裝備維修保障資源優(yōu)化配置研究綜述?

（火箭軍工程大學(xué) 西安 710025）

1 引言

進(jìn)入新世紀(jì)以來，隨著國(guó)際環(huán)境日趨復(fù)雜多變和高精尖技術(shù)的迅猛發(fā)展，推動(dòng)國(guó)防科技創(chuàng)新發(fā)展既面臨重大歷史機(jī)遇，也面臨前所未有的挑戰(zhàn)，在習(xí)主席強(qiáng)軍思想的指引下，全軍部隊(duì)大抓實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練，始終以“召之即來、來之能戰(zhàn)、戰(zhàn)之必勝”的信念來履行使命擔(dān)當(dāng)，做到枕戈待旦、箭在弦上，確保一聲令下，能夠不辱使命；現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是體系作戰(zhàn)，戰(zhàn)爭(zhēng)預(yù)警時(shí)間短，作戰(zhàn)流程復(fù)雜，參戰(zhàn)裝備數(shù)量規(guī)模增大，裝備維修保障形勢(shì)愈加嚴(yán)峻，平時(shí)的戰(zhàn)備保障和戰(zhàn)時(shí)的作戰(zhàn)保障是確保戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵，在最短的時(shí)間內(nèi)，科學(xué)高效地優(yōu)化配置裝備維修保障資源，完成裝備維修保障工作，在部隊(duì)實(shí)施機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)或部署時(shí)，能夠快速轉(zhuǎn)換狀態(tài)，使裝備維修保障活動(dòng)與作戰(zhàn)行動(dòng)同步或先期展開，對(duì)于恢復(fù)、保持和提升部隊(duì)的作戰(zhàn)能力具有重大的軍事意義。

2 維修保障資源優(yōu)化配置研究現(xiàn)狀

維修保障資源包括維修保障所需的物力、時(shí)間、人力、經(jīng)費(fèi)和信息等因素，維修保障資源的合理優(yōu)化配置既是影響裝備全壽命周期費(fèi)用的重要因素，也是影響部隊(duì)?wèi)?zhàn)備完好性和提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的關(guān)鍵因素，根據(jù)維修資源的定義，國(guó)內(nèi)外對(duì)維修資源優(yōu)化的研究主要包括以下幾個(gè)方面。

2.1 維修備件的優(yōu)化

國(guó)內(nèi)外對(duì)備件的研究較多，美軍對(duì)備件的籌、供、儲(chǔ)等方面的研究比較深入，基本形成了比較完善的體系，備件是美軍維修保障資源的第九類，其費(fèi)用占保障資源的80%～90%。美軍對(duì)于備件配置的研究可以分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段，主要是20世紀(jì)60年代末和70年代，制定了一系列的備件通用規(guī)范，形成了比較完整的程序和方法；第二個(gè)階段，主要進(jìn)行了一系列備件配置優(yōu)化，從1979年開始，美國(guó)國(guó)會(huì)要求國(guó)防部在預(yù)算中提供所用資金與裝備戰(zhàn)備完好性的關(guān)系，并促使各軍種相繼制定了一套度量戰(zhàn)備完好性的方法，1981年，美海軍提出將使用可用度作為度量戰(zhàn)備完好性要求配置備件，1989年又改稱為按照戰(zhàn)備完好性要求進(jìn)行備件配置［1］；第三個(gè)階段，進(jìn)入90年代以來，面對(duì)國(guó)際軍事形勢(shì)和國(guó)防開支的下降，美軍方采取多種改革措施，提出以備件現(xiàn)代化戰(zhàn)略達(dá)到軍隊(duì)武器裝備的現(xiàn)代化。其目標(biāo)是以合理的備件策略，科學(xué)地利用備件預(yù)算，以較低的維修保障費(fèi)用，保持武器系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性和可靠性。

