面向作戰(zhàn)任務(wù)的裝甲裝備群攜行備件配置優(yōu)化

王鐵寧， 李浩， 王生鳳， 韓朝帥

(1.裝甲兵工程學(xué)院 技術(shù)保障工程系, 北京 100072; 2.裝甲兵工程學(xué)院 科研部, 北京 100072;3.63960部隊, 北京 102205)

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面向作戰(zhàn)任務(wù)的裝甲裝備群攜行備件配置優(yōu)化

王鐵寧1， 李浩1， 王生鳳2， 韓朝帥3

(1.裝甲兵工程學(xué)院 技術(shù)保障工程系, 北京 100072; 2.裝甲兵工程學(xué)院 科研部, 北京 100072;3.63960部隊, 北京 102205)

為提高攜行備件配置方案的針對性，以遂行多階段作戰(zhàn)任務(wù)的裝甲裝備群為研究對象，綜合考慮作戰(zhàn)任務(wù)、裝備群組成及備件倉庫預(yù)置地點等因素對搶修策略的影響，合理統(tǒng)籌伴隨維修保障能力與備件需求間關(guān)系，構(gòu)建面向作戰(zhàn)任務(wù)的裝甲裝備群攜行備件配置優(yōu)化模型，實現(xiàn)攜行備件資源的針對性配置。通過算例，驗證了該優(yōu)化模型的可行性及有效性。

兵器科學(xué)與技術(shù)； 作戰(zhàn)任務(wù)； 裝甲裝備群； 攜行備件； 伴隨保障能力； 針對性配置

0　引言

自海灣戰(zhàn)爭以來，高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭逐漸成為戰(zhàn)爭的主要形式，伴隨戰(zhàn)場透明度的不斷增加，大規(guī)模機械化部隊面臨的威脅不斷增多，小型化、合成化、高效化的集群裝備具有快速的機動能力，且隱蔽性較強，是新軍事斗爭過程中有效的作戰(zhàn)編組形式。

集群裝備是戰(zhàn)時按照作戰(zhàn)計劃成建制、成編組的武器裝備戰(zhàn)斗群[1]。裝甲裝備群作為一體化作戰(zhàn)背景下相對獨立的子體系，能夠與海、空、火箭軍力量相互配合，利用其機動能力實現(xiàn)超越打擊，是立體攻防的地面主體力量，但裝甲裝備沒有整裝戰(zhàn)儲，只能通過搶救、搶修實現(xiàn)作戰(zhàn)能力的維持，且機動作戰(zhàn)將是陸軍的基本作戰(zhàn)形式[2]，伴隨保障將成為裝甲裝備群作戰(zhàn)能力維持的主要手段，備件配置策略在很大程度上影響了伴隨保障的效果，需著重對其進行研究。

“平戰(zhàn)一體化”背景下的裝甲裝備保障模式和運行機制，不僅便于戰(zhàn)時裝備保障能力的快速生成，而且能夠提高其伴隨保障能力評估的準(zhǔn)確性，從而奠定以伴隨保障能力為約束的攜行備件配置基礎(chǔ)，而目前以“能力確定需求”為出發(fā)點進行攜行備件配置研究的文獻較少：文獻[3]綜合考慮任務(wù)要求、經(jīng)費限額和承載約束等要素，建立了面向預(yù)定任務(wù)的艦船裝備攜行備件方案雙目標(biāo)優(yōu)化模型，為攜行備件方案的制定提供了決策支持；文獻[4]依據(jù)無人機地面控制系統(tǒng)戰(zhàn)場損傷模式特點，以最短搶修時間為目標(biāo)函數(shù)，以搶修備件攜帶能力為約束條件建立了搶修備件攜行量模型，為無人機部隊搶修備件攜行數(shù)量的確定提供了理論支撐；但文獻[3-4]均未考慮維修保障能力及備件攜行能力對備件攜行量的約束作用，因而削弱了其實際應(yīng)用價值；文獻[5]以伴隨保障單元維修能力為約束，充分考慮武器裝備的毀損情況、故障裝備修復(fù)能力和作戰(zhàn)任務(wù)的時限要求等因素的影響，構(gòu)建了戰(zhàn)時備件資源配置優(yōu)化模型，從而實現(xiàn)了戰(zhàn)時備件資源的實時、最小化配置，為裝甲裝備群攜行備件配置提供了有益借鑒，但局部戰(zhàn)爭對裝甲裝備群的機動性要求較高，隨著戰(zhàn)場界限的不斷模糊，攜行備件資源成為滿足備件需求主要來源，應(yīng)充分考慮攜行能力對備件配置策略的影響，故需作進一步研究。

