艦船裝備維修保障資源規(guī)劃技術發(fā)展研究綜述

李忠猛

(海軍工程大學 艦船與海洋學院， 武漢 430033)

隨著國防和軍隊使命任務的拓展、戰(zhàn)區(qū)用船頻次不斷加強，使得艦船裝備任務周期長、活動范圍廣、使用強度大，自主式保障安全要求高、時效性強。為使裝備長久保持戰(zhàn)斗力，必須構建面向平戰(zhàn)結合的一體化保障能力，為其配置快速、高效和低消耗的保障系統(tǒng)，才能保持裝備戰(zhàn)備完好性、充分發(fā)揮其戰(zhàn)術技術性能。

維修保障資源是裝備臨時搶修、計劃修理、戰(zhàn)時應急搶修的保障性物資，是開展裝備維修作業(yè)的物質基礎，對裝備保障能力的形成和長久保持發(fā)揮著重要作用，不僅影響裝備的戰(zhàn)備完好性，還直接影響裝備壽命周期費用。隨著艦船裝備技術發(fā)展的智能化、系統(tǒng)功能的集成化、使命任務的多樣化、作戰(zhàn)環(huán)境的復雜化，維修資源供應規(guī)劃與保障往往存在裝備部組件故障的突發(fā)性高、資源消耗的不確定性增加、資源需求的應急性突出等特點，因此，無論從維修保障資源調度與規(guī)劃的技術層面，還是從資源的籌、儲、供等管理層面，都將面臨極大的挑戰(zhàn)。長期以來，基本上是依靠類比、經(jīng)驗的方法開展維修保障資源規(guī)劃與供應管理，特別是對維修資源的籌措，往往為了保證需求而過量采購和儲備，極大地增加了維修資源儲存和管理成本，并造成大量的資源浪費。據(jù)統(tǒng)計，在影響裝備可用度三種主要停機時間因素中，等待維修資源所造成的停機時間已經(jīng)超過修復性維修停機時間和預防性維修停機時間，成為了制約裝備可用度提高的瓶頸。

1 維修保障資源規(guī)劃與管理面臨的新形勢與特點

對于艦船裝備，國內尚未構建基于精細化的維修保障資源管理體系，沒有形成可供借鑒的成熟保障經(jīng)驗，維修資源規(guī)劃與管理面臨以下新的特點和難點：

1) 艦船裝備構型復雜、技術密集，涉及的部組件品種多、數(shù)量規(guī)模大，維修器材需求規(guī)律難以準確掌握；某些專用設備裝配數(shù)量少，關鍵部組件價格昂貴、供貨周期長，維修器材籌措工作存在一定風險和隱患。

2) 艦船裝備自主式保障安全要求高、時效性強，現(xiàn)場在線存儲、面向任務的伴隨保障儲備、戰(zhàn)區(qū)及海外基地保障點儲備等網(wǎng)絡化存儲體系建設需求更加凸顯，自主式保障、面向任務的攜行伴隨保障、前出支援保障、遠程配送保障等立體化保障模式的建立將面臨新的挑戰(zhàn)。

3) 艦船裝備機動性要求高、活動范圍廣、戰(zhàn)備周期長、部署地點常常遠離后方基地，自主式保障任務重，由于長期面臨高溫、高濕、高鹽的惡劣海洋環(huán)境，資源消耗的隨機性特征明顯，難以準確預測維修保障資源需求規(guī)律，攜行維修資源必須具有較高的滿足率和利用率，對維修資源消耗規(guī)律預測和保障方案規(guī)劃的精細度要求高。

4) 隨著各種新型號武器裝備相繼入列，裝備服役周期長，維修資源全壽命保障經(jīng)費需求劇增，必須將經(jīng)費作為一項重要的指標，合理預測維修資源全壽命保障費用，統(tǒng)籌經(jīng)費的投入、使用和管理，加強經(jīng)費的調節(jié)和管控，提高裝備保障效益。

2 國內外發(fā)展現(xiàn)狀及主要差距

維修資源是裝備維修所需的人力、物資、經(jīng)費、技術、信息和時間的統(tǒng)稱，主要包括維修人員、維修工裝/設施、維修器材、備品備件和技術資料，其中：維修器材/備品備件是裝備維修保障資源規(guī)劃領域的重難點問題，也是當前的理論與技術研究熱點。

