舰船装备维修保障资源规划技术发展研究综述

李忠猛

(海军工程大学 舰船与海洋学院， 武汉 430033)

随着国防和军队使命任务的拓展、战区用船频次不断加强，使得舰船装备任务周期长、活动范围广、使用强度大，自主式保障安全要求高、时效性强。为使装备长久保持战斗力，必须构建面向平战结合的一体化保障能力，为其配置快速、高效和低消耗的保障系统，才能保持装备战备完好性、充分发挥其战术技术性能。

维修保障资源是装备临时抢修、计划修理、战时应急抢修的保障性物资，是开展装备维修作业的物质基础，对装备保障能力的形成和长久保持发挥着重要作用，不仅影响装备的战备完好性，还直接影响装备寿命周期费用。随着舰船装备技术发展的智能化、系统功能的集成化、使命任务的多样化、作战环境的复杂化，维修资源供应规划与保障往往存在装备部组件故障的突发性高、资源消耗的不确定性增加、资源需求的应急性突出等特点，因此，无论从维修保障资源调度与规划的技术层面，还是从资源的筹、储、供等管理层面，都将面临极大的挑战。长期以来，基本上是依靠类比、经验的方法开展维修保障资源规划与供应管理，特别是对维修资源的筹措，往往为了保证需求而过量采购和储备，极大地增加了维修资源储存和管理成本，并造成大量的资源浪费。据统计，在影响装备可用度三种主要停机时间因素中，等待维修资源所造成的停机时间已经超过修复性维修停机时间和预防性维修停机时间，成为了制约装备可用度提高的瓶颈。

1 维修保障资源规划与管理面临的新形势与特点

对于舰船装备，国内尚未构建基于精细化的维修保障资源管理体系，没有形成可供借鉴的成熟保障经验，维修资源规划与管理面临以下新的特点和难点：

1) 舰船装备构型复杂、技术密集，涉及的部组件品种多、数量规模大，维修器材需求规律难以准确掌握；某些专用设备装配数量少，关键部组件价格昂贵、供货周期长，维修器材筹措工作存在一定风险和隐患。

2) 舰船装备自主式保障安全要求高、时效性强，现场在线存储、面向任务的伴随保障储备、战区及海外基地保障点储备等网络化存储体系建设需求更加凸显，自主式保障、面向任务的携行伴随保障、前出支援保障、远程配送保障等立体化保障模式的建立将面临新的挑战。

3) 舰船装备机动性要求高、活动范围广、战备周期长、部署地点常常远离后方基地，自主式保障任务重，由于长期面临高温、高湿、高盐的恶劣海洋环境，资源消耗的随机性特征明显，难以准确预测维修保障资源需求规律，携行维修资源必须具有较高的满足率和利用率，对维修资源消耗规律预测和保障方案规划的精细度要求高。

4) 随着各种新型号武器装备相继入列，装备服役周期长，维修资源全寿命保障经费需求剧增，必须将经费作为一项重要的指标，合理预测维修资源全寿命保障费用，统筹经费的投入、使用和管理，加强经费的调节和管控，提高装备保障效益。

2 国内外发展现状及主要差距

维修资源是装备维修所需的人力、物资、经费、技术、信息和时间的统称，主要包括维修人员、维修工装/设施、维修器材、备品备件和技术资料，其中：维修器材/备品备件是装备维修保障资源规划领域的重难点问题，也是当前的理论与技术研究热点。

2.1 装备维修保障资源优化理论与技术

根据装备寿命阶段的不同时期，装备维修保障资源一般分为初始保障资源和后续保障资源。初始保障资源是装备形成战斗力的初始保障期内，装备使用与维修所需要的维修资源，在装备列装服役初期，由承制方同步交付部队，在采购装备的同时，军方需要与承制方协商来确定初始维修资源的种类和数量，即所谓的初始配置优化问题。该领域的理论基础源于多等级多层级库存控制理论(METRIC)，此后，该理论得到了进一步的拓展和完善，如：MOD-METRIC、Dyna-METRIC、VARI-METRIC等，被广泛运用于装备保障性分析、初始保障资源优化、保障费效分析评估等。例如：航空装备初始备件资源的库存优化问题[1-2]；单点库存多备件配置优化问题[3]；基于维修任务规划的维修资源配置模型[4]；多级保障系统的维修资源最优库存控制问题[5]；需求率随时间变化的维修资源动态规划与决策问题等[6-7]。

