基于再次出動流程優(yōu)化的保障效能評估

（中國飛行試驗(yàn)研究院，陜西 西安 710089）

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中武器裝備的出動強(qiáng)度是戰(zhàn)場上十分重要的因素，對于軍用飛機(jī)而言，由于其復(fù)雜程度很高，因此對裝備的保障性也有著非常高的要求[1]。為了滿足軍機(jī)連續(xù)高強(qiáng)度出動的需求，使其能夠持續(xù)執(zhí)行空中任務(wù)，縮短再次出動的準(zhǔn)備時間TAT（Turnaround Time）是一項(xiàng)非常有必要的措施。軍用飛機(jī)研制的總要求等頂層文件也對飛機(jī)再次出動準(zhǔn)備時間提出了定量的指標(biāo)要求。國內(nèi)目前的第三代殲擊機(jī)系列飛機(jī)在不進(jìn)行掛空空導(dǎo)彈的情況下，在飛行試驗(yàn)期間平均再次出動準(zhǔn)備時間約為26 min，然而在模擬作戰(zhàn)狀態(tài)時，需要考慮掛空空導(dǎo)彈、填充航炮等作業(yè)，再次出動試驗(yàn)指標(biāo)驗(yàn)證依然存在問題。因此，在現(xiàn)有飛機(jī)平臺的基礎(chǔ)上優(yōu)化再次出動準(zhǔn)備流程，提升再次出動保障能力，進(jìn)而提高飛機(jī)再次出動能力及出動架次率，成為試飛階段保障活動急需攻克的重難點(diǎn)問題。

影響再次出動準(zhǔn)備保障活動的因素有很多，包括飛行任務(wù)需求、工作項(xiàng)目邏輯關(guān)系、保障人員數(shù)量和技術(shù)水平、保障工作工具設(shè)備等。那么應(yīng)該如何在再次出動保障活動的前后邏輯關(guān)系和多資源配置分配的多重約束條件下，基于再次出動保障活動流程優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)再次出動準(zhǔn)備時間的最小化是一個重要的問題。該文以某型殲擊機(jī)再次出動準(zhǔn)備工作為對象，基于有向賦權(quán)分析DWA（Directed Weighting Analysis）明確保障流程中關(guān)鍵工作項(xiàng)目集，考慮工作邏輯關(guān)系和資源限制條件，對再次出動保障活動的關(guān)鍵工作項(xiàng)目進(jìn)行重組優(yōu)化，并提出了“四變量”的優(yōu)化方案，為提升再次出動準(zhǔn)備保障能力提供了方法思路。具體研究思路如圖1 所示。

1 飛機(jī)再次出動準(zhǔn)備保障活動分析及模型確定

1.1 再次出動準(zhǔn)備工作流程分析

飛機(jī)再次出動準(zhǔn)備保障活動是指在飛機(jī)前一次出動結(jié)束后，為了下一次能夠立即出動而按照預(yù)定的準(zhǔn)備方案進(jìn)行的一系列地面保障工作。主要包括飛機(jī)外觀檢查作業(yè)、補(bǔ)充燃油作業(yè)、充填氮?dú)庋鯕庾鳂I(yè)、掛裝導(dǎo)彈作業(yè)、慣導(dǎo)對準(zhǔn)作業(yè)等。以某型殲擊機(jī)為例，飛機(jī)再次出動保障工作流程如圖2 所示。

1.2 基于再次出動保障流程及優(yōu)化的模型確定

基于現(xiàn)有的再次出動準(zhǔn)備保障流程，假設(shè)保障流程共包括n 項(xiàng)工作，其集合記為A，具體的每項(xiàng)工作記為wi，其中i ∈{1，2，…，n}，即wi∈A。將上述n 項(xiàng)保障工作進(jìn)行分類，具體方式如下。

圖1 基于再次出動準(zhǔn)備流程優(yōu)化的保障效能評估思路圖

1.2.1 按是否通電進(jìn)行分類

將n 項(xiàng)工作中所有需要通電的工作集合記為B1，所有不需要通電的工作集合記為B2，則

1.2.2 按工作區(qū)域進(jìn)行分類

在各項(xiàng)工作中，有一些工作區(qū)域是相同的，但是由于操作空間有限，這些工作不能同時開展。假設(shè)n 項(xiàng)工作需要分為m個工作區(qū)域進(jìn)行，用C 表示在相同區(qū)域的工作集合，例如其中所有在第i 個工作區(qū)域進(jìn)行的工作集合記為Ci，所有在第j 個工作區(qū)域進(jìn)行的工作集合記為Cj，則

