基于3D打印技術(shù)的海軍艦船器材保障能力研究

欒振城

(91421部隊(duì)，山東 青島 266000)

基于3D打印技術(shù)的海軍艦船器材保障能力研究

欒振城

(91421部隊(duì)，山東 青島 266000)

海軍艦船器材的保障關(guān)系著海軍艦船裝備的戰(zhàn)斗力和生命力，是艦船裝備保障工作的重要組成部分。文章構(gòu)建了基于3D打印技術(shù)的海軍艦船器材保障模型，運(yùn)用實(shí)例仿真對(duì)模型的性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了應(yīng)用3D打印技術(shù)的可行性。結(jié)果表明，基于3D打印技術(shù)的艦船器材攜帶量減少，供應(yīng)時(shí)間減少，品種滿足率、數(shù)量滿足率大幅提高，器材保障能力得以提升。

3D打??； 艦船器材；保障能力

海軍艦船器材是維護(hù)海軍艦船所需要的設(shè)備、裝置、器械、工具、儀表及其配件等器材的總稱，是海軍艦船技術(shù)保障的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。保障能力的高低決定后方補(bǔ)給能否及時(shí)為武器裝備提供相應(yīng)的維修保障工作，以確保武器裝備持續(xù)的作戰(zhàn)能力[2]。當(dāng)前我軍大中型水面艦船逐年增多，遠(yuǎn)洋航行任務(wù)繁多，維修保障難度加大，給器材保障工作提出了更高的要求。

3D打印技術(shù)是采用材料逐漸增加的方法制造實(shí)體零件的技術(shù)。首先采集實(shí)物的三維數(shù)據(jù)或者將其設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，然后由打印機(jī)逐層分切，根據(jù)每層結(jié)構(gòu)逐層打印。應(yīng)用較多的打印材料有鈦合金、陶瓷、塑料、砂等。3D打印技術(shù)的優(yōu)勢包括：①簡化了復(fù)雜零部件的制造;②生產(chǎn)批量的打印成本降低;③打印的生產(chǎn)周期短;④打印的材料無浪費(fèi)。3D打印技術(shù)應(yīng)用于艦船器材快速生產(chǎn)，輔助維修工具設(shè)計(jì)，老舊零件和工裝制造或維修等，推動(dòng)艦船器材保障模式的創(chuàng)新發(fā)展。根據(jù)艦船部隊(duì)器材保障的籌措、儲(chǔ)備、配送3個(gè)主要工作環(huán)節(jié)，建立保障體系圖，如圖1所示。

圖1 戰(zhàn)時(shí)裝備維修器材保障體系圖

艦船器材保障需求確定，是一項(xiàng)比較復(fù)雜但又非常重要的工作，它的計(jì)算是建立在器材需求規(guī)律研究和裝備維修器材戰(zhàn)備儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)確定等相關(guān)計(jì)算的基礎(chǔ)上，它是器材需求計(jì)算的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是制訂保障方案的前提和依據(jù)。它的確定，對(duì)指導(dǎo)裝備維修器材的戰(zhàn)備儲(chǔ)備及實(shí)施科學(xué)精確的裝備維修器材保障，有著十分重要的意義。

1 艦船器材保障模型的建立與分析

一般來說，輕損裝備在4 h以內(nèi)修復(fù)的，由基層級(jí)修理組完成；中損裝備在24 h以內(nèi)由維修支援組及基層級(jí)維修組共同完成，重?fù)p裝備修復(fù)時(shí)間需要24 h以上，在基地級(jí)修理所以上機(jī)構(gòu)完成。在艦船搶修過程中，器材的籌措往往會(huì)大幅延長艦船修理的時(shí)間?；趯?duì)完好率要求的裝備搶修主要工作、搶修方法和器材保障的要求，當(dāng)前遵循的艦船器材維修保障快速維修模式。