為簡化處理過程，本文限定研究對象為遂行多階段作戰(zhàn)任務(wù)的裝甲裝備群，綜合考慮作戰(zhàn)任務(wù)、裝甲裝備群構(gòu)成、部件故障程度、備件倉庫預(yù)置地點及備件戰(zhàn)損可能性等因素對備件配置策略的影響，合理統(tǒng)籌伴隨保障能力與備件需求間關(guān)系，構(gòu)建面向作戰(zhàn)任務(wù)的裝甲裝備群攜行備件配置優(yōu)化模型，為攜行備件策略的制定提供決策支持。

1　裝甲裝備群攜行備件配置影響因素分析

結(jié)合某次諸軍兵種協(xié)同一體化演習(xí)過程：裝甲裝備群Q依托多維一體的情報偵察體系，在空軍、炮兵的配合下，采用大縱深穿插、遠程迂回的方式，奔襲敵作戰(zhàn)體系節(jié)點，奪占重要目標(biāo)，且有效組織了防御戰(zhàn)斗，基本完成了作戰(zhàn)意圖，收集、分析裝備群的戰(zhàn)損數(shù)據(jù)，可知：

1)相對于進攻作戰(zhàn)過程(采用穿插、迂回的奔襲過程)，防御作戰(zhàn)過程參戰(zhàn)裝備的戰(zhàn)損比例相對較低，但裝備報廢率及嚴(yán)重?fù)p傷比例變化相對較?。?/p>

2)裝備損傷部位的分布相對分散，但輕損部位多為易損部件；

3)作戰(zhàn)前期的裝備戰(zhàn)場搶救搶修效果，明顯強于后期。

通過上述過程可獲知，機動作戰(zhàn)是裝甲裝備群基本的作戰(zhàn)形式。由于輕損部位多為易損部件，若攜行備件(包括作戰(zhàn)單元所攜行備件及伴隨保障單元所攜行備件，文中統(tǒng)稱攜行備件)配置策略制定合理，綜合伴隨維修保障力量，便可現(xiàn)場展開戰(zhàn)場搶救、搶修，進而實現(xiàn)裝備的“再生”，最快時間、最大限度恢復(fù)裝備群的作戰(zhàn)能力。

戰(zhàn)場態(tài)勢是作戰(zhàn)任務(wù)形成的依據(jù)，作戰(zhàn)任務(wù)是驅(qū)動作戰(zhàn)系統(tǒng)動態(tài)集成的動力[5]，面向作戰(zhàn)任務(wù)的裝甲裝備群是備件需求產(chǎn)生的本體，因此，作戰(zhàn)任務(wù)及裝備群組成是影響備件攜行策略制定的關(guān)鍵因素：

1)作戰(zhàn)任務(wù)不同，作戰(zhàn)持續(xù)時間、機動路線、面臨敵方打擊程度不同，裝備戰(zhàn)損數(shù)量、部件故障程度不同，備件的需求不同，且搶修時間裕度的不同，影響了故障部件的搶修方式，也在一定程度上影響了備件的需求；

2)裝甲裝備群由型號不同但性能相互補充的裝備組成，不同型號組合下部件的通用性及互換性不同，因此，裝備群構(gòu)成不同，其備件需求不同。

可修復(fù)備件具有需求低、費用高、保障周期長的特點，通常是裝備的關(guān)鍵部件，是制約作戰(zhàn)單元保障能力和任務(wù)持續(xù)能力的重要因素[6]；“換修結(jié)合、換件為主”的戰(zhàn)場搶修原則，能夠確保最短時限內(nèi)最大限度地恢復(fù)部隊的戰(zhàn)斗力，但伴隨維修保障能力、搶修時間裕度允許范圍內(nèi)可修復(fù)部件的原件修理方式，不僅能夠恢復(fù)作戰(zhàn)能力，而且能夠減少備件的攜行量，降低備件資源的消耗，從而降低對裝備群機動能力的影響，增加攜行備件配置策略的靈活性。

由于前期伴隨保障力量的消耗較少且備件相對充足，故相對于作戰(zhàn)后期，作戰(zhàn)前期的裝備戰(zhàn)場搶救、搶修效果較好，若能夠合理預(yù)置臨時備件倉庫，進而實現(xiàn)備件的及時補充，也可有效滿足備件需求。

