基于損傷樹的裝備戰(zhàn)場損傷評估研究

呂茂庭，車建國，丁琳寧

（1.防空兵指揮學(xué)院，河南 鄭州 450052；2.中國人民解放軍第75120部隊，廣西 桂林 541005）

1 引言

戰(zhàn)場損傷評估 (BDA：Battlefield Damage Assessment)在戰(zhàn)場搶修中具有十分重要的地位，是戰(zhàn)場損傷修復(fù) (BDR：Battlefield Damage Repair)的前提和基礎(chǔ)。在戰(zhàn)場環(huán)境下，快速、準(zhǔn)確的損傷評估對損傷修復(fù)工作的順利開展具有十分重要的意義。通過建立裝備損傷樹模型，實施損傷定位并確定損傷原因，為快速、高效地實施裝備戰(zhàn)場損傷評估打下良好的基礎(chǔ)。

2 裝備戰(zhàn)場損傷評估

裝備戰(zhàn)場損傷是指裝備在戰(zhàn)場上需要排除的、妨礙完成預(yù)定任務(wù)的所有事件，包括戰(zhàn)斗損傷、隨機故障、耗損性故障、人為差錯、偶然事故以及備品備件不足和防空裝備不適應(yīng)戰(zhàn)場等事件。

裝備戰(zhàn)場損傷評估是指裝備戰(zhàn)損后，迅速確定損傷部位與程度、現(xiàn)場可否修復(fù)、修復(fù)時間和修復(fù)后的作戰(zhàn)能力，確定修理場所、方法、步驟及所需保障資源的過程。其實質(zhì)是維修決策的過程（一般程序如圖1所示），需要回答損傷部位在哪，損傷是否需要修理，如何修理，需要哪些修理資源等一系列問題。要回答這些問題，一般做法是進(jìn)行損壞/故障模式及影響分析、修復(fù)方法與搶修資源分析，以獲得各部件的功能、損壞模式、損傷原因、損傷影響、修復(fù)方法及修復(fù)資源、使用方法等信息。在對損傷裝備進(jìn)行戰(zhàn)場損傷評估時，應(yīng)首先確定裝備的當(dāng)前損傷部位，并進(jìn)一步確定到損傷原因（戰(zhàn)場損傷定位）才能利用前面分析的信息進(jìn)行決策。

圖1 裝備戰(zhàn)場損傷評估的一般程序

3 損傷樹分析

損傷樹分析（DTA：Damage Tree Analysis）是指對裝備在戰(zhàn)場上所造成種種損傷的各種因素（包括戰(zhàn)斗損傷、偶然故障、耗損性故障、人為差錯、裝備得不到供應(yīng)品以及不適于作戰(zhàn)環(huán)境等）進(jìn)行分析，畫出邏輯框圖（即損傷樹），從而確定裝備的各種損傷事件及相互之間的邏輯關(guān)系。損傷樹分析法是從所研究的損傷現(xiàn)象出發(fā)尋找產(chǎn)生這一損傷的根源，是一種從果到因的研究過程，通常把系統(tǒng)級損傷事件作為頂事件，把不能再分解的基本損傷原因作為底事件，介于頂事件和底事件之間的一切事件稱作中間事件，然后用相應(yīng)的符號代表這些事件，再用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T（與門和或門）把這些事件聯(lián)接成樹狀圖，這種倒立樹狀圖形被稱作損傷樹。一棵完整的損傷樹可以把造成裝備系統(tǒng)某一損傷的所有損傷事件及各損傷事件之間的邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系表示出來，由此可以分析出造成該系統(tǒng)損傷的各種途徑，為損傷定位確定范圍，進(jìn)而進(jìn)行損傷評估。

3.1 損傷樹的結(jié)構(gòu)

損傷樹由事件、邏輯門和連線組成。

3.1.1 事件

用來描述裝備在戰(zhàn)場上所造成各種損傷的各種因素（包括戰(zhàn)斗損傷、偶然故障、耗損性故障、人為差錯、裝備得不到供應(yīng)品以及不適于作戰(zhàn)環(huán)境等）。按其在損傷樹中的位置層次劃分為三類：頂事件、中間事件和底事件（基本事件）。頂事件：分析的起始對象，指戰(zhàn)場損傷對裝備造成的最終影響，由故障損壞模式及影響分析（F／DMEA）得出。底事件：也稱基本事件，指造成戰(zhàn)場損傷的根本原因（可以進(jìn)行搶修處理的層次）。理論上底事件應(yīng)與F／DMEA分析的基本功能項目（BFI）損傷原因完全對應(yīng)。中間事件：位于頂事件與底事件之間的中間層次事件。

