基于再次出动流程优化的保障效能评估

（中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089）

0 引言

现代战争中武器装备的出动强度是战场上十分重要的因素，对于军用飞机而言，由于其复杂程度很高，因此对装备的保障性也有着非常高的要求[1]。为了满足军机连续高强度出动的需求，使其能够持续执行空中任务，缩短再次出动的准备时间TAT（Turnaround Time）是一项非常有必要的措施。军用飞机研制的总要求等顶层文件也对飞机再次出动准备时间提出了定量的指标要求。国内目前的第三代歼击机系列飞机在不进行挂空空导弹的情况下，在飞行试验期间平均再次出动准备时间约为26 min，然而在模拟作战状态时，需要考虑挂空空导弹、填充航炮等作业，再次出动试验指标验证依然存在问题。因此，在现有飞机平台的基础上优化再次出动准备流程，提升再次出动保障能力，进而提高飞机再次出动能力及出动架次率，成为试飞阶段保障活动急需攻克的重难点问题。

影响再次出动准备保障活动的因素有很多，包括飞行任务需求、工作项目逻辑关系、保障人员数量和技术水平、保障工作工具设备等。那么应该如何在再次出动保障活动的前后逻辑关系和多资源配置分配的多重约束条件下，基于再次出动保障活动流程优化，实现再次出动准备时间的最小化是一个重要的问题。该文以某型歼击机再次出动准备工作为对象，基于有向赋权分析DWA（Directed Weighting Analysis）明确保障流程中关键工作项目集，考虑工作逻辑关系和资源限制条件，对再次出动保障活动的关键工作项目进行重组优化，并提出了“四变量”的优化方案，为提升再次出动准备保障能力提供了方法思路。具体研究思路如图1 所示。

1 飞机再次出动准备保障活动分析及模型确定

1.1 再次出动准备工作流程分析

飞机再次出动准备保障活动是指在飞机前一次出动结束后，为了下一次能够立即出动而按照预定的准备方案进行的一系列地面保障工作。主要包括飞机外观检查作业、补充燃油作业、充填氮气氧气作业、挂装导弹作业、惯导对准作业等。以某型歼击机为例，飞机再次出动保障工作流程如图2 所示。

1.2 基于再次出动保障流程及优化的模型确定

基于现有的再次出动准备保障流程，假设保障流程共包括n 项工作，其集合记为A，具体的每项工作记为wi，其中i ∈{1，2，…，n}，即wi∈A。将上述n 项保障工作进行分类，具体方式如下。

图1 基于再次出动准备流程优化的保障效能评估思路图

1.2.1 按是否通电进行分类

将n 项工作中所有需要通电的工作集合记为B1，所有不需要通电的工作集合记为B2，则

1.2.2 按工作区域进行分类

在各项工作中，有一些工作区域是相同的，但是由于操作空间有限，这些工作不能同时开展。假设n 项工作需要分为m个工作区域进行，用C 表示在相同区域的工作集合，例如其中所有在第i 个工作区域进行的工作集合记为Ci，所有在第j 个工作区域进行的工作集合记为Cj，则

1.2.3 按工作所属专业分类

假设n 项工作共涉及p 种专业，用D 表示相同专业的工作集合，例如其中所有第i 个专业的工作集合记为Di，所有第j 个专业的工作集合记为Dj，则

图2 飞机再次出动准备保障流程图

假设T 为再次出动流程关键路线的时间，Ti1和Ti2分别表示wi工作的起始时刻和终止时刻，Tj1和Tj2分别表示wj工作的起始时刻和终止时刻，那么[Ti1，Ti2]和[Tj1，Tj2]则分别表示wi和wj的工作时间段。则流程重组的规划函数表示如下。

目标函数min T=关键路线工作时间，即完成所有保障工作的时间最小化。

约束函数则需要考虑其限制条件。首先，出于作业安全的考虑，在通电的同时不能进行加油和挂弹工作，即：

其次，空间限制。处于相同工作区域的2 项工作受操作空间的限制不能同时进行，即：

再次，人员限制。在任一时刻，各个专业同时开展工作所需要的人数不能超过该专业总的人员配置数量。假设再次出动准备中p 种专业的人员配置数量分别l1，l2，…，lp第i 个专业在整个保障活动中需要完成的Di中共有k 项工作。某一时刻该专业开展某项工作所需要的人数记为yij， 则

