保障装备体系构建的系统工程方法

魏兆磊 ，陈春良 ，王 磊 ，卢先波 ，程城今

（1.解放军77156部队，宁夏 吴忠 751102；2.装甲兵学院，北京 100072）

0 引言

保障装备体系指的是为满足主战装备完成一定的作战任务所需的保障需求，根据作战与装备保障的特点和规律，由功能上相互联系、性能上相互补充的具有不同保障能力的各类保障装备［1-3］，按照一定的原则综合集成的更高层次的有机系统或整体。

目前我军保障装备体系构建多是采用基于经验、基于威胁或相似型号装备类比等定性方法，缺乏成熟适用的保障装备体系构建的理论及方法的指导，缺乏系统的规划论证和统一管理，导致了保障任务需求与保障装备体系结构、功能之间的不一致［4-5］，以至于现行保障装备体系不能较好地满足基于信息系统体系作战的保障需求。

针对以上问题，借鉴面向活动需求分析思想，探索保障装备体系构建内涵，确立保障装备体系构建四维框架结构模型，并梳理保障装备体系构建研究的关键技术。

1 保障装备体系构建的内涵分析

1.1 保障装备体系构建的内涵剖析

保障装备体系构建指的是采用充分的论据与严密的科学方法，以定性与定量相结合的建模仿真技术为支撑，考虑保障系统建设目标要求、环境制约、经济和技术支撑等因素，以保障装备体系保障任务需求为驱动，按照“保障任务需求-保障能力需求-保障功能需求-结构需求-方案评价与优化”的逻辑关系，逐步得出其保障活动需求、保障能力需求、保障功能需求、保障装备品种（含战技指标）与数量需求，并对确立的方案进行评价验证与反馈［6-7］，最终确立最优化的保障装备体系方案的过程。

为了便于宏观上消除研究过程的逻辑错误，强化研究成果可追溯性、可复用性、可维护性［8-13］，借鉴控制论与系统工程理论相关观点，通过运用IDEF3建模方法，构建了保障装备体系构建的形式化描述模型，如图1所示。

保障装备体系构建形式化描述模型涉及输入、约束条件、机制、支撑、输出5类要素。

1）输入指研究过程的原始输入数据，是确定保障装备体系的各类需求来源和背景，主要涉及装备保障任务、专家经验知识等。

2）约束条件是研究过程的边界条件，主要指限制保障装备体系最优化核心目标实现的各类约束要素，包括保障环境、保障体制等。

3）过程是指研究过程的逻辑方式或分析活动过程，即由问题提出与界定逐步生成保障装备体系方案，依据保障装备体系评估结果反馈调整的过程，是得出合理保障装备体系方案的关键。

4）输出是指解决研究问题所得出的结果，即保障装备体系方案，包括保障装备品种和数量规模，该部分是展开研究的目的。

5）机制是指完成研究过程、得出研究结果的主客观要素，主要涉及相关人员、技术方法等。

2 保障装备体系构建过程的四维框架结构模型分析

由于保障装备体系构建研究是一个复杂系统工程问题，涉及作战领域、装备论证领域等，故在霍尔三维结构模型改进的基础上，从对象维、逻辑维、理论（方法）维与时间维4个角度，构建了保障装备体系构建研究过程的四维框架，以期对研究过程提供指导，如图2所示。

