军事物流装备集成优化设计

王 敏，田广才，唐志强，徐来春

(1.军事交通学院 军事物流系，天津300161;2.总后勤部 华北军用物资采购局，天津300182)

军事物流装备是指在军事物流活动过程中所动用的一切设备，也是军事物流作业过程中所使用的机械化、自动化和信息化设备的总称。按功能可划分为储存设备、装卸搬运设备、运输装备、包装设备、流通加工设备、信息采集与处理设备、配送中心设备等。它涉及军事物流活动的每个环节，是组织实施军事物流活动的物质技术基础，也是现代军事物流体系的直接载体［1］。

伴随着军事物流的发展与进步，军事物流装备基本形成了生产和使用2 大系统。四向托盘、高架叉车、自动分拣机、自动引导搬运车等许多新的设备不断涌现，极大地降低了劳动强度，提高了军事物流运作效率和服务质量。现代战争条件下要求物资可靠保障、快速保障、精确保障，军事物流装备必须不断进行创新与优化设计，以适应现代战争对军事物流装备发展变化的新需求。本文分析了现代战争条件下军事物流装备的发展趋势，探讨了军事物流装备集成优化设计方法。

1 战争条件下军事物流装备发展要求

现代战争爆发突然、作战时间短、环境复杂多变、部队机动频繁、物资消耗巨大，对军用物资保障提出了新的挑战。为适应现代战争的发展和变化，作为后勤物资保障主要承载体的军事物流装备必须满足以下要求。

(1)军事物流装备高度可靠性。军事物流装备可靠性是指其在规定时间内按要求完成规定功能的能力，是军事物流装备功能在时间上的稳定性和保持性。现代战争投送环境恶劣，要求军用物资装卸速度更快，运输距离更远，这对军事物流装备系统的可靠性要求越来越高。军事物流装备必须适应复杂环境的变化，无论是在寒冷地区、高原地区、沙漠和温湿度地区，还是在复杂电磁环境下，都要具有较低的差错率和较短的系统反应时间，在实现作业效能上保持高度可靠。

(2)军事物流装备高度安全性。军事物流装备的安全性是进行军事物流作业的前提。军事物流装备必须适应操作人员要求和保障人员安全。如保证不会出现物资脱落、过大的震动等现象;在物资装卸的方向、速度、定位等发生变化时，避免对人员的安全构成威胁。军事物流装备保障良好的安全性，可以减轻人员对装备安全的担忧，提高作业效率。

(3)军事物流装备高度通用化。现代战争要求物流装备能够保证物资作业的快速转换，实现物资保障及时快速。由于军事物流器具品种和数量相对较广，因此必须具有通用性。军事物流装备的通用性指在同一类型或不同类型的物流装备之间，某些用途相同、结构相近的零部件，可以彼此互换的标准化形式。这样不仅可以使物流装备承载水平和互换水平相对较高，大大提高各种装备的装载效率和各种器具之间的衔接程度;而且可以降低军事物流装备的复杂程度，有利于维修保障工作的快速开展和物流装备功能的迅速恢复。

(4)军事物流装备高度自动化。高度自动化的军事物流装备不仅能够在复杂环境中提高物资保障效率，而且可以使军用物资在全程机动中精确定位，在频繁运输中高度衔接。将机械技术和电子技术相结合，把先进的光缆技术、液压技术、模糊控制技术、射频技术、条码技术等应用到机械的驱动和控制系统中，实现物流装备的自动化和智能化。

(5)军事物流装备高度隐蔽性。军事行动中交战双方非常重视打击对方的后勤目标。随着红外探测技术、电磁波探测技术的迅速发展，军事物流装备更易暴露和遭受打击。军事物流装备要适应现代战争的需要，其外形设计要适应各个战场环境要求，具备良好的隐蔽性，不易被敌方发现，保证自身安全。

(6)军事物流装备的经济环保性。随着军事物流服务水平的不断提高，军事物流装备需求不断扩大，种类、数量日益增多，军事物流装备必须重视经济和环保要求。这样不仅可以减少使用过程中的费用，摆脱不计成本、粗放管理的问题，实现现代战争条件下军用物资保障效率和复合效益的最大化;而且可以减少资源浪费，实现资源、环境可持续发展。

2 军事物流装备集成优化设计意义

军事物流装备是衡量军事物流技术水平高低的主要标志，也是军事物资供应保障能力的重要方面，其良好程度直接影响军事物流活动的效率和效果。现代战争条件下军事物流装备要求高度可靠、安全、通用、自动化、隐蔽和经济环保，因此开展军事物流装备集成优化设计势在必行。

(1)提高物流能力的重要保障。从三国时代的“木牛流马”，到现代战争全战场可视化的实时物资保障，物流技术与装备是构成军事物流系统的重要支持力量，影响着物流系统的每一环节。目前部分物流装备自动化、信息化、通用化以及集成化等程度相对较低，可靠性较差，已经成为制约军事物流发展的瓶颈。“工欲善其事，必先利其器”，为了军事物流的畅通无阻，必须对军事物流装备进行集成优化设计。如对设备进行技术改造与创新，加上控制装置，使其成为自动化、半自动化设备，提高各种设备的使用效率;对遂行装卸作业的叉车，配备可实现叉装、铲运、推土、清障、剪切、破碎等多种作业更换属具，实现物流作业的快速转换;对运输设备进行可靠性设计，使其能够在复杂的环境下具有较低的差错率和较短的系统反应时间，从而适应现代化立体战争的需要。