最后，工作固有顺序限制。如果wi为wj前一项的紧邻工作，那么必须等前一项工作完成后才能开始下一项工作，即：

另外，再次出动保障活动流程中，有些工作的先后顺序不能改变。例如，通电工作须在充填氧气完成后再进行。接通电源后方可进行航电、特设专业通电检查等。

2 再次出动保障活动实例

2.1 任务分解及工作项目持续时间

对任务工作流程进行分解，可以绘制出完成任务的网络计划图，以便得到进一步的优化方案。梳理某型歼击机再次出动准备工作包含的所有工作项目，根据工作内容相互关系以及工作区域、保障人员和专业、固定工作顺序等限制条件，确定出各项工作的紧前工作项目。然后采用三时估计法进行估算[2]，得出各工作项目的持续时间t，以有效消除不稳定因素的影响。

t=（a+4m+b） /6 （8）式中：a 为最快可能完成时间，m 为最可能完成时间，b 为最慢可能完成时间。

经保障活动现场多次数据统计，并根据公式（8）可以计算出该型飞机再次出动准备中每项工作的持续时间。整理得到该型飞机再次出动保障工作项目明细表，见表1。

表1 某型飞机再次出动准备保障工作项目明细表

2.2 基于DWA的关键工作项目集确定

基于有向赋权分析DWA 在流程图上标注时标和时间参数，其实质是对流程进行有时序的有向赋权[3]。

在有向赋权分析过程中，从起点开始，按各工作项目的顺序，连续不断地达到终点的一条通路称为线路[4]。在实际过程中，常常会有多个工作项目并行开展的情况，因此线路并不唯一。其中，完成所有工作项目所需要时间最长的线路称为关键路线，关键路线上的工作项目则称为关键工作项目。

对于关键工作项目，有

式中：I 为所有关键工作项目集合，ti表示完成关键工作项目i所需要的时间。

关键工作项目的耗时会对指标值产生最直接的影响，确定关键工作项目是工作流程优化的首要步骤。该文采取倒序的方法来确定关键工作项目。首先找到结束时间等于指标值的工作项目作为最终关键工作项目，然后在它的紧前工作项目中找出结束时间最大的，将其作为前一个关键工作项目。以此类推，将关键工作项目逐个找出，直至找出起始关键工作项目。

基于表1 的任务需求，对流程进行有向赋权可得网络计划图，如图3 所示。

在网络计划图中，圆圈里的数字表示节点序号，与表1 中第一栏（节点序号）相对应。图中的字母与表1 中工作项目标识一栏相对应，例如B 表示机械外观检查，字母下方例如“机械/18m”表示该项工作由机械专业完成，项目持续时间18 min（与表1 对应）。图3 中易找出的关键路线为I={A，B，E，M，N，O}。可知机械外观检查项目B 跟装挂空空导弹项目M 为耗时较长的关键工作项目，考虑该飞机设有单独的武器电源开关，因此将项目B 与项目M 并行操作，同时考虑人员、空间、资源及固有工序约束，可对流程进行改进，如图4 所示。

图4 中，优化后的工作流程关键路线变为I={A，D，M，N，O}。对比图3 和图4，流程优化后的再次出动准备时间比之前的再次出动准备时间缩短了15 min，根据优化后的流程开展再次出动保障活动，可以有效提升飞机的再次出动能力和出动架次率。

3 优化方案设计及验证

3.1 指标论证优化及验证

完成任务的总时间取决于其关键路线的长短，所以时间优化的核心问题是缩短关键路线的工作持续时间[5]。对于再次出动保障工作来说，具体可以从以下4 个方面考虑。1）优化维修工作流程及作业内容，减少关键工作项目的工作量。2）提升关键工作保障人员的业务技术水平和熟练度，缩短各项工作的作业时间。3）优化关键工作保障人员配置数量和工作组织方式。4）合理增加保障资源配置等。主要方法和措施论证如下。