对象维（O）指的是问题研究的主要对象，涉及信息保障类、抢修类、抢救类、检测维修类、供应保障类共5类保障任务或保障装备；

逻辑维（L）是问题研究过程中系统分析的顺序与步骤，主要涉及到问题界定、现状分析、需求分析等共8个阶段。

理论（方法）维（M）是各研究阶段中所涉及的相关理论和技术方法，涉及到基础理论主要有系统工程学、装备保障学等，涉及到技术方法主要有多目标优化技术、建模仿真技术等。

时间维（T）是进行保障装备体系建设的各个时期，按照全寿命的观点，该维度主要涉及立项论证、方案制定、工程研制、生产部署、使用保障、退役处废6个阶段。

2.1 对象维分析

保障装备体系构建过程研究的对象是相应的保障任务、保障能力、保障功能和保障装备，对象维主要包括以下几个方面：

信息保障类研究对象是用以描述或满足保障信息的获取、传递、处理、共享以及控制需求的研究对象；

抢救类对象是用以描述或满足保障对象牵引、拖救或后送等需求的研究对象；

抢修类对象是用以描述或满足战时保障对象进行损伤评估与修复至必要功能状态需求的研究对象；

供应保障类对象是用以描述或满足弹药、油液、备品备件及能源供应保障需求的研究对象；

检测维修类对象是用以描述或满足战时技术状态检测、保养、拆装与修理及能源补给保障需求的研究对象；

其他类对象是用以描述或满足机动、保障防卫等需求的研究对象。

2.2 逻辑维分析

逻辑维是展开保障装备体系构建研究活动的具体实施步骤，是相关人员在分析实际问题时的基本思路和框架，采用工作流建模分析技术，按照其研究活动的逻辑顺序对整个流程进行分解，并运用结构化分析进行概括与抽象，生成了保障装备体系构建研究活动逻辑维实施流程，如图2所示。

2.2.1 问题的界定与描述

问题界定与描述本质是明确保障装备体系构建过程中的研究对象、相关内涵以及构建环境等要素，主要涉及以下内容：

1）研究对象指的是构建的保障装备体系适用于哪一级别的部队；

2）内涵界定指的是明确研究范围和研究内容，以防止研究过程中出现的逻辑错误，提高对研究过程的理解程度；

3）构建环境指的是构建适用于数字化机步师保障装备体系的所有约束条件，即分析战时装备保障模式、装备保障特点与要求、保障装备体系构建要求等。

2.2.2 保障装备体系构建相关研究现状分析

保障装备体系构建相关研究现状分析是分析国内外保障装备建设现状与相关技术研究情况。

2.2.3 保障装备体系保障任务需求分析

保障装备体系保障任务需求分析是对保障装备体系各类保障任务进行逐项逐步细化分解至适用的保障活动，确立层次化树状结构的任务需求体系，并进行逐项描述，对各类保障任务工作量进行预计，是进行保障能力需求和保障结构需求分析的重要依据。

具体流程为：作战任务分析——保障任务概念分析——保障对象分析——保障任务分解与描述——保障任务量预计。

2.2.4 保障装备体系保障能力需求指标生成

保障装备体系保障能力需求指标生成是依据保障任务需求分析结果，逐步生成保障装备体系能力需求指标，具体来说，就是运用系统建模方法，依据保障活动与保障能力需求指标的对应关系，明确保障活动需要哪些保障能力，并进行聚合等优化处理，得出合理的保障装备体系能力需求指标。

具体流程为：保障活动到保障能力需求指标映射分析——保障能力需求指标优化处理——保障能力需求指标聚合分析。

2.2.5 保障装备体系中保障装备品种确定

保障装备体系中保障装备品种确定是依据保障能力需求指标，经过分类与聚合处理，逐步确立保障装备品种，依据底层保障能力需求指标确立保障设备类型，综合考虑相关约束条件，进行优化配置。

具体流程为：保障能力需求指标到保障功能需求映射分析——保障功能模块分类与聚合处理——基型车的选择——保障设备配置分析。

2.2.6 保障装备体系中保障装备数量确定

保障装备体系中保障装备数量确定是依据预计的战时各项保障任务工作量和保障装备品种，运用解析建模与仿真技术手段，逐步确定各种保障装备体系保障装备数量。

具体流程为：保障任务量分析——构建解析与仿真模型——确定保障装备数量。

2.2.7 保障装备体系方案评价

保障装备体系方案评价是对确立的保障装备体系方案的可行性、有效性及适用性进行综合评判和分析，是保障装备体系构建研究的验证环节，为提高评价的客观性和合理性，采用定性评价与定量评价相结合的评价方式，最终依据综合评价结果对保障装备体系方案和构建过程进行验证和反馈调整。

具体流程为：按照“影响因素分析-参数约简-赋权-综合评价”的思路，构建保障装备体系方案质量的定性评价模型；按照“确定评价参数-确定输入-构建解析模型-优化求解”的思路，构建定量模型。

