航空裝備技術(shù)保障運(yùn)籌分析方法研究

祝華遠(yuǎn)，崔亞君，賈向軍，王靈芝

(海軍航空工程學(xué)院 青島分院，山東 青島266041)

1 引言

裝備技術(shù)保障是國(guó)防現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，是軍事斗爭(zhēng)的基本力量(不僅是戰(zhàn)斗力重要構(gòu)成，而且是戰(zhàn)斗力重要保障)，是裝備現(xiàn)代化建設(shè)的重要構(gòu)成。航空裝備具有準(zhǔn)單次特性，安全性要求高。隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的飛速發(fā)展，航空裝備已成為軍事裝備系統(tǒng)中對(duì)技術(shù)保障依賴性最大的一個(gè)系統(tǒng)。

航空裝備技術(shù)保障指為保持、恢復(fù)和提高航空裝備技術(shù)性能，使之隨時(shí)可用而采取的技術(shù)措施及其相關(guān)活動(dòng)的統(tǒng)稱。主要包括航空機(jī)務(wù)保障、工廠修理、航空軍械保障和航材保障以及相關(guān)的保障裝備建設(shè)、保障人員專業(yè)培訓(xùn)和維修改革等內(nèi)容。

隨著裝備現(xiàn)代化建設(shè)過(guò)程的不斷加快，尤其是高科技在軍事上的應(yīng)用，裝備技術(shù)保障活動(dòng)變得更加復(fù)雜，亟需深入地從定性、定量?jī)煞矫嫜芯科錄Q策問(wèn)題。航空裝備現(xiàn)代化建設(shè)與軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備也迫切需要加強(qiáng)對(duì)航空裝備技術(shù)保障的運(yùn)籌分析，提升航空裝備技術(shù)保障能力。

2 航空裝備技術(shù)保障運(yùn)籌分析的主要內(nèi)容

航空裝備技術(shù)保障運(yùn)籌是研究航空裝備技術(shù)保障問(wèn)題的定性與定量分析及決策優(yōu)化的理論方法，是運(yùn)籌學(xué)理論方法在航空裝備技術(shù)保障領(lǐng)域的拓展及實(shí)踐應(yīng)用，是為更好地解決航空裝備技術(shù)保障問(wèn)題，提供定量決策優(yōu)化依據(jù)的一種科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。依據(jù)航空裝備技術(shù)保障內(nèi)涵，梳理整合航空裝備裝備技術(shù)保障重(難)點(diǎn)問(wèn)題，航空裝備技術(shù)保障運(yùn)籌運(yùn)籌分析的主要內(nèi)容如下。

(1)航空裝備保障特性分析。武器裝備在投入使用后能否形成保障能力，本質(zhì)上取決于裝備系統(tǒng)的保障特性，既要求主裝備本身具有便于保障的設(shè)計(jì)特性，又要求保障系統(tǒng)具有能夠?qū)χ餮b備實(shí)施及時(shí)有效保障的特性。與保障有關(guān)的裝備設(shè)計(jì)特性有可靠性、維修性、測(cè)試性等，它反映裝備可保障，即需保障和易保障的程度。裝備使用階段是裝備發(fā)揮實(shí)際作戰(zhàn)效能的階段，是檢驗(yàn)裝備系統(tǒng)是否滿足實(shí)際作戰(zhàn)與訓(xùn)練要求的最佳時(shí)機(jī)，為確保裝備“優(yōu)生”，并實(shí)現(xiàn)“優(yōu)育”，必須進(jìn)一步加強(qiáng)裝備技術(shù)保障與裝備綜合保障工程的協(xié)調(diào)和銜接，做好使用階段的航空裝備保障特性分析工作，充分發(fā)揮為作戰(zhàn)訓(xùn)練及裝備系統(tǒng)建設(shè)提供信息支持的功能。

