基于3D打印技术的海军舰船器材保障能力研究

栾振城

(91421部队，山东 青岛 266000)

基于3D打印技术的海军舰船器材保障能力研究

栾振城

(91421部队，山东 青岛 266000)

海军舰船器材的保障关系着海军舰船装备的战斗力和生命力，是舰船装备保障工作的重要组成部分。文章构建了基于3D打印技术的海军舰船器材保障模型，运用实例仿真对模型的性能进行分析评价，验证了应用3D打印技术的可行性。结果表明，基于3D打印技术的舰船器材携带量减少，供应时间减少，品种满足率、数量满足率大幅提高，器材保障能力得以提升。

3D打印； 舰船器材；保障能力

海军舰船器材是维护海军舰船所需要的设备、装置、器械、工具、仪表及其配件等器材的总称，是海军舰船技术保障的重要物质基础[1]。保障能力的高低决定后方补给能否及时为武器装备提供相应的维修保障工作，以确保武器装备持续的作战能力[2]。当前我军大中型水面舰船逐年增多，远洋航行任务繁多，维修保障难度加大，给器材保障工作提出了更高的要求。

3D打印技术是采用材料逐渐增加的方法制造实体零件的技术。首先采集实物的三维数据或者将其设计图纸转化为数据，然后由打印机逐层分切，根据每层结构逐层打印。应用较多的打印材料有钛合金、陶瓷、塑料、砂等。3D打印技术的优势包括：①简化了复杂零部件的制造;②生产批量的打印成本降低;③打印的生产周期短;④打印的材料无浪费。3D打印技术应用于舰船器材快速生产，辅助维修工具设计，老旧零件和工装制造或维修等，推动舰船器材保障模式的创新发展。根据舰船部队器材保障的筹措、储备、配送3个主要工作环节，建立保障体系图，如图1所示。

图1 战时装备维修器材保障体系图

舰船器材保障需求确定，是一项比较复杂但又非常重要的工作，它的计算是建立在器材需求规律研究和装备维修器材战备储备标准确定等相关计算的基础上，它是器材需求计算的一个重要环节，也是制订保障方案的前提和依据。它的确定，对指导装备维修器材的战备储备及实施科学精确的装备维修器材保障，有着十分重要的意义。

1 舰船器材保障模型的建立与分析

一般来说，轻损装备在4 h以内修复的，由基层级修理组完成；中损装备在24 h以内由维修支援组及基层级维修组共同完成，重损装备修复时间需要24 h以上，在基地级修理所以上机构完成。在舰船抢修过程中，器材的筹措往往会大幅延长舰船修理的时间。基于对完好率要求的装备抢修主要工作、抢修方法和器材保障的要求，当前遵循的舰船器材维修保障快速维修模式。

在维修人员、技术资料确定的前提下，舰船抢修能力主要取决于与损伤装备相适应的维修方法和充足的器材保障。舰艇部队一般担负近海防御、封锁海道、远洋战备训练及护航任务等，远离保障基地且支援较慢，一旦出现部分功能损毁，就要迅速恢复其战斗力，及时补充器材维修。因此，器材保障效率高低也是完成任务的关键。

基于3D打印技术的舰船器材抢修模式，既是对舰船维修层次的提升，也是对器材保障的优化，极大地提升了舰船器材保障能力。根据维修方法和器材保障的变化，建立抢修图，如图2所示。

图2 基于3D打印技术的舰船器材抢修图

通过图2可知，维修方法的改变丰富了装备抢修的手段；器材供应方面虽然模式没有改变，但在携带基数、筹措方式及装载等方面极大地节约了资源，全面提升了舰船保障能力。同时，随着3D打印技术和数字化快速成像成型技术的不断发展和提高，可以预见其作为重要维修方法并辅以其它补充方法为主的器材保障是发展趋势。

2 3D打印对舰船器材保障影响

3D打印技术的引入，对战时装备维修器材保障起到了积极的促进作用，尤其在器材供应方面影响更大，具体为供应时间、品种满足率和数量满足率。下面以某编队接到执行出海任务过程中，某型舰船机电系统器材保障为例，对2种模式下的器材保障资源进行估算。

