(jìn)行現(xiàn)場搶修時(shí)，常采用應(yīng)急維修手段進(jìn)行快速搶修，僅要求達(dá)到恢復(fù)裝備基本功能或者自救的目的。但是由前方修理所或者后方維修基地進(jìn)行搶修時(shí)，需要按照正規(guī)程序和嚴(yán)格的維修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行搶修，所以修復(fù)時(shí)間也會(huì)存在差別。但它們之間也存在著一定的聯(lián)系，利用搶修時(shí)間轉(zhuǎn)移矩陣D可以表達(dá)他們之間的關(guān)系。

通過時(shí)間轉(zhuǎn)移矩陣，可以根據(jù)低級(jí)別損傷的搶修時(shí)間求得同一損傷由更高級(jí)別的維修力量搶修所需時(shí)間。

4 實(shí)例分析

假設(shè)某輛掛車泵在執(zhí)行任務(wù)過程中受到數(shù)顆炮彈襲擊，經(jīng)初步判斷主要損傷有喇叭、右后車輪、蓄電池、尾燈、發(fā)動(dòng)機(jī)等5個(gè)功能部位受損。

掛車泵損傷等級(jí)劃分的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)為：a=2h，b=6h，c=24h，d=36h，e=96h，f=200h，搶修時(shí)間轉(zhuǎn)移矩陣為D（單位：h），損傷修復(fù)置信度為95%。

戰(zhàn)場決策人員運(yùn)用該方法對(duì)該輛掛車泵進(jìn)行戰(zhàn)場損傷等級(jí)評(píng)定，評(píng)定步驟如下。

1）判斷掛車泵基本功能項(xiàng)目

喇叭、尾燈不屬于基本功能項(xiàng)目，所以不予分析。

2）計(jì)算掛車泵基本維修作業(yè)時(shí)間分布

根據(jù)3.1的方法和以往維修相似系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得到掛車泵各基本功能項(xiàng)目的基本維修作業(yè)時(shí)間分布，如表5、表6、表7所示。

表4 更換右后車輪修作業(yè)時(shí)間分布

表5 更換蓄電池維修作業(yè)時(shí)間分布

表6 發(fā)動(dòng)機(jī)維修作業(yè)時(shí)間分布

3）計(jì)算掛車泵基本功項(xiàng)目搶修時(shí)間

根據(jù)3.2給出的蒙特卡洛仿真方法，計(jì)算掛車泵基本功能項(xiàng)目維修作業(yè)時(shí)間，設(shè)置模擬仿真次數(shù)為2000次，得到更換蓄電池?fù)屝迺r(shí)間分布特征圖，如圖4所示。

圖4 更換蓄電池?fù)屝迺r(shí)間分布特征圖

由上圖數(shù)據(jù)可知，更換蓄電池的平均修復(fù)時(shí)間為38.13min，95%置信度下的完成時(shí)間約為64.46 min。同理可得，維修發(fā)動(dòng)機(jī)的平均修復(fù)時(shí)間為243.68 min，95%置信度下的完成時(shí)間約為284.41 min。

4）確定掛車泵基本功能項(xiàng)目損傷等級(jí)

根據(jù)3.2計(jì)算所得，在95%置信度下掛車泵更換右后車輪的搶修時(shí)間為t11=13.24min，t11=13.29min=0.22h＜a=2h，所以，此損傷評(píng)定為一級(jí)輕損，由裝備操作人員進(jìn)行搶修。

同理可得，更換蓄電池維修作業(yè)時(shí)間t21=64.46 min=1.07h＜a=2h，為一級(jí)輕損；維修發(fā)動(dòng)機(jī)作業(yè)時(shí)間，a=2h＜t32=284.41 min=4.74h＜b=6h，為二級(jí)損傷，由伴隨修理分隊(duì)進(jìn)行搶修。

5）確定掛車泵戰(zhàn)場損傷等級(jí)

由于掛車泵基本功能項(xiàng)目的最高損傷等級(jí)為二級(jí)損傷，再考慮到戰(zhàn)場搶修力量薄弱，所以首先對(duì)損傷的基本功能功能項(xiàng)目采取串聯(lián)修復(fù)的方式實(shí)施搶修，并對(duì)掛車泵進(jìn)行二級(jí)損傷判斷。

由于T1＞b=6h，所以該輛掛車泵必須由支援修理分隊(duì)進(jìn)行搶修。

又因?yàn)門2＜c，所以評(píng)定該輛掛車泵損傷等級(jí)為中損。通過以上評(píng)定結(jié)果分析可得，該輛掛車泵損傷等級(jí)為中損，應(yīng)該安排支援修理分隊(duì)進(jìn)行現(xiàn)場搶修，其修復(fù)時(shí)間大約為7.55h。

5 結(jié)語

本文在對(duì)油料裝備戰(zhàn)場損傷等級(jí)劃分研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合油料裝備戰(zhàn)場搶修理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以搶修力量設(shè)置和搶修時(shí)間計(jì)劃為約束條件，運(yùn)用蒙特卡洛方法對(duì)基本功能項(xiàng)目搶修時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，給出了新的油料裝備戰(zhàn)場損傷等級(jí)評(píng)定方法。為指導(dǎo)決策人員開展油料裝備戰(zhàn)場損傷等級(jí)評(píng)定工作提供參考，并為決策人員確定裝備搶修實(shí)施地域、安排搶修力量和利用搶修資源等提供科學(xué)依據(jù)。