通過上述分析可知，影響攜行備件配置的因素主要包括作戰(zhàn)任務(wù)、裝備群組成、伴隨保障能力及備件倉庫預(yù)置地點的合理性。

2　面向作戰(zhàn)任務(wù)的裝甲裝備群攜行備件配置優(yōu)化模型構(gòu)建

面向作戰(zhàn)任務(wù)的裝甲裝備群攜行備件配置優(yōu)化過程相對復(fù)雜，為簡化處理過程，作約束條件及基本符號假設(shè)如下：

2.1約束條件假設(shè)

1) 引入平戰(zhàn)裝備保障能力轉(zhuǎn)換系數(shù)ζ，以衡量伴隨單元戰(zhàn)時保障能力，但出于簡化，本文并不具體研究平時裝備保障能力的評估方法；為定量衡量伴隨保障能力的弱化過程，引入維持因子β，斷續(xù)評估作戰(zhàn)階段對伴隨保障能力的影響；出于簡化，假定備件資源的耗損過程與伴隨保障能力的弱化過程一致。

2) 區(qū)分故障部件搶修策略為完全搶修策略及不完全搶修策略，且規(guī)定：若采用完全搶修策略，則進行換件搶修；若采用不完全搶修策略，則進行原件修復(fù)或拆拼搶修，引入故障改善因子θ，以量化評估故障部件的性能恢復(fù)水平，為簡化處理過程，規(guī)定故障部件性能恢復(fù)所需工作量僅與故障改善因子相關(guān)；引入換件搶修策略比α(0≤α≤1)，以衡量故障部件采用換件搶修策略的比例。

2.2基本符號假設(shè)

(1)

若Q中某裝備發(fā)生故障，結(jié)合作戰(zhàn)階段的時限想定，可知：

(2)

方式的組合，故應(yīng)統(tǒng)籌伴隨保障能力及部件的重要度，確定合適的備件攜行策略。

(3)

(4)

(5)

3　算例分析

限于篇幅，構(gòu)建相對簡化算例：根據(jù)作戰(zhàn)想定，擬派遣裝甲裝備群Q執(zhí)行某作戰(zhàn)任務(wù)，其備件攜行上限F(Q)為(體積2.7 m3,質(zhì)量3 t)，其裝備群構(gòu)成、隸屬伴隨保障搶修范圍內(nèi)的故障部件信息、伴隨保障單元單位小時工作量及維持因子β、單位工作量上限Ok(r(w))(出于簡化，并不在本算例中體現(xiàn)平時伴隨保障能力的評估及平戰(zhàn)轉(zhuǎn)化過程，而直接確定其戰(zhàn)時伴隨保障維修單元單位工作量)等信息，如表1所示。作戰(zhàn)共分3個階段，各作戰(zhàn)階段的時間想定及任務(wù)耗時想定信息如表2所示。

表1　裝甲裝備群構(gòu)成、故障部件及伴隨保障單元信息

表2　各作戰(zhàn)階段時間想定信息

結(jié)合表1及表2，便可預(yù)估故障部件搶修時長，以及搶修時間裕度，如表3所示。

表3　各作戰(zhàn)階段搶修時間裕度信息

綜上，可確定攜行備件的配置策略，具體過程如下：

1)當(dāng)k=1時：

表4　作戰(zhàn)階段1備件需求信息表

②攜行備件配置策略確定。通過查閱相關(guān)資料，獲取備件的質(zhì)量SQ(w)j及裝箱體積VQ(w)j參數(shù)信息，如表5所示。

表5　作戰(zhàn)階段1備件參數(shù)信息表

結(jié)合表4及表5，可知：

0.67 m3

550 kg

因此，可確定作戰(zhàn)階段1的攜行備件配置策略，如表4所示。

2)當(dāng)k= 2時：

②備件需求初步確定。假設(shè)本階段的備件攜行量為x(Q(w)j)，以伴隨維修保障能力為約束，構(gòu)建函數(shù)表達式如下：

求解，可得：x(Q(1)3)=1；x(Q(1)4)=3；x(Q(2)3)=2；x(Q(2)4)=2；x(Q(3)3)=3；x(Q(3)4)=0；x(Q(4)3)=0；x(Q(4)4)=0.