國(guó)內(nèi)對(duì)備件的優(yōu)化配置研究大都利用建模仿真、數(shù)學(xué)分析、優(yōu)化理論等對(duì)各自業(yè)務(wù)方面?zhèn)浼拇鎯?chǔ)、分派、調(diào)配等進(jìn)行運(yùn)用，大部分方法局限性、專用性較強(qiáng)，通用性較差，適用范圍較窄。呂春喜［2］分析了備件動(dòng)態(tài)庫存管理方法，建立了備件品種的評(píng)價(jià)體系和指標(biāo)模型，給出了滿足最佳服務(wù)的備件存儲(chǔ)定額的確定方法，建立了備件的采購模型。曹繼平［3］依據(jù)兩級(jí)備件保障系統(tǒng)的綜合分類原則，構(gòu)建了備件存儲(chǔ)的定量分析模型，提出了一種基于兩級(jí)備件保障系統(tǒng)的存儲(chǔ)策略，給出了不同存儲(chǔ)級(jí)別中備件種類和數(shù)量的確定方法。胡起偉［4］從工齡更換維修策略入手，提出了考慮預(yù)防性維修的備件需求量模型，并基于離散算法對(duì)模型進(jìn)行了求解，一定程度地克服了傳統(tǒng)的計(jì)算方法在預(yù)防性維修工作中備件需求量的確定誤差。谷玉波［5］針對(duì)維修實(shí)際需求，運(yùn)用延遲時(shí)間理論，建立了基于成組檢測(cè)的備件聯(lián)合優(yōu)化模型，從而優(yōu)化了備件訂購周期和備件庫存的配置。

2.2 維修時(shí)間的優(yōu)化

預(yù)防性維修中維修周期的確定、維修過程中備件的等待時(shí)間以及損傷裝備在各維修單元的等待時(shí)間都對(duì)整個(gè)維修過程的效率和裝備的可靠性有影響作用。Nakagama［6］對(duì)預(yù)防性維修條件下的平均間隔期進(jìn)行了研究，并提出了預(yù)防維修周期計(jì)劃的安排問題。Fisher［7］針對(duì)失效時(shí)間的分布函數(shù)不同，系統(tǒng)地進(jìn)行了維修周期的計(jì)算。徐廷學(xué)［8］以最小費(fèi)用和最大可用度為目標(biāo)，采用蒙特卡羅仿真模型，通過維修周期的多目標(biāo)模糊決策，建立了基于RCM的維修周期決策模型，在平衡了費(fèi)用和可用度關(guān)系的基礎(chǔ)上給出了裝備部件的預(yù)防性維修周期，但在確定模糊集因子的時(shí)候采用專家打分具有一定的主觀性和不確定性。張波［9］基于排隊(duì)理論對(duì)維修過程的排隊(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，建立了維修保障單元數(shù)量和損傷裝備修復(fù)服務(wù)時(shí)間的關(guān)系模型，縮短了故障裝備在修時(shí)間。李欣玥［10］針對(duì)裝備每個(gè)部件不同的維修間隔期，采用更新過程和再生過程理論，基于費(fèi)用模型、風(fēng)險(xiǎn)模型和可用度模型，建立了系統(tǒng)維修周期的綜合優(yōu)化模型算法，從而避免了以往靠主觀決策和經(jīng)驗(yàn)判斷定性組合維修間隔期而造成維修資源浪費(fèi)和產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。韓玉成［11］提出了基于日歷時(shí)間和使用時(shí)間的二維預(yù)防性維修，建立了有限使用期的二維不完全預(yù)防性維修費(fèi)用模型，確定了在有限使用期下二維不完全預(yù)防性維修間隔期。

