基于C-130、KC-135和F-16机队的美空军维修网络优化与评估

陈伟 孙明

1 美空军保障系统当前面临的问题

近年来，美国空军在境外频繁参与人道主义救援、武力展示、盟国支援以及联合军事演习等多种军事活动。为了满足远程部署需求，美空军采用基于冷战思维的后勤保障结构，该结构主要支持空军全中队部署到已知的地点、开展固定的作战行动。然而，由于當前美空军的军事行动面临较强的不确定性，呈现出不断变化的特点。其中，最典型的特征是分拆部署，即将全中队拆分成更小的单元进行部署，并且部署的时间和地点未知。因此，需要授权更多的维修人员支持上述行动。由于受制于经费预算的限制，美空军无法通过增加额外的保障资金对超额的维修人员进行授权，因此提出了一种更有效的维修保障结构——集中式修理设施（CRF）网络，用以支持稳定安全状态*下的部署行动。

2.1 确定工作量并进行分配

假设美空军的所有基层级和中继级维修任务只能在作战单元（OU）和集中式修理设施（CRF）中进行。其中，在 OU中执行单元级维护，OU具备飞机启动恢复、拆卸替换等操作所需的最小且必要的维护能力；在CRF中执行飞机所需的定检以及零部件维修等相关任务。在开展CRF网络设计之前，先要确定空军机队的维修任务工作量，以及如何在OU和CRF之间进行工作量分配。

首先，根据美国防部长办公室规划指导（OSD）确定武器系统的维修工作量和武器系统要求。OSD指出，OU在资源有限时要尽可能精简，以便可以快速部署到未知区域。为了减轻OU的负担，CRF可以承担诸如检查、车间维修等繁重的维护工作，在部署区域以外的维修厂所对飞机进行检查和维修。由于每种武器系统的任务—设计—系列（Mission-Design-Series，MDS）的稳定安全状态负荷均不相同，在满足其主要作战行动要求的情况下，并非所有的MDS都必须具有相同的优先级。因此，在空军资源有限时，可以选择区分任务平台，将维修资源和能力向需求量更大的任务平台倾斜。

然后，在OU和CRF网络之间合理分配维修工作量。空军采用后勤复合模型（LCOM）确定与飞机维修相关的人力、设备、设施和备件需求。LCOM经过近60年的发展演变，已成为美国空军确定维修需求、评估维修能力、优化后勤资源组合的经济有效的分析工具。飞机的维修操作包括飞行前的飞行准备、飞行过程中的飞机故障和零部件维修，以及计划维修中的定期检修和其他机体维修等。表1以C-130为例说明如何在OU和CRF网络之间对维修能力进行划分。

从表1中可以看出，负责执行飞行维护任务的人员必须留在OU中；而零部件维修和定期检修等相关工作可以整体分配给CRF网络。但是，由于OU中也会涉及部分零部件维修的任务，因此需要在OU中保留部分维修能力。在OU和CRF网络之间进行维修任务的分配，不是简单地进行工作的转移，而是根据具体的需求进行合理的分配。表格中阴影部分的维修任务需要在OU和CRF网络之间进行分配。

2.2 CRF的数量、规模和位置布局

在确定了CRF的维修任务和工作量之后，研究人员采用混合整数规划方法，对CRF的数量、规模和位置布局进行优化设计。该方法考虑了人员费用、运输成本和设施成本，得出了C-130机队的最优解。其中，关键参数包括飞行小时数和ISO检查（Isochronal Inspection）间隔、飞机总库存量和完好率、人员费用（65000美元/人/年）、飞机转运费（5300美元/飞行小时）和设施成本（200万美元/ISO/年，摊销）。

研究人员考虑了CRF可能出现的从完全分散（即没有CRF，每个OU都可以执行所有维修任务）到完全集中（所有维修任务都在CRF中进行）的所有方案，部分方案设置如表2所示。

