机动转场保障资源规划及验证方法研究*

郭毓文，魏诗朦

（1.中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089；2.中航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西 西安 710089）

0 引言

机动转场的要求一般为：规定数量的飞机应能在规定时间内、规定条件下进行转场部署，且其执行规定天数、规定任务所需的保障资源应能按规定要求（主要为空间、重量的限制）进行装载。保障资源通常包括保障设备、保障设施、备件、技术资料、保障人员等。如何给出一套完整、合理、最小化且能保障任务执行的保障资源清单，是本文研究的重点。

国内在武器装备保障资源规划方面开展了诸多研究，主要包括以下方面：以保障活动为中心的装备保障资源数量预测［1］、基于IDEF0-QFD（integra‑tion definition method 0-quality function deployment，集成定义方法0-质量功能展开）的工程装备保障资源规划方法研究［2］、保障资源确定技术及需求分析系统研究［3］、雷达装备保障资源规划分析［4］、舰船综合保障系统设计研究［5］、基于HLA（high level ar‑chitecrure，高层体系结构）的保障仿真系统设计实现［6-7］、装备综合保障模型研究［8］等。以上研究给出了保障资源规划的要求及思路，初步实现了保障资源规划的目的，但所规划的保障资源往往存在过饱和的情况，难以支撑“机动转场所需保障资源应能按规定要求进行装载”的需求。

同时，在保障资源初步规划的基础上如何进一步优化也开展了一定的研究，例如基本层次分析法和模糊层次分析法结合的武器装备维修保障资源优选方法研究［9］、航空装备初始备件资源的库存优化问题［10-11］、基于维修任务规划的维修资源配置模型［12］、多级保障系统的维修资源最优库存控制问题［13］等。但以上研究多停留在理论层面，难以指导外场实际工作的开展。

本文通过建模及各因素间交互关系研究，首先完成保障资源规划，再结合部队机动转场实际需求给出外场装载验证优化方法及思路，为机动转场保障资源规划及验证提供指导。

1 保障资源规划建模

1.1 任务模型

机动转场中执行不同任务对保障资源的需求是不同的，为确保保障资源规划的合理性及经济性，主要从任务类型、任务周期、任务强度、参与任务飞机数量等要素入手，研究不同任务要素对保障资源的影响并进行分析建模。任务类型要素主要涉及任务想定及任务方案，例如飞行训练、值班巡逻、空空作战、空面作战等。不同的任务类型决定了不同的任务剖面，不同的任务剖面决定了不同的保障资源。任务周期要素主要影响飞机的使用维修活动，例如基于日历时间的飞机/发动机定周期检查（如飞机30天检查），从而对保障资源规划产生影响。任务强度要素在影响飞机使用维修活动的同时，也会对备件、人员产生一定影响，例如高强度飞行下空地勤人员需要换班备份。参与任务飞机数量要素会对保障资源数量产生影响。以上各任务要素既单独对保障资源规划产生影响，也相互交叉产生综合影响。

1.2 可靠性水平模型

为确保机动转场执行任务期间飞机的使用可用度，携转备件的规划就显得极其重要，而装备的可靠性水平则直接影响所需备件的种类及数量。整机级的可靠性水平是由系统级可靠性水平决定的，系统级可靠性水平由部件级可靠性水平决定。部件可分为可修复单元和可更换单元，部件级中可更换单元的可靠性水平主要影响保障资源中备件的规划，具体包括备件种类及数量。本文主要研究机动转场所需保障资源规划，因此仅针对部件级中外场可更换单元（line replaceable unit，LRU）的平均故障间隔时间（mean time between failure，MTBF）进行建模（如图1所示），根据任务输入确定携行备件清单。车间可更换单元（shop replaceable unit，SRU）的备件由基地级库存提供，不作为机动转场的携行备件。

图1 可靠性水平模型Fig.1 Model of reliability level

用于进行备件规划的部件级可靠性水平主要依据性能试验及作战试验阶段装备的实际可靠性评估值，建立部件可靠性水平数据库，为备件规划提供数据基础。

1.3 保障资源模型

保障资源模型是保障资源规划的关键模型，确保保障资源的有限性是建模的基本准则。保障资源主要包括保障设备、保障设施、备件、人员、技术资料等。机动转场保障资源可划分为携行转场保障资源和目标机场配置保障资源2部分，携行转场保障资源主要包括保障设备、人员、备件及技术资料，目标机场配置保障资源主要包括保障设备、保障设施、备件。如图2所示，规划保障设备种类及数量时主要参考要素有使用时机、携行/本场、配套比例等；保障设施主要参考要素有使用时机和配套比例等，主要包括机库和保障车辆等，均由目标机场配置；规划保障人员数量时主要参考要素有保障专业、技能等级、保障强度等；规划备件种类及数量时主要参考外场可更换部件的可靠性水平；技术资料主要参考要素有使用时机和配套比例，包括技术说明书、使用维护说明书及履历本等。