(2)保存物资补给线的有效手段。现代战争前后方界限模糊，不论是海湾战争，还是科索沃战争，美军都以高强度的轰炸来破坏对方的后勤系统，军事物流基地和军事物流装备常常成为敌方军事打击的重要目标。对军事物流装备进行集成优化设计，一方面使其具有伪装性，能够通过模糊装备与环境的边界使其融入周围情景，从而减少被发现与攻击的危险;另一方面使其具有再生性，通过标准化与模块化设计，用较少规格的零部件和各种模块组成多品种、多规格和多用途的系列装备，对遭受攻击的装备迅速修复和重组，保存其功能。对军事物流装备进行集成优化设计，是保存物资补给线的有效手段。

(3)实施科技强军的必然要求。依靠科技进步，改进军队的武器、装备，提高军队的战斗力，实施科技强军是我军的重要战略。打赢信息化条件下的局部战争，不仅要拥有性能优良的武器装备，还要有保证军队实施快速机动的现代物流装备。军事物流装备集成优化设计，是实现军事物流装备现代化、科学化、自动化、信息化、智能化的重要手段，是适应我军新时期军事变革、提高后勤装备和物资综合保障能力、打赢信息化条件下局部战争的必然要求。

3 军事物流装备集成优化设计方法

集成(Integration)按照一般意义理解，就是指聚集、综合、融合、整合及一体化的意思［2］。军事物流装备集成优化设计就是以满足传输、装卸、搬运等功能需求和现代战争条件下安全性、隐蔽性、经济环保性等非功能需求为目标，以系统思想为指导，创造性地将模块化设计、可靠性设计、人机工程设计、绿色设计和造型再设计等多个优化设计方法整合为一个有机整体，对军事物流装备进行设计的行为及过程。军事物流装备集成优化设计不仅把各个分离的优化设计方法物理地集合在一起，而且还以工程技术为纽带，将这些方法逻辑上联系起来，彼此协调，形成一个有机的整体。军事物流装备集成优化设计过程如图1 所示。

3.1 军事物流装备模块化设计

图1 军事物流装备集成优化设计过程

军事物流装备模块化设计是充分考虑物流装备功能需求的独立性，以功能差异来划分模块的设计方法。模块化设计中军事物流装备的物理组件与其功能配置是一一对应的映射关系。军事物流装备模块化设计过程如下:首先，通过初始设计生成与军事物流装备功能一一对应的零件序列;其次，利用模块分析准则对各个零件进行模块化合并;最后，经过模块评价和合理性检验后，将军事物流装备模块划分方案细化并进行最终设计。模块分析准则主要为功能准则和合并准则。功能准则包括结构交互准则、能量交互准则、物质交互准则、信号交互准则和作用力交互准则。通常两零件的功能准则交互作用越大，越应划分为同一模块。合并准则可基于以下情况考虑:①零件使用同一种材料，或改进后可以使用同一种材料;②零件互相接触、无相对运动且有刚性连接;③零件中没有标准件、通用件和外配件;④零件合并后不会影响产品的可拆性和装配性［3］。

军事物流装备通过模块化设计，划分出一系列功能模块单元，通过对模块的选择和组合不仅可以构成多规格的物流装备，满足不同军事物流需求;而且有利于在军事物流装备中及时引入新技术，以新技术来改造相应模块，取代那些在功能上或结构上已落后的模块，在不变更其他模块的基础上，适应日益变化的现代战争军事物流装备的需要。

3.2 军事物流装备可靠性优化设计

可靠性设计是在产品设计过程中，消除装备的潜在缺陷和薄弱环节，防止故障发生，确保满足规定的可靠性要求所采取的技术活动［4-5］。军事物流装备可靠性优化设计是在可靠性基础上进行优化和稳健性设计，既能定量地满足产品在运行中的可靠性，又能使产品的尺寸、成本、质量、体积和安全性等参数得到优化，并且能使其在寿命周期内，不管其参数、结构发生漂移或老化，都能持续可靠地工作。开展军事物流装备可靠性优化设计不是摒弃以往的常规设计方法，而是充分掌握物流装备所设计零件的强度分布、应力分布以及各种设计参数的随机性基础上，通过建立隐式或显式极限状态函数的关系定量地进行可靠性设计和应用预防故障设计方法、简化设计方法、降额设计方法和耐环境设计方法定性地进行可靠性设计。由于军事物流装备应用广泛，结构形式因功能要求而千变万化，战争条件下使用环境差距较大，耗损规律受多种不确定因素影响，因此在常规设计基础上增加设计变量的不确定性分析，并把相关模糊可靠性理论［6］引入设计过程中，使军事物流装备设计更趋完善、更加精确、更为科学。对军事物流装备进行可靠性优化设计，一方面能够提高军事物流装备的可靠性，延长其使用寿命;另一方面可以减少废品率，降低由于零件损伤而引起的事故，提高军事物流作业效能。

