战斗机维修作业体制对比权衡和分析研究

2018-08-31步兵王卓健刘帆姜子晗

航空工程进展 2018年3期

步兵，王卓健，刘帆，姜子晗

(空军工程大学航空工程学院，西安 710038)

0 引言

随着科学技术和航空装备的迅速发展，航空维修逐步突破狭隘的操作技艺范畴，进入现代科学的广阔领域，成为整个航空工业和航空兵部队战斗力的重要组成部分，在保障完成军事航空的各项任务和推进军队现代化建设中显现出越来越重要的作用[1]。航空维修等级是按照维修机构的维修职能及其所承担的维修工作而划分的等级。航空维修等级的划分是科学组织维修工作、合理配置维修资源、提高维修效益的重要条件，是确定维修作业体制、设置维修机构的重要依据。划分维修等级，主要依据是航空装备的发展水平、维修思想、维修方式、维修作业内容分类和航空兵部队的体制编制等。

维修观念的变化和技术的不断发展，使得飞机的维修保障体制也逐渐产生了一些变化。从最初的由飞机使用单位单独直接维修逐步演化为直接维修与维修基地维修相结合的二级维修体制。第二次世界大战以后，逐步建立了多级(主要有三、四级)维修体制，随着维修技术和理论的不断发展，逐渐固定为三级维修体制，即基层级、中继级和后方基地级。

美国是最早引进二级维修体制的国家，也是在研究维修体制方面走在世界前列的国家。美国从F-22战斗机的服役开始，就逐步地实现维修体制的改革换代，由传统的三级维修体制转变为二级维修体制，在维修保障模式的研究上较为成熟和可靠[2-3]。而F-22的维修保障效果也可以看出美国在二级维修上确实有成熟稳定的一套体制，二级维修体制的实施使得F-22的维修保障中间环节大幅减少，飞机转场的灵活性和机动性提高，飞机的全寿命周期费用减少。目前，我国在飞机的维修性保障方面采取的是三级维修体制，保障对象主要是现装备的飞机。三级维修体制在我国航空装备的建设中发挥了重要的作用。我国第四代战机即将服役，在对二级维修体制的研究中，以美军的经验为参考并结合我军的实际情况，探究维修体制的发展与变化。对于第四代战机，尽管是从二级维修体制提出具体保障要求，但是是否采用二级维修还需要进一步研究论证[4]。

本文运用层次分析法，构建评价基层级维修作业体制的指标体系模型，以专家打分为评判基准，得到各级指标所占的权重，最终获得对维修作业体制具有不同程度影响的因素。

1 维修作业体制的制定

1.1 作战任务对维修作业体制的影响

在作战环境下，装备能否完成要求的作战任务是先决条件，短时间内多次完成任务的能力，即飞机应具有较高的出动架次率。在维修保障过程中应重点关注其作战能力及生存力，充分发挥战机在战斗环境下的战斗力[5-6]。

在制定维修作业体制时，对战机的完好性评判环节，有助于对其故障的预先检测。由于作战任务具有时间紧张和时机关键的特点，在作战环境下对战机的检测应当采用视情维修的方法。视情维修是反映装备及其系统、机件技术的监控参数到达控制要求时的维修。维修工作的结果是装备或机件可以继续使用或重新加工后使用，也可以视情更换或报废。视情维修方式是基于一种事实进行的，即大量的故障不是瞬间发生的，故障从开始发生到发展成最后的故障状态，有一段出现异常现象的时间，而且有征兆可以查寻。因此，如果采用性能参数监控或无损检测等技术能找到跟踪故障迹象过程的办法，就可以采取措施预防故障发生或避免故障后果。对装备及其系统、机件特定参数的监控既可以是原位的，又可以是离位的；既可以规定一个适当的周期，又可以自动连续监控。视情维修的维修实际和内容的确定，取决于对维修对象技术状况检测结果所做的判断，因而其针对性和有效性强，能够较好地发挥装备及其系统、设备、机件的使用潜力，从而缩减维修保障的时间，使战机在作战环境下的战斗力得到充分发挥。

1.2 维修项目对维修作业体制的影响

在我国空军现有编制体制中，包涵现役的二代机、三代机以及初步列装的四代机。二代机、三代机和四代机在可靠性、维修性和保障性等设计特性上的不同很大程度上影响了维修作业体制的制定[7]。我国空军现役飞机多数采用三级维修，而美国空军的四代机采用二级维修，因此主要研究三级维修与两级维修保障流程的异同。

