裝備維修保障任務(wù)分配與調(diào)度的現(xiàn)狀與展望*

昝 翔，陳春良，張仕新，王雄偉

（陸軍裝甲兵學(xué)院，北京 100072）

0 引言

裝備維修保障是為了使裝備保持、恢復(fù)、改善規(guī)定的技術(shù)狀態(tài)實施的全部活動［1］，裝備維修保障指揮是裝備維修保障的重要組成部分。一方面，裝備維修保障指揮根據(jù)作戰(zhàn)需求，貫徹指揮員在裝備維修保障方面的意圖；另一方面，裝備維修保障指揮以裝備維修保障行動為落腳點，對維修保障行動起指導(dǎo)作用。因此，裝備維修保障指揮在從作戰(zhàn)需求到具體行動轉(zhuǎn)化過程中具有重要紐帶作用，是裝備維修保障系統(tǒng)平穩(wěn)有效運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

裝備維修保障任務(wù)分配與調(diào)度是裝備維修保障指揮的重要組成部分，對裝備維修保障指揮能否正常發(fā)揮職能具有至關(guān)重要的作用。

1 裝備維修保障任務(wù)分配與調(diào)度研究基本框架構(gòu)建

裝備維修保障指揮由計劃、組織與控制三大功能組成［2］。計劃功能是根據(jù)維修需求進行任務(wù)分析、維修決策和計劃制定。組織功能是根據(jù)對計劃的具體組織實施?？刂乒δ苁侵贫ㄒ粋€反饋機制，以應(yīng)對計劃外的維修需求。其中，裝備維修保障任務(wù)分配和任務(wù)分配分別體現(xiàn)了計劃功能和控制功能，基本框架如下頁圖1所示。

裝備維修保障作為一個完整的系統(tǒng)運行，裝備維修保障指揮功能充分發(fā)揮是系統(tǒng)平穩(wěn)運行的基礎(chǔ)，各子功能及相互關(guān)系如圖2所示。

裝備維修保障必須以維修保障任務(wù)優(yōu)先級分類為基礎(chǔ)，所以裝備維修保障任務(wù)分配與調(diào)度包含3個部分內(nèi)容：裝備維修保障任務(wù)優(yōu)先級分類、裝備維修保障任務(wù)分配、裝備維修保障任務(wù)調(diào)度。

維修保障任務(wù)分配合理是前提，可以使得維修保障力量充分發(fā)揮作用。維修保障任務(wù)調(diào)度是關(guān)鍵，能夠針對實時出現(xiàn)的維修保障需求做出快速地反應(yīng)。為使該裝備維修保障系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運行，必須合理進行維修保障任務(wù)的優(yōu)先級分類、分配與調(diào)度，才能使得裝備維修保障系統(tǒng)滿足未來部隊的作戰(zhàn)需求。

2 裝備維修保障任務(wù)優(yōu)先級分類的現(xiàn)狀

2.1 問題分析及現(xiàn)狀

2.1.1 基本問題

對維修保障任務(wù)優(yōu)先級影響的特性包括裝備對作戰(zhàn)的貢獻程度、維修資源需求、修理時間、待修裝備位置。維修資源需求和修理時間在維修任務(wù)確定后均可以明確，裝備對作戰(zhàn)的貢獻程度主要是定量說明該裝備對作戰(zhàn)體系的影響。保證作戰(zhàn)體系的平穩(wěn)運行是裝備維修保障的終極目標(biāo)，因此，裝備在作戰(zhàn)體系中的重要度就是裝備對作戰(zhàn)貢獻程度的具體體現(xiàn)，也是裝備維修保障任務(wù)分類問題的核心之一，該問題的輸入與輸出條件如圖3所示。

2.1.2 問題現(xiàn)狀

裝備維修任務(wù)優(yōu)先級分類以戰(zhàn)場損傷等級評定為基礎(chǔ)。曾擁華等對該問題系統(tǒng)進行了分析與設(shè)計，確定了戰(zhàn)場損傷等級評定的基本框架和流程［3］。在這個基本框架內(nèi)，文獻［4-6］分別構(gòu)建了戰(zhàn)場損傷等級評估模型，并驗證了各自模型的有效性。

但是，戰(zhàn)場損傷等級沒有考慮損傷裝備對作戰(zhàn)任務(wù)的貢獻程度，不能完全反映維修任務(wù)的重要性。于是在該問題研究的基礎(chǔ)上，引入了不同裝備對作戰(zhàn)的貢獻程度這一影響因素，衍生出了維修保障任務(wù)優(yōu)先級分類模型。目前對該問題研究不多，文獻［7-8］應(yīng)用了ELECTRE TRI方法進行裝備維修任務(wù)優(yōu)先級評估。

