戰(zhàn)時(shí)裝備修理機(jī)構(gòu)搶修能力評(píng)估

宋明昌，石 全，張 芳，王亞東，李 磊

(陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)，石家莊 050003)

戰(zhàn)場搶修的預(yù)計(jì)與評(píng)估工作是戰(zhàn)場搶修組織、實(shí)施的依據(jù)和前提。準(zhǔn)確評(píng)估維修機(jī)構(gòu)搶修能力對(duì)戰(zhàn)時(shí)維修工作量分配以及進(jìn)行搶修決策有重要作用。關(guān)于戰(zhàn)時(shí)維修機(jī)構(gòu)維修能力的評(píng)估，許多文獻(xiàn)已經(jīng)做了研究，但大多都以賦予指標(biāo)的方法進(jìn)行評(píng)估，定性分析較多，過于依賴人為主觀判斷。例如文獻(xiàn)[1]采用層次分析法與模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)工程裝備維修機(jī)構(gòu)維修能力進(jìn)行評(píng)估；文獻(xiàn)[2]采用基于證據(jù)理論建立了艦船裝備技術(shù)保障模型能力評(píng)估模型；文獻(xiàn)[3]采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)部隊(duì)后勤機(jī)動(dòng)平臺(tái)維修能力進(jìn)行評(píng)估；文獻(xiàn)[4]采用博弈論—云物元模型對(duì)車輛裝備維修保障能力進(jìn)行評(píng)估。文獻(xiàn)[5]構(gòu)建了基于自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的裝備維修保障能力生成度評(píng)估模型。文獻(xiàn)[6]采用了時(shí)間序列挖掘的方法對(duì)合成旅的裝備維修保障能力進(jìn)行預(yù)測。

本文以搶修工作量為基礎(chǔ)，以自行火箭炮為研究對(duì)象，對(duì)其維修機(jī)構(gòu)搶修能力進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。維修工時(shí)可以將維修任務(wù)和維修人員維修能力二者轉(zhuǎn)化為同一量值進(jìn)行比較[7]，鑒于此優(yōu)點(diǎn)，建立維修機(jī)構(gòu)維修能力的量化模型，對(duì)戰(zhàn)時(shí)維修機(jī)構(gòu)維修能力進(jìn)行定量化評(píng)估，為戰(zhàn)時(shí)維修保障決策提供支撐。

1 相關(guān)概念

搶修能力的評(píng)估是將某級(jí)修理機(jī)構(gòu)所需搶修工作量與實(shí)際具有的搶修能力進(jìn)行比較，以此來確定維修機(jī)構(gòu)是否能夠滿足維修任務(wù)要求。搶修工作量與搶修能力都用工時(shí)表示。如果實(shí)際搶修能力大于某次戰(zhàn)斗所需的搶修任務(wù)量，則表示修理機(jī)構(gòu)可完成搶修任務(wù)。反之，則不能完成。

搶修工作量是在戰(zhàn)時(shí)裝備損傷或故障后，對(duì)裝備進(jìn)行搶修工作的量化表示，是指進(jìn)行搶修所需要的搶修人員數(shù)量和搶修作業(yè)時(shí)間，一般用搶修工時(shí)(單位是人·時(shí))度量。在戰(zhàn)時(shí)，裝備搶修工作量主要包括戰(zhàn)斗損傷導(dǎo)致的工作量和非戰(zhàn)斗損傷所導(dǎo)致的搶修工作量兩部分。

維修機(jī)構(gòu)搶修能力影響因素有很多，這些影響因素包括人員、物資、裝備、設(shè)施、運(yùn)力、環(huán)境等方面。

1) 搶修人員。搶修人員是裝備搶修中最主要的因素，搶修人員的數(shù)量，搶修人員的技術(shù)水平等會(huì)對(duì)維修機(jī)構(gòu)搶修能力產(chǎn)生很大影響。

2) 保障物資。保障物資特別是備件保障是進(jìn)行搶修的重要物質(zhì)條件，在戰(zhàn)時(shí)，為快速恢復(fù)戰(zhàn)斗力，換件修理是搶修的主要手段，因此，擁有充足的備件是進(jìn)行搶修的關(guān)鍵。

3) 保障裝備。保障裝備例如搶修工程車，實(shí)質(zhì)上也是一種物資，所不同的是，它是保障人員從事裝備保障工作的工具。

4) 設(shè)施。保障設(shè)施的完好性、完善性和配套性是影響搶修的關(guān)鍵因素，保障設(shè)施不完善、不配套會(huì)極大影響搶修的工作效率，增加搶修的時(shí)間和難度。

5) 運(yùn)力。戰(zhàn)時(shí)物資器材消耗量大，而維修機(jī)構(gòu)攜帶物資器材有限，必須通過運(yùn)輸解決物資的供應(yīng)，因此，運(yùn)力也是維修機(jī)構(gòu)搶修能力的重要因素。