2.3 理论（方法）维分析

理论（方法）维指的是针对对象维各要素，实现相关研究活动的各类理论和方法的集合。

1）理论类主要是系统工程学、运筹学、军事装备学、装备保障学、维修工程学、装备管理学等包含的相关理论。

运筹学可用于保障装备体系构建过程中各类问题的优化，为整个研究过程提供优化模型和技术；

军事装备学可用以确定研究的军事背景，分析装备及保障装备的发展规律；

维修工程学和装备保障学可用以明确装备战场抢修的背景，提高保障任务需求、保障能力需求、保障装备体系结构需求以及定性评价指标构建等问题的准确性和合理性；

控制工程学用以指导整个研究过程的思路，优化研究流程，提高研究工作效率。

2）方法类主要有系统分析技术、保障任务分解技术、形式化描述技术、聚合与耦合技术、多约束优化技术、建模仿真技术、评估技术等。

其中，系统分析技术可用于处理问题界定与描述、保障装备体系构建相关现状和保障任务分析等问题；

保障任务分解技术可用于处理保障任务分解至适用保障活动，综合考虑保障活动功能属性和流程属性，采用系统分析方法对保障任务进行由上而下逐步分解至保障活动；

形式化描述技术可用于处理问题界定与描述以及保障活动描述等问题，综合分析IDEF3、UML和SysML等建模方法的适用性，选用IDEF 3用于对研究过程中相关问题的形式化描述；

聚合与耦合技术可用于处理保障能力需求指标生成和保障功能优化分析，以实现底层保障能力需求指标聚合得到保障能力需求，将分解后的保障功能聚合得到保障装备品种，如运用模糊聚类分析方法解决专业作业模块聚合为保障品种的问题；

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多约束优化技术可用于解决保障设备配置问题和指标优化问题，如将保障设备配置问题转化典型的任务指派问题，即在综合考虑各类约束条件下，运用遗传算法等进行优化配置；

评估技术主要用于解决保障装备体系定性评价问题和定量评价问题，对整个研究过程进行反馈，从而得出优化后的保障装备体系方案。

2.4 时间维分析

在立项论证阶段，制定保障装备研制方案明确数字化保障装备构建的需求与约束，以及保障装备的需求与战技指标等，例如：经费、研制周期、保障率和最大机动速度等；

在方案研制阶段，论证保障装备研制方案，并进行品种整合；

在工程研制阶段，运用解析建模和仿真手段，进一步明确保障装备的品种与数量；

在生产部署阶段，进一步论证保障装备的战技指标与使用要求，组织装备的生产和逐步列装部队，并对保障装备的战技指标与使用要求进行修正和改进。

在使用保障阶段，依据装备保障实际和保障装备应用情况，综合考虑经费等约束条件，优化各层级部队配备数量；

在退役处废阶段，不能满足保障任务需求的各种保障装备和不能达到必要功能状态的保障装备报废或它用。

3 保障装备体系构建研究关键技术

依据对保障装备体系构建内涵剖析和四维框架结构模型分析结果，把以下问题的解决技术作为关键技术展开研究。

3.1 保障任务分解与工作量预计技术

保障任务分解与工作量预计结果作为保障装备体系构建的原始输入，其分解结果直接影响着后续研究的准确性和合理性，故保障任务合理分解与工作量预计技术为关键技术之一。

3.2 保障能力需求指标生成技术

保障能力需求指标作为由保障任务需求到保障装备品种需求过度的中间环节，其适用性和有效性直接影响保障装备品种研究的工作量和准确性，因此，保障能力需求指标生成技术也为关键技术之一。

3.3 保障装备品种确定技术

保障装备品种与在保障装备上配置的保障设备的合理性，直接影响着保障装备体系覆盖保障需求程度或水平，因此，如何合理有效地确定保障装备品种与在保障装备上配置的保障设备是关键问题之一。

3.4 保障装备数量确定技术

保障装备数量规模的大小直接影响着战时装备保障的效能和效益，如何确定比例适当的保障装备数量规模是关键问题之一。

3.5 保障装备体系方案评价技术

保障装备体系方案评价是对确立的保障装备体系方案有效性和适用性的验证，也是对保障装备体系构建过程进行调整控制的必要措施，其结果的合理性直接影响着保障装备体系方案质量。

4 结论

保障装备体系方案的合理性和适用性很大程度上影响着部队保障装备体系建设质量和体系保障能力的形成、保持，在借鉴面向活动分析思想的技术上，对保障装备体系构建内涵进行了规范化描述，构建并系统分析了保障装备体系构建的四维框架结构，并梳理出了研究内容的关键问题，对相关研究工作可提供一定指导和参考。

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