基于损伤树的装备战场损伤评估研究

吕茂庭，车建国，丁琳宁

（1.防空兵指挥学院，河南 郑州 450052；2.中国人民解放军第75120部队，广西 桂林 541005）

1 引言

战场损伤评估 (BDA：Battlefield Damage Assessment)在战场抢修中具有十分重要的地位，是战场损伤修复 (BDR：Battlefield Damage Repair)的前提和基础。在战场环境下，快速、准确的损伤评估对损伤修复工作的顺利开展具有十分重要的意义。通过建立装备损伤树模型，实施损伤定位并确定损伤原因，为快速、高效地实施装备战场损伤评估打下良好的基础。

2 装备战场损伤评估

装备战场损伤是指装备在战场上需要排除的、妨碍完成预定任务的所有事件，包括战斗损伤、随机故障、耗损性故障、人为差错、偶然事故以及备品备件不足和防空装备不适应战场等事件。

装备战场损伤评估是指装备战损后，迅速确定损伤部位与程度、现场可否修复、修复时间和修复后的作战能力，确定修理场所、方法、步骤及所需保障资源的过程。其实质是维修决策的过程（一般程序如图1所示），需要回答损伤部位在哪，损伤是否需要修理，如何修理，需要哪些修理资源等一系列问题。要回答这些问题，一般做法是进行损坏/故障模式及影响分析、修复方法与抢修资源分析，以获得各部件的功能、损坏模式、损伤原因、损伤影响、修复方法及修复资源、使用方法等信息。在对损伤装备进行战场损伤评估时，应首先确定装备的当前损伤部位，并进一步确定到损伤原因（战场损伤定位）才能利用前面分析的信息进行决策。

图1 装备战场损伤评估的一般程序

3 损伤树分析

损伤树分析（DTA：Damage Tree Analysis）是指对装备在战场上所造成种种损伤的各种因素（包括战斗损伤、偶然故障、耗损性故障、人为差错、装备得不到供应品以及不适于作战环境等）进行分析，画出逻辑框图（即损伤树），从而确定装备的各种损伤事件及相互之间的逻辑关系。损伤树分析法是从所研究的损伤现象出发寻找产生这一损伤的根源，是一种从果到因的研究过程，通常把系统级损伤事件作为顶事件，把不能再分解的基本损伤原因作为底事件，介于顶事件和底事件之间的一切事件称作中间事件，然后用相应的符号代表这些事件，再用适当的逻辑门（与门和或门）把这些事件联接成树状图，这种倒立树状图形被称作损伤树。一棵完整的损伤树可以把造成装备系统某一损伤的所有损伤事件及各损伤事件之间的逻辑结构关系表示出来，由此可以分析出造成该系统损伤的各种途径，为损伤定位确定范围，进而进行损伤评估。

3.1 损伤树的结构

损伤树由事件、逻辑门和连线组成。

3.1.1 事件

用来描述装备在战场上所造成各种损伤的各种因素（包括战斗损伤、偶然故障、耗损性故障、人为差错、装备得不到供应品以及不适于作战环境等）。按其在损伤树中的位置层次划分为三类：顶事件、中间事件和底事件（基本事件）。顶事件：分析的起始对象，指战场损伤对装备造成的最终影响，由故障损坏模式及影响分析（F／DMEA）得出。底事件：也称基本事件，指造成战场损伤的根本原因（可以进行抢修处理的层次）。理论上底事件应与F／DMEA分析的基本功能项目（BFI）损伤原因完全对应。中间事件：位于顶事件与底事件之间的中间层次事件。

3.1.2 逻辑门

用来描述各事件与下层事件之间的逻辑关系。主要分为与门、或门、表决门等。

与门：表示所有的下层事件同时发生，上层事件才会发生。

或门：表示下层事件只要有一事件发生，上层事件就会发生。

表决门：表示超过某一数量的下层事件发生，上层事件才会发生。

3.1.3 连线

连接事件与逻辑门，形成树图。

事件和逻辑门的画法如图2、3所示。

图2 事件的画法图

图3 逻辑门的画法

3.2 损伤树事件的层次划分

损伤树上的事件有一定的层次，上层事件与下层事件一般可参照装备的功能和结构层次来划分。由于损伤事件间有逻辑关系，事件层次可能与装备的功能和结构层次不一致，划分事件层次的一般步骤如下：

