面向任务携行航材消耗影响因素研究

宋传洲 王瑞奇 刘战/海军航空大学

0 引言

航材携行保障工作是航空兵战斗力的重要组成部分。飞机异地执行任务时，均需异地携行保障，任务执行时间越久，需携带的航材品种和数量越多。任务中航材的消耗情况直接或间接受多种因素影响，且一定程度上各因素之间也会相互作用。因此，需全面系统地分析不同任务模式中影响航材消耗的各种因素，提取具有主要影响的特征，建立特征指标体系，特别是重点研究将不同任务影响因素作为多维变量输入模型中进行分类和预测，如RF、GВDT、Adaboost、ХGboost 等算法的应用，从而为后续构建分类和预测模型做好基础工作。本文通过查询各类记录和文献、咨询工作人员和专家，分析归纳出航材自身、环境、任务、人员、经济、其他等6 个方面的影响因素，并选取了针对多维变量预测模型关于品种确定和数量预测的特征指标。

1 影响航材消耗的自身因素分析

1.1 可靠性

航材的可靠性是设计制造之初就具备的固有特性，用来表征规定时间内规定条件下无故障完成任务的能力，反映了航材本身设计制造水平，其重要特征量包括失效率、可靠度、平均故障间隔时间、寿命等[1]。在航材寿命方面，由于执行任务时航材装机时间不同，需考虑剩余寿命，寿命较短或剩余寿命少的航材往往消耗增多，需增加需求量，而一些寿命较长的航材或者新列装不久的机型的失效概率往往较低且数据很难获得，基于其消耗数量研究其规律的方法适用性较差。因此，需结合寿命周期规律和航材已使用时间及其失效率分布函数来分析，这样既能得到任务中航材的失效率，又可对部分航材发生故障或失效进行提前预见。采用失效率来区分航材类别通常服从指数分布、正态分布和威布尔分布等3 种分布函数[2]。另外，如果是到寿航材，若剩余寿命低于任务时间，该航材必然有需求，是可预见航材。简单有效的方法是将航材区分为初级期、成熟期、衰退期。任务中的限时可修航材可通过修理周期计算其周转数，该周转数可视为此类航材的任务需求数[3]。其中，失效率是指执行任务时某航材发生严重故障或失效的平均概率；平均故障间隔时间是指相邻两次故障或失效经修理/更换后仍能正常工作之间的工作时间[1]。

1.2 环境适应能力

环境适应能力也可称作航材的工作应力，航材可靠性不同，环境适应性也不同，同种航材在相同装备的不同位置或安装在不同装备上，因工作环境不同所受影响不同，发生故障或失效的可能性也不同，需求就会不一样。例如，处于保护层内的航材比处于危害环境中的相同航材受到环境影响少，失效率前者比后者低。

1.3 耗损敏感度

耗损敏感度类似于环境适应能力，主要指在转移、安装、维修和使用过程中航材在非正常情况下受到损坏的可能性。这种因素是指因人为操作失误、装配技能差、使用设计不方便等原因发生事故性质的损耗，与航材自身的失效率无关，是偶发的“事故率”，如更换失效航材时维修员拆卸用力过大造成周围备件受损，又如电子器件不小心被烙铁熔毁等。

1.4 可更换性

可更换性是指对航材拆装的难易程度。飞机处于特殊任务环境或维修条件受限制等情况下若发生故障，在无法判断其维修后能否正常使用时，需考虑该航材能否分解为外场可更换单元级别，对其直接更换。此外，可更换性还受维修员的技术水平、维修设备、场地等条件的影响。

1.5 可获得性

可获得性主要是指航材获得的难易程度，用以说明航材失效后是否能够被替代，即通用性。可用航材的可获得性一般通过是否为标准件、通用件、专用件来表征，一般特设航材都是专用件，专用性越强，通用性越差，越要重点关注。航材在携行空间有限时，体型会受到限制，可通过专人专车、邮寄等方式配送，视为可携行，因此需进一步判断不损坏航材性能的同时能否被运送，即可储运性。此外，如果在任务现场购买或者周转，需考虑是否会发生延期交货。

1.6 故障关联性

故障关联性是指多重故障，即当某个航材发生故障或失效时，可能引起其他正在工作的航材也发生故障或失效。此外，失效航材被替换后，新旧同时使用，相互间也可能因为磨合或其他原因引发故障。通常当故障发生时，引起的条件变化和相互作用比较复杂，且随机性强，需结合故障辨识技术、故障模式判断和故障关联图等进行分析。

2 影响航材消耗的任务因素分析

飞机执行不同任务，决定了任务模式、具体科目、地理环境等几乎所有外部影响的不同。

2.1 任务类型

区分飞机执行任务有很多原则，本文按照不同的任务模式简单分为作战任务、舰载机护航任务、日常训练任务、战备巡逻任务、联合演习任务等5 类任务。每种任务也可根据需要细分，任务情况差别较大，如同为作战任务的进攻作战和防御作战，前者的航材消耗远多于后者。

2.2 任务强度

任务强度是指飞机执行任务时航材的使用强度对航材损耗的影响程度，是表征任务类型不同的重要因素。任务强度可以通过飞机起落次数、启动次数、出动强度、任务时间等特征量来表征。

2.3 任务等级

执行任务的等级决定了航材保障等级，任务等级越高，保障等级越高，保障规划的资源供应就越多，包括参与任务保障人员的能力和可以使用的所有保障资源。因保障资源有限，同一任务中会对航材进行区分，给予不同的保障资源。保障等级采用平均保障时间和平均延误时间来表征。平均保障时间是指航材失效后进行限时维修或更换备件的时间[4]。