2.2 相關(guān)方法的現(xiàn)狀

多屬性決策是指在考慮多種相關(guān)屬性的前提下，使用一定的方法對備選方案排序，選取最優(yōu)或滿意方案的過程［9］，研究重點集中在兩個部分：指標(biāo)權(quán)重確定方法與備選方案排序方法。

1）指標(biāo)權(quán)重確定方法總體上分為主觀賦權(quán)、客觀賦權(quán)、主客觀組合賦權(quán)和交互式賦權(quán)4類［10］。

①主觀賦權(quán)法首先通過調(diào)查問卷或?qū)＜掖蚍值刃问将@得原始數(shù)據(jù)，進而獲得指標(biāo)權(quán)重，主要包括層次分析法［11］、D-S 證據(jù)理論［12］、德爾菲法［13］等。為了優(yōu)化賦權(quán)結(jié)果，近年來出現(xiàn)了將AHP與灰色模糊相結(jié)合［14］、D-S證據(jù)理論與灰色關(guān)聯(lián)度相結(jié)合［15］等混合的主觀賦權(quán)方法。該類方法的優(yōu)點是過程簡單、易操作和對原始數(shù)據(jù)要求不高，不足之處是賦權(quán)過程缺乏統(tǒng)一規(guī)則、受主觀因素和隨機因素干擾嚴(yán)重。

②客觀賦權(quán)法是利用數(shù)據(jù)的內(nèi)部特點定量地獲得指標(biāo)權(quán)重的方法?？陀^賦權(quán)法主要包括主成分分析［16］、熵權(quán)法［17］、目標(biāo)規(guī)劃法［18］等。該類方法的優(yōu)點是能夠根據(jù)數(shù)據(jù)本身的信息獲得權(quán)重，所得賦權(quán)的結(jié)果客觀準(zhǔn)確，不足之處是對數(shù)據(jù)要求較高。

③主客觀組合賦權(quán)是將以上兩類方法相結(jié)合，可以揚長避短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，熵權(quán)法與AHP相結(jié)合［19］、主成分分析與 AHP 相結(jié)合［20］均取得了不錯的效果。

④交互式賦權(quán)法，在決策過程中根據(jù)不斷更新的信息調(diào)整指標(biāo)權(quán)重的方法［21］。

2）備選方案排序方法有很多，不同方法的適應(yīng)條件不同，根據(jù)具體的研究內(nèi)容選擇合適的方法是影響多屬性決策結(jié)果的重要因素，主要有模糊綜合評判法［22］、TOPSIS［23］、投影法［24］、ELECTRE［25］等常用方法。

3 裝備維修保障任務(wù)分配的現(xiàn)狀

3.1 問題分析及現(xiàn)狀

3.1.1 基本問題

裝備維修保障任務(wù)分配是根據(jù)預(yù)測的維修保障需求，對維修保障任務(wù)進行合理分配的過程，是裝備維修保障系統(tǒng)計劃功能的重要組成部分。維修任務(wù)優(yōu)先級分類結(jié)果是維修任務(wù)分配的基礎(chǔ)，必須集中維修資源去恢復(fù)優(yōu)先級較高的裝備。維修保障任務(wù)分配問題的輸入輸出及約束條件如圖4所示。

3.1.2 國外現(xiàn)狀

國外關(guān)于任務(wù)分配方面的研究大多集中在計算機領(lǐng)域，目的是通過有效地任務(wù)分配實現(xiàn)多線程計算機的平穩(wěn)運行［26］。Choudhury等將柔性生產(chǎn)引入生產(chǎn)系統(tǒng)改進任務(wù)分配方式，并通過遺傳算法優(yōu)化調(diào)度過程［27］。Innocenti等無人機系統(tǒng)的協(xié)同與任務(wù)分配模型，通過有效信息實現(xiàn)了基于時間的分階段動態(tài)任務(wù)分配［28］。

3.1.3 國內(nèi)現(xiàn)狀

當(dāng)前，對于裝備維修保障任務(wù)分配的研究以平時裝備維修保障任務(wù)分配為主。Jia等設(shè)計并運用計算機輔助系統(tǒng)，解決了軍械裝備維修保障任務(wù)分配問題［29］。戰(zhàn)時維修保障任務(wù)分配的研究主要集中在維修保障任務(wù)的縱向分配。Chun等構(gòu)建了戰(zhàn)時維修保障任務(wù)分配模型，運用蒙特卡洛方法，研究石油裝備維修保障任務(wù)分配問題［30］。