后续保障资源是指装备已形成初始战斗力后，在规定时间内装备使用与维修所需要补充和采购的维修资源。此时，军方构建了较完善的保障体系并具备初始保障能力，供应商具有零部件、组件/模块和整机的生产研制能力和稳定的供货渠道。装备使用阶段，需要根据维修资源消耗使用情况，对后续保障资源进行规划，制定合理的采购计划与供应策略。该领域的理论基础源于供应链协同控制论，在研究对象上，主要针对于需求率高、价格较低的通用维修资源，制订合理的订购点R和采购量Q。如：低需求资源的订购策略优化问题[8]；需求率高、数量规模大的维修资源采购优化问题[9]；基于数据挖掘的最优采购策略优化问题[10]；基于库存信息共享条件下的维修资源供应链建模问题[11]；维修资源调度与转运优化问题等[12]。

2.2 维修保障资源优化建模方法

20世纪70年代以来，维修保障资源优化建模方法经历了几个典型的发展阶段，主要包括：单项法/传统方法、基于需求的方法、系统分析法、以可用度为中心的规划方法、基于战备完好性的方法，目前，在基于战备完好性方法的基础上进一步发展为“基于战备完好性工程”的方法。

其中：单项法又称传统法，普遍使用于20世纪70年代之前，该方法操作简单，利用经济订货量(EOQ)模型来实现维修资源库存控制；基于需求的方法是通过设定的备件需求满足指标来确定其配置量，但在决策过程中无法控制保障资源方案所形成的装备使用可用度；系统分析法能够考虑装备中各类部组件资源之间的影响因素，通过在系统保障效能和费用之间进行权衡，对维修资源方案进行集成优化；以可用度为中心的配置方法是在系统分析法的基础上，以装备使用可用度为指标计算保障资源最优配置方案；除了使用可用度之外，装备的战备完好性还与装备可靠性及任务强度密切相关，因此进一步提出了基于战备完好性的方法，目前，美国海军已将该方法作为舰船维修器材储备的指导原则，利用基于战备的配置方法能够有效提高装备可用度。

2.3 维修保障资源模型开发与技术应用

在较为成熟的维修资源规划理论体系基础上，世界各国致力于理论与实践的结合，重视维修保障资源规划的工程应用，并相继开发了先进的模型工具，如LCOM、VMETRIC、OPUS10、SCO等，如表1所示。

表1 维修资源规划模型及工具

表1所示的模型工具期初都是在各行业内的应用与技术积累不断发展起来的，尤其是美国的VMETRIC、MAAP，瑞典的OPUS10、SIMLOX等，目前已发展成为一套通用化的建模工具，经过长期的数据积累和对核心技术的改进，其性能和可信度不断提高，被广泛应用于军事、航空航天及商业等各个领域。通过大量的实践证明：为用户节约高达50%的保障费用同时，还能够显著提高装备的可用性(20%～30%)。国内在该领域主要针对保障资源管理方面开发了一系列工具产品，如维修资源信息管理系统、仓储系统、采购系统等，在维修资源辅助决策方面，还主要停留在理论研究层面上，到目前为止，没有开发出具有自主知识产权、通用、开放的维修资源辅助决策工具。

2.4 国内外主要差距

国内外主要差距主要表现在以下几个方面。

1) 在使用与管理方面。国外逐步发展为基于装备寿命周期费用的资源管理、保障资源全资产可视化管理。国内在维修资源管理中采用的经验成分多，科学定量依据少，没有形成完善的规章制度以及通用规范的军用标准，基本上依靠粗放式的管理模式。

2) 在优化建模方法方面。国外从最初的单项法到系统法，再到目前基于战备完好性工程的方法，目前在保障资源优化方法上已形成了一套完整的解决方案。国内近些年在系统分析法上取得一定进展，但在影响系统的保障性因素方面往往考虑的不够全面。

3) 在技术理论体系方面。国外已经形成了一套较为完善的理论体系。国内在该技术领域的研究起步较晚，目前主要是面向行业内或者针对特定保障模式和型号设备的研究探讨，关键技术的突破缺乏通用性和系统性，技术理论体系尚不完善。

4) 在工程技术应用方面。国外相继开发一系列成熟的保障资源规划与仿真评估工具，并广泛应用于实践，取得了较好的效果。到目前为止，国内在该领域还停留在理论研究层面上，没有开发出具有自主知识产权、通用、开放的维修资源规划决策系统。

综合上述分析，充分借鉴国外发展模式与经验，结合我军的发展需求，构建保障资源规划关键技术体系框架，通过技术体系的分解，建立各子领域之间的逻辑关系，为装备保障资源规划技术发展和关键技术攻关提供研究思路。

3 维修保障资源规划技术未来发展

3.1 技术发展需求

如何对装备体系这一复杂系统提出保障性要求，并进行设计、验证和评价；如何建立科学合理的保障资源系统，使其高效运行；如何精细而准确地规划和运用保障资源，提供精确保障是装备保障工程所面临的一个具有创新性的挑战。

