航空装备技术保障运筹分析方法研究

2012-01-14祝华远崔亚君贾向军王灵芝

军事运筹与系统工程 2012年2期

祝华远，崔亚君，贾向军，王灵芝

(海军航空工程学院青岛分院，山东青岛266041)

1 引言

装备技术保障是国防现代化的重要内容，是军事斗争的基本力量(不仅是战斗力重要构成，而且是战斗力重要保障)，是装备现代化建设的重要构成。航空装备具有准单次特性，安全性要求高。随着现代高新技术的飞速发展，航空装备已成为军事装备系统中对技术保障依赖性最大的一个系统。

航空装备技术保障指为保持、恢复和提高航空装备技术性能，使之随时可用而采取的技术措施及其相关活动的统称。主要包括航空机务保障、工厂修理、航空军械保障和航材保障以及相关的保障装备建设、保障人员专业培训和维修改革等内容。

随着装备现代化建设过程的不断加快，尤其是高科技在军事上的应用，装备技术保障活动变得更加复杂，亟需深入地从定性、定量两方面研究其决策问题。航空装备现代化建设与军事斗争准备也迫切需要加强对航空装备技术保障的运筹分析，提升航空装备技术保障能力。

2 航空装备技术保障运筹分析的主要内容

航空装备技术保障运筹是研究航空装备技术保障问题的定性与定量分析及决策优化的理论方法，是运筹学理论方法在航空装备技术保障领域的拓展及实践应用，是为更好地解决航空装备技术保障问题，提供定量决策优化依据的一种科学实践活动。依据航空装备技术保障内涵，梳理整合航空装备装备技术保障重(难)点问题，航空装备技术保障运筹运筹分析的主要内容如下。

(1)航空装备保障特性分析。武器装备在投入使用后能否形成保障能力，本质上取决于装备系统的保障特性，既要求主装备本身具有便于保障的设计特性，又要求保障系统具有能够对主装备实施及时有效保障的特性。与保障有关的装备设计特性有可靠性、维修性、测试性等，它反映装备可保障，即需保障和易保障的程度。装备使用阶段是装备发挥实际作战效能的阶段，是检验装备系统是否满足实际作战与训练要求的最佳时机，为确保装备“优生”，并实现“优育”，必须进一步加强装备技术保障与装备综合保障工程的协调和衔接，做好使用阶段的航空装备保障特性分析工作，充分发挥为作战训练及装备系统建设提供信息支持的功能。

(2)航空装备以可靠性为中心的维修分析。装备技术保障理论是装备技术保障能力建设的先导要素，其根本目的是寻求武器装备如何达到规定的战备完好性和损伤恢复率。装备维修理论是装备技术保障理论的重要构成，其核心内容是以可靠性为中心的维修理论。以可靠性为中心的维修分析是一种以用最小的费用达到设备固有可靠性的维修原则，用以确定飞机和发动机的系统、设备和结构预防性维修要求的工作程序。加强航空装备以可靠性为中心的维修分析，是修订完善现役航空装备维护规程或预防性维修大纲(含预防性维修工作内容、维修方式或维修类型、维修间隔期和维修级别等)，进而优化维修的重要手段。

(3)航空装备技术保障预测分析。预测是根据过去的数据资料，应用现代科学方法和计算机技术，对事物未来的发展趋势作出分析和判断，以指导人们未来行动方向的一种技术，是建立在事物发展规律基础上的科学推断。在航空装备技术保障工作中存在着较多预测问题，如装备战备完好性预测、航材备件消耗预测、装备状态预测等。科学的预测分析，对于提高航空装备技术保障工作的预见性、对策针对性和科学性，进而提高航空装备战备完好性和战时利用率水平起着非常重要的作用。

(4)航空装备技术保障安排优化。任何一项航空装备技术保障工作，都涉及到保障资源合理使用和保障工作计划等保障安排问题。合理地安排使用航空装备技术保障资源，科学有效地计划和组织实施航空装备技术保障工作，可以以最短的时间、最低的资源消耗完成预定的保障任务，进而提高航空装备技术保障效益。保障安排优化主要包括资源分配优化、计划安排优化、排队问题优化和最短路问题优化等。