2.4 工作强度

航材工作强度用以表征任务中航材的工作状态，包括其负载量和使用率。与故障关联相似，航材如果超出原有设计的正常使用次数和连续工作时间，不但影响自身的失效率，也将影响其他航材。与之相反，有的航材可能因为工作次数过少或从未工作而引起自身或其他航材性能下降或变质失效。

2.5 任务损伤

任务损伤是指任务中飞行器损伤的程度，尤其是在具有对抗性的任务如作战任务中，任务损伤可视为战斗损伤，需考虑战斗条件、敌我力量对比等相关特征。

3 影响航材消耗的环境因素分析

不同任务的环境因素既包含温度、湿度、盐度、生物作用等自然环境因素，也包含诱发环境因素。

3.1 温度

温度环境因素分为低温、高温、变温等3 种情况。如表1 所示。

3.2 湿度

表1 温度的影响

湿度环境因素分为高湿、干燥、干湿交替3 种情况，如表2 所示。

3.3 盐度

盐度对航材的腐蚀作用在飞机于沿海、海岛和舰船等地执行任务时尤为明显，主要是盐雾和海水喷溅沾染，会发生严重的锈蚀与腐蚀，各类备件都会受到影响，尤其对金属材质和电子类零件影响较大，还会增大磨损，使机械强度下降，致使绝缘材料失效等。

3.4 生物作用

生物作用在这里主要指霉菌，霉菌对航材的影响包括腐蚀和吸水含水作用，霉菌分泌物具有腐蚀作用，可侵蚀表面薄膜，尤其是光学透镜和传感器，菌体吸水含水可促生电化学腐蚀，加速金属氧化等。

3.5 气压

气压对航材的影响分为高压和低压，如表3 所示。

3.6 诱发环境因素

诱发环境因素包括振动、冲击、核辐射、电磁辐射和大气污染等方面。其中，振动和冲击对航材的影响较大，其他情况较少见，如表4 所示。

表2 湿度的影响

表3 气压的影响

表4 振动和冲击的影响

3.7 机场环境

除了上述各类自然因素和诱发环境因素外，飞机的机场工作环境也可归为环境因素，包括飞机起落的跑道铺面、指示设备、整体布局等，如航母舰载机的起落对部分航材的消耗影响很大。

3.8 综合作用

航材受到环境因素的影响是综合作用的结果，如舰载护航任务、驻岛、边境巡逻等海上任务，处在高温、高湿、高盐、生物生长繁殖快的环境中，且温度变化大，各因素互相作用明显，湿气浸透、锈蚀速率、生物作用、碱性盐雾侵蚀、电化学作用、冲击或振动等都会加剧增幅。因此，可将执行任务处的地理环境与气候情况相结合来表征其综合作用[5]，也可以用环境严酷度区分等级来表示。此外，环境因素不仅直接作用于航材，还影响飞行员、维修员、管理员等的工作状态，反过来也会影响航材消耗。

4 影响航材消耗的人员因素分析

4.1 飞行员能力

飞行员是航空兵最重要的战斗力之一，飞行员的能力对航材消耗有很大的影响，包含参与任务飞行的时间和次数、人为失误次数、技术等级、心理素质等。例如，在遇到繁重而艰巨甚至危险系数很高的任务时，初级飞行员的操作经验和能力都有所不足，心理压力也会增大，人为错误增多，导致航材需求量增多。

4.2 维修员能力

维修员能力与飞行员的类似，包括参与任务的次数、人为失误次数、技术等级、心理素质等，维修过程中人为错误操作所造成的损耗与用于说明损耗敏感度的“事故率”有密切联系。

4.3 管理因素

管理因素主要指贯穿于整个任务前后的管理工作和管理员能力，一方面包括在封装、运输、保养等流程中出现航材损伤和因指挥调度不当造成的航材供应延误，另一方面包括管理员的能力所涵盖的失误次数、技术等级、心理素质等。

4.4 维修资源

维修资源包括所能调动的所有资源，如维修人员、方案、设备、工具和参考资料等，而维修方案中规定了携行保障的全部内容，包括预防性和修复性维修、维修间隔期、维修级别及修理策略等，这些都会不同程度地影响航材消耗。储运保养费包含运输和保养两部分，通常该费用较低，远低于重新购买的成本。因此，经济因素对航材携行品种确定的影响比重更大。

6 影响航材消耗的其他因素

通常将很难确定或短时间无法查明原因的突发因素归为其他影响因素。

7 提取特征

5 影响航材消耗的经济因素分析

经济因素主要包括购置、封装、存储、运输、保养和维修等各环节的费用。一方面，维修设备、工具、场地等因资金充足会提升等级。另一方面，有关购置费和储运费，若任务中航材可周转或购买，则可不必携带，但若该航材购置费很高，需通过运输邮递等方式携带。

7.1 提取原则

特征选取是建立模型的重要部分，特征选择不好会增大分类和预测偏差。特征选取的关键在于对消耗影响因素展开分析，应遵循全面系统、鲜明稳定、科学简明、操作灵活、数据可靠等5 个原则[6]选择和构建特征体系。

7.2 构建体系

按照以上原则，通过问卷调查并咨询该领域专家和工作人员，结合相关文献资料，最终分析得出用于携行品种确定和数量预测的两个特征体系，如表5、表6 所示。

表5 用于航材品种确定的特征

表6 用于航材数量预测的特征

8 结论

通过对任务中航材消耗影响因素的分析，遵循特征选取原则，构建了面向任务携行航材品种确定和数量预测特征体系，这些特征可根据不同任务模式取值，为多维变量分类和预测模型诸如RF、GВDT、Adaboost、ХGboost 等 在航材需求预测研究中的应用做了特征分析和提取工作，必要时可采取灰色关联、SHAP、DEMATEL 等方法进一步排序筛选。