(2)航空裝備以可靠性為中心的維修分析。裝備技術(shù)保障理論是裝備技術(shù)保障能力建設(shè)的先導(dǎo)要素，其根本目的是尋求武器裝備如何達(dá)到規(guī)定的戰(zhàn)備完好性和損傷恢復(fù)率。裝備維修理論是裝備技術(shù)保障理論的重要構(gòu)成，其核心內(nèi)容是以可靠性為中心的維修理論。以可靠性為中心的維修分析是一種以用最小的費(fèi)用達(dá)到設(shè)備固有可靠性的維修原則，用以確定飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)、設(shè)備和結(jié)構(gòu)預(yù)防性維修要求的工作程序。加強(qiáng)航空裝備以可靠性為中心的維修分析，是修訂完善現(xiàn)役航空裝備維護(hù)規(guī)程或預(yù)防性維修大綱(含預(yù)防性維修工作內(nèi)容、維修方式或維修類型、維修間隔期和維修級(jí)別等)，進(jìn)而優(yōu)化維修的重要手段。

(3)航空裝備技術(shù)保障預(yù)測(cè)分析。預(yù)測(cè)是根據(jù)過(guò)去的數(shù)據(jù)資料，應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)事物未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)作出分析和判斷，以指導(dǎo)人們未來(lái)行動(dòng)方向的一種技術(shù)，是建立在事物發(fā)展規(guī)律基礎(chǔ)上的科學(xué)推斷。在航空裝備技術(shù)保障工作中存在著較多預(yù)測(cè)問(wèn)題，如裝備戰(zhàn)備完好性預(yù)測(cè)、航材備件消耗預(yù)測(cè)、裝備狀態(tài)預(yù)測(cè)等?？茖W(xué)的預(yù)測(cè)分析，對(duì)于提高航空裝備技術(shù)保障工作的預(yù)見(jiàn)性、對(duì)策針對(duì)性和科學(xué)性，進(jìn)而提高航空裝備戰(zhàn)備完好性和戰(zhàn)時(shí)利用率水平起著非常重要的作用。

(4)航空裝備技術(shù)保障安排優(yōu)化。任何一項(xiàng)航空裝備技術(shù)保障工作，都涉及到保障資源合理使用和保障工作計(jì)劃等保障安排問(wèn)題。合理地安排使用航空裝備技術(shù)保障資源，科學(xué)有效地計(jì)劃和組織實(shí)施航空裝備技術(shù)保障工作，可以以最短的時(shí)間、最低的資源消耗完成預(yù)定的保障任務(wù)，進(jìn)而提高航空裝備技術(shù)保障效益。保障安排優(yōu)化主要包括資源分配優(yōu)化、計(jì)劃安排優(yōu)化、排隊(duì)問(wèn)題優(yōu)化和最短路問(wèn)題優(yōu)化等。

(5)航材(含航空軍械器材)存儲(chǔ)和裝備更新。航材保障和裝備更新是航空裝備技術(shù)保障的重要任務(wù)之一。受多種因素影響，航材需求與供應(yīng)、消耗與存儲(chǔ)之間存在著不協(xié)調(diào)性:一是供過(guò)于求，由于航材的積壓，造成航材保障經(jīng)費(fèi)的大幅增加和過(guò)期航材的報(bào)廢;二是供不應(yīng)求，航空裝備完好率得不到有效保證。優(yōu)化航材存儲(chǔ)量，可以有效利用航材保障經(jīng)費(fèi)，提升航空裝備完好率。裝備更新是指用新裝備替代不宜繼續(xù)使用的舊裝備，以滿足既定裝備總量和結(jié)構(gòu)的要求，是保持既定裝備總量和改善裝備結(jié)構(gòu)的重要手段?？茖W(xué)確定航材最佳存儲(chǔ)策略和裝備最佳更新周期，對(duì)于做好航空裝備技術(shù)保障工作意義重大。

(6)航空裝備技術(shù)保障輔助決策。決策分析是按照預(yù)期目標(biāo)，采用科學(xué)的方法和程序，合理分析影響目標(biāo)的不確定因素，找出主要矛盾，制定最優(yōu)方案的過(guò)程。在航空裝備技術(shù)保障工作中，決策分析是普遍存在的一種活動(dòng)，航空裝備保障與管理人員常需要通過(guò)決策分析，以輔助確定最優(yōu)保障與管理方案。