在战略层面迫切需要将装备保障工程领域与维修资源规划与分析的共性技术有机结合，加强技术研究的顶层规划；在技术层面迫切需要运用保障资源规划与分析技术来解决装备保障中维修资源运用不合理，满足率和利用率底的实际问题。

在装备研制阶段，尽可能减少装备对保障设施、设备等各种保障资源的依赖，提高自主测试、自主保障能力，应用保障资源规划分析技术同步开展保障资源需求，使装备交付部队即可形成初始保障能力；在装备使用阶段，对保障系统进行评价验证，优化整合保障资源，逐步改变过去那种过度依赖研制单位提供的初始保障资源方案的被动局面。

在装备保障研究领域，扎实推进保障资源集成优化建模技术、分析与评价技术以及工程化应用技术，深入开展保障资源规划分析的基础理论创新研究，必将深化装备综合保障在系统论证、设计、研制、使用等各个层次的研究

3.2 技术体系

根据舰船装备维修保障的专业特点及维修保障资源规划技术内涵，未来该领域发展的主要技术体系包括“保障资源优化建模技术”、“保障资源评估与仿真验证技术”、“保障资源规划应用技术”以及“保障资源规划支撑理论技术”四个方面，逻辑关系如图1所示，关键技术体系如图2所示。

图1 保障资源规划技术体系之间的逻辑关系示意图

图2 维修保障资源规划关键技术体系框图

1) 维修保障资源规划支撑理论技术

公共交叉学科所涉及的基础理论，用于支撑保障资源规划技术研究，如军事运筹学、系统工程学、管理学等学科中的先进理论与技术，主要包括：装备维修保障系统需求论证、装备全寿命管理理论、维修保障资源精确保障理论、装备RMS一体化设计与控制技术、维修资源存储供应体系论证、维修资源自动识别技术、维修器材编码体系设计技术等。

2) 维修保障资源优化建模技术

用于解决装备研制阶段的保障资源需求分析以及装备使用阶段的保障资源优化配置、费效分析及评估等，主要包括：维修资源需求预测技术、配置优化技术、供应点选址及路径优化技术、维修资源供应规划技术、动态调度与配送技术、面向任务的携行维修资源集成优化技术等。涉及的理论主要有复杂系统建模理论、控制论、可靠性理论等。

3) 维修保障资源评估与仿真验证技术

用于维修保障资源使用过程仿真与演练，对保障资源方案进行评价与验证，对影响装备保障能力的敏感性及瓶颈因素进行分析，及时修订保障策略及方案，实现保障资源方案的优化再生。主要包括：维修资源指标体系与评价技术、维修保障资源仿真建模技术、装备任务成功性仿真与验证技术、维修资源保障过程推演技术、维修保障能力评估技术、保障资源优化再生技术。涉及的理论主要有系统建模理论、评估方法论、对策论、数理统计论等。

4) 维修保障资源工程化应用技术

主要用于解决保障资源数据集成、模型开发与应用、工程化系统平台研制等，主要包括：维修保障信息采集技术、维修资源数据集成与融合技术、维修资源全资可视化技术，以及维修保障资源基础数据管理平台、仓储管理平台、一体化辅助决策平台、综合保障仿真平台的工程化技术等。涉及的理论主要有数据挖掘理论、软件工程与可视化理论、数据库理论、人工智能及大数据理论等。

3.3 发展趋势

以装备全系统、全寿命管理理论为指导，以保障需求为牵引、技术应用为依托，充分借鉴国外相关研究成果，成系统、成体系地开展装备维修保障资源规划理论、方法和技术研究，加快技术向工程应用转化，实现维修资源精细化管理与全寿命保障的一体化设计及控制，推动装备综合保障工程的发展。

在资源规划的信息要素上，向综合集成的方向发展。保障资源在信息要素不进行综合就难以提供完整和正确的保障方案，需打破传统意义上各自为政、信息孤岛的现象，信息要素之间协调一致，相互关联，资源同步更新，相互匹配。

在资源规划的研究时域上，向装备全寿命周期拓展。保障资源规划技术研究要延伸到装备设计研制阶段，由过去的“装备使用任务保障”向“装备全寿命保障”转变，保障资源规划不仅要与装备使用阶段的保障方案相匹配，还要与装备设计阶段保障方案的权衡与优化挂钩。

在资源规划的能力建设上，向精确化保障目标转变。保障资源的规划要由过去的“单纯重视效果”向“质量效益型并重”转变，由“粗放式、概略式、模糊式保障”向“集约化、科学化、精确化保障”发展。

在资源规划的应用对象上，向一体化保障方向延伸。随着舰船装备一体化建设的深入推进，已经打破为单一型号装备进行保障的模式，保障资源的规划要满足装备一体化建设、保障力量统一使用的客观要求，满足军民融合与平战结合、专业组合与资源整合的新模式。