裝備維修保障任務(wù)分配以任務(wù)分配問題為基礎(chǔ)。李龍躍等研究了反導(dǎo)火力應(yīng)用多波次目標(biāo)的任務(wù)分配問題，建立了導(dǎo)彈—目標(biāo)分配模型［31］。曾家有等研究了海軍艦載導(dǎo)彈的攻擊目標(biāo)分配問題［32］。

3.2 相關(guān)方法的現(xiàn)狀

裝備維修任務(wù)分配可以轉(zhuǎn)化為指派問題進行研究。指派問題（Assignment Problem，AP）［33］主要用來解決如何一定的約束條件下，將若干單元分配去完成若干任務(wù)，如何使得效益最佳的問題，屬于整數(shù)規(guī)劃的一種特殊形式。在軍事領(lǐng)域，通常被用于解決火力打擊目標(biāo)分配［34］、無人機作戰(zhàn)任務(wù)分配［35］、物資供應(yīng)［36］等問題。指派問題分為平衡指派和非平衡指派兩類。

1）任務(wù)和資源數(shù)目相等的指派問題屬于平衡指派問題。該類問題最為簡單，最早使用“匈牙利法”［37］進行求解。隨著對問題研究的不斷深入，遺傳算法［38］、粒子群算法［39］、蟻群算法［40］、禁忌搜索算法［41］等智能算法也被用于該類問題的求解。

2）非平衡指派問題研究方向分為兩大類，一類關(guān)注資源與任務(wù)之間不同的約束，通過增加虛擬任務(wù)或資源的方式，將非平衡指派問題轉(zhuǎn)換平衡指派問題求解。對于非確定型問題和時間優(yōu)化問題，需要將問題進行轉(zhuǎn)化才能求解［42］。一類研究模型中的隨機性問題［42］，屬于不確定性規(guī)劃問題［43］。

4 裝備維修保障任務(wù)調(diào)度的現(xiàn)狀

4.1 問題分析及現(xiàn)狀

4.1.1 基本問題

裝備維修保障任務(wù)分配是一套完整的反饋機制，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的計劃外的維修保障需求，是裝備維修保障系統(tǒng)控制功能的具體體現(xiàn)。裝備維修保障任務(wù)調(diào)度的基本流程及約束條件如圖5所示。

4.1.2 國外現(xiàn)狀

Levi等研究了模塊化系統(tǒng)的維修任務(wù)調(diào)度問題，設(shè)計了相關(guān)的模型與算法，并將該模型運用于空軍飛機的維修任務(wù)調(diào)度，實現(xiàn)了降低維修費用的目的［44］。Pan等設(shè)計了傳動系統(tǒng)的維修調(diào)度策略，該策略考慮了潛在故障風(fēng)險，以保證系統(tǒng)運用可靠性為決策目標(biāo)，并通過車輛系統(tǒng)的實例驗證了有效性［45］。Squires研究了陸軍維修計劃與維修調(diào)度問題，并設(shè)計了兩種求解算法［46］。

4.1.3 國內(nèi)現(xiàn)狀

呂學(xué)志等研究了不同種類的維修任務(wù)調(diào)度策略，分別對伴隨維修［47］、巡回維修［48］和定點維修［49］的調(diào)度策略進行研究。維修任務(wù)調(diào)度受不同因素地影響，朱昱等對維修流程［50］、王正元等對專業(yè)分工［51］、呂學(xué)志等對人員工作時間［52］、曾斌等對不確定因素［53］分別進行了考慮，并建立了相關(guān)調(diào)度模型。維修保障任務(wù)調(diào)度需要算法上不斷創(chuàng)新。例如，萬明等研究了任務(wù)調(diào)度的兩種算法［54］、姚雙印等將細(xì)菌覓食優(yōu)化算法應(yīng)用于軍械裝備維修任務(wù)調(diào)度中［55］、陳立云等將遺傳算法應(yīng)用于戰(zhàn)時維修任務(wù)調(diào)度［56］。

4.2 相關(guān)方法的現(xiàn)狀

裝備維修任務(wù)調(diào)度可以轉(zhuǎn)化為旅行商問題進行研究。旅行商問題（Traveling Salesman Problem，TSP）［57］是解決旅行者拜訪多個目標(biāo)，如何使路徑最短的現(xiàn)實問題，是一類典型的NP難題，因此，對該問題的研究大多集中于探索求解模型的有效算法，除了傳統(tǒng)的遺傳算法、蟻群算法、粒子群優(yōu)化算法等智能算法外，近年來又出現(xiàn)了離散狀態(tài)轉(zhuǎn)移算法［61］等新的算法。