2.3 維修人力的優(yōu)化

維修人員是維修過程的主體，是唯一具有能動(dòng)性的因素，是銜接其他各類維修資源的連接點(diǎn)，具有較大的自由度，維修人員的配置在維修過程中發(fā)揮的作用也越來越顯得重要。谷玉波［12］通過將維修任務(wù)劃分為具體的維修工序流程，運(yùn)用集合論的理論對(duì)每一工序進(jìn)行保障資源需求分析，建立了維修人員的預(yù)測(cè)模型，有效減少了維修人員的冗余。楊光輝［13］針對(duì)指控系統(tǒng)故障規(guī)律的隨機(jī)性，運(yùn)用排隊(duì)論和隨機(jī)過程理論的方法，建立了人員需求模型，較精確的計(jì)算出了維修任務(wù)對(duì)維修人員的數(shù)量需求。王雷［14］運(yùn)用維修周期理論分析維修任務(wù)流程及時(shí)效性，結(jié)合維修人員數(shù)量與維修時(shí)間的關(guān)系，建立了人員優(yōu)化配置模型，給出了戰(zhàn)時(shí)數(shù)字化部隊(duì)人力資源配置的一種新方法。侯莉莉［15］對(duì)既定的船舶大修維修順序，根據(jù)維修人員數(shù)量，區(qū)別水平差異，構(gòu)建人員能力矩陣，以維修任務(wù)為目標(biāo)，運(yùn)用遺傳算法對(duì)維修人員分派策略進(jìn)行了求解，優(yōu)化了維修人員配置，縮短了船舶大修時(shí)間，減少了船舶維修費(fèi)和停機(jī)損失費(fèi)。孫文選［16］分析了修理工期與人力資源的關(guān)系，建立了“工期人員”模型，對(duì)維修單元的人員數(shù)量運(yùn)用改進(jìn)的蟻群算法進(jìn)行了優(yōu)化，確定了裝備維修單元在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成維修任務(wù)的最少人員配置。

2.4 維修經(jīng)費(fèi)的優(yōu)化

隨著現(xiàn)代化武器裝備發(fā)展的自動(dòng)化、復(fù)雜化、信息化、智能化，裝備的研制、使用與維修保障費(fèi)用卻長(zhǎng)期居高不下，裝備經(jīng)費(fèi)分配不合理對(duì)裝備的全壽命有重大影響。因此，合理分配裝備壽命周期費(fèi)用對(duì)提高裝備的效費(fèi)比和裝備的作戰(zhàn)性能具有重大意義。楊宇航［17］將維修費(fèi)用與作戰(zhàn)效能聯(lián)系起來并建立了函數(shù)關(guān)系，提出了一種武器裝備維修費(fèi)用分配方法，并且開發(fā)了裝備維修經(jīng)費(fèi)優(yōu)化與管理輔助決策支持系統(tǒng)。劉鵬［18］根據(jù)裝備壽命周期階段對(duì)壽命周期費(fèi)用進(jìn)行分解，構(gòu)建了裝備壽命周期費(fèi)用優(yōu)化模型，從而控制了裝備壽命周期費(fèi)用，提高了費(fèi)用效能。柳成彬［19］通過對(duì)艦船裝備的維修費(fèi)用與艦船系統(tǒng)效能之間的函數(shù)關(guān)系，建立了以效能最大為目標(biāo)的費(fèi)用優(yōu)化模型，給出了維修費(fèi)用在單個(gè)艦船裝備中的一種分配方法。

2.5 維修決策的優(yōu)化

維修決策優(yōu)化的最終目的就是要綜合考量各類維修保障資源進(jìn)行合理適時(shí)配置，使綜合效益達(dá)到最優(yōu)。近年來，國(guó)內(nèi)外用的比較多的方法有：概率統(tǒng)計(jì)和隨機(jī)過程建模方法［20］，蒙特卡羅仿真［21～22］，不確定理論法［23］，網(wǎng)絡(luò)分析法［24～25］，智能優(yōu)化算法［26～27］等。這些維修資源優(yōu)化方法，多數(shù)針對(duì)單一的維修資源要素，并且只采取一種維修方式（如更換）后就能使系統(tǒng)“修復(fù)如新”，具體運(yùn)用建模仿真、數(shù)學(xué)分析等方法對(duì)備件的儲(chǔ)存分配、預(yù)防性維修周期的確定以及人力資源在各類維修活動(dòng)中的配置進(jìn)行研究，這些方法在各自領(lǐng)域的維修資源配置中，取得了較好的效果，達(dá)到了資源優(yōu)化配置的目的。但是，這些方法，有的模型比較復(fù)雜，針對(duì)性強(qiáng)，有的考慮因素比較理想局限，與維修工作實(shí)際差距較大，實(shí)施起來比較困難。