(5)航材(含航空军械器材)存储和装备更新。航材保障和装备更新是航空装备技术保障的重要任务之一。受多种因素影响，航材需求与供应、消耗与存储之间存在着不协调性:一是供过于求，由于航材的积压，造成航材保障经费的大幅增加和过期航材的报废;二是供不应求，航空装备完好率得不到有效保证。优化航材存储量，可以有效利用航材保障经费，提升航空装备完好率。装备更新是指用新装备替代不宜继续使用的旧装备，以满足既定装备总量和结构的要求，是保持既定装备总量和改善装备结构的重要手段。科学确定航材最佳存储策略和装备最佳更新周期，对于做好航空装备技术保障工作意义重大。

(6)航空装备技术保障辅助决策。决策分析是按照预期目标，采用科学的方法和程序，合理分析影响目标的不确定因素，找出主要矛盾，制定最优方案的过程。在航空装备技术保障工作中，决策分析是普遍存在的一种活动，航空装备保障与管理人员常需要通过决策分析，以辅助确定最优保障与管理方案。

(7)航空装备技术保障能力评估。航空装备技术保障能力评估是以提高航空装备技术保障能力为根本出发点，遵循能力建设的特点和规律，在充分获取评估信息的基础上，运用科学的评估方法，对航空装备技术保障能力进行的价值判断。做好航空装备技术保障能力阶段性评估工作，可以充分发挥评估的判断功能，为航空兵作战和各级装备保障与管理机构提供重要而有效的决策支持，为作战、保障方案的制定和优化提供重要的参考依据，进而有效促进军事斗争准备工作具体落实。

3 航空装备技术保障运筹分析方法体系

针对航空装备技术保障运筹分析的主要内容，结合优化分析中面临的现实问题，构建航空装备技术保障运筹分析方法体系如下。

(1)以小样本数据分析为核心的航空装备特性分析方法。保障特性参数估计及综合评估是航空装备特性分析的两大核心问题。

在航空装备使用阶段的保障特性参数分析中，通常通过收集受试装备在初始使用、部署使用等实际使用环境中的使用与维修保障数据进行估计;为了获得可信的结果，必须保证一定的装备数量和试用时间。由于航空新装备型号多、机群数量少，加之受费用及现场条件的限制，对于较多保障特性参数的估计，装备数量和试用时间通常得不到保证，带来了以数据分布模式识别为核心的小样本数据分析难题。比较成熟的小样本数据分布模式识别方法有:综合运用统计学原理、神经网络及支持向量机方法，结合数据分布的集中趋势、离散程度和形态特征进行分布模式智能识别分析;运用灰色系统理论，采用灰色关联度法构建随机变量分布计算模型，根据关联度大小，确定被估计随机变量的概率分布规律与常见分布的相似程度，进而确定数据分布类型。

多元数据回归分析是构建综合评估模型的常用方法之一，但其对数据量有着较为严格的要求，普通的多元数据回归分析方法一般不适用于小样本数据。由于我军航空装备仿制型号多、引进型号多、自行研制少，断型、断代现象较为突出，加上长时期数据收集手段的缺乏，航空装备保障特性综合评估同样面临着小样本数据分析难题。比较成熟的可用于航空装备保障特性综合评估的方法有:偏最小二乘回归方法(虽然对样本容量没有特殊要求，但一般样本容量应大于提取主成分个数的3倍);综合运用支持向量机、神经网络及模糊系统理论等的综合评估方法(样本容量过小时，难以得到可信的评估结论);综合运用相似系统理论及遗传算法等的综合评估方法(样本容量过小时，相似系统方法可以有效利用已有相似系统的输入过程和与之相对应的相似输出过程的完整信息，所得到的相似计算结果具有较高的可靠性)。

(2)以产品重要度分析和寿命分析为核心的航空装备有寿件及其寿命优化调整分析方法。在航空装备研制阶段，由于缺乏足够的数据支持，加之对系统和设备运用以可靠性为中心的维修分析不足，使得在航空装备技术保障工作中，存在航空装备有寿件数量偏多，寿命指标趋于保守、与日历寿命指标及机体寿命指标不匹配等问题，造成时间寿命的浪费及大量有寿件在机体翻修期内的拆修，在很大程度上影响了飞机完好率，增加了维修工作量，造成了保障经费的浪费。依据以可靠性为中心的维修理论，确定有寿件及其寿命指标调整原则;运用以可靠性为中心的维修分析方法，进行故障模式分析和逻辑决断分析，确定产品重要度;运用统计分析理论进行产品寿命分析等，可有效支持对现役航空装备有寿件及其寿命指标的优化调整分析工作。