3.1.2 邏輯門

用來描述各事件與下層事件之間的邏輯關(guān)系。主要分為與門、或門、表決門等。

與門：表示所有的下層事件同時發(fā)生，上層事件才會發(fā)生。

或門：表示下層事件只要有一事件發(fā)生，上層事件就會發(fā)生。

表決門：表示超過某一數(shù)量的下層事件發(fā)生，上層事件才會發(fā)生。

3.1.3 連線

連接事件與邏輯門，形成樹圖。

事件和邏輯門的畫法如圖2、3所示。

圖2 事件的畫法圖

圖3 邏輯門的畫法

3.2 損傷樹事件的層次劃分

損傷樹上的事件有一定的層次，上層事件與下層事件一般可參照裝備的功能和結(jié)構(gòu)層次來劃分。由于損傷事件間有邏輯關(guān)系，事件層次可能與裝備的功能和結(jié)構(gòu)層次不一致，劃分事件層次的一般步驟如下：

1)找出導(dǎo)致上層事件發(fā)生的全部事件；

2)分析這些事件與上層事件之間的關(guān)系能否用單一邏輯門描述，如不能則適當(dāng)合并某些事件，直到能單用一邏輯門描述為止；

3)將合并后的事件作為上層事件的下層事件；

4)針對每一個下層事件，重復(fù)上面的步驟，直到事件無法再分解為止。

3.3 損傷樹信息表

為管理、使用和收集損傷樹的有關(guān)信息，將相關(guān)信息以損傷樹信息表的形式放在損傷樹圖之后。損傷樹信息表的上部添加當(dāng)前損傷樹的基本信息，包括對應(yīng)的裝備名稱、分析人員等，下部填入損傷樹的節(jié)點信息，包括損傷事件的類型、名稱、描述等。其樣式如表1所示。

表1 損傷樹信息表

4 實例分析

自行高炮是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中主要的野戰(zhàn)機動防空武器系統(tǒng)，是高炮武器系統(tǒng)的重點發(fā)展方向，本文以某自行高炮的炮身為例，進(jìn)行損傷評估分析。

4.1 背景描述

該型高炮戰(zhàn)前進(jìn)行全面保養(yǎng)，戰(zhàn)時修理機構(gòu)有如下配置：各炮陣地有修理小組，負(fù)責(zé)本陣地火炮的戰(zhàn)場搶修，可用資源包括戰(zhàn)場搶修工具箱和炮用工具箱的工具和備件；后方設(shè)有野戰(zhàn)修理機構(gòu)，負(fù)責(zé)修理陣地不能完成搶修的高炮。高炮的作戰(zhàn)任務(wù)可以確定為行軍、行軍戰(zhàn)斗狀態(tài)轉(zhuǎn)換、戰(zhàn)斗、由戰(zhàn)斗狀態(tài)變換為行軍狀態(tài)、撤到規(guī)定地域。炮身的基本功能為安裝炮閂、承受并消耗火藥氣體的壓力。

4.2 故障損壞模式影響分析

進(jìn)行故障損壞模式影響分析，可以為裝備生存性評估提供依據(jù)，同時也可為戰(zhàn)場搶修的準(zhǔn)備提供依據(jù)。本文從戰(zhàn)斗損傷、過度使用損傷、隨機故障和人為差錯4個方面對該炮炮身進(jìn)行分析。

戰(zhàn)斗損傷涉及的因素很多，這里僅討論敵方常規(guī)武器對裝備造成的損害，包括炮彈、炸彈和導(dǎo)彈等的攻擊傷害，對高炮炮身造成的損傷主要有穿孔、壓坑、彎曲、破碎、斷裂和變形等；過度使用損傷是由于作戰(zhàn)的需要，對火炮進(jìn)行超過設(shè)計能力的操作，例如：長時間發(fā)射彈藥的身管溫度過高，剛度下降造成身管彎曲；隨機故障指裝備在戰(zhàn)場上頻繁使用過程中由于磨損等原因造成的炮身的損傷；人為差錯是由于戰(zhàn)場上情況緊急、時間緊迫，由于人為原因?qū)Ω吲谂谏碓斐傻膿p傷，例如射擊前炮彈、炮膛擦拭不干凈而引起的炸膛。