四代机在设计阶段落实了维修性、可靠性和保障性的设计理念[8]，因此呈现出一些新的技术特点：一是新材料、新技术大量使用；二是具有良好的可达性，可维修性进一步提高；三是标准化和互换性程度进一步提高；四是防差错措施进一步完善。这些新的技术特点使战机的战术技术性能得到了很大的提高，同时也对部队的维修保障工作产生了一定的影响，提出了新的要求。由于平台能力大幅加强，机载设备综合化、集成化、信息化、体系化水平显著提升，相应的维修作业体制也会发生改变。

2 构建以维修作业体制为核心的指标参数体系

2.1 构建维修作业体制评价指标

维修作业评价指标体系[9-13]是衡量维修作业体制有效性和先进性的一个重要方法。近年来，随着我国空军的迅速发展，大量新型飞机的列装，维修作业体制也在随着装备的变化而改变。因此，建立一个以维修作业体制为核心的参数指标体系，研究以维修作业体制为核心参数的指标体系，能极大地促进我国空军航空维修体制的发展，为我军维修体制的改革提供重要指导。

在以维修作业体制为核心参数的指标体系研究中，所涉及的影响因素广泛，各影响因素对维修体制能力的影响不同，所以对影响因素的权重需有一个定量的要求。而在确定权重的方法中，层次分析法是一种较为成熟和稳定的方法，因此本文采用层次分析法来对指标体系进行研究。指标体系的构建如图1所示。

图1 评价指标体系结构图Fig.1 The evaluating indicators system

2.2 确定指标体系权重

依据本文所建立的一级指标和二级指标间的关系，组织n位专家参照判断尺度表(如表1所示)和判断尺度比值矩阵进行判断，得到n份权值因子判别表。

表1 判断尺度表Table 1 The judgement scale

判断尺度比值矩阵为

基于指标两两“比较值相近性”的原则进行分组，计算出各组相应比较结果的算术平均值(若该值不小于1，则四舍五入；若该值小于1，则将其分子归一，分母四舍五入)。将所得平均值按照“1～9”尺度表，取其与算术平均值最相近的“1～9”尺度值按照以下形式构建若干组正互反判断矩阵：

通常，特征向量求法分两种情况：

情况一：矩阵A为一致阵，矩阵具有如下关系：

①aij·ajk=aik

②矩阵的秩均为1；

③矩阵任一列向量均为矩阵的特征向量；

④当n≤3时，矩阵通常为一致阵。此时，任意取一列向量，按照式(2)进行“归一化”运算处理，将通过以上步骤获得的各组矩阵特征向量集对应值进行算术平均得到最后的权重集合。

情况二：A矩阵非一致阵，由线性代数中的“和法”求取判断矩阵的特征向量，步骤如下：

第一步：将A的每一列向量归一化得

当指标数n≥3时，需要检验一致性。一致性检验方法：一致性指标为C.I，且C.I越小，则说明一致性越大。由于一致偏离可由随机因素引起，在检验判断矩阵的一致性时，将C.I与平均随机一致性指标R.I进行比较，得出检验数C.R。

(3)

(4)

由式(4)计算出C.I的数值，R.I数值由随机一致性指标RI的数值表(如表2所示)根据n数查取，利用式(3)计算出C.R的数值，通常情况下，若想通过一致性检验，则必须保证C.R检验数小于0.1。

表2 随机一致性指标RI的数值Table 2 The value of random consistency indicators

通过对多组权重特征向量取算术平均数，可以获得指标体系中各指标的权重数值，从而到达对指标体系研究的目的。

3 案例分析

3.1 仿真条件设定

根据"相似性"的原则，将专家的问卷调查划分为四组(参与调查的专家为20人)。根据以上步骤，得出四组专家对三个一级指标(出动架次率、机群任务成功率和使用可用度)两两比较的近似值。根据近似值以及式(1)分别建立4个正负判断矩阵：