1.2.3 按工作所屬專業(yè)分類

假設(shè)n 項(xiàng)工作共涉及p 種專業(yè)，用D 表示相同專業(yè)的工作集合，例如其中所有第i 個專業(yè)的工作集合記為Di，所有第j 個專業(yè)的工作集合記為Dj，則

圖2 飛機(jī)再次出動準(zhǔn)備保障流程圖

假設(shè)T 為再次出動流程關(guān)鍵路線的時間，Ti1和Ti2分別表示wi工作的起始時刻和終止時刻，Tj1和Tj2分別表示wj工作的起始時刻和終止時刻，那么[Ti1，Ti2]和[Tj1，Tj2]則分別表示wi和wj的工作時間段。則流程重組的規(guī)劃函數(shù)表示如下。

目標(biāo)函數(shù)min T=關(guān)鍵路線工作時間，即完成所有保障工作的時間最小化。

約束函數(shù)則需要考慮其限制條件。首先，出于作業(yè)安全的考慮，在通電的同時不能進(jìn)行加油和掛彈工作，即：

其次，空間限制。處于相同工作區(qū)域的2 項(xiàng)工作受操作空間的限制不能同時進(jìn)行，即：

再次，人員限制。在任一時刻，各個專業(yè)同時開展工作所需要的人數(shù)不能超過該專業(yè)總的人員配置數(shù)量。假設(shè)再次出動準(zhǔn)備中p 種專業(yè)的人員配置數(shù)量分別l1，l2，…，lp第i 個專業(yè)在整個保障活動中需要完成的Di中共有k 項(xiàng)工作。某一時刻該專業(yè)開展某項(xiàng)工作所需要的人數(shù)記為yij， 則

最后，工作固有順序限制。如果wi為wj前一項(xiàng)的緊鄰工作，那么必須等前一項(xiàng)工作完成后才能開始下一項(xiàng)工作，即：

另外，再次出動保障活動流程中，有些工作的先后順序不能改變。例如，通電工作須在充填氧氣完成后再進(jìn)行。接通電源后方可進(jìn)行航電、特設(shè)專業(yè)通電檢查等。

2 再次出動保障活動實(shí)例

2.1 任務(wù)分解及工作項(xiàng)目持續(xù)時間

對任務(wù)工作流程進(jìn)行分解，可以繪制出完成任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)計劃圖，以便得到進(jìn)一步的優(yōu)化方案。梳理某型殲擊機(jī)再次出動準(zhǔn)備工作包含的所有工作項(xiàng)目，根據(jù)工作內(nèi)容相互關(guān)系以及工作區(qū)域、保障人員和專業(yè)、固定工作順序等限制條件，確定出各項(xiàng)工作的緊前工作項(xiàng)目。然后采用三時估計法進(jìn)行估算[2]，得出各工作項(xiàng)目的持續(xù)時間t，以有效消除不穩(wěn)定因素的影響。

t=（a+4m+b） /6 （8）式中：a 為最快可能完成時間，m 為最可能完成時間，b 為最慢可能完成時間。

經(jīng)保障活動現(xiàn)場多次數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并根據(jù)公式（8）可以計算出該型飛機(jī)再次出動準(zhǔn)備中每項(xiàng)工作的持續(xù)時間。整理得到該型飛機(jī)再次出動保障工作項(xiàng)目明細(xì)表，見表1。

表1 某型飛機(jī)再次出動準(zhǔn)備保障工作項(xiàng)目明細(xì)表

2.2 基于DWA的關(guān)鍵工作項(xiàng)目集確定

基于有向賦權(quán)分析DWA 在流程圖上標(biāo)注時標(biāo)和時間參數(shù)，其實(shí)質(zhì)是對流程進(jìn)行有時序的有向賦權(quán)[3]。

在有向賦權(quán)分析過程中，從起點(diǎn)開始，按各工作項(xiàng)目的順序，連續(xù)不斷地達(dá)到終點(diǎn)的一條通路稱為線路[4]。在實(shí)際過程中，常常會有多個工作項(xiàng)目并行開展的情況，因此線路并不唯一。其中，完成所有工作項(xiàng)目所需要時間最長的線路稱為關(guān)鍵路線，關(guān)鍵路線上的工作項(xiàng)目則稱為關(guān)鍵工作項(xiàng)目。

