油料装备战场损伤等级评定∗

唐后栋 马振利

（1.陆军勤务学院 重庆 401331）（2.陆军军事交通学院镇江校区 镇江 212003）

1 引言

战时油料装备损伤数量多、维修保障任务重，同时战场维修力量薄弱，决策人员对损伤装备的抢修时间也难以精确估计，造成对装备损伤等级评定不准确，不能合理地规划抢修实施地域和安排抢修力量，导致抢修任务无法顺利完成。

国内外许多学者对装备战场损伤等级划分进行了研究。丰骁［1～2］运用改进的模糊层次分析法构建评价指标体系，对雷达装备技术等级评定方法进行了研究。赵兵［3］通过信息熵确定指标权重并运用未确知数学理论及算法建立了损伤等级评估模型。潘洪平［4］综合运用AHP、幂指数法和专家打分法对评估模型进行定量分析。这些方法通过考虑不同的指标因素，依据专家经验打分确定指标权重来划分装备损伤等级，在一定程度上存在主观性较大的缺点，且没有考虑战时抢修力量、维修设备、抢修时间等约束条件对装备损伤等级划分的影响。

此外，一些学者研究了以抢修力量设置和以抢修时间［5］为主要影响因素的损伤等级评定方法，还有的学者运用Delphi语言对油料装备维修时间进行模拟优化［6］，这些方法在一定程度上减小了主观因素对评定结果的影响，提高了损伤等级评定的准确性，但也存在以下两点不足：一是这些方法以装备基本功能项目的最高损伤等级作为装备的最低损伤等级，并没有区分零部件和整个装备损伤等级评定的差异。二是它们依据决策人员过往经验粗略估算装备战场抢修时间，并没有针对基本功能项目抢修时间提出具体的计算方法，导致预估抢修时间不够准确。基于以上原因，本文将影响油料装备等级评定的各项因素，如抢修难易程度、抢修力量的维修能力、抢修条件以及修复标准等［7］，都转化为对装备抢修时间的影响，提出了新的油料装备战场损伤等级划分方法，并利用蒙特卡洛（Monte Car⁃lo）仿真对基本功能项目维修作业时间进行计算，以抢修时间为约束条件来评定油料装备损伤等级，为战场抢修力量安排和抢修资源利用提供了科学依据。

2 油料装备战场损伤等级评定

本文考虑了抢修力量设置和抢修时间等约束条件对装备损伤等级划分的影响，将油料装备的基本功能项目损伤等级划分为6级，如表1所示。

表中 ti（i=1，2，…，5）为损伤装备在对应抢修力量下的抢修时间，a，b，c，d，e（a＜b＜c＜d＜e）表示相应抢修力量下所对应的最大抢修时间。

为了区分油料装备基本功能项目损伤等级划分和整个装备报废评定之间的差异，将油料装备的损伤等级划分为7级，如表2所示。

表1 装备的基本功能项目损伤等级划分准则

表2 油料装备损伤等级划分准则

表中 Ti（i=1，2，…，7）为油料装备在相应修理级别下的所有损伤基本功能项目的抢修时间之和，a，b，c，d，e的含义与表2相同，f指报废装备的最短抢修时限。

本文对油料装备进行战场损伤等级评定，其过程可分为两步：一是判断油料装备基本功能项目损伤并计算其修复时间，从而划分其损伤等级。二是根据每个基本功能项目损伤等级计算相应抢修力量下的抢修时间，再以所有抢修时间的总和来确定整个油料装备的损伤等级，如图1所示。

3 计算油料装备战场抢修时间

3.1 运用数理统计法计算基本维修作业时间分布

基本维修作业是维修过程中最小的维修单元，它具有维修进行时间短、维修时间相对变化量小且与装备系统结构无关等特点。数理统计法［8］是求解基本维修作业时间及其分布最为常用的方法，它的一般步骤包括：一是对基本维修作业时间进行统计记录，获得一定数量样本的观测值。二是对基本维修作业时间进行分布函数拟合和参数估算，获得数据的分布类型及相关特征。三是对基本维修作业时间是否服从所求分布进行检验并证明［9～10］。具体流程如图2所示。

图2 基本维修作业时间分布计算流程图

基本维修作业时间的长短受许多因素影响，具有不确定性，它常以某种统计分布的形式存在，比如常见的有正态分布、指数分布、艾拉姆咖分布、β分布、平均分布、对数正态分布等［11］。

根据大量实验数据可知，一般零部件的简单拆卸或者更换某个零部件所需的时间服从正态分布，通常大多数的实验活动和检测活动的基本维修时间服从指数分布；大多数的机械修复工作，如机械零部件的拆卸、零部件的安装、焊接、电子元件的更换等基本维修时间都服从于艾拉姆咖分布；一些机电、电子机械装备的维修时间大都符合对数正态分布。我们也可以在相关国家标准中查询到部分基本维修作业的时间分布［12～13］，如《GJB/Z 57-94维修性预计预分配手册》。