2.1 裝備維修保障資源優(yōu)化理論與技術

根據(jù)裝備壽命階段的不同時期，裝備維修保障資源一般分為初始保障資源和后續(xù)保障資源。初始保障資源是裝備形成戰(zhàn)斗力的初始保障期內，裝備使用與維修所需要的維修資源，在裝備列裝服役初期，由承制方同步交付部隊，在采購裝備的同時，軍方需要與承制方協(xié)商來確定初始維修資源的種類和數(shù)量，即所謂的初始配置優(yōu)化問題。該領域的理論基礎源于多等級多層級庫存控制理論(METRIC)，此后，該理論得到了進一步的拓展和完善，如：MOD-METRIC、Dyna-METRIC、VARI-METRIC等，被廣泛運用于裝備保障性分析、初始保障資源優(yōu)化、保障費效分析評估等。例如：航空裝備初始備件資源的庫存優(yōu)化問題[1-2]；單點庫存多備件配置優(yōu)化問題[3]；基于維修任務規(guī)劃的維修資源配置模型[4]；多級保障系統(tǒng)的維修資源最優(yōu)庫存控制問題[5]；需求率隨時間變化的維修資源動態(tài)規(guī)劃與決策問題等[6-7]。

后續(xù)保障資源是指裝備已形成初始戰(zhàn)斗力后，在規(guī)定時間內裝備使用與維修所需要補充和采購的維修資源。此時，軍方構建了較完善的保障體系并具備初始保障能力，供應商具有零部件、組件/模塊和整機的生產研制能力和穩(wěn)定的供貨渠道。裝備使用階段，需要根據(jù)維修資源消耗使用情況，對后續(xù)保障資源進行規(guī)劃，制定合理的采購計劃與供應策略。該領域的理論基礎源于供應鏈協(xié)同控制論，在研究對象上，主要針對于需求率高、價格較低的通用維修資源，制訂合理的訂購點R和采購量Q。如：低需求資源的訂購策略優(yōu)化問題[8]；需求率高、數(shù)量規(guī)模大的維修資源采購優(yōu)化問題[9]；基于數(shù)據(jù)挖掘的最優(yōu)采購策略優(yōu)化問題[10]；基于庫存信息共享條件下的維修資源供應鏈建模問題[11]；維修資源調度與轉運優(yōu)化問題等[12]。

2.2 維修保障資源優(yōu)化建模方法

20世紀70年代以來，維修保障資源優(yōu)化建模方法經(jīng)歷了幾個典型的發(fā)展階段，主要包括：單項法/傳統(tǒng)方法、基于需求的方法、系統(tǒng)分析法、以可用度為中心的規(guī)劃方法、基于戰(zhàn)備完好性的方法，目前，在基于戰(zhàn)備完好性方法的基礎上進一步發(fā)展為“基于戰(zhàn)備完好性工程”的方法。

其中：單項法又稱傳統(tǒng)法，普遍使用于20世紀70年代之前，該方法操作簡單，利用經(jīng)濟訂貨量(EOQ)模型來實現(xiàn)維修資源庫存控制；基于需求的方法是通過設定的備件需求滿足指標來確定其配置量，但在決策過程中無法控制保障資源方案所形成的裝備使用可用度；系統(tǒng)分析法能夠考慮裝備中各類部組件資源之間的影響因素，通過在系統(tǒng)保障效能和費用之間進行權衡，對維修資源方案進行集成優(yōu)化；以可用度為中心的配置方法是在系統(tǒng)分析法的基礎上，以裝備使用可用度為指標計算保障資源最優(yōu)配置方案；除了使用可用度之外，裝備的戰(zhàn)備完好性還與裝備可靠性及任務強度密切相關，因此進一步提出了基于戰(zhàn)備完好性的方法，目前，美國海軍已將該方法作為艦船維修器材儲備的指導原則，利用基于戰(zhàn)備的配置方法能夠有效提高裝備可用度。

2.3 維修保障資源模型開發(fā)與技術應用

在較為成熟的維修資源規(guī)劃理論體系基礎上，世界各國致力于理論與實踐的結合，重視維修保障資源規(guī)劃的工程應用，并相繼開發(fā)了先進的模型工具，如LCOM、VMETRIC、OPUS10、SCO等，如表1所示。