2.1 传统模式下的器材供应能力估算

1)维修器材基数。某型舰船机电系统维修器材的基数如表1所示，携带维修器材基数明细(部分)如表2所示，其中携带维修器材共135种402件。

表1 某型舰船机电系统维修器材基数

表2 某型舰船机电系统一个基数维修器材(部分1)

2)战备储备基数。某型舰船机电系统维修器材战备储备基数如表3所示，一个基数储备器材共计1 315种3 125件，部分器材如表4所示。

表3 某型舰船机电系统维修器材战备储备表

表4 某型舰船机电系统一个基数维修器材(部分2)

3)器材供应能力估算。

(1)供应时间Ts。

(1)

式中：TL为器材装卸时间；TD为器材分发时间；TR为请求调拨时间；S为距基地距离；v为运输车平均时速。

以舰船机电系统某部件故障为例，需送基地级修理厂，S=30km，TD=0.5 小时/次，TL=1 小时/次，v=50km/h，TR=2 小时/次。经计算知，Ts=4.1h。

(2)品种满足率R1。该型舰船机电系统维修器材在此次战役的品种满足率R1为：

(2)

式中：CC为携带品种；CR为储备品种。

(3)数量满足率N1。该型机电系统维修器材在此次战役的数量满足率N1为：

(3)

式中：NC为携带数量;NR为储备数量。

2.2 3D打印模式下的器材供应能力估算

1)3D打印模式下的器材供应能力估算。利用3D打印技术可实现对舰船维修器材进行打印，根据3D打印机的性能、材料及其他要求，可对某型舰船机电系统携带一个基数的维修器材中的部分器材进行打印，共计35种244件，可打印器材如表5所示。

表5 某型舰船机电系统可3D打印的携行维修器材

2)基于3D打印的储备维修器材数量。对于某型舰船机电系统维修器材中未能例入携行基数的785种1760件器材，3D打印可实现266种870件维修器材的打印，可打印器材如表6所示。

表6 某型舰船机电系统可3D打印的未携行维修器材

3)基于3D打印的维修器材保障能力估算。

(1)供应时间。根据传统维修器材保障方式可知，供应时间为4.1 h。器材平均每件打印时间1 h，可打印维修器材数量占维修器材携行量的0.338 9，由此可知平均供应时间约为2.341 5 h。

(2)品种满足率R2。3D打印技术的应用可减少35种244件的携行器材量，除携行维修器材外，3D打印机可打印未携行维修器材266种870件，采用3D打印技术后的该装备维修器材在此次战役的品种满足率R2为:

(4)

式中：C3为3D打印未携带品种,C3=429。

(3)数量满足率N2。采用3D打印技术后该型舰船机电系统维修器材在此次战役的数量满足率N2为：

(5)

式中：N3为3D打印未携带数量,N3=870。

3 结束语

通过对维修器材的供应能力计算，可以得出传统及3D模式下重要指标的对比数值，如表7所示。

表7 传统及3D模式下重要指标对比数值

综上所述，可得到以下结论。

1)基于3D打印的维修器材携带量明显减少。

2)基于3D打印的维修器材供应时间减少，缩短了舰船恢复战斗力时间。

3)品种满足率、数量满足率大幅提高，舰船保障能力得以提升。

[1] 谢皓宇，何为.基于AHP的舰船器材配送中心保障能力方法分析[J].中国修船，2013，26(3):48-50.

[2] 段书贵.未来作战需要高效能的装备保障[J].领导科学，2002(20):42-43.

Facilities and material support is of great importance to fighting capacity and vitality of Navy vessels' equipments,which makes the important composition for warship equipment support.In this paper,a warship facility-material model is structured based on 3D printing technology,whith the performance analyzed and evaluated on the simulated example,which proves feasible of 3D printing technology.The result shows that the reduction of carrying amount and supply time,the raise of variety satisfaction rate and amount satisfaction rate for warship facility-material support are promoted greatly.

3D printing;warship's facility-material;support capability

栾振城(1978-)，男，山东烟台人，工程师，大学本科，主要从事舰船器材保管工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.05.014

2016-05-17