對于關(guān)鍵工作項(xiàng)目，有

式中：I 為所有關(guān)鍵工作項(xiàng)目集合，ti表示完成關(guān)鍵工作項(xiàng)目i所需要的時間。

關(guān)鍵工作項(xiàng)目的耗時會對指標(biāo)值產(chǎn)生最直接的影響，確定關(guān)鍵工作項(xiàng)目是工作流程優(yōu)化的首要步驟。該文采取倒序的方法來確定關(guān)鍵工作項(xiàng)目。首先找到結(jié)束時間等于指標(biāo)值的工作項(xiàng)目作為最終關(guān)鍵工作項(xiàng)目，然后在它的緊前工作項(xiàng)目中找出結(jié)束時間最大的，將其作為前一個關(guān)鍵工作項(xiàng)目。以此類推，將關(guān)鍵工作項(xiàng)目逐個找出，直至找出起始關(guān)鍵工作項(xiàng)目。

基于表1 的任務(wù)需求，對流程進(jìn)行有向賦權(quán)可得網(wǎng)絡(luò)計劃圖，如圖3 所示。

在網(wǎng)絡(luò)計劃圖中，圓圈里的數(shù)字表示節(jié)點(diǎn)序號，與表1 中第一欄（節(jié)點(diǎn)序號）相對應(yīng)。圖中的字母與表1 中工作項(xiàng)目標(biāo)識一欄相對應(yīng)，例如B 表示機(jī)械外觀檢查，字母下方例如“機(jī)械/18m”表示該項(xiàng)工作由機(jī)械專業(yè)完成，項(xiàng)目持續(xù)時間18 min（與表1 對應(yīng)）。圖3 中易找出的關(guān)鍵路線為I={A，B，E，M，N，O}?？芍獧C(jī)械外觀檢查項(xiàng)目B 跟裝掛空空導(dǎo)彈項(xiàng)目M 為耗時較長的關(guān)鍵工作項(xiàng)目，考慮該飛機(jī)設(shè)有單獨(dú)的武器電源開關(guān)，因此將項(xiàng)目B 與項(xiàng)目M 并行操作，同時考慮人員、空間、資源及固有工序約束，可對流程進(jìn)行改進(jìn)，如圖4 所示。

圖4 中，優(yōu)化后的工作流程關(guān)鍵路線變?yōu)镮={A，D，M，N，O}。對比圖3 和圖4，流程優(yōu)化后的再次出動準(zhǔn)備時間比之前的再次出動準(zhǔn)備時間縮短了15 min，根據(jù)優(yōu)化后的流程開展再次出動保障活動，可以有效提升飛機(jī)的再次出動能力和出動架次率。

3 優(yōu)化方案設(shè)計及驗(yàn)證

3.1 指標(biāo)論證優(yōu)化及驗(yàn)證

完成任務(wù)的總時間取決于其關(guān)鍵路線的長短，所以時間優(yōu)化的核心問題是縮短關(guān)鍵路線的工作持續(xù)時間[5]。對于再次出動保障工作來說，具體可以從以下4 個方面考慮。1）優(yōu)化維修工作流程及作業(yè)內(nèi)容，減少關(guān)鍵工作項(xiàng)目的工作量。2）提升關(guān)鍵工作保障人員的業(yè)務(wù)技術(shù)水平和熟練度，縮短各項(xiàng)工作的作業(yè)時間。3）優(yōu)化關(guān)鍵工作保障人員配置數(shù)量和工作組織方式。4）合理增加保障資源配置等。主要方法和措施論證如下。

3.1.1 基于工作項(xiàng)目流程和作業(yè)內(nèi)容的優(yōu)化

將工作項(xiàng)目流程設(shè)為變量，分解細(xì)化流程，降低關(guān)鍵工作項(xiàng)目持續(xù)時間。將關(guān)鍵路線上沒有必要串行的工作項(xiàng)目調(diào)整為并行開展，或在某項(xiàng)工作間隙交叉開展其他工作。比如在軍械裝空空導(dǎo)彈的同時，其他專業(yè)進(jìn)行外觀通電檢查，但應(yīng)確保有武器電源開關(guān)設(shè)計。這一點(diǎn)已經(jīng)在前文例舉的某型飛機(jī)再次出動保障活動實(shí)例中得到了驗(yàn)證。

3.1.2 基于作業(yè)時間和保障人員技術(shù)水平的優(yōu)化

將作業(yè)時間設(shè)為變量，通過對機(jī)務(wù)保障人員不斷地進(jìn)行訓(xùn)練強(qiáng)化，提高他們對再次出動準(zhǔn)備中各項(xiàng)工作項(xiàng)目的操作熟練度，從而可以縮短關(guān)鍵路線中關(guān)鍵工作項(xiàng)目的持續(xù)時間。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，通過強(qiáng)化業(yè)務(wù)技術(shù)訓(xùn)練，提高保障人員的技術(shù)能力，可將機(jī)械外觀檢查時間縮短8 min。