图2 保障资源模型Fig.2 Model of support resources

1.4 使用维修活动模型

使用维修活动模型是以任务及可靠性水平为输入、以保障资源为输出的核心模型，如图3所示。可分为使用与维修两大部分，其中维修可分为预防性维修及修复性维修。通过对任务类型、周期、强度等属性的分析，规划预防性维修的项目及频度；通过对部件可靠性水平的分析，规划修复性维修的项目及频度。预防性维修主要包括飞行前、再次出动、飞行后等日常机务维护工作以及飞机、发动机等周期维护工作。修复性维修主要指发现故障后的故障排除工作，通常通过换件或修复实现。

图3 使用与维修活动模型Fig.3 Model of usage and maintenance activities

2 模型交互关系

图4给出了4个模型间的交互关系。

任务模型和可靠性水平模型以输入要求和试飞数据为依据，用以驱动使用与维修活动模型，生成执行任务期间所需的使用维修活动。使用与维修活动模型是整个保障资源规划的核心，分别与上游的任务、可靠性水平模型，以及下游的保障资源模型建立交互的映射逻辑关系。

在规划保障资源配置方案前，应首先明确任务过程中可能发生的使用维修活动集合，通过梳理各项使用维修活动的具体操作流程及流程涉及的保障资源，建立使用维修活动与所需保障资源的映射关系，最终生成涵盖保障设备、保障设施、备件、人员、技术资料等保障要素的保障资源数据库。数据库中每一项使用维修活动都是一个独立的单元，当任务输入变化时，只需根据任务变化梳理使用维修活动的变化，对数据库中的单元进行调用即可，最后将所有使用维修活动涉及的保障资源进行整理合并，得到机动转场保障资源规划方案。方案生成后，要根据部队实际配备情况进行对比分析，提高保障资源规划的合理性及准确度。本文以1.4节中提到的日常机务维护工作及周期维护工作中的发动机定检为例，对使用维修活动与保障资源的映射关系进行说明。

日常机务维护工作主要包括飞行前、再次出动、飞行后的飞机检查及维护。其中，飞行前和再次出动检查包括：机军特航各专业全机上电及目视检查，燃油、液压油、滑油、氮气、氧气等消耗品的补充加注，阻力伞的安装，武器弹药的补充挂载等。飞行后检查包括：机军特航各专业全机上电及目视检查，防护用品恢复等。涉及的保障资源主要包括：轮挡、加油车（燃油）、附油加注装置（滑油、液压油）、充氮车、充氧车、阻力伞、运弹车、挂弹车、机务人员、飞行保障工具箱、防护用品、技术资料等。

发动机定检工作主要包括：涡轮叶片孔探，油滤磁塞清洗，轴承表面检查，接口管路外观检查等。涉及的保障资源主要包括：孔探仪、接油盘、放大镜、机务人员、通用工具箱（打开口盖、拧开放油口等工作）、技术资料等。

保障资源模型中各项保障资源具有种类、配套比例、使用时机、携行/本场等属性，用于关联映射使用维修活动等模型中的具体模块数据，建立如表1所示的保障资源数据库（样本数据），为保障资源规划提供数据基础。最终，依据任务及可靠性水平的输入，完成保障资源规划以实现保障资源调配。

表1 保障资源数据库Table1 Data base of suppor t r esources

3 使用维修活动频度计算方法

根据建立的使用维修活动模型可知，典型的使用维修活动模型包括飞行、日常预防性维护工作、周期预防性维护工作及修复性维修工作，具体计算方法如下。

（1）飞行架次

式中：Ff为任务期间飞行架次数；Ii为某任务类型飞行强度；∆ti为某类型任务典型任务剖面时间；Nm为任务期间任务类型数。

（2）飞行前机务准备

式中：Fb为任务期间飞行前机务准备频度；T为任务周期；nP(tp>6h)为单项预防性维修工作时间大于6 h的天数，nr(tr>12h)为单项修复性维修工作时间大于12 h的天数，发生以上2种情况默认当日无飞行安排。