③攜行備件配置策略確定。通過查閱相關(guān)資料，獲取備件的質(zhì)量SQ(w)j及裝箱體積VQ(w)j信息如表7所示。

表6　作戰(zhàn)階段2備件需求信息表

表7　作戰(zhàn)階段2備件參數(shù)信息表

因此，可確定作戰(zhàn)階段2的備件攜行策略，如表6所示。

3)當(dāng)k=3時：

②換修比確定。假設(shè)本階段的故障部件的換件搶修策略比為αQ(1)5、αQ(1)6、αQ(2)5，以伴隨維修保障能力為約束，以最少的備件需求為目標(biāo)，構(gòu)建函數(shù)表達式如下：

min (αQ(1)5+αQ(1)6+αQ(2)5)，

s.t.0.8(3αQ(1)5×6+3(1-αQ(1)5)×8)+

0.7(3αQ(1)6×4+3(1-αQ(1)6)×6)+

0.65(2αQ(2)5×3+2(1-αQ(2)5)×5)≤34.6.

表8　作戰(zhàn)階段3備件需求信息表

③備件攜行配置策略確定。通過查閱相關(guān)資料，獲取備件的質(zhì)量SQ(w)j及裝箱體積VQ(w)j信息如表9所示。

表9　作戰(zhàn)階段3備件參數(shù)信息表

伴隨保障單元的運力能夠滿足攜行備件的承重要求，但無法滿足攜行備件裝箱的空間需求。故需進一步優(yōu)化備件攜行策略：由于k=3時的換修比確定中，對備件的相對多樣性予以考量，而目前的備件攜行策略又無法滿足需要，故首先考慮忽視備件多樣性影響，則有

即滿足伴隨保障能力約束，故可確定作戰(zhàn)階段3的備件攜行策略，如表8所示(加粗字體所示)。

4)綜上，可確定攜行備件的配置信息，如表10所示。

表10　攜行備件配置優(yōu)化信息表

結(jié)合算例分析過程，可知：以部件故障概率統(tǒng)計為基礎(chǔ)、伴隨保障能力為約束、合理考慮備件資源戰(zhàn)損可能性的裝甲裝備群攜行備件配置過程，充分考慮了伴隨維修保障能力、備件攜行能力的限制，避免了因伴隨維修保障能力不足而攜行過多備件，進而影響裝備群機動性的情況，同時也降低了因備件攜行能力不足而造成伴隨維修保障力量冗余配置的可能性，增強了攜行備件配置的針對性，提高了伴隨保障過程的精確化程度。

4　結(jié)論

作戰(zhàn)任務(wù)不同，裝甲裝備群的構(gòu)成也不相同，其攜行備件配置方案也應(yīng)作針對性區(qū)分，本文在充分考慮作戰(zhàn)任務(wù)、裝備群構(gòu)成、備件倉庫預(yù)置地點、備件資源戰(zhàn)損可能性等影響因素的前提下，統(tǒng)籌伴隨保障能力與備件需求的關(guān)系，構(gòu)建了裝甲裝備群攜行備件配置優(yōu)化模型，實現(xiàn)了攜行備件的合理化、針對性配置。但本文所考慮的作戰(zhàn)任務(wù)相對簡單，未考慮作戰(zhàn)過程的隨機性、偶然性因素，而這又會在一定程度上影響作戰(zhàn)的進程，從而產(chǎn)生新的備件需求，故需在此基礎(chǔ)上作進一步研究。

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Optimization of Operational Mission-oriented Carried Spares Allocation of Armored Equipment

WANG Tie-ning1, LI Hao1, WANG Sheng-feng2, HAN Chao-shuai3

(1.Department of Technical Support Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072,China; 2.Department of Science Research, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072,China; 3.Unit 63960 of PLA, Beijing 102205,China)

An optimization model of operational mission-oriented carried spare parts allocation for armored equipment is established to improve the pertinence of carried spare parts allocation scheme. In the proposed model, the armored equipment that perform the multi-stage operational mission are taken as the study object, the effects of operational mission, equipment and preset spare parts depot on urgent repair strategy are taken into comprehensive consideration, which plans as a whole of the accompanying maintenance support capacity and spare parts demand. The feasibility and effectiveness of the proposed model are demonstrated through an example.

ordnance science and technology; operational mission; armored equipment; carried spare part; accompanying support capacity; pertinence allocation

2016-01-07

軍隊科研計劃項目(2015年)

王鐵寧(1962—)，男，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail: wtn0728@163.com；

李浩(1989—)，男，博士研究生。E-mail: sddy1990@yeah.net

E917

A

1000-1093(2016)10-1881-08

10.3969/j.issn.1000-1093.2016.10.015