3.2 利用蒙特卡洛仿真计算基本功能项目抢修时间

通常基本功能项目抢修是由许多基本维修作业单元串联组成的。以挂车泵在执行某次机动任务中更换轮胎为例，根据3.1的方法和挂车泵历史维修数据得到其基本维修作业时间分布如表3所示。

表3 挂车泵更换轮胎的基本维修作业时间分布

如果所有的基本维修作业时间都服从正态分布，那么基本功能项目的抢修时间也服从正态分布，并且可以用解析法求解，但是当有的基本维修作业时间不服从正态分布，并且串行的基本维修作业较多时，用解析法求解将变得很困难。

蒙特卡洛仿真作为一种随机模拟方法，是以概率数理统计理论为基础，以随机抽样为主要手段来求解近似解的数值方法。在基本维修作业时间分布确定的情况下，可以用来求解多种不同分布的随机变量函数。

利用Matlab进行蒙特卡洛仿真［14］，首先生成作业时间分布所需的随机数，而后按照基本维修作业时间串联相加，进行时间求解，设置模拟仿真次数2000次。仿真结果如图3所示（左图纵坐标表示频率，横轴表示时间min；右图纵坐标表示概率，横坐标表示时间min）得到挂车泵更换轮胎的平均完成时间约12.57min，在95%置信度下的完成时间约13.29min。

图3 挂车泵更换轮胎时间分布特征图

3.3 计算不同抢修力量下油料装备抢修时间

不同维修级别的抢修力量对油料装备进行修复时，修复标准不同，修理时间也不同。比如，装备由使用人员和伴随修理分队进行现场抢修时，常采用应急维修手段进行快速抢修，仅要求达到恢复装备基本功能或者自救的目的。但是由前方修理所或者后方维修基地进行抢修时，需要按照正规程序和严格的维修标准进行抢修，所以修复时间也会存在差别。但它们之间也存在着一定的联系，利用抢修时间转移矩阵D可以表达他们之间的关系。

通过时间转移矩阵，可以根据低级别损伤的抢修时间求得同一损伤由更高级别的维修力量抢修所需时间。

4 实例分析

假设某辆挂车泵在执行任务过程中受到数颗炮弹袭击，经初步判断主要损伤有喇叭、右后车轮、蓄电池、尾灯、发动机等5个功能部位受损。

挂车泵损伤等级划分的时间标准为：a=2h，b=6h，c=24h，d=36h，e=96h，f=200h，抢修时间转移矩阵为D（单位：h），损伤修复置信度为95%。

战场决策人员运用该方法对该辆挂车泵进行战场损伤等级评定，评定步骤如下。

1）判断挂车泵基本功能项目

喇叭、尾灯不属于基本功能项目，所以不予分析。

2）计算挂车泵基本维修作业时间分布

根据3.1的方法和以往维修相似系统的数据统计，得到挂车泵各基本功能项目的基本维修作业时间分布，如表5、表6、表7所示。

表4 更换右后车轮修作业时间分布

表5 更换蓄电池维修作业时间分布

表6 发动机维修作业时间分布

3）计算挂车泵基本功项目抢修时间

根据3.2给出的蒙特卡洛仿真方法，计算挂车泵基本功能项目维修作业时间，设置模拟仿真次数为2000次，得到更换蓄电池抢修时间分布特征图，如图4所示。

图4 更换蓄电池抢修时间分布特征图

由上图数据可知，更换蓄电池的平均修复时间为38.13min，95%置信度下的完成时间约为64.46 min。同理可得，维修发动机的平均修复时间为243.68 min，95%置信度下的完成时间约为284.41 min。

4）确定挂车泵基本功能项目损伤等级

根据3.2计算所得，在95%置信度下挂车泵更换右后车轮的抢修时间为t11=13.24min，t11=13.29min=0.22h＜a=2h，所以，此损伤评定为一级轻损，由装备操作人员进行抢修。

同理可得，更换蓄电池维修作业时间t21=64.46 min=1.07h＜a=2h，为一级轻损；维修发动机作业时间，a=2h＜t32=284.41 min=4.74h＜b=6h，为二级损伤，由伴随修理分队进行抢修。

5）确定挂车泵战场损伤等级

由于挂车泵基本功能项目的最高损伤等级为二级损伤，再考虑到战场抢修力量薄弱，所以首先对损伤的基本功能功能项目采取串联修复的方式实施抢修，并对挂车泵进行二级损伤判断。

由于T1＞b=6h，所以该辆挂车泵必须由支援修理分队进行抢修。

又因为T2＜c，所以评定该辆挂车泵损伤等级为中损。通过以上评定结果分析可得，该辆挂车泵损伤等级为中损，应该安排支援修理分队进行现场抢修，其修复时间大约为7.55h。

5 结语

本文在对油料装备战场损伤等级划分研究的基础上，结合油料装备战场抢修理论与实践经验，以抢修力量设置和抢修时间计划为约束条件，运用蒙特卡洛方法对基本功能项目抢修时间进行计算，给出了新的油料装备战场损伤等级评定方法。为指导决策人员开展油料装备战场损伤等级评定工作提供参考，并为决策人员确定装备抢修实施地域、安排抢修力量和利用抢修资源等提供科学依据。