如图1所示，条状图从下到上分别表示：CRF维修人员成本；飞机从运行地到CRF所在地以及返回运行地的转运成本；设施成本。在某些情况下，基地现有的设施可以完成ISO检查；但有些基地的设施必须进行升级或建造，因此产生了额外的设施成本。当设置1个CRF时，最佳方案为布局在小石城基地，执行全部的ISO检查和车间维护任务，每年的总成本费用为8800万美元。如果将空军后勤中心（ALC）的基地设置成为CRF，可以促进ISO检查、阶段检查以及基地级维修过程的设计与优化。方案2将ALC的罗宾斯基地设置为CRF，该方案的人员成本保持不变；而大量的飞机由小石城基地转移到罗宾斯基地进行维护导致运输成本有所增加；由于罗宾斯基地的设施目前用于基地级维护，因此该方案的设施成本较大。与方案1相比，该方案的年成本高约1400万美元。为了降低单一CRF带来的风险，方案3和方案4设置两个CRF。由于削弱了最大规模经济效应，与方案1相比，方案3人员成本略有增加，设施成本大致相同，运输成本略有下降，总成本几乎相等。方案4的成本与方案2相当，并且由于相同的原因其设施成本也相当。从方案5可以看出，随着更多的CRF添加到维修网络中，由于最小班组规模的限制和规模经济的减弱，人力成本大幅增加。

3 CRF网络性能评估

在确定了CRF的数量、规模和位置布局后，根据LCOM的模拟结果，研究人员从维修效率和飞机使用效率两个维度对CRF维修网络进行评估。

3.1 维修效率评估

3.1.1 维修人员效率

当维修任务出现波峰时，为了保证准时完成任务，每个中队的小型CRF人员利用率必须保持在20%以下；当维修任务进行集中时，支持十个中队的CRF人员利用率可达到45%。图2描绘了ISO检查所需的标准化人员水平与CRF维修能力（即每年可进行的ISO检查次数）之间的关系曲线。可以看出，每年进行12～24次ISO检查的小型CRF所需的人力，是每年进行200次以上ISO检查的CRF所需人力的2～3倍。

对LCOM进行验证，计算结果得到的人员需求值与空军的实际数据符合程度较高。LCOM的最优解位于曲线的拐点处。由图2可以看出，小石城基地恰好位于曲线拐点附近，因此小石城基地CRF非常接近最优解。随着CRF维修能力的增大，伴随着规模经济效应的出现，大型CRF所需的标准化人员可以减少2～3人。在曲线的拐点右侧，人员需求下降幅度变缓。

由于最小班组规模效应和预留富裕度应对需求峰值等原因，规模较小且分散的维修组织的人员利用率相对较低；当维修工作量较大且相对集中时，由于规模经济的优势，可以实现较高的人员利用率。为了更加直观地显示提升CRF维修能力可以减少人员需求，图3描绘了人员直接利用率随CRF维修能力的变化关系。当CRF维修能力达到一定水平后，人员的培训、设备的完好率等因素会限制人员利用率的进一步增长。因此，大型CRF的人员利用率达到50%～55%之后，增长趋于饱和。

根据LCOM的运行结果，针对现役和空军预备役司令部（AD/AFRC）的C-130机队，图4对比了当前维修系统与CRF优化维修网络的维修人员需求。在优化网络中，弹药和喷气发动机中继级维护（JEIM）任务没有重新分配，因此人员需求没有改变；监督和支持人员的需求与当前系统大致相同。优化维修网络后，在保证有效完成飞机的启动、拆装以及更换等维护任务的前提下，OU中的维护人员减少了约4100人。从OU分配到CRF网络的定期检查和零部件维修等任务大约需要增加1600人来完成。整体上看，与当前维修系统相比，优化后的维修网络可以节省2500名维修人员。

3.1.2 维修成本效益

在确定了CRF维修网络可以节省人力的情况下，基于C-130、KC-135和F-16三种机型的MDS开展CRF网络评估，通过与当前维修系统的对比，对优化后维修网络的成本效益进行评估。

（1）C-130维修网络评估

图5显示了不同方案的C-130单元级维修和CRF维修网络的总成本对比。优化的维修网络利用更少的人员完成当前维修系统下同样的工作，从而降低了成本。与当前维修系统相比，AD/AFRC的C-130机队维修网络最佳方案的年成本减少约1.3亿美元；将此方案应用于包括国民警卫队（ANG）在内的全部机队时，与当前维修系统相比，总成本保持不变，总人数可减少约3200人（其中AD/AFRC机队减少2500人）。

（2）KC-135维修网络评估

如图6所示，KC-135机队的CRF优化维修网络评估结果与C-130类似。完成与当前维修系统相同的工作量时，AD/AFRC机队的CRF维修网络所需人员减少约1100人，年成本减少约4000万美元；包含ANG的KC-135机队时，CRF维修网络所需人员减少约2800人，年成本减少约1亿美元。

（3）F-16维修网络评估

如图7所示，与当前维修系统相比，AD/AFRC的F-16机队应用优化维修网络所需的人员减少约700人，年成本减少约4000万美元；包含ANG的F-16機队时，总人员减少约1800人，年成本减少约9000万美元。

