航空四站装备保障效能的评估研究

陶健林，吴潇洁

（1.安庆职业技术学院，安徽安庆246003；2.空军勤务学院，江苏徐州221000）

0 引言

航空四站装备是生产、供应军用飞机所需气体、电源和液压源、肼燃料等地面保障装备的总称，是航空兵飞行保障的重要装备。由于我军机种（型）多、数量大，加上飞行所需四站保障项目较多等原因，使得四站装备体系繁杂，数量众多，航空四站装备能否正常担负保障任务直接影响飞机的快速反应能力。因此，通过有效控制并提升航空四站装备的保障效能能够提高飞机的战备完好性水平。

1 评估指标的确立

装备保障效能（Weapon Support effectiveness）是指装备保障系统在运用已有的保障能力完成装备保障任务的过程中发挥出来的实际效果。影响装备保障效能的主要因素有装备的固有特性和保障系统的保障能力[1]。由于装备保障任务、维修资源、系统结构等条件不同，其评估指标也有所不同。评估指标的选取应重点从三个方面考虑：可靠性、维修性和保障性。结合四站装备的自身特性，本文选取可用性和任务成功性作为评估指标。可用性一般分为固有可用性、可达可用性和使用可用性，其对应指标分别为固有可用度、可达可用度和使用可用度。任务成功性是与任务密切相关的一项装备性能，反映了不同任务剖面对时间、场景、任务目标等不同要求下，装备遂行任务的能力取决于任务可靠性和任务维修性[2]。具体指标体系划分如表1。

表1 航空四站装备保障效能评估指标体系

航空四站装备的效能评估主要通过解析计算和仿真计算两种方式产生。其中，使用可用性和任务成功性水平由于考虑了四站装备在维修过程中的保障延误以及备件短缺等因素的影响，为了使效能评估的结果更客观、准确，需要通过建立效能仿真模型的方法进行评估。

2 航空四站装备仿真模型

根据航空四站装备的特点，装备仿真模型应能够在给定的想定和任务背景下，对不同型号装备的使用和保障过程进行描述，并能够反映维修过程和备件等保障资源的需求。

2.1 任务模型

在建模分析的过程中，仿真模型以任务按计划执行为主线进行驱动。通过分解四站装备的基本任务，可根据任务剖面、任务指派和任务关联关系建立任务模型。任务模型的结构如图1所示。

图1 任务模型结构组成

其中，任务执行剖面指定了不同任务单元中一系列任务的执行序列。以航空制氧制氮车为例，其保障任务主要包括提供氧气、氮气和液氧产品。根据制氧制氮车的任务执行过程，其任务执行剖面如图2所示。

2.2 装备构型模型

从通用构型来说，航空四站装备可以分成许多功能单元，每个功能单元又可以划分成各子单元。从维修性角度出发，可将单元划分为：LRU（现场可更换单元）、PRU（现场部分可修单元）、DU（现场报废单元）、SRU（车间可更换单元）、SPRU（车间部分可修单元）、DP（车间报废单元）、ASSY（组件）。

以航空制氧制氮车为例，图3给出了航空四站装备系统模型简单描述的示例。模型的输入为各单元的可靠性参数、维修性参数等。

图2 任务执行剖面图

图3 制氧制氮车零部件单元类型

2.3 保障资源模型

影响航空四站装备保障效能的因素有很多，其中保障资源对其影响较为突出。航空四站装备的保障资源可以分为维修资源和保障组织两类[3]。

2.3.1 保障组织模型

保障组织主要可分为：WS（维修车间），具有备件维修能力但不具有备件储存能力；DEPOT（维修场站），既具有备件维修能力，又具有备件储存能力；STORE（仓库），具有备件储存能力，但不具有备件维修能力；OP（外场），既不具有备件维修能力，又不具有备件储存能力。其中装备修理厂作为顶级支撑站点，可完成一切可修复的修复任务（图4）。

2.3.2 维修活动模型

维修模型主要分为修复性维修模型和预防性维修模型。预防性维修是系统正常运转的情况下进行的维修活动，修复性维修则是由于系统故障而产生的维修活动[4]。

1）预防性维修。预防性维修主要根据任务数量、持续时间和维修日期来设定。当以上参数达到预定值时，预防性维修启动，同时记录到下次预防性维修的任务数量、任务时间和日历时间。