在維修人員、技術(shù)資料確定的前提下，艦船搶修能力主要取決于與損傷裝備相適應(yīng)的維修方法和充足的器材保障。艦艇部隊(duì)一般擔(dān)負(fù)近海防御、封鎖海道、遠(yuǎn)洋戰(zhàn)備訓(xùn)練及護(hù)航任務(wù)等，遠(yuǎn)離保障基地且支援較慢，一旦出現(xiàn)部分功能損毀，就要迅速恢復(fù)其戰(zhàn)斗力，及時(shí)補(bǔ)充器材維修。因此，器材保障效率高低也是完成任務(wù)的關(guān)鍵。

基于3D打印技術(shù)的艦船器材搶修模式，既是對(duì)艦船維修層次的提升，也是對(duì)器材保障的優(yōu)化，極大地提升了艦船器材保障能力。根據(jù)維修方法和器材保障的變化，建立搶修圖，如圖2所示。

圖2 基于3D打印技術(shù)的艦船器材搶修圖

通過圖2可知，維修方法的改變豐富了裝備搶修的手段；器材供應(yīng)方面雖然模式?jīng)]有改變，但在攜帶基數(shù)、籌措方式及裝載等方面極大地節(jié)約了資源，全面提升了艦船保障能力。同時(shí)，隨著3D打印技術(shù)和數(shù)字化快速成像成型技術(shù)的不斷發(fā)展和提高，可以預(yù)見其作為重要維修方法并輔以其它補(bǔ)充方法為主的器材保障是發(fā)展趨勢。

2 3D打印對(duì)艦船器材保障影響

3D打印技術(shù)的引入，對(duì)戰(zhàn)時(shí)裝備維修器材保障起到了積極的促進(jìn)作用，尤其在器材供應(yīng)方面影響更大，具體為供應(yīng)時(shí)間、品種滿足率和數(shù)量滿足率。下面以某編隊(duì)接到執(zhí)行出海任務(wù)過程中，某型艦船機(jī)電系統(tǒng)器材保障為例，對(duì)2種模式下的器材保障資源進(jìn)行估算。

2.1 傳統(tǒng)模式下的器材供應(yīng)能力估算

1)維修器材基數(shù)。某型艦船機(jī)電系統(tǒng)維修器材的基數(shù)如表1所示，攜帶維修器材基數(shù)明細(xì)(部分)如表2所示，其中攜帶維修器材共135種402件。

表1 某型艦船機(jī)電系統(tǒng)維修器材基數(shù)

表2 某型艦船機(jī)電系統(tǒng)一個(gè)基數(shù)維修器材(部分1)

2)戰(zhàn)備儲(chǔ)備基數(shù)。某型艦船機(jī)電系統(tǒng)維修器材戰(zhàn)備儲(chǔ)備基數(shù)如表3所示，一個(gè)基數(shù)儲(chǔ)備器材共計(jì)1 315種3 125件，部分器材如表4所示。

表3 某型艦船機(jī)電系統(tǒng)維修器材戰(zhàn)備儲(chǔ)備表

表4 某型艦船機(jī)電系統(tǒng)一個(gè)基數(shù)維修器材(部分2)

3)器材供應(yīng)能力估算。

(1)供應(yīng)時(shí)間Ts。

(1)

式中：TL為器材裝卸時(shí)間；TD為器材分發(fā)時(shí)間；TR為請(qǐng)求調(diào)撥時(shí)間；S為距基地距離；v為運(yùn)輸車平均時(shí)速。

以艦船機(jī)電系統(tǒng)某部件故障為例，需送基地級(jí)修理廠，S=30km，TD=0.5 小時(shí)/次，TL=1 小時(shí)/次，v=50km/h，TR=2 小時(shí)/次。經(jīng)計(jì)算知，Ts=4.1h。

(2)品種滿足率R1。該型艦船機(jī)電系統(tǒng)維修器材在此次戰(zhàn)役的品種滿足率R1為：

(2)