3 維修保障資源優(yōu)化配置的特點(diǎn)

從國(guó)內(nèi)外武器裝備維修保障資源優(yōu)化配置技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀來看，目前裝備維修資源優(yōu)化配置工作正在向體系化、集成化、實(shí)戰(zhàn)化方向發(fā)展，并呈現(xiàn)出以下三個(gè)特點(diǎn)。

3.1 研究由單一化研究向體系化研究邁進(jìn)

在以往的資源優(yōu)化配置研究過程中，大多數(shù)研究?jī)?nèi)容目標(biāo)單一性較強(qiáng)，整體性不足，“以點(diǎn)代面、以偏概全”的現(xiàn)象較為突出，近年來，越來越多的學(xué)者開始針對(duì)資源優(yōu)化配置體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體研究，能夠綜合考慮系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化的相關(guān)因素，并且能對(duì)武器裝備全壽命周期進(jìn)行權(quán)衡，所建立的數(shù)學(xué)模型相互之間的承接關(guān)系和模型通用性也越來越強(qiáng)。

3.2 平時(shí)戰(zhàn)備訓(xùn)練條件下維修資源優(yōu)化配置

平時(shí)戰(zhàn)備保障條件下，裝備維修保障資源的優(yōu)化配置主要根據(jù)費(fèi)用、時(shí)間和效能等指標(biāo)，綜合運(yùn)用模擬技術(shù)、數(shù)學(xué)規(guī)劃、排隊(duì)論、網(wǎng)絡(luò)分析、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真法、數(shù)據(jù)包絡(luò)法、不確定性理論方法、企業(yè)資源規(guī)劃法、智能優(yōu)化方法和多元復(fù)合算法等系統(tǒng)工程和運(yùn)籌學(xué)的分析優(yōu)化技術(shù)來解決裝備的各種資源保障問題，在維修備件的存儲(chǔ)優(yōu)化、維修器材預(yù)測(cè)供應(yīng)、維修設(shè)備配套、維修人員配備、運(yùn)輸路徑選擇、修理機(jī)構(gòu)設(shè)置等方面優(yōu)化維修保障資源，目前國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究成果都不同程度地給出了保障資源配置決策方法。

3.3 實(shí)戰(zhàn)化演練和戰(zhàn)時(shí)維修資源優(yōu)化配置

隨著實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練和戰(zhàn)時(shí)裝備故障頻率和損傷程度加大，現(xiàn)有的維修保障體制，增加了維修保障資源發(fā)生沖突的可能性。不同的維修任務(wù)間，或在相同的維修任務(wù)中不同的維修活動(dòng)間出現(xiàn)了同一維修保障資源在時(shí)間節(jié)點(diǎn)上重疊或短缺，先前配置的資源過剩的現(xiàn)象也比較突出。因此，維修保障資源的沖突消解和優(yōu)化調(diào)度是解決這些問題的重要途徑。如為了解決協(xié)同維修過程中多任務(wù)方式下的維修資源沖突問題，基于競(jìng)爭(zhēng)——協(xié)商模型兼顧全局利益的維修資源協(xié)調(diào)方法，可以消除維修任務(wù)間的資源沖突，并相互平衡各維修任務(wù)的利益；運(yùn)用可拓推理和多智能體系統(tǒng)可以解決多個(gè)個(gè)體之間的資源沖突消解；維修資源柔性分配模型，可以有效配置修理分隊(duì)的人員和設(shè)備；運(yùn)用應(yīng)急管理和調(diào)度技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)戰(zhàn)時(shí)維修資源的優(yōu)化調(diào)配。