3.1.3 基于人員配置的工作組織方式改進(jìn)

將人員配置設(shè)為變量，在不影響裝備維修安全的條件下，改進(jìn)工作組織方式，充分調(diào)動各個非關(guān)鍵工作項(xiàng)目中的閑置人員和資源，提高關(guān)鍵工作項(xiàng)目中的人員利用率。并且培養(yǎng)技術(shù)全面的保障人員，使其“一專多能”，減少保障工作的專業(yè)限制，可按飛機(jī)不同工作區(qū)域進(jìn)行人員配置，提高保障效率。例如考慮戰(zhàn)備狀態(tài)下的裝彈要求，軍械機(jī)組由原來的一師三員，通過人員調(diào)配變?yōu)橐粠熕膯T，采取對稱掛彈方式，則掛彈時間可縮短10 min。

圖3 基于現(xiàn)有流程的再次出動有向賦權(quán)圖

圖4 基于流程的再次出動有向賦權(quán)圖改進(jìn)

3.1.4 基于保障資源配置的優(yōu)化

保障資源的配置對整個飛機(jī)的出動能力有很大的影響。如果保障資源配置太少，飛機(jī)的出動準(zhǔn)備時間就要加長，會影響飛機(jī)的出動頻次。如果配置過多，不僅需要增加大量成本，也會導(dǎo)致資源利用率下降。因此，各個保障環(huán)節(jié)的資源配置充足、合理是保障系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。例如基于排隊論分析，增加配置一輛掛彈車，軍械掛彈時間將縮短6 min。

3.1.5 為飛機(jī)設(shè)計更改提供依據(jù)

再次出動準(zhǔn)備時間作為戰(zhàn)斗機(jī)研制總要求中的一項(xiàng)指標(biāo)，對于飛機(jī)的設(shè)計具有一定的指導(dǎo)性。在飛機(jī)設(shè)計階段，考慮飛機(jī)的維修性和保障性，通過降低保障工作難度，則可以在一定程度上縮短飛機(jī)的再次出動準(zhǔn)備時間。例如再次出動準(zhǔn)備工作中所用到的電、氣、液接口都設(shè)計成快接、快卸的形式。所有需要補(bǔ)充、添加以及掛裝的部位都具備較好的可達(dá)性和足夠的操作空間。采用機(jī)載制氧系統(tǒng)而不用地面液氧設(shè)備等。

3.2 再次出動保障活動優(yōu)化方案設(shè)計

分析再次出動保障活動時間的影響因素，可基于人機(jī)環(huán)理論，將人員配置、保障資源配置、項(xiàng)目流程及作業(yè)時間均設(shè)置為變量，通過仿真分析得出最優(yōu)方案，見表2。

表2 某型飛機(jī)再次出動準(zhǔn)備保障基準(zhǔn)及改進(jìn)方案

按上述原則編制優(yōu)化后的試驗(yàn)流程，開展某型機(jī)再次出動專項(xiàng)試驗(yàn)，優(yōu)化維修保障效能，提升再次出動能力，以滿足研制總要求提出的指標(biāo)要求。

4 結(jié)論

該研究可應(yīng)用于試飛階段再次出動流程優(yōu)化，為保障效能評估提供方法保證，為提高飛機(jī)戰(zhàn)時持續(xù)作戰(zhàn)能力奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

首先，以戰(zhàn)斗機(jī)再次出動保障作業(yè)為具體對象，分析了飛機(jī)再次出動保障流程，基于現(xiàn)有流程及流程重組構(gòu)建了不同的優(yōu)化模型，從作業(yè)流程入手構(gòu)建優(yōu)化模型使其更貼近工程實(shí)際，為工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

其次，結(jié)合某型戰(zhàn)斗機(jī)飛行階段再次出動保障實(shí)例，基于有向賦權(quán)分析DWA 確定了關(guān)鍵工作項(xiàng)目集，基于關(guān)鍵項(xiàng)目4個影響因素（流程、作業(yè)時間、人員、保障資源）設(shè)計了“四變量”的優(yōu)化方案。

最后，基于人機(jī)環(huán)理論，提出了將再次出動保障活動中的人員配置、保障資源配置、項(xiàng)目流程及作業(yè)時間均設(shè)置為變量，并通過仿真分析得出最優(yōu)方案的思路，并基于實(shí)體試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證了優(yōu)化方案的可行性，優(yōu)化了維修保障效能。