6) 環(huán)境。環(huán)境對(duì)搶修能力的影響主要體現(xiàn)在地形和氣候方面。環(huán)境不僅直接影響檢測儀器的準(zhǔn)確性和保障裝備的可用性，而且也直接影響搶修人員的情緒、精力，從而影響搶修能力。

2 搶修任務(wù)量預(yù)計(jì)

對(duì)于修理機(jī)構(gòu)搶修任務(wù)量的預(yù)計(jì)，可依據(jù)戰(zhàn)時(shí)裝備維修工作量分布規(guī)律、各級(jí)修理機(jī)構(gòu)修理工作量或時(shí)間限制范圍，預(yù)測戰(zhàn)時(shí)維修機(jī)構(gòu)任務(wù)量。

1) 戰(zhàn)時(shí)實(shí)際需要搶修第i種裝備數(shù)量

戰(zhàn)時(shí)特殊的維修環(huán)境和修理?xiàng)l件決定了不能對(duì)所有的損壞裝備進(jìn)行搶修，對(duì)損傷嚴(yán)重、沒有必要維修的裝備要作報(bào)廢處理，所以戰(zhàn)時(shí)裝備維修機(jī)構(gòu)維修裝備的數(shù)量不是全部損壞的裝備的數(shù)量，而應(yīng)把報(bào)廢裝備的數(shù)量除外，得到各級(jí)裝備維修機(jī)構(gòu)實(shí)際對(duì)i種裝備修理數(shù)量為：

ni=Niαicαid(1-Pib)

(1)

式中:ni為裝備維修機(jī)構(gòu)實(shí)際搶修第i種裝備總數(shù)量；Ni為第i種裝備的編制數(shù)量；αic為第i種裝備的參戰(zhàn)率；αid為第i種裝備的損壞率；Pib為第i種裝備報(bào)廢數(shù)量占總損壞裝備的比例。

2) 實(shí)際需要搶修的第i種損壞裝備進(jìn)入各修理機(jī)構(gòu)的概率

根據(jù)戰(zhàn)時(shí)裝備維修工作量分布規(guī)律，通過裝備維修工作量的分布密度函數(shù)f(τ)，可以求得裝備維修工作量分布函數(shù)F(τ)，由此，實(shí)際需要維修的i種損壞裝備進(jìn)入第j級(jí)修理機(jī)構(gòu)的概率為

Pij=Pij(τij-1<τ<τij)=Fij(τij)-Fj(τij-1)

(2)

式中:Pij為第i種損壞裝備進(jìn)入第j級(jí)修理機(jī)構(gòu)的概率；τij-1為第j-1級(jí)維修機(jī)構(gòu)搶修第i種損壞裝備工作量的上限；τij為第j級(jí)維修機(jī)構(gòu)搶修第i種損壞裝備工作量的上限。

3) 各級(jí)修理機(jī)構(gòu)實(shí)際需要搶修的第i種損壞裝備的數(shù)量

根據(jù)損壞裝備進(jìn)入各級(jí)修理機(jī)構(gòu)的概率以及修理機(jī)構(gòu)搶修總?cè)蝿?wù)量，由式(1)、式(2)得到實(shí)際需要搶修第i種損壞裝備進(jìn)入j級(jí)修理機(jī)構(gòu)的數(shù)量為

nij=ni·Pij

(3)

式中：nij為第j級(jí)維修機(jī)構(gòu)實(shí)際搶修第i種裝備數(shù)量；

4) 各級(jí)修理機(jī)構(gòu)對(duì)第i種損壞裝備的搶修任務(wù)量

要精確的計(jì)算出戰(zhàn)時(shí)各修理機(jī)構(gòu)的維修任務(wù)量是不太現(xiàn)實(shí)的，因此用搶修任務(wù)量的最小值、最大值和平均值表示各級(jí)修理機(jī)構(gòu)的搶修任務(wù)量。第j級(jí)修理機(jī)構(gòu)對(duì)第i種損壞裝備維修任務(wù)量的最小值、最大值和平均值計(jì)算式為

Wmin ij=nij·τij-1

(4)

Wmax ij=nij·τij

(5)

(6)

3 維修機(jī)構(gòu)搶修能力測算

3.1 維修機(jī)構(gòu)搶修能力

維修機(jī)構(gòu)搶修能力影響因素有很多，我們假設(shè)人員能力素質(zhì)相同且滿足搶修能力要求；備件、搶修工具等資源齊全，對(duì)搶修無限制；運(yùn)送能力滿足要求，可進(jìn)行正常搶修等情況。主要考慮人員數(shù)量，人員利用率，時(shí)間利用率以及環(huán)境影響因素，對(duì)維修機(jī)構(gòu)搶修能力進(jìn)行計(jì)算。則第j級(jí)修理機(jī)構(gòu)在時(shí)間t(單位小時(shí))內(nèi)對(duì)第i種裝備的搶修工作量為τΦij，以工時(shí)表示。其計(jì)算公式為