分析可知，以上矩阵均为非一致阵。按照上述四个步骤计算得到以下结果：

ω1=[0.323 8,0.587 0,0.089 2]T

ω2=[0.282 8,0.643 4,0.073 8]T

ω3=[0.309 1,0.581 3,0.109 6]T

ω4=[0.289 5,0.646 3,0.0641]T

上述四个集合就是三个指标在四组专家判断的权重集合，经过算术平均计算得到专家对三个指标的权重向量为

ω=[0.301 3,0.614 5,0.084 2]T

3.2 仿真结果分析

依据所得的三个指标权重向量，得到飞机架次出动率、机群任务成功率以及使用可用度三个一级指标下的二级指标权重。

(1) 出动架次率下的二级指标的权重

计算得出出动架次率下四个二级指标(规划保障、人力与人员、供应保障和保障装备)两两比较的近似值。

同3.1节的步骤，根据得出的近似值建立判断矩阵：

第一步：确定指标权重

通过计算得到以下结果：

ω1=[0.480 0,0.120 0,0.240 0,0.160 0]T

ω2=[0.333 3,0.166 7,0.333 3,0.166 7]T

ω3=[0.428 6,0.142 6,0.214 3,0.214 3]T

ω4=[0.400 0,0.200 0,0.200 0,0.200 0]T

上述四个集合是三个指标在四组专家判断的权重集合，经过算术平均计算得到专家对三个指标的权重向量为

ω=[0.410 5,0.157 3,0.246 9,0.185 3]T

第二步：进行一致性检验

根据式(3)～式(4)，计算得C.R小于0.1，符合一致性要求。

(2) 机群任务成功率下的二级指标的权重

计算得出机群任务成功率下四个二级指标(供应保障、技术资料、设计接口、包装和运输等)两两比较的近似值。

同3.1节的步骤，根据得出的近似值建立判断矩阵：

第一步：确定指标权重

通过计算得到以下结果：

ω1=[0.345 0,0.125 0,0.125 0,0.375 0]T

ω2=[0.400 0,0.200 0,0.200 0,0.200 0]T

ω3=[0.428 6,0.142 6,0.214 3,0.214 3]T

ω4=[0.333 3,0.166 7,0.166 7,0.333 3]T

上述四个集合是三个指标在四组专家判断的权重集合，经过算术平均计算得到专家对三个指标的权重向量为

ω=[0.384 2,0.158 6,0.176 5,0.280 7]T

第二步：进行一致性检验

根据式(3)～式(4)，算得C.R小于0.1，符合一致性要求。

(3) 使用可用度下的二级指标的权重计算

计算得出使用可用度下四个二级指标(规划保障、人力与人员、供应保障、包装和运输等)两两比较的近似值。

同3.1节的步骤，根据得出的近似值建立判断矩阵：

第一步：确定指标权重

通过计算得到以下结果：

ω1=[0.161 6,0.090 9,0.181 8,0.363 6]T

ω2=[0.333 3,0.166 7,0.333 3,0.166 7]T

ω3=[0.428 6,0.142 6,0.214 3,0.214 3]T

ω4=[0.333 3,0.166 7,0.333 3,0.166 7]T

上述四个集合是三个指标在四组专家判断的权重集合，经过算术平均计算得到专家对三个指标的权重向量为

ω=[0.364 7,0.141 7,0.265 7,0.227 8]T

第二步：进行一致性检验

根据式(3)～式(4)，算得C.R小于0.1，符合一致性要求。

通过对以上的指标体系的各成分进行分析，得出以维修体制为核心影响因素的“飞机架次出动率，机群任务可靠度和使用可用度”的指标体系的权重图，如图2所示。

图2 指标体系权重图Fig.2 The weight of index system

评价维修体制的维修保障能力时，机群任务成功率是占据权重成分最高的。架次出动率在一级指标中所占权重为0.310 3，出动架次率关乎战时的实际作战能力，是评价维修体制的重要标准。在维修体制中要更加注重实现维修组织管理的便利性和有效性，提高部队的真实战斗力。在三个一级指标中，使用可用度所占的权重最低。使用可用度是一个侧重于平时训练的一个指标，以战时的评价标准，所占的权重小也是可以预见的。

在二级指标中，规划保障在各一级指标中均占具了较大的权重，说明规划保障在指标体系中的重要性。在不同的维修作业体制中，规划保障指标也存在较大的差异性，二级维修体制下，规划保障更多地是强调视情维修，而在三级维修体制中，则侧重于定时维修，由于规划保障侧重点的差异，导致了指标体系评判结果的不同。供应保障在二级指标中所占比重也比较大，同时二级和三级维修在供应保障这一评价指标上也存在较大的差异。三级维修中备件的转移较为繁杂困难，主要通过对耗损备件的维修来进行供应保障，而在二级维修中，备件转移过程环节减少，使得备件的存储率和转移时间都有很大程度的减少，从而能提高飞机的出动架次率、任务成功率和使用可用度，提高部队的战斗力。