3.1.1 基于工作项目流程和作业内容的优化

将工作项目流程设为变量，分解细化流程，降低关键工作项目持续时间。将关键路线上没有必要串行的工作项目调整为并行开展，或在某项工作间隙交叉开展其他工作。比如在军械装空空导弹的同时，其他专业进行外观通电检查，但应确保有武器电源开关设计。这一点已经在前文例举的某型飞机再次出动保障活动实例中得到了验证。

3.1.2 基于作业时间和保障人员技术水平的优化

将作业时间设为变量，通过对机务保障人员不断地进行训练强化，提高他们对再次出动准备中各项工作项目的操作熟练度，从而可以缩短关键路线中关键工作项目的持续时间。经实践验证，通过强化业务技术训练，提高保障人员的技术能力，可将机械外观检查时间缩短8 min。

3.1.3 基于人员配置的工作组织方式改进

将人员配置设为变量，在不影响装备维修安全的条件下，改进工作组织方式，充分调动各个非关键工作项目中的闲置人员和资源，提高关键工作项目中的人员利用率。并且培养技术全面的保障人员，使其“一专多能”，减少保障工作的专业限制，可按飞机不同工作区域进行人员配置，提高保障效率。例如考虑战备状态下的装弹要求，军械机组由原来的一师三员，通过人员调配变为一师四员，采取对称挂弹方式，则挂弹时间可缩短10 min。

图3 基于现有流程的再次出动有向赋权图

图4 基于流程的再次出动有向赋权图改进

3.1.4 基于保障资源配置的优化

保障资源的配置对整个飞机的出动能力有很大的影响。如果保障资源配置太少，飞机的出动准备时间就要加长，会影响飞机的出动频次。如果配置过多，不仅需要增加大量成本，也会导致资源利用率下降。因此，各个保障环节的资源配置充足、合理是保障系统高效运转的基础。例如基于排队论分析，增加配置一辆挂弹车，军械挂弹时间将缩短6 min。

3.1.5 为飞机设计更改提供依据

再次出动准备时间作为战斗机研制总要求中的一项指标，对于飞机的设计具有一定的指导性。在飞机设计阶段，考虑飞机的维修性和保障性，通过降低保障工作难度，则可以在一定程度上缩短飞机的再次出动准备时间。例如再次出动准备工作中所用到的电、气、液接口都设计成快接、快卸的形式。所有需要补充、添加以及挂装的部位都具备较好的可达性和足够的操作空间。采用机载制氧系统而不用地面液氧设备等。

3.2 再次出动保障活动优化方案设计

分析再次出动保障活动时间的影响因素，可基于人机环理论，将人员配置、保障资源配置、项目流程及作业时间均设置为变量，通过仿真分析得出最优方案，见表2。

表2 某型飞机再次出动准备保障基准及改进方案

按上述原则编制优化后的试验流程，开展某型机再次出动专项试验，优化维修保障效能，提升再次出动能力，以满足研制总要求提出的指标要求。

4 结论

该研究可应用于试飞阶段再次出动流程优化，为保障效能评估提供方法保证，为提高飞机战时持续作战能力奠定技术基础。

首先，以战斗机再次出动保障作业为具体对象，分析了飞机再次出动保障流程，基于现有流程及流程重组构建了不同的优化模型，从作业流程入手构建优化模型使其更贴近工程实际，为工程应用奠定基础。

其次，结合某型战斗机飞行阶段再次出动保障实例，基于有向赋权分析DWA 确定了关键工作项目集，基于关键项目4个影响因素（流程、作业时间、人员、保障资源）设计了“四变量”的优化方案。

最后，基于人机环理论，提出了将再次出动保障活动中的人员配置、保障资源配置、项目流程及作业时间均设置为变量，并通过仿真分析得出最优方案的思路，并基于实体试验机进行了验证，验证了优化方案的可行性，优化了维修保障效能。