(3)由回归预测、时间序列预测及马尔可夫预测等构成的航空装备技术保障预测分析方法。回归预测主要用于研究预测对象与影响因素之间的因果关系和影响程度，并据以预测未来影响因素变动时的结果。如采用回归预测方法，探究飞机轮胎消耗量与起落次数之间的关系，大修架数与机群飞行时间之间的关系等;当样本数据量不足，支持向量机回归预测方法具有较高的推广应用价值。时间序列是指随时间变化、具有随机性前后又有关联的一些观测数据，时间序列预测即针对已知的历史数据进行分析，从而作出较为准确的判断和预测。时间序列预测方法可广泛应用于装备战备完好性预测和航材备件消耗预测，常用时间序列预测方法有:移动平均预测，加权移动平均预测，指数平滑预测，具有季节性特点的时间序列预测(受飞行任务及驻地气候等的影响，较多类型的航材备件消耗呈现出季节性变化规律);此外，针对小样本时间序列预测问题，可采用专门研究少数据、贫信息不确定性问题的灰色系统理论，通过建立灰色数列预测模型、灰色灾变时间预测模型等进行预测。马尔可夫预测适用于分析航空装备的状态变化规律，并对机群状态(飞行使用、排故及定检，完好及故障等)进行短、中期预测。

(4)由规划论、统筹法、排序论、排队论、图论等构成的航空装备技术保障安排优化分析方法。资源分配优化主要研究如何利用现有保障资源，才能使完成的保障任务量最大;或者是针对确定的保障任务，研究如何利用保障资源，才能使完成任务所耗费的保障资源最少。解决该类问题常用的理论方法是规划论，主要包括线性规划(可用于优化分析航空装备技术保障中的生产计划、保障运输、装载、人员值班及人员分派问题等)和非线性规划(可用于优化分析保障装备配置问题等)。计划安排优化主要研究如何合理安排这些工作的进程。对于较大的航空装备技术保障工作，如机务准备、飞机定检、换装发动机、全武器挂载等，都包含有许多不同的工作，而这些工作又必须按照一定的顺序进行(并行或串行)，解决该类问题常用的理论方法是统筹法和排序论。对于故障装备等待排故、航空部附件送到部队修理厂等待校修、运输物资等待装卸等排队问题，排队论是适用的运筹学理论方法。飞机检查路线、保障车辆在机场内的行走路线、保障物资装载运输路线、保障机构选址等问题，都与寻找“图的最短路径”问题密切相关，图论是解决该类问题有效方法。

(5)由存储论、动态规划、图论等构成的航材存储和装备更新优化方法。存储论是专门研究存储问题的理论方法。针对实际存储问题建立数学模型，通过费用分析选择既能满足存储需要，又能降低存储费用的最优存储策略是存储论研究的主要问题。存储模型分为确定型和随机型两大类，供需完全可以预测的存储模型称为确定型存储模型(不允许缺货的成批供应模型、不允许缺货的分批供应模型、允许缺货的成批供应模型、允许缺货的分批供应模型等)，否则即为随机型存储模型。在装备使用过程中，一方面，装备性能下降或落后，需要进行更新;另一方面，进行更新需要更新费用，为此，应尽可能减少更新的台(次)数。可用图论和动态规划权衡两者之间的利弊关系，确定最佳更新时机。

(6)由确定型决策、不确定型决策、风险型决策、多目标决策和模糊系统理论等构成的航空装备技术保障辅助决策及保障能力评估方法。保障路线选择、故障检测定位、保障机构选址、试验论证方案确定等保障方案优选问题，可采用确定型决策、不确定型决策(等可能性准则、乐观准则、悲观准则、折衷准则及后悔值准则)、风险型决策(期望值法、决策树法、贝叶斯决策等)方法进行优化分析。保障能力评估等问题可采用主观赋权法(德尔菲法、层次分析法、重要性排序法等)、客观赋权法(均方差法、主成分分析法、熵值法等)和综合赋权法(主、客观赋权法的综合运用)确定评估指标权重，再利用模糊系统理论或加权平均法等给出评估结论。