3.3 军事物流装备人机工程优化设计

人机工程设计是以人的生理、心里特征为依据，运用系统工程的观点，分析研究人与机械、人与环境之间的相互作用，设计操作简便省力、安全舒适、人—机—环境的配合达到最佳状态的工程系统设计方法［7］。军事物流装备开展人机工程设计是综合协调人、军事物流装备和使用环境三要素。人主要是考虑静态和动态2 种情况下人的可调设计范围、极限设计范围和平均设计范围;军事物流装备主要考虑稳定性、快速性、准确性等可操作性和易维护性;使用环境主要是考虑光照、温度、噪声、震动等环境的普遍属性以及各种环境对人的影响。针对上述三要素开展人机工程设计应遵循通用性、安全性和宜人性原则。通用性原则主要是保证使用的公平性、省力、容错，提供多渠道信息和符合人性直觉等;安全性原则主要是采用成熟的安全监控技术、伪装防护技术、包装技术和信息安全技术等;宜人性原则主要是符合认知心理、满足感觉器官和人机界面的设计等。

军事物流装备实施人机工程设计，坚持以人为核心，综合考虑人、军事物流装备、未来不确定使用环境三要素，对于提高工作效率，保障人的健康、安全和舒适性具有重要的作用。如对于军用叉车驾驶室的设计，利用弹簧液压减震装置使之与车架隔开，不仅可以降低震动噪音，而且可以根据驾驶员身高、体重进行调整，从而使驾驶员获得舒适的状态;又如采用无反光的全玻璃驾驶室，不仅可以提高全视野的工作环境，而且可以在各种光照下进行作业，提高工作效率。

3.4 军事物流装备绿色优化设计

绿色设计是一种基于产品整个生命周期，并以产品的环境资源属性为核心的现代设计方法。其基本理念除了考虑产品的功能、性能、寿命、成本等技术和经济属性外，还重点考虑产品在生产、使用、废弃和回收过程中对环境和资源的影响［8-9］。军事物流装备开展绿色设计，即从其方案的构思开始，在结构设计、零部件的选材、制造、使用、报废和回收利用过程中坚持重用性原则、升级性原则、维护性原则、回收性原则［3］。重用性原则主要是将重用性较大的零件放在同一模块，以方便物流装备整体废弃后部分零件的重用，从而大大地减轻废弃物对环境的影响;升级性原则主要是避免因部分零部件升级而废弃整个物流装备，避免增加产品回收和处理成本;维护性原则主要是以模块为单元，无论是预防性维修还是恢复性维修，其拆装不受工具、测试设备和操作空间等限制，改善维护条件，提高军事物流装备的再生性;回收性原则主要是设计过程中采用环境协调性好、低能耗、低成本、少污染、易回收的材料，并尽量减少产品中的材料种类。

军事物流装备开展绿色优化设计，不仅能够实现对资源的循环利用，降低能源消耗，而且可以最大程度地减小物流装备制造和使用对环境的影响，实现可持续发展。

3.5 军事物流装备造型再设计

造型再设计是在产品功能满足要求、技术性能良好的基础上，根据工业设计原则，针对原有造型设计中存在的缺点，提出新的合理化造型设计方案［10］。目前，部分军事物流装备具有一定的使用功能，但是造型不能适应现代战争条件下安全性和隐蔽性等要求，如果把这类军事物流装备全部重新设计，需要投入很多时间、人力、物力，导致成本的增加和资源的浪费。开展军事物流装备造型再设计，以符号学、美学、军人心理学、人机工程学为基础，把伪装性能作为贯彻指标，对于提高军事物流装备的外在质量，具有重要的实际价值和现实意义。

军事物流装备造型再设计应从形态和色彩2方面入手。形态是军事物流装备存在和功能实现的前提，再设计时注意功能的科学性、使用的合理性、维修的方便性;色彩依附于形态，但是色彩比形态更具魅力，在军事物流装备造型中色彩运用不当，带来安全隐患更为明显，再设计时注意色调与功能、环境相统一，使操作者感到亲切、舒适和安全。如在仓库内部使用的叉车设备和堆垛设备，其色彩设计采用纯度较低的中性或偏暖的色彩为主色调，这样可以减少对人的刺激，使操作者心情愉悦。而暴露在外面的起重设备和运输设备则需要喷涂迷彩，配备红外伪装网，提高其隐蔽性。

4 结 语

军事物流的最终目的是后勤保障，即对作战部队进行适时、适地、适量的物资补给和投送，为巩固和提高部队战斗力、保护有生力量提供物资基础［2］。在整个军事物流运作过程中，若任一个环节的物流装备出现故障，都会影响军用物资保障。良好的军事物流装备，是实现军事物流功能，进而实现高效后勤物资保障的关键。本文对现代战争条件下军事物流装备发展要求进行了分析，在此基础上探讨了军事物流装备可靠性设计、人机工程设计、模块化设计、绿色设计和造型再设计等集成优化设计方法，为军事物流装备的功能创新和结构改进提供了良好的方法。

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