表1 維修資源規(guī)劃模型及工具

表1所示的模型工具期初都是在各行業(yè)內的應用與技術積累不斷發(fā)展起來的，尤其是美國的VMETRIC、MAAP，瑞典的OPUS10、SIMLOX等，目前已發(fā)展成為一套通用化的建模工具，經(jīng)過長期的數(shù)據(jù)積累和對核心技術的改進，其性能和可信度不斷提高，被廣泛應用于軍事、航空航天及商業(yè)等各個領域。通過大量的實踐證明：為用戶節(jié)約高達50%的保障費用同時，還能夠顯著提高裝備的可用性(20%～30%)。國內在該領域主要針對保障資源管理方面開發(fā)了一系列工具產品，如維修資源信息管理系統(tǒng)、倉儲系統(tǒng)、采購系統(tǒng)等，在維修資源輔助決策方面，還主要停留在理論研究層面上，到目前為止，沒有開發(fā)出具有自主知識產權、通用、開放的維修資源輔助決策工具。

2.4 國內外主要差距

國內外主要差距主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1) 在使用與管理方面。國外逐步發(fā)展為基于裝備壽命周期費用的資源管理、保障資源全資產可視化管理。國內在維修資源管理中采用的經(jīng)驗成分多，科學定量依據(jù)少，沒有形成完善的規(guī)章制度以及通用規(guī)范的軍用標準，基本上依靠粗放式的管理模式。

2) 在優(yōu)化建模方法方面。國外從最初的單項法到系統(tǒng)法，再到目前基于戰(zhàn)備完好性工程的方法，目前在保障資源優(yōu)化方法上已形成了一套完整的解決方案。國內近些年在系統(tǒng)分析法上取得一定進展，但在影響系統(tǒng)的保障性因素方面往往考慮的不夠全面。

3) 在技術理論體系方面。國外已經(jīng)形成了一套較為完善的理論體系。國內在該技術領域的研究起步較晚，目前主要是面向行業(yè)內或者針對特定保障模式和型號設備的研究探討，關鍵技術的突破缺乏通用性和系統(tǒng)性，技術理論體系尚不完善。

4) 在工程技術應用方面。國外相繼開發(fā)一系列成熟的保障資源規(guī)劃與仿真評估工具，并廣泛應用于實踐，取得了較好的效果。到目前為止，國內在該領域還停留在理論研究層面上，沒有開發(fā)出具有自主知識產權、通用、開放的維修資源規(guī)劃決策系統(tǒng)。

綜合上述分析，充分借鑒國外發(fā)展模式與經(jīng)驗，結合我軍的發(fā)展需求，構建保障資源規(guī)劃關鍵技術體系框架，通過技術體系的分解，建立各子領域之間的邏輯關系，為裝備保障資源規(guī)劃技術發(fā)展和關鍵技術攻關提供研究思路。

3 維修保障資源規(guī)劃技術未來發(fā)展

3.1 技術發(fā)展需求

如何對裝備體系這一復雜系統(tǒng)提出保障性要求，并進行設計、驗證和評價；如何建立科學合理的保障資源系統(tǒng)，使其高效運行；如何精細而準確地規(guī)劃和運用保障資源，提供精確保障是裝備保障工程所面臨的一個具有創(chuàng)新性的挑戰(zhàn)。

在戰(zhàn)略層面迫切需要將裝備保障工程領域與維修資源規(guī)劃與分析的共性技術有機結合，加強技術研究的頂層規(guī)劃；在技術層面迫切需要運用保障資源規(guī)劃與分析技術來解決裝備保障中維修資源運用不合理，滿足率和利用率底的實際問題。

在裝備研制階段，盡可能減少裝備對保障設施、設備等各種保障資源的依賴，提高自主測試、自主保障能力，應用保障資源規(guī)劃分析技術同步開展保障資源需求，使裝備交付部隊即可形成初始保障能力；在裝備使用階段，對保障系統(tǒng)進行評價驗證，優(yōu)化整合保障資源，逐步改變過去那種過度依賴研制單位提供的初始保障資源方案的被動局面。

在裝備保障研究領域，扎實推進保障資源集成優(yōu)化建模技術、分析與評價技術以及工程化應用技術，深入開展保障資源規(guī)劃分析的基礎理論創(chuàng)新研究，必將深化裝備綜合保障在系統(tǒng)論證、設計、研制、使用等各個層次的研究

3.2 技術體系

根據(jù)艦船裝備維修保障的專業(yè)特點及維修保障資源規(guī)劃技術內涵，未來該領域發(fā)展的主要技術體系包括“保障資源優(yōu)化建模技術”、“保障資源評估與仿真驗證技術”、“保障資源規(guī)劃應用技術”以及“保障資源規(guī)劃支撐理論技術”四個方面，邏輯關系如圖1所示，關鍵技術體系如圖2所示。