根據(jù)分析的結(jié)果，可以得到損壞模式對本級、上級和系統(tǒng)級的影響，對所有的損傷原因進(jìn)行修復(fù)方法、修復(fù)資源分析，便可得到所需的故障損壞模式影響分析表，在此我們略去。

4.3 建立損傷樹

建立損傷樹時首先選取損傷對裝備的某一最終影響作為頂事件，本文僅對由于炮身損壞所造成的 “不能射擊”這一最終影響進(jìn)行分析。

炮身由身管、炮口制退器和炮尾組成，且每個部分的功能相對獨立，因此，“炮身損傷”有3個原因事件： “身管損傷”、“炮口制退器損傷”和 “炮尾損傷”，它們與上層事件之間的邏輯關(guān)系為 “或”的關(guān)系。其中身管的損傷主要有3種情況：彈片擊中身管而導(dǎo)致壓坑，持續(xù)射擊導(dǎo)致身管溫度過高而變形和身管內(nèi)有異物，發(fā)生炮膛膨脹。這3個原因事件與上層事件的邏輯關(guān)系為“或”的關(guān)系；炮口制退器的損傷主要有3種情況：彈片擊中而導(dǎo)致壓坑，穿孔或出彈孔變形。這3個原因事件與上層事件的邏輯關(guān)系為 “或”的關(guān)系；炮尾的主要部分可分為為閂室、套箍和檢查座，故“炮尾損傷”也有 3個原因事件“閂室變形”、“套箍損傷”和 “檢查座金屬突起”，與上層事件的邏輯關(guān)系為 “或”的關(guān)系。經(jīng)過以上分析，所建的損傷樹如圖4所示。

4.4 填寫損傷樹信息表

在所建的損傷樹中，只是顯示了損傷事件的名稱與邏輯關(guān)系，名稱并不能夠詳細(xì)地描述事件，為了更加詳細(xì)、清楚地對損傷事件進(jìn)行描述，在損傷樹后加上損傷樹信息表?！安荒苌鋼簟睋p傷樹信息表如表2所示。

圖4 “不能射擊”損傷樹

4.5 損傷定位實施

戰(zhàn)場上，當(dāng)高炮出現(xiàn)故障或者損傷不能繼續(xù)戰(zhàn)斗時，炮班班長向上報告，搶修分隊根據(jù)報告的情況進(jìn)行分析。頂事件為高炮 “不能射擊”，根據(jù)損傷樹確定下層事件為 “炮身損傷”，其又有3個下層原因事件 “身管損壞”、“炮尾損傷”、 “炮口制退器損壞”，假設(shè)為 “身管損壞”，接著在確定下層原因事件，直至確定損傷原因為止，之后進(jìn)行損傷評估，最后進(jìn)行決策，并實施戰(zhàn)場搶修。

表2 “不能射擊”損傷樹信息表

5 結(jié)束語

針對如何快速地進(jìn)行裝備戰(zhàn)場損傷評估問題，提出了對裝備戰(zhàn)場損傷評估中利用損傷樹分析法，對裝備的戰(zhàn)損部分進(jìn)行快速定位，縮短了裝備的戰(zhàn)場損傷評估時間，優(yōu)化了戰(zhàn)場損傷程序，為裝備戰(zhàn)場損傷評估的實施奠定了良好的基礎(chǔ)。

[1]陳學(xué)楚，張諍敏，陳云翔，等.裝備系統(tǒng)工程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[2]陳精衛(wèi)，汪倫根，曹銀，等.武器裝備戰(zhàn)場損傷評估[J].四川兵工學(xué)報，2010，31(4) ：16-18.

[3]孫棟，張春潤，伊洪冰，等.基于損傷樹的車輛裝備戰(zhàn)場損傷分析過程研究[J].軍事交通學(xué)院學(xué)報，2008，10(3) ：38-40.

[4]王潤生，賈希勝，王廣彥，等.基于案例的戰(zhàn)場損傷評估研究[J].兵工學(xué)報，2006，27(6)：1086-1089.

[5]郝杰忠，楊建軍，楊若鵬.裝備技術(shù)保障運籌分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.