(7)航空裝備技術(shù)保障能力評(píng)估。航空裝備技術(shù)保障能力評(píng)估是以提高航空裝備技術(shù)保障能力為根本出發(fā)點(diǎn)，遵循能力建設(shè)的特點(diǎn)和規(guī)律，在充分獲取評(píng)估信息的基礎(chǔ)上，運(yùn)用科學(xué)的評(píng)估方法，對(duì)航空裝備技術(shù)保障能力進(jìn)行的價(jià)值判斷。做好航空裝備技術(shù)保障能力階段性評(píng)估工作，可以充分發(fā)揮評(píng)估的判斷功能，為航空兵作戰(zhàn)和各級(jí)裝備保障與管理機(jī)構(gòu)提供重要而有效的決策支持，為作戰(zhàn)、保障方案的制定和優(yōu)化提供重要的參考依據(jù)，進(jìn)而有效促進(jìn)軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備工作具體落實(shí)。

3 航空裝備技術(shù)保障運(yùn)籌分析方法體系

針對(duì)航空裝備技術(shù)保障運(yùn)籌分析的主要內(nèi)容，結(jié)合優(yōu)化分析中面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，構(gòu)建航空裝備技術(shù)保障運(yùn)籌分析方法體系如下。

(1)以小樣本數(shù)據(jù)分析為核心的航空裝備特性分析方法。保障特性參數(shù)估計(jì)及綜合評(píng)估是航空裝備特性分析的兩大核心問(wèn)題。

在航空裝備使用階段的保障特性參數(shù)分析中，通常通過(guò)收集受試裝備在初始使用、部署使用等實(shí)際使用環(huán)境中的使用與維修保障數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì);為了獲得可信的結(jié)果，必須保證一定的裝備數(shù)量和試用時(shí)間。由于航空新裝備型號(hào)多、機(jī)群數(shù)量少，加之受費(fèi)用及現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，對(duì)于較多保障特性參數(shù)的估計(jì)，裝備數(shù)量和試用時(shí)間通常得不到保證，帶來(lái)了以數(shù)據(jù)分布模式識(shí)別為核心的小樣本數(shù)據(jù)分析難題。比較成熟的小樣本數(shù)據(jù)分布模式識(shí)別方法有:綜合運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及支持向量機(jī)方法，結(jié)合數(shù)據(jù)分布的集中趨勢(shì)、離散程度和形態(tài)特征進(jìn)行分布模式智能識(shí)別分析;運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論，采用灰色關(guān)聯(lián)度法構(gòu)建隨機(jī)變量分布計(jì)算模型，根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小，確定被估計(jì)隨機(jī)變量的概率分布規(guī)律與常見(jiàn)分布的相似程度，進(jìn)而確定數(shù)據(jù)分布類型。

多元數(shù)據(jù)回歸分析是構(gòu)建綜合評(píng)估模型的常用方法之一，但其對(duì)數(shù)據(jù)量有著較為嚴(yán)格的要求，普通的多元數(shù)據(jù)回歸分析方法一般不適用于小樣本數(shù)據(jù)。由于我軍航空裝備仿制型號(hào)多、引進(jìn)型號(hào)多、自行研制少，斷型、斷代現(xiàn)象較為突出，加上長(zhǎng)時(shí)期數(shù)據(jù)收集手段的缺乏，航空裝備保障特性綜合評(píng)估同樣面臨著小樣本數(shù)據(jù)分析難題。比較成熟的可用于航空裝備保障特性綜合評(píng)估的方法有:偏最小二乘回歸方法(雖然對(duì)樣本容量沒(méi)有特殊要求，但一般樣本容量應(yīng)大于提取主成分個(gè)數(shù)的3倍);綜合運(yùn)用支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊系統(tǒng)理論等的綜合評(píng)估方法(樣本容量過(guò)小時(shí)，難以得到可信的評(píng)估結(jié)論);綜合運(yùn)用相似系統(tǒng)理論及遺傳算法等的綜合評(píng)估方法(樣本容量過(guò)小時(shí)，相似系統(tǒng)方法可以有效利用已有相似系統(tǒng)的輸入過(guò)程和與之相對(duì)應(yīng)的相似輸出過(guò)程的完整信息，所得到的相似計(jì)算結(jié)果具有較高的可靠性)。