（3）飞行后机务检查

式中：Fa为任务期间飞行后机务检查频度；Fcancel为任务期间任务撤销次数，Fcancel可用整机平均严重故障间隔时间MTBCF估算，公式为

（4）再次出动机务准备

式中：Ft为任务期间再次出动机务准备频度。

（5）周期预防性维护工作

主要包括日历间隔维护及使用间隔维护，分别采用式（6）与式（7）计算维护频度。

式中：FCi为某日历间隔维护工作频度；tci为某日历维护工作间隔。

式中：FOi为某使用间隔维护工作频度；toi为某使用维护工作间隔。

（6）修复性维修工作

式中：FM为修复性维修工作频度；MTBFa为整机平均故障间隔时间。

4 机动转场保障资源仿真框架

国内海军工程大学李忠猛针对舰船装备总体介绍了维修保障资源规划与管理面临的新形势与特点，并针对国内外在维修保障资源模型开发与技术应用方面的差距进行了分析［14］。本文根据国内外仿真模型的特点，建立的机动转场保障资源仿真平台框架如图5所示。充分利用已有的建模工具和仿真平台软件，开发保障资源仿真支持环境。根据用户输入的任务需求和可靠性水平，最终将仿真结果输出给用户。

图5 机动转场保障资源仿真平台框架Fig.5 Simulation platform fr amewor k of tr ans-field support resources

仿真平台的软件环境分为4层，各软件层之间通过规范的接口实现信息交互和软件集成。

（1）界面层

主要用于用户与平台间的信息交互。如可靠性数据、任务设定、保障要求等。

（2）应用层

是仿真平台的主体，提供分析与评价功能，并管理数据与模型；同时，该层还能提供与其他仿真平台的接口，该层也是软件系统的基础。

（3）事务层

主要是建模系统和仿真分析系统。其中，建模系统主要是建立任务模型、可靠性水平建模、保障资源模型以及使用维修活动模型；优化系统主要是对通过仿真得到的保障资源方案进行合理性和可行性分析，进一步优化保障资源方案配置，输出方案结果。

（4）数据层

提供保证系统运行所需要的静态和动态数据资源。主要包括任务数据库、可靠性水平数据库、使用与维修活动数据库及保障资源数据库等。

5 实例验证

现计划向某基地机动部署6架机，主要执行值班巡逻及飞行训练2种任务，计划任务周期30天，每架机计划执行60 h值班巡逻及30 h飞行训练任务，值班巡逻典型剖面时间为2.5 h，飞行训练典型剖面时间为2 h，整机平均严重故障间隔时间为15 h，整机平均故障间隔时间为3 h。根据任务需求，可以预测可能发生的日历时间间隔维护工作包括飞机30天检查，使用时间间隔维护工作包括发动机25 h、50 h、100 h，APU30 h、飞机100 fh（flight hour，飞行小时）、飞机25起落/50起落等检查。其中，发动机100 h、飞机100 fh维护工作所需时间大于6 h，但可当日完成。

将需求数据带入公式（1）～（8），可以求得每架机使用维修活动如下：飞行39架次/90 h，飞行前机务准备28次，再次出动机务准备17次，飞行后机务检查22次，飞机30天检查1次，发动机25 h、50 h、100 h维护工作分别为4次、2次、1次，APU30 h维护工作1次，飞机25起落、50起落维护工作分别为2次、1次，修复性维修30次。根据计算得到的使用维修活动类型及次数，通过调用建立的保障资源数据库（表1）及部件可靠性水平完成保障资源方案规划。规划的保障资源可采用装载试验的方法进行验证，具体见图6。

图6 保障资源装载试验验证方法Fig.6 Support resources loading test validation method

装载试验验证主要分为携行方舱装载和机上装载2部分；可采用实物装载和仿真推演的方法，仿真推演是指制作同比模型进行演示装载；试验验证应重点关注保障资源规模、装载接口、装载方式、空间布局等方面的信息，收集相关问题并开展迭代优化。

6 结束语

本文对军机机动转场保障资源规划方法进行了研究，建立了任务、可靠性水平、保障资源和使用维修活动4个模型并确定了模型交互关系。在模型基础上，给出了使用维修活动频度计算方法、保障资源规划方法以及验证方法。最后，构建了机动转场保障资源仿真框架，为后续设计实现仿真软件提供了技术基础。本文提出的保障资源规划及验证方法，对指导机动转场试验与试飞验证评估具有重要意义。