圖1 保障資源規(guī)劃技術體系之間的邏輯關系示意圖

圖2 維修保障資源規(guī)劃關鍵技術體系框圖

1) 維修保障資源規(guī)劃支撐理論技術

公共交叉學科所涉及的基礎理論，用于支撐保障資源規(guī)劃技術研究，如軍事運籌學、系統(tǒng)工程學、管理學等學科中的先進理論與技術，主要包括：裝備維修保障系統(tǒng)需求論證、裝備全壽命管理理論、維修保障資源精確保障理論、裝備RMS一體化設計與控制技術、維修資源存儲供應體系論證、維修資源自動識別技術、維修器材編碼體系設計技術等。

2) 維修保障資源優(yōu)化建模技術

用于解決裝備研制階段的保障資源需求分析以及裝備使用階段的保障資源優(yōu)化配置、費效分析及評估等，主要包括：維修資源需求預測技術、配置優(yōu)化技術、供應點選址及路徑優(yōu)化技術、維修資源供應規(guī)劃技術、動態(tài)調度與配送技術、面向任務的攜行維修資源集成優(yōu)化技術等。涉及的理論主要有復雜系統(tǒng)建模理論、控制論、可靠性理論等。

3) 維修保障資源評估與仿真驗證技術

用于維修保障資源使用過程仿真與演練，對保障資源方案進行評價與驗證，對影響裝備保障能力的敏感性及瓶頸因素進行分析，及時修訂保障策略及方案，實現(xiàn)保障資源方案的優(yōu)化再生。主要包括：維修資源指標體系與評價技術、維修保障資源仿真建模技術、裝備任務成功性仿真與驗證技術、維修資源保障過程推演技術、維修保障能力評估技術、保障資源優(yōu)化再生技術。涉及的理論主要有系統(tǒng)建模理論、評估方法論、對策論、數(shù)理統(tǒng)計論等。

4) 維修保障資源工程化應用技術

主要用于解決保障資源數(shù)據(jù)集成、模型開發(fā)與應用、工程化系統(tǒng)平臺研制等，主要包括：維修保障信息采集技術、維修資源數(shù)據(jù)集成與融合技術、維修資源全資可視化技術，以及維修保障資源基礎數(shù)據(jù)管理平臺、倉儲管理平臺、一體化輔助決策平臺、綜合保障仿真平臺的工程化技術等。涉及的理論主要有數(shù)據(jù)挖掘理論、軟件工程與可視化理論、數(shù)據(jù)庫理論、人工智能及大數(shù)據(jù)理論等。

3.3 發(fā)展趨勢

以裝備全系統(tǒng)、全壽命管理理論為指導，以保障需求為牽引、技術應用為依托，充分借鑒國外相關研究成果，成系統(tǒng)、成體系地開展裝備維修保障資源規(guī)劃理論、方法和技術研究，加快技術向工程應用轉化，實現(xiàn)維修資源精細化管理與全壽命保障的一體化設計及控制，推動裝備綜合保障工程的發(fā)展。

在資源規(guī)劃的信息要素上，向綜合集成的方向發(fā)展。保障資源在信息要素不進行綜合就難以提供完整和正確的保障方案，需打破傳統(tǒng)意義上各自為政、信息孤島的現(xiàn)象，信息要素之間協(xié)調一致，相互關聯(lián)，資源同步更新，相互匹配。

在資源規(guī)劃的研究時域上，向裝備全壽命周期拓展。保障資源規(guī)劃技術研究要延伸到裝備設計研制階段，由過去的“裝備使用任務保障”向“裝備全壽命保障”轉變，保障資源規(guī)劃不僅要與裝備使用階段的保障方案相匹配，還要與裝備設計階段保障方案的權衡與優(yōu)化掛鉤。

在資源規(guī)劃的能力建設上，向精確化保障目標轉變。保障資源的規(guī)劃要由過去的“單純重視效果”向“質量效益型并重”轉變，由“粗放式、概略式、模糊式保障”向“集約化、科學化、精確化保障”發(fā)展。

在資源規(guī)劃的應用對象上，向一體化保障方向延伸。隨著艦船裝備一體化建設的深入推進，已經(jīng)打破為單一型號裝備進行保障的模式，保障資源的規(guī)劃要滿足裝備一體化建設、保障力量統(tǒng)一使用的客觀要求，滿足軍民融合與平戰(zhàn)結合、專業(yè)組合與資源整合的新模式。