基于仿真的装备维修保障力量配置优化*

曲长征，王 蕾，赵武奎，高 鲁

(1.军械工程学院，河北 石家庄 050003;2.后勤学院管理系，北京 100000)

装备维修保障力量是保持和恢复军队战斗力的重要因素，在很大程度上影响制约着作战的进程和成败。高技术条件下，武器装备的技术含量及在战斗中的作用明显提高，敌我双方围绕武器装备而开展的斗争日趋激烈，装备维护保养、抢救修理任务异常复杂繁重，为此，必须针对高技术条件下战斗的发展变化，努力提高装备抢救修理的快速性、科学性和修复率，使战损的武器装备尽可能就地“再生”，保持或恢复部(分)队的连续战斗力。

保障资源合理安排、分配与调整可以最大限度利用资源形成合力，以满足不断变化的保障需求。战时维修力量分配是维修保障方案的一个重要方面，是做好战时装备维修保障的一项实质性工作，具有重要的现实意义。

维修资源配置是一个复杂的排队网络资源优化问题，可以在一定的假设条件下应用解析方法进行分析［1-2］，但其适应面窄、分析困难。本文采用离散事件仿真方法对不同配置方案的维修保障效果进行仿真分析，从而优选维修保障资源配置方案。

1 问题的描述

平时维修保障资源按维修级别进行编配，战时则在平时基础上抽调各级保障资源，经过合理的分组，配置到不同作战地域，担负装备维修保障任务。对于战时装备修理任务，由于修理任务随机性强，难以组织规模化分工协作，一般采用小组包修的形式。即以一定数量的资源组成一个小组，对故障装备包干修理。

装备维修保障方式一般分为现地修理和定点修理两类。现地修理时，其所包含的维修力量称为伴随维修力量;定点修理时，其所包含的维修力量称为定点维修力量。两类修理力量分工协作，共同完成装备修理任务。装备故障时，在本地排队修理，当伴随点待修装备数量达到一定值时，新到故障装备将转送到维修站。装备后送条件确定涉及装备维修任务的科学调度，不同策略下会产生不同系统性能。本文假定战时信息畅通，指挥员能即时掌握各修理分队维修任务情况，对维修任务进行动态调度。具体方法是，对待修任务进行权衡，当本地待修队列大于定点修理待修队列时，将装备后送修理，否则在本地修理。不考虑损坏装备的报废和向后方修理机构的修理，损坏装备在战役、战术层次的使用、损坏、修理运行过程如图1所示。

维修力量分配问题是将有限维修力量(维修小组)以科学的方式分配给维修站和各基层使用单位(需求点)分别实施定点和现地修理，从而实现维修保障效益最大化。装备发生故障后可能在本地修理也可能后送修理，本地修理时，节省装备运输时间，但维修资源为本地装备专用，效率不高;维修站维修资源为多个保障地域共用，资源效益发挥充分，但装备往来运输造成了额外的装备停机。所以，必须根据实际情况进行综合权衡。

装备故障或战损具有随机性，因此，装备保障系统是一个随机服务系统，即排队网络系统。对资源配置效果进行定量评价可以采用装备的平均停机时间指标，装备停机时间主要包括修理时间、排队等待时间和装备运输时间。

图1 装备使用-维修保障过程

2 仿真模型

2.1 GPSS 仿真原理

系统仿真是继理论分析、实践后，人类认识和改造世界的第三种手段。随着现代计算机技术和仿真技术的发展，利用仿真技术分析和解决系统管理问题已越来越简单便捷。GPSS(General Purpose Simulation System)就是一种便捷实用的仿真工具。

GPSS是一种面向过程的离散事件系统仿真语言。GPSS提供了大量的语言模块，使用方便。系统的模型由各功能的程序块组成，每一程序块代表系统中可能发生的规定动作或事件，仿真时，用户只需按照实际问题的流程，建立一一对应的GPSS程序块，各程序块联接构成程序块图，然后翻译成能在计算机上执行的一组GPSS语言，赋于事件推进过程中的相应参数，即执行仿真。仿真运行时，流动实体在模块中流动，引发系统状态改变，推进仿真进程。运行后，解释程序的GPSS处理器自动统计并输出仿真统计数据。