(2)以產(chǎn)品重要度分析和壽命分析為核心的航空裝備有壽件及其壽命優(yōu)化調(diào)整分析方法。在航空裝備研制階段，由于缺乏足夠的數(shù)據(jù)支持，加之對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)用以可靠性為中心的維修分析不足，使得在航空裝備技術(shù)保障工作中，存在航空裝備有壽件數(shù)量偏多，壽命指標(biāo)趨于保守、與日歷壽命指標(biāo)及機(jī)體壽命指標(biāo)不匹配等問(wèn)題，造成時(shí)間壽命的浪費(fèi)及大量有壽件在機(jī)體翻修期內(nèi)的拆修，在很大程度上影響了飛機(jī)完好率，增加了維修工作量，造成了保障經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)。依據(jù)以可靠性為中心的維修理論，確定有壽件及其壽命指標(biāo)調(diào)整原則;運(yùn)用以可靠性為中心的維修分析方法，進(jìn)行故障模式分析和邏輯決斷分析，確定產(chǎn)品重要度;運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析理論進(jìn)行產(chǎn)品壽命分析等，可有效支持對(duì)現(xiàn)役航空裝備有壽件及其壽命指標(biāo)的優(yōu)化調(diào)整分析工作。

(3)由回歸預(yù)測(cè)、時(shí)間序列預(yù)測(cè)及馬爾可夫預(yù)測(cè)等構(gòu)成的航空裝備技術(shù)保障預(yù)測(cè)分析方法?；貧w預(yù)測(cè)主要用于研究預(yù)測(cè)對(duì)象與影響因素之間的因果關(guān)系和影響程度，并據(jù)以預(yù)測(cè)未來(lái)影響因素變動(dòng)時(shí)的結(jié)果。如采用回歸預(yù)測(cè)方法，探究飛機(jī)輪胎消耗量與起落次數(shù)之間的關(guān)系，大修架數(shù)與機(jī)群飛行時(shí)間之間的關(guān)系等;當(dāng)樣本數(shù)據(jù)量不足，支持向量機(jī)回歸預(yù)測(cè)方法具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。時(shí)間序列是指隨時(shí)間變化、具有隨機(jī)性前后又有關(guān)聯(lián)的一些觀測(cè)數(shù)據(jù)，時(shí)間序列預(yù)測(cè)即針對(duì)已知的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而作出較為準(zhǔn)確的判斷和預(yù)測(cè)。時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法可廣泛應(yīng)用于裝備戰(zhàn)備完好性預(yù)測(cè)和航材備件消耗預(yù)測(cè)，常用時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法有:移動(dòng)平均預(yù)測(cè)，加權(quán)移動(dòng)平均預(yù)測(cè)，指數(shù)平滑預(yù)測(cè)，具有季節(jié)性特點(diǎn)的時(shí)間序列預(yù)測(cè)(受飛行任務(wù)及駐地氣候等的影響，較多類型的航材備件消耗呈現(xiàn)出季節(jié)性變化規(guī)律);此外，針對(duì)小樣本時(shí)間序列預(yù)測(cè)問(wèn)題，可采用專門研究少數(shù)據(jù)、貧信息不確定性問(wèn)題的灰色系統(tǒng)理論，通過(guò)建立灰色數(shù)列預(yù)測(cè)模型、灰色災(zāi)變時(shí)間預(yù)測(cè)模型等進(jìn)行預(yù)測(cè)。馬爾可夫預(yù)測(cè)適用于分析航空裝備的狀態(tài)變化規(guī)律，并對(duì)機(jī)群狀態(tài)(飛行使用、排故及定檢，完好及故障等)進(jìn)行短、中期預(yù)測(cè)。