图4 航空四站装备保障组织

2）修复性维修。在系统执行过程中，随机故障发生则引起预防性维修。故障率来源于装备构型分解后的子模块故障率，由各叶节点故障率生成上一级节点故障率，通过重要度因子等参数的影响，最后产生总体故障率。

2.4 模型的解析计算

航空四站装备效能评估指标中的固有可用度及可达可用度是通过解析计算产生的。下面将基于各项参数的定义以及影响因素来建立相应的效能评估方法[5]。

1）固有可用度（Ai）

其中：

MTBF—装备的平均故障间隔时间；

MTTR—装备的平均修复性维修时间。

其中：

λf—装备故障率；

n—装备包含的下一层级的单元数量；

λt—单元故障率。

λt—外场可更换单元故障率。

n—装备包含的外场可更换单元数量；

MTTRt—外场可更换单元的维修时间。

2）可达可用度（Aa）

MTBM—平均维修间隔时间；

MTTM—平均维修时间。

λe—平均修复性维修频率；

λp—平均预防性维修频率；

λf—装备故障率。

λpt—外场第i项预防性维修活动的频率；

n—装备的外场预防性维修活动数量；

MTTP—平均预防性维修时间。

MTTPt—装备外场各项预防性维修活动执行所需时间。

3 效能评估分析

3.1 仿真系统设计

仿真系统主要包括仿真模型、仿真引擎、管理软件和配套的数据库等。软件系统架构图如图5所示。仿真系统软件实现模块设计如图6所示。

图5 软件系统架构图

图6 软件功能模块图

3.2 输入仿真模型

输入收集整理的航空制氧制氮车使用、维修及保障数据，建立航空制氧制氮车的构型模型、保障组织模型及任务剖面模型，以便开展效能仿真，如图7所示。

图7 航空制氧制氮车构型模型

图8 航空制氧制氮车保障组织模型

图9 航空制氧制氮车任务剖面模型

3.3 仿真结果输出

航空制氧制氮车保障效能评估结果主要包括任务完成状态、任务成功度、装备所处状态、装备使用可用度及备件短缺情况5个方面。其中任务完成状态、任务成功度、装备所处状态及装备使用可用度的输出结果，既包括随时间变化的情况，也包括整个仿真周期内的平均值[6]。具体的仿真结果输出如图10-14所示。从图中可以看出航空制氧制氮车的使用可用度为97.03%，任务成功度为91.28%。

图10 累积任务时间完成情况

图11 装备可用度随时间变化情况

图12 装备可用度均值

图13 装备状态均值

图14 备件短缺情况

3.4 评估分析与优化

从图10中可以看出，在整个仿真周期内有6.46%的任务由于在任务周期内装备发生影响任务的故障而终止，有2.26%的任务由于无可用装备而无法开始执行。从图10中可以看出，在整个仿真周期内有2.43%的装备处于预防性维修状态而无法执行预定的任务。其中影响装备能否顺利完成任务的关键因素是装备的可靠性水平，而影响装备处于预防性维修状态而不可用的关键因素是预防性维修周期，因此对装备的可靠性水平及预防性维修周期进行调整以进行对比分析[7]。

以现有的航空制氧制氮车输入数据为基础，将其各组成单元的故障率调整为现有水平的75%，大修的预防性维修周转时间调整为现有水平的50%，其他各项输入数据不变，任务成功度及使用可用度的仿真分析对比结果如下图所示。

图15 任务成功度对比结果

图16 使用可用度对比结果

从上述对比分析结果可知，在降低装备故障率水平及大修周转时间的条件下，装备的任务成功度提升了近3%，使用可用度提升了1.17%。说明装备的可靠性及维修性水平的提升对装备的任务成功度及使用可用度有比较明显的影响。

4 结论

本文着眼航空四站装备保障能力和水平的提升，分析研究影响航空四站装备保障力生成与提高的各种因素，构建航空四站装备的效能评估体系，利用多种效能评估方法和评估模型对航空四站装备进行效能评估。评估过程中提出的优化方案和决策建议，可为航空四站装备的发展建设工作提供客观、定量的决策依据，提高我军航空四站装备的保障力和建设管理效益。