GPSS语言的特点是模型直观，可以根据系统实际事件发生的进程细致地进行模拟，还可较多地考虑随机因素的影响。由于一个程序块对应一条仿真语言，相当于用通用语言所编的一个子程序，使得仿真程序的语言数比用通用语言所编的仿真程序大为减少，因而所编程序简洁，用户可以不必为编制输出程序花费时间和精力。模拟模型容易更改，描述功能强，而且具有标准的输出，可获得较多的模拟运行数据，可满足大多数用户的需要。

2.2 仿真模型

利用GPSS提供的仿真模块，将其进行适当的组合描述装备维修过程即可形成仿真模型，如图2所示。

图2 仿真模型框图

模型实现的基本过程是:故障装备按一定规律由GENERATE模块产生，经由TEST模块判断维修场所，确定装备流向。本地维修装备经ENTER模块占用一个修理小组，延迟一段时间修理(ADVANCE)，释放维修小组(LEAVE)，离开系统(TERMINATE)。后送修理过程与本地修理类似，只是多出了两个装备运输过程(ADVANCE)。

模型通过三次使用进入队列QUEUE模块和离开队列DEPART模块分别定义了三个队列:一是本地维修队列local，二是定点维修队列back，三是虚拟队列total。仿真过程中，系统自动记录流动实体进入队列和离开队列时间，并统计队列中实体的平均等待时间、平均队列长度等数值。虚拟队列用于统计装备故障到修竣的时间，即停机时间。

TEST模块通过比较本地维修队列和定点维修队列长度确定新的待修装备流向。其程序语句为:

TEST L Q$local，Q$back，pointG

其功能为当本地维修队列local的待修装备小于维修站队列back时，流动实体转入下一模块，即在本地维修，否则转向G点，即后送修理。其中Q$为制定队列的当前长度，是系统的标准数值属性之一，通过标准数值属性可以调用系统状态变量。

ENTER和LEAVE模块指定了仓库实体，代表伴随修理点或固定修理点的维修力量。要通过STORAGE语句定义仓库实体库存容量，分别表示伴随修理点和固定修理点的修理小组数量。系统仿真运行时，流动实体判断仓库实体库存是否有空闲，即是否有空闲维修小组，有空闲则进入，占用一个库存(维修小组)，仓库空闲容量数减1，否则等待。占用维修小组后，通过ADVANCE模块延迟一段时间进行修理之后，由LEAVE模块将仓库空闲容量数加1。

3 实例分析

假设某次战役中，某部队所辖各作战分队按照作战方案分布在作战区域内，依照部队分布、作战对象、对抗强度等特征将该区域分为3个区域，分别配置伴随维修力量，标记为A，B，C。维修站位置已定，标为G。已知三个区域的故障装备产生速率(即单位时间内产生的故障装备数量)分别为λA=0.1，λB=0.15，λC=0.2，平均故障修理时间为40min，各区域到维修站的单程运输时间分别为 TA=50min，TB=20min，TC=30min。服务小组总数为20个，试通过模拟确定三个伴随修理点和固定修理点的装备维修小组配置数量NA、NB、NC、NG。

实例中，以三个相同的图2所示模型代表不同使用地域的故障装备维修过程，配置相应参数即可进行仿真。GPSS/world版本中，增加了仿真条件下的编程语言(Programming Language Under Simulation，PLUS)，可对仿真试验进行编程控制，通过设置不同的维修小组配置参数进行反复仿真，根据设定的目标函数(平均停机时间最小)，可以自动优选出最优的配置方案。

仿真结果显示，最优配置方案为NA=4、NB=5、NC=7、NG=4，故障装备平均停机时间为 63.2min。结果显示，各区域的维修力量配置与该区域的故障装备产生速率(任务量)有一定的比例关系，同时受后送运输时间的影响和维修站修理能力的影响，是各方面因素综合作用的结果。如某区域后送到修理站时间长，则应多配置维修力量，增强独立维修能力，反之亦然;维修站与各保障区域距离是影响其效能发挥的主要因素，保障距离近则可在维修站多配置维修力量，实现资源共享。

4 结束语

装备维修保障力量的优化配置是最大限度发挥维修保障效益，缩短装备故障停机时间，确保装备高完好率的重要手段。本文基于GPSS语言编制的仿真程序简单实用，可有效辅助指挥决策。

［1］王文峰，刘亚杰，郭波.战役装备维修保障网络设计问题研究［J］.兵工学报，2008，29(12):1501-1508.

［2］李明，曲长征，张波，等.战时战术级维修力量分配模型［J］.舰船电子工程，2010，30(9):142-144.

［3］孔令茂，等.战术装备保障学［M］.北京:国防大学出版社，2001.