(4)由規(guī)劃論、統(tǒng)籌法、排序論、排隊(duì)論、圖論等構(gòu)成的航空裝備技術(shù)保障安排優(yōu)化分析方法。資源分配優(yōu)化主要研究如何利用現(xiàn)有保障資源，才能使完成的保障任務(wù)量最大;或者是針對(duì)確定的保障任務(wù)，研究如何利用保障資源，才能使完成任務(wù)所耗費(fèi)的保障資源最少。解決該類問(wèn)題常用的理論方法是規(guī)劃論，主要包括線性規(guī)劃(可用于優(yōu)化分析航空裝備技術(shù)保障中的生產(chǎn)計(jì)劃、保障運(yùn)輸、裝載、人員值班及人員分派問(wèn)題等)和非線性規(guī)劃(可用于優(yōu)化分析保障裝備配置問(wèn)題等)。計(jì)劃安排優(yōu)化主要研究如何合理安排這些工作的進(jìn)程。對(duì)于較大的航空裝備技術(shù)保障工作，如機(jī)務(wù)準(zhǔn)備、飛機(jī)定檢、換裝發(fā)動(dòng)機(jī)、全武器掛載等，都包含有許多不同的工作，而這些工作又必須按照一定的順序進(jìn)行(并行或串行)，解決該類問(wèn)題常用的理論方法是統(tǒng)籌法和排序論。對(duì)于故障裝備等待排故、航空部附件送到部隊(duì)修理廠等待校修、運(yùn)輸物資等待裝卸等排隊(duì)問(wèn)題，排隊(duì)論是適用的運(yùn)籌學(xué)理論方法。飛機(jī)檢查路線、保障車輛在機(jī)場(chǎng)內(nèi)的行走路線、保障物資裝載運(yùn)輸路線、保障機(jī)構(gòu)選址等問(wèn)題，都與尋找“圖的最短路徑”問(wèn)題密切相關(guān)，圖論是解決該類問(wèn)題有效方法。

(5)由存儲(chǔ)論、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、圖論等構(gòu)成的航材存儲(chǔ)和裝備更新優(yōu)化方法。存儲(chǔ)論是專門研究存儲(chǔ)問(wèn)題的理論方法。針對(duì)實(shí)際存儲(chǔ)問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)費(fèi)用分析選擇既能滿足存儲(chǔ)需要，又能降低存儲(chǔ)費(fèi)用的最優(yōu)存儲(chǔ)策略是存儲(chǔ)論研究的主要問(wèn)題。存儲(chǔ)模型分為確定型和隨機(jī)型兩大類，供需完全可以預(yù)測(cè)的存儲(chǔ)模型稱為確定型存儲(chǔ)模型(不允許缺貨的成批供應(yīng)模型、不允許缺貨的分批供應(yīng)模型、允許缺貨的成批供應(yīng)模型、允許缺貨的分批供應(yīng)模型等)，否則即為隨機(jī)型存儲(chǔ)模型。在裝備使用過(guò)程中，一方面，裝備性能下降或落后，需要進(jìn)行更新;另一方面，進(jìn)行更新需要更新費(fèi)用，為此，應(yīng)盡可能減少更新的臺(tái)(次)數(shù)?？捎脠D論和動(dòng)態(tài)規(guī)劃?rùn)?quán)衡兩者之間的利弊關(guān)系，確定最佳更新時(shí)機(jī)。

(6)由確定型決策、不確定型決策、風(fēng)險(xiǎn)型決策、多目標(biāo)決策和模糊系統(tǒng)理論等構(gòu)成的航空裝備技術(shù)保障輔助決策及保障能力評(píng)估方法。保障路線選擇、故障檢測(cè)定位、保障機(jī)構(gòu)選址、試驗(yàn)論證方案確定等保障方案優(yōu)選問(wèn)題，可采用確定型決策、不確定型決策(等可能性準(zhǔn)則、樂(lè)觀準(zhǔn)則、悲觀準(zhǔn)則、折衷準(zhǔn)則及后悔值準(zhǔn)則)、風(fēng)險(xiǎn)型決策(期望值法、決策樹法、貝葉斯決策等)方法進(jìn)行優(yōu)化分析。保障能力評(píng)估等問(wèn)題可采用主觀賦權(quán)法(德爾菲法、層次分析法、重要性排序法等)、客觀賦權(quán)法(均方差法、主成分分析法、熵值法等)和綜合賦權(quán)法(主、客觀賦權(quán)法的綜合運(yùn)用)確定評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，再利用模糊系統(tǒng)理論或加權(quán)平均法等給出評(píng)估結(jié)論。

4 結(jié)束語(yǔ)

航空裝備技術(shù)保障工作涉及面廣、綜合性強(qiáng)，需要優(yōu)化分析的問(wèn)題多，且隨著航空裝備現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快及運(yùn)籌學(xué)理論方法的不斷發(fā)展，航空裝備技術(shù)保障運(yùn)籌分析方法體系還有待于進(jìn)一步研究、探討、發(fā)展和完善，以更好地推動(dòng)航空裝備技術(shù)保障優(yōu)化分析工作。

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