隨著對問題研究的深入，傳統(tǒng)TSP因假設(shè)條件過于理想化，已經(jīng)逐漸不符合實際情況的要求。為了滿足對動態(tài)分配和資源調(diào)撥等實際問題的需求，隨著信息與通訊技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展出了動態(tài)車輛路徑問題（Dynamic Vehicle Routing Problem，DVRP）［63］，該類問題屬于動態(tài) TSP。

4.2.1 國外方面

國外相關(guān)研究中，運輸調(diào)度模型是DVRP應(yīng)用的重點。Wen等對最小車輛調(diào)度問題［60］、Ghiani等對快遞員服務(wù)問題［61］、Branchini等對城市后勤問題［62］、Campbel等對食品店后勤服務(wù)問題［63］分別開展了深入的研究。國外將動態(tài)和隨機性問題作為DVRP研究的重點內(nèi)容之一，該類問題著重分析了服務(wù)需求的及時性和隨機性，即服務(wù)路線必須隨著可能出現(xiàn)需求信息地及時地調(diào)整。例如，F(xiàn)errucci等提出了解決在實際時間條件限制下的貨物應(yīng)急運輸方法，基于預(yù)測的需求信息設(shè)計運輸路線模型，通過禁忌搜索算法求解［71］。Thomas等構(gòu)建了基于馬爾可夫過程的路徑模型，通過實例證明了應(yīng)用該模型可以在滿足需求的前提下降低費用期望［72］。

4.2.2 國內(nèi)方面

國內(nèi)對于DVRP的研究大多集中在多目標(biāo)決策和求解算法優(yōu)化方面。易云飛等構(gòu)建了考慮多樣影響因素的多目標(biāo)實時DVRP模型，并利用伊藤算法進行求解［73］。熊浩等分別研究了DVRP的分批靈活 TSP 策略［74］、隱分區(qū)靈活分批策略［75］和多階段實施優(yōu)化策略［76］。

5 結(jié)論

1）關(guān)于裝備維修保障的研究同作戰(zhàn)實踐結(jié)合不夠緊密，沒有結(jié)合作戰(zhàn)背景，忽略了不同作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)裝備對裝備維修保障的重大影響。

2）裝備維修保障保障任務(wù)的特點是種類繁多、需求多樣，在維修保障資源有限的前提下，必須優(yōu)先修復(fù)能夠保證裝備體系完整、運行平穩(wěn)的關(guān)鍵裝備，因此，確定任務(wù)的先后順序是裝備維修保障的首要工作。現(xiàn)階段對于維修保障任務(wù)優(yōu)先級分類的研究大部分忽略了待修裝備對作戰(zhàn)的貢獻程度這一關(guān)鍵要素，部分考慮這一影響因素也僅僅是基于裝備優(yōu)先級原則進行定性排序，應(yīng)該在定量分析裝備對作戰(zhàn)貢獻程度的基礎(chǔ)上，綜合多種影響因素確定維修保障任務(wù)的優(yōu)先級順序。

3）未來信息化條件下的戰(zhàn)爭，作戰(zhàn)空間更大，作戰(zhàn)正面和作戰(zhàn)縱深也會大幅度提升。目前對裝備維修保障任務(wù)分配研究大部分集中在縱向分配，即維修保障任務(wù)在不同維修級別上進行合理劃分，忽略了對橫向分配。戰(zhàn)時裝備維修保障理論認(rèn)為只有在有效的時間內(nèi)進行的修復(fù)才是有效修復(fù)，因此，在戰(zhàn)術(shù)層次上對維修保障任務(wù)的合理劃分，充分發(fā)揮本級裝備維修保障系統(tǒng)的效能，是裝備維修保障任務(wù)分配研究的重點和發(fā)展方向。

4）信息化戰(zhàn)爭的特點是作戰(zhàn)部隊擁有強大的信息網(wǎng)絡(luò)，使得維修保障需求可以更加及時有效地傳達，這就對裝備維修保障的時效性提出了更高的要求。但是現(xiàn)階段裝備維修保障任務(wù)調(diào)度大部分為靜態(tài)調(diào)度，不能滿足的維修保障需求。因此，建立一套調(diào)配合理、反應(yīng)及時的維修保障任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，是維修保障任務(wù)調(diào)度迫切需求和發(fā)展方向。

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