4 維修保障資源優(yōu)化配置的發(fā)展趨勢(shì)

裝備維修保障資源優(yōu)化配置是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，當(dāng)前維修保障資源優(yōu)化配置的方法和理論很多，涉及的學(xué)科理論囊括系統(tǒng)決策理論、運(yùn)籌學(xué)、工程經(jīng)濟(jì)學(xué)、可靠性工程學(xué)等。本文在以上分析的基礎(chǔ)上認(rèn)為，維修保障資源優(yōu)化今后的發(fā)展方向應(yīng)當(dāng)包括以下幾個(gè)方面。

4.1 基于軍民融合的維修資源優(yōu)化理論與軍事實(shí)踐相結(jié)合

維修保障資源優(yōu)化是一項(xiàng)非常復(fù)雜的課題，內(nèi)容非常豐富，但目前軍用維修保障資源由于涉及到軍隊(duì)體制編制、軍用物資儲(chǔ)備、國(guó)家戰(zhàn)略布局等因素影響，相對(duì)于民用維修保障資源發(fā)展過于靠后，軍民融合深度不夠，因此，必須加強(qiáng)基于軍民融合維修保障資源優(yōu)化理論研究，把理論和具體實(shí)際結(jié)合起來，使現(xiàn)實(shí)保障條件與維修保障資源優(yōu)化理論相匹配，才能在軍事實(shí)踐活動(dòng)中不斷深入，從而使裝備維修保障資源優(yōu)化理論得到不斷的發(fā)展。

4.2 基于智能化的維修保障資源優(yōu)化配置

復(fù)雜系統(tǒng)維修資源配置的智能化無疑是當(dāng)前和今后非常有潛力的發(fā)展方向，目前許多維修資源優(yōu)化配置方法的應(yīng)用率不高，效果不夠明顯，應(yīng)用中具體操作性不好，優(yōu)化的理論和成果只有少數(shù)的專家型人員才能具體實(shí)施。因此，維修資源優(yōu)化理論的智能化、軟件化無疑增加了實(shí)施具體維修操作人員的參與度，對(duì)提升維修資源配置的最終效果具有不可估量的作用。

4.3 基于規(guī)范化案例的維修資源優(yōu)化配置

現(xiàn)有成熟的維修保障資源配置大多包括了專家經(jīng)驗(yàn)、實(shí)際數(shù)據(jù)以及理論分析的結(jié)合，而要想要使這些歷史數(shù)據(jù)得到充分有效的應(yīng)用，對(duì)維修資源優(yōu)化的方案、記錄等進(jìn)行規(guī)范化處理是提高案例使用率的前提，如人工智能領(lǐng)域發(fā)展出新的分支——基于案例的推理技術(shù)，可通過對(duì)以往決策案例的推理獲取知識(shí)，用于指導(dǎo)以后的資源配置決策。

5 結(jié)語

裝備維修保障資源優(yōu)化配置方法為武器裝備維修保障器材、備件、設(shè)施、設(shè)備訂購儲(chǔ)備以及作戰(zhàn)訓(xùn)練調(diào)配提供方法支持，為提前、及時(shí)、快速地形成裝備維修保障能力提供技術(shù)支持，是提高裝備維修保障能力的有效途徑。文章對(duì)近年來國(guó)內(nèi)外武器裝備維修保障資源優(yōu)化配置研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)分析，總結(jié)了維修保障資源優(yōu)化配置的特點(diǎn)，對(duì)裝備維修保障資源優(yōu)化配置下一步的發(fā)展方向進(jìn)行了展望，為后續(xù)開展裝備維修保障資源優(yōu)化配置研究提供了借鑒和參考。