（4）ANG机队三种机型节省人数的对比

由上文的分析可知，应用CRF维修网络后，ANG的C-130、KC-135和F-16机队节省的人数*分别为700、1700和1100。由于当前ANG的C-130机队人员部署更加接近实际需求，因此人员节省的可能性较小。其次，C-130机队由OU分配到CRF中的维修任务所需的额外人力需求相对较大。因此，ANG的C-130机队应用CRF维修网络后节省的人数少于KC-135和F-16机队节省的人数。

3.2 飞机使用效率评估

优化维修网络不仅可以提高维修效率，而且还可以提升飞机的使用效率，从而满足更多的任务需求。通过集中式维修网络整合维修工作，缩短飞机检查维护的周期，从而使更多飞机处于可执行任务状态。

利用LCOM得到ISO检查周期（即检查所需的时间）与CRF维修能力之间的关系。如图8所示，小型CRF的检查周期比大型CRF更长。此外，维修班次数量也会影响飞机的维修周期。规模较大的CRF实行两班制或三班制，从而大幅缩短了飞机的维修周期。空军特种作战司令部（AFSOC）基地CRF每年进行约75次ISO检查，每周工作七天，每天实行三班制，ISO检查周期约为12天；小石城基地每年也进行约75次ISO检查，与AFSOC不同的是第三班实行轮班。因此，小石城基地的检查周期略有延长。

如图9所示，与当前维修系统相比，CRF维修网络的ISO检查周期缩短，使得在检查过程中停飞的飞机数量显著减少，更多飞机可供部队使用。对于C-130机队，当前维修系统在ISO检查中停飞约53架飞机；优化维修网络后，AD/ AFRC机队ISO检查中停飞的飞机数量减少至34架。当包含ANG在内的全机队时，可用飞机的数量将再增加17架。由于ANG机队的ISO检查传统上采用一站式操作流程，在当前的维修结构下，ANG机队的大量飞机因ISO检查而停飞。通过对C-130全机队实施CRF维修网络，在总成本相等的情况下，可执行任务的飞机数量将大幅增加。

同时，C-130机队的ISO检查进行的部分维护操作，与在ALC进行的计划基地级维修（PDM）任务相同。但是，由于检查间隔以及其他额外费用等因素，ISO检查和PDM的流程通常不一致。如果将PDM基地和CRF网络设置在ALC的基地中，则ALC可以推进维修流程的再设计，并将二者进行同步。

4 结论

美空军通过采用CRF维修网络，有效地减少了维修人员数量，降低了维修成本，提高了维修保障效率。同时，采用CRF维修网络有利于加快飞机的检修速度，缩短维修周期，减少处于维护过程中的飞机数量，从而提升飞机的可用率。此外，CRF维修网络有助于整合中继级和基地级维修流程，有力支撑了空军的分拆部署。CRF网络设计对优化我军装备维修网络，提升维修网络效率、提高机队完好率提供了一定的参考和借鉴。

（1）维修保障结构对装备武器系统的使用能力与效率至关重要。着眼于我国周边安全环境和现代化作战样式的变化，国内装备维修保障结构也需要随之发生变化，需要对维修保障结构进行再设计，以适应新型作战模式和装备发展对更高效维修保障系统的需求。

（2）装备维修保障结构设计的关键就是根据作战需求确定武器系统维修任务量，以及任务量在不同维修单位之间的分配。在明确各级维修单位应具备的维修能力之后，根据维修任务的性质在装备使用部队和后方大修基地之间进行合理划分，避免不同单位之间出现维修任务的重复与冗余。

（3）根据当前的维修保障现状，开发适用于我军的后勤复合模型（LCOM），对装备维修保障结构进行持续设计与优化。同时，必须健全支撑模型应用的数据系统，为模型的应用提供数据支撑。对装备维修保障涉及的人事需求、费用以及相应设施的历史数据进行管理、收集和分析，评估维修网络的成本与效能。

（4）统筹规划我军维修网络规模、数量和布局方案。在对CRF维修网络设计时，统筹考虑现有的设施能力，包括军方建制大修厂、工业部门承制厂商以及民营企业的维修能力，在符合相关法律法规的基础上，将上述维修力量纳入到维修网络结构设计中。对部分有一定基础的维修设施要加以支持与改造；如果现有设施不能满足相应的维修任务需求，则考虑新建维修网络以弥补现有能力的不足。在控制额外开支的情况下，更好地满足我军作战部署需求，实现最优效费比。