式中：CC為攜帶品種；CR為儲(chǔ)備品種。

(3)數(shù)量滿足率N1。該型機(jī)電系統(tǒng)維修器材在此次戰(zhàn)役的數(shù)量滿足率N1為：

(3)

式中：NC為攜帶數(shù)量;NR為儲(chǔ)備數(shù)量。

2.2 3D打印模式下的器材供應(yīng)能力估算

1)3D打印模式下的器材供應(yīng)能力估算。利用3D打印技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船維修器材進(jìn)行打印，根據(jù)3D打印機(jī)的性能、材料及其他要求，可對(duì)某型艦船機(jī)電系統(tǒng)攜帶一個(gè)基數(shù)的維修器材中的部分器材進(jìn)行打印，共計(jì)35種244件，可打印器材如表5所示。

表5 某型艦船機(jī)電系統(tǒng)可3D打印的攜行維修器材

2)基于3D打印的儲(chǔ)備維修器材數(shù)量。對(duì)于某型艦船機(jī)電系統(tǒng)維修器材中未能例入攜行基數(shù)的785種1760件器材，3D打印可實(shí)現(xiàn)266種870件維修器材的打印，可打印器材如表6所示。

表6 某型艦船機(jī)電系統(tǒng)可3D打印的未攜行維修器材

3)基于3D打印的維修器材保障能力估算。

(1)供應(yīng)時(shí)間。根據(jù)傳統(tǒng)維修器材保障方式可知，供應(yīng)時(shí)間為4.1 h。器材平均每件打印時(shí)間1 h，可打印維修器材數(shù)量占維修器材攜行量的0.338 9，由此可知平均供應(yīng)時(shí)間約為2.341 5 h。

(2)品種滿足率R2。3D打印技術(shù)的應(yīng)用可減少35種244件的攜行器材量，除攜行維修器材外，3D打印機(jī)可打印未攜行維修器材266種870件，采用3D打印技術(shù)后的該裝備維修器材在此次戰(zhàn)役的品種滿足率R2為:

(4)

式中：C3為3D打印未攜帶品種,C3=429。

(3)數(shù)量滿足率N2。采用3D打印技術(shù)后該型艦船機(jī)電系統(tǒng)維修器材在此次戰(zhàn)役的數(shù)量滿足率N2為：

(5)

式中：N3為3D打印未攜帶數(shù)量,N3=870。

3 結(jié)束語

通過對(duì)維修器材的供應(yīng)能力計(jì)算，可以得出傳統(tǒng)及3D模式下重要指標(biāo)的對(duì)比數(shù)值，如表7所示。

表7 傳統(tǒng)及3D模式下重要指標(biāo)對(duì)比數(shù)值

綜上所述，可得到以下結(jié)論。

1)基于3D打印的維修器材攜帶量明顯減少。

2)基于3D打印的維修器材供應(yīng)時(shí)間減少，縮短了艦船恢復(fù)戰(zhàn)斗力時(shí)間。

3)品種滿足率、數(shù)量滿足率大幅提高，艦船保障能力得以提升。

[1] 謝皓宇，何為.基于AHP的艦船器材配送中心保障能力方法分析[J].中國修船，2013，26(3):48-50.

[2] 段書貴.未來作戰(zhàn)需要高效能的裝備保障[J].領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)，2002(20):42-43.

Facilities and material support is of great importance to fighting capacity and vitality of Navy vessels' equipments,which makes the important composition for warship equipment support.In this paper,a warship facility-material model is structured based on 3D printing technology,whith the performance analyzed and evaluated on the simulated example,which proves feasible of 3D printing technology.The result shows that the reduction of carrying amount and supply time,the raise of variety satisfaction rate and amount satisfaction rate for warship facility-material support are promoted greatly.

3D printing;warship's facility-material;support capability

欒振城(1978-)，男，山東煙臺(tái)人，工程師，大學(xué)本科，主要從事艦船器材保管工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.05.014

2016-05-17