1)找出导致上层事件发生的全部事件；

2)分析这些事件与上层事件之间的关系能否用单一逻辑门描述，如不能则适当合并某些事件，直到能单用一逻辑门描述为止；

3)将合并后的事件作为上层事件的下层事件；

4)针对每一个下层事件，重复上面的步骤，直到事件无法再分解为止。

3.3 损伤树信息表

为管理、使用和收集损伤树的有关信息，将相关信息以损伤树信息表的形式放在损伤树图之后。损伤树信息表的上部添加当前损伤树的基本信息，包括对应的装备名称、分析人员等，下部填入损伤树的节点信息，包括损伤事件的类型、名称、描述等。其样式如表1所示。

表1 损伤树信息表

4 实例分析

自行高炮是现代战争中主要的野战机动防空武器系统，是高炮武器系统的重点发展方向，本文以某自行高炮的炮身为例，进行损伤评估分析。

4.1 背景描述

该型高炮战前进行全面保养，战时修理机构有如下配置：各炮阵地有修理小组，负责本阵地火炮的战场抢修，可用资源包括战场抢修工具箱和炮用工具箱的工具和备件；后方设有野战修理机构，负责修理阵地不能完成抢修的高炮。高炮的作战任务可以确定为行军、行军战斗状态转换、战斗、由战斗状态变换为行军状态、撤到规定地域。炮身的基本功能为安装炮闩、承受并消耗火药气体的压力。

4.2 故障损坏模式影响分析

进行故障损坏模式影响分析，可以为装备生存性评估提供依据，同时也可为战场抢修的准备提供依据。本文从战斗损伤、过度使用损伤、随机故障和人为差错4个方面对该炮炮身进行分析。

战斗损伤涉及的因素很多，这里仅讨论敌方常规武器对装备造成的损害，包括炮弹、炸弹和导弹等的攻击伤害，对高炮炮身造成的损伤主要有穿孔、压坑、弯曲、破碎、断裂和变形等；过度使用损伤是由于作战的需要，对火炮进行超过设计能力的操作，例如：长时间发射弹药的身管温度过高，刚度下降造成身管弯曲；随机故障指装备在战场上频繁使用过程中由于磨损等原因造成的炮身的损伤；人为差错是由于战场上情况紧急、时间紧迫，由于人为原因对高炮炮身造成的损伤，例如射击前炮弹、炮膛擦拭不干净而引起的炸膛。

根据分析的结果，可以得到损坏模式对本级、上级和系统级的影响，对所有的损伤原因进行修复方法、修复资源分析，便可得到所需的故障损坏模式影响分析表，在此我们略去。

4.3 建立损伤树

建立损伤树时首先选取损伤对装备的某一最终影响作为顶事件，本文仅对由于炮身损坏所造成的 “不能射击”这一最终影响进行分析。

炮身由身管、炮口制退器和炮尾组成，且每个部分的功能相对独立，因此，“炮身损伤”有3个原因事件： “身管损伤”、“炮口制退器损伤”和 “炮尾损伤”，它们与上层事件之间的逻辑关系为 “或”的关系。其中身管的损伤主要有3种情况：弹片击中身管而导致压坑，持续射击导致身管温度过高而变形和身管内有异物，发生炮膛膨胀。这3个原因事件与上层事件的逻辑关系为“或”的关系；炮口制退器的损伤主要有3种情况：弹片击中而导致压坑，穿孔或出弹孔变形。这3个原因事件与上层事件的逻辑关系为 “或”的关系；炮尾的主要部分可分为为闩室、套箍和检查座，故“炮尾损伤”也有 3个原因事件“闩室变形”、“套箍损伤”和 “检查座金属突起”，与上层事件的逻辑关系为 “或”的关系。经过以上分析，所建的损伤树如图4所示。

4.4 填写损伤树信息表

在所建的损伤树中，只是显示了损伤事件的名称与逻辑关系，名称并不能够详细地描述事件，为了更加详细、清楚地对损伤事件进行描述，在损伤树后加上损伤树信息表。“不能射击”损伤树信息表如表2所示。

图4 “不能射击”损伤树

4.5 损伤定位实施

战场上，当高炮出现故障或者损伤不能继续战斗时，炮班班长向上报告，抢修分队根据报告的情况进行分析。顶事件为高炮 “不能射击”，根据损伤树确定下层事件为 “炮身损伤”，其又有3个下层原因事件 “身管损坏”、“炮尾损伤”、 “炮口制退器损坏”，假设为 “身管损坏”，接着在确定下层原因事件，直至确定损伤原因为止，之后进行损伤评估，最后进行决策，并实施战场抢修。

表2 “不能射击”损伤树信息表

5 结束语

针对如何快速地进行装备战场损伤评估问题，提出了对装备战场损伤评估中利用损伤树分析法，对装备的战损部分进行快速定位，缩短了装备的战场损伤评估时间，优化了战场损伤程序，为装备战场损伤评估的实施奠定了良好的基础。

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