τΦij=tmijk1k2k0

(7)

式中：mij為第j級(jí)修理機(jī)構(gòu)擁有修理第i種裝備的人數(shù)；k1為戰(zhàn)時(shí)各機(jī)構(gòu)維修人員的利用系數(shù)，通常為0.8～0.95[8]；k2為戰(zhàn)時(shí)日工作時(shí)間利用系數(shù)，采用下式計(jì)算：

k0為其他影響維修工作的綜合調(diào)整系數(shù)，包含構(gòu)筑工事、偽裝、作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)轉(zhuǎn)移展開對(duì)搶修工作的影響，通常取0.75～0.9[6]。

若修理分隊(duì)為搶修工程車，則實(shí)際修理工時(shí)可表示為

τΦij=tN1N2Mk1k2

(8)

(9)

第j級(jí)修理機(jī)構(gòu)對(duì)第i種裝備每天的修理能力為Mij，Mij是該機(jī)構(gòu)每天提供的修理工時(shí)與修理一臺(tái)該級(jí)別裝備所需的平均工時(shí)之比，單位是臺(tái)/天，計(jì)算式為

(10)

(11)

3.2 修理工時(shí)滿足率測算

修理工時(shí)滿足率，是指保障部(分)隊(duì)所提供的修理工時(shí)與修復(fù)戰(zhàn)損裝備所需工時(shí)的比值[9]。用Pg表示在進(jìn)行戰(zhàn)場搶修時(shí)，通常在進(jìn)行修理評(píng)估的過程中進(jìn)行。

(12)

4 算例分析

假設(shè)某合成旅裝備有某型自行火箭炮120輛，在為期2天的戰(zhàn)斗中，參戰(zhàn)率為85%，損壞率為0.4，其中報(bào)廢的數(shù)量占總損壞數(shù)量的比例為0.3，各修理分隊(duì)可修此類自行火箭炮的人員及裝備編配數(shù)量見表1。經(jīng)查閱文獻(xiàn)[10]可知該型火箭炮戰(zhàn)時(shí)維修工作量服從μ=3.640 7，σ2=0.449 2的對(duì)數(shù)正態(tài)分布，平均搶修工時(shí)為47.717 6(人時(shí))，其概率密度分布函數(shù)為

(13)

累計(jì)概率分布函數(shù)為

(14)

其概率密度和概率分布曲線如圖1、圖2所示。結(jié)合俄軍戰(zhàn)時(shí)維修工作量數(shù)據(jù)以及現(xiàn)我軍實(shí)際，可得維修機(jī)構(gòu)搶修力量及搶修工作量范圍，參見表1、表2。

圖1 搶修工作量分布密度曲線

圖2 搶修工作量累計(jì)概率分布曲線

首先根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以計(jì)算得出該型自行火箭炮需搶修總量為

n=Nαcαd(1-Pb)=120×0.85×

0.4×(1-0.3)=29(輛)

其次依據(jù)搶修工作量分布函數(shù)以及式(3)～式(6)，計(jì)算火箭炮進(jìn)入各維修機(jī)構(gòu)的概率及數(shù)量，見表3。

最后按照式(7)～式(11)，得到各維修分隊(duì)搶修能力，見表4。

表1 維修機(jī)構(gòu)搶修力量(取N2=2,M=8)

表2 維修機(jī)構(gòu)搶修工作量

表3 維修機(jī)構(gòu)搶修任務(wù)量

表4 維修機(jī)構(gòu)搶修能力

由表4可得各級(jí)修理分隊(duì)修理工時(shí)滿足率均大于1，因此在規(guī)定時(shí)間內(nèi)均可完成搶修任務(wù)。使用分隊(duì)與前方修理所修理工時(shí)滿足率較高，表明在此戰(zhàn)斗中，這兩個(gè)機(jī)構(gòu)在搶修此類裝備時(shí)有更多閑余能力，因此可調(diào)派人員搶修其他類型裝備。

5 結(jié)論

依據(jù)戰(zhàn)時(shí)裝備維修工作量分布規(guī)律特點(diǎn)，對(duì)戰(zhàn)時(shí)維修機(jī)構(gòu)搶修任務(wù)量進(jìn)行了預(yù)測，對(duì)維修機(jī)構(gòu)搶修能力進(jìn)行了量化評(píng)估，相比傳統(tǒng)估計(jì)方法更為客觀，可為搶修決策及人員物資需求判斷提供參考，具有應(yīng)用價(jià)值。