航空维修保障模式仿真推演关键问题研究*

丁 刚 崔利杰 张 亮 李宗璞

（1.空军工程大学防空反导学院 西安 710051）（2.空军工程大学装备管理与无人机工程学院 西安 710051）

1 引言

航空维修保障模式，是为确保航空维修保障活动高效实施而形成的标准化的组织体系、运行机制和法规制度等的总称[1]。为了系统、客观、科学地反映航空维修保障模式改革试点运行效果，考虑仿真评估可以模拟现实动态系统，在仿真模型上进行各种试验，以评估和改善系统性能[2]，且具有实施难度小、评估时间周期短、成本低的特点，便于对维修保障模式直观复现、对比分析、优化调整，提出基于任务的旅（团）级航空维修保障模式全系统、全要素、全流程的仿真推演。本文对航空维修保障模式仿真推演涉及的关键问题进行探讨，为后续开展模式改革评估和决策奠定基础。

2 航空维修保障模式仿真推演的目标与内容

2.1 仿真推演的目标

仿真推演以航空兵旅（团）完成一定飞行训练任务为背景，构建维修保障模式业务相关仿真模型，推演航空兵旅（团）装备执行典型战训任务时驱动的维修保障业务，目标是完成维修保障能力的评估。通过开展航空装备维修体制、维修组织结构、维修作业分工、维修保障流程的分析与设计，维修保障资源配置与优化、维修保障能力与保障绩效评估等方面的科学研究，支撑机关决策、部队改革试点任务。

面向以上目标，仿真推演主要解决三个方面的问题，一是航空维修保障模式科学描述问题。从系统工程的角度，依托标准化建模语言，在构建航空维修保障模式的“结构模型+流程模型”的基础上，最终实现采用数学模型方法描述航空维修保障模式。二是航空维修保障模式预先验证评估问题。探索航空维修保障模式预先运行、预先验证、预先评估的技术手段问题。三是航空维修保障模式方案决策与优化问题。依据综合仿真评估结果数据结合试点实测数据，建立多目标决策准则与方法，实现航空维修保障模式备选方案优选。通过对模型输入参数进行敏感性分析或探索性分析，找出航空维修保障模式运行的薄弱环节，优化生成更合理的航空维修保障模式方案。

2.2 仿真推演的内容

仿真推演三个问题的解决，核心是描述维修作业分工以辅助分工优化、体现维修专业划分以辅助专业调整、刻画维修保障机制以辅助机制完善、展现维修管理体系以帮助体系重塑。例如维修作业分工对“机组放飞负责、技术保障派工”如何进行描述，专业划分对“机械、特设专业融合”如何进行体现等等。因此，仿真推演基本实体应当包括组织架构，装备任务、装备系统、保障系统、保障行为五个组成部分。仿真推演实体内容及组成如表1所示。

表1 仿真推演实体内容及组成

3 航空维修保障模式仿真推演模型构建

3.1 仿真推演概念模型

表2 仿真推演概念模型及描述内容

概念模型是为解释问题域而建立的模型，是连接需求和仿真系统的桥梁，能够解决领域专家与技术人员之间的沟通难题，具有各方面都易于理解的描述方法和表达方式，包括假设、算法、特性、关系和数据等[3～5]。针对仿真推演的目标与内容，从航空维修保障涉及的“人、机、料、法、环”全流程的实体与业务抽象提炼出五大类概念模型。组织是维修保障的实施起点，组织模型描述各级建制单位、维修组织和仓储组织等实体及其能力；任务是维修保障的效能指向，任务模型描述飞行训练任务、任务科目以及任务阶段，用来驱动装备的动用；装备是维修保障的作用对象，装备系统模型描述装备硬件组成、结构关系及不同粒度的硬件可靠性模型；保障系统模型描述维修保障仿真所需要资源及资源之间的关系，是组织的静态能力体现；保障行为模型描述实施维修保障的典型维修和供应活动。仿真推演概念模型及描述内容如表2所示。

3.2 仿真推演数据模型

数据建模是为了详细说明信息系统需求而进行的描述系统信息结构和捕获业务规则的过程，其目的是将数据转化为有效信息[6]。推演数据模型构建包括数据表模型设计和数据交互模型设计。

3.2.1 数据表模型

从航空维修保障模式概念模型出发，数据模型分为五大类，包括组织数据模型、任务数据模型、装备数据模型、保障系统模型和保障行为模型。组织数据模型表存储组织机构、组织下辖装备、人员和资源等数据，包括组织机构表、组织装备表、组织人员表、组织资源表，组织数据模型如图1所示。

任务数据模型中，日常训练任务由不同的飞行科目组成，飞行科目分解为若干飞行阶段，任务飞机按照一定的出动策略来选派。因此，任务数据模型表存储任务基本信息、组成任务的科目、组成科目的阶段和飞机出动策略等数据，包括任务数据表、科目数据表、阶段数据表和出动策略数据表等。任务数据模型如图2所示。

装备数据模型中，以任务飞机为建模对象，抽取触发维修保障装备行为的关键属性项，关联与飞机对应的专责制放飞小组和派工制的技术保障小组。飞机结构建模粒度随着仿真推演层次深入与范围扩大而不断更新。数据模型表存储飞机基本信息、构成飞机的系统、组成系统的构件和系统（构件）的保障性信息等数据，包括飞机数据表和飞机结构数据表等。装备数据模型如图3所示。

图1 组织数据模型

图2 任务数据模型

图4 保障行为数据模型

保障系统数据模型表存储保障系统的装备车间属性、车间保障设施、保障设施工位、工位配置人员、工位设备、消耗的备品备件、使用的四站装备、消耗的备品备件、放飞机组信息、技术保障组信息以及保障资料等数据，包括装备车间数据表、保障设施数据表、保障工位数据表、保障人员数据表、保障设备数据表、四站装备数据表、备品备件数据表、放飞小组表、技术保障小组表、保障资料数据表等。

保障行为数据模型中，将维修保障分为维修和供应两种行为，包括预防性维修、修复性维修和战损抢救抢修三种工作。保障行为数据模型表包括保障任务表、保障活动表和保障事件表，保障任务表存储保障任务基本信息、组成任务的保障活动以及事件。保障行为数据模型如图4所示。

3.2.2 数据关系模型

数据关系模型是一组关系模式的集合，关系模型将实体、属性和联系转换为关系模式，在转化过程中，遵循文献[7～9]提出的基本原则。在数据表模型的基础上，建立数据之间的访问关系模型，包括建立组织数据、任务数据、装备数据、保障系统数据和保障行为数据之间的交互与访问模型。

3.3 仿真推演评估指标模型

为达成仿真推演的目标，完成评估优化并提出决策建议，构建飞机维修保障模式评估指标模型尤为重要，应综合考虑作战和训练需求、维修质量安全要求，兼顾维修保障人力使用效益，系统、客观、科学地反映维修保障模式运行情况。按照仿真计算可达、战训任务牵引、保证维修质量、促进效益提升和装备状态可见的思路，参照文献[10～12]的指标构建逻辑与原则确定仿真推演评估指标模型。通过对航空兵旅（团）装备使用与保障过程的模拟，针对仿真推演输出的指标数据，对比、分析、确定敏感性指标，为评估保障能力提供支撑。仿真推演评估指标模型如图5所示。

仿真推演评估指标模型由战训保障指标、维修质量指标、维修保障指标和装备基础指标四大类构成，战训保障能力指标反映战训保障能力和保障人机比；维修质量指标反映维修责任问题和故障预防能力；维修保障指标反映维修效率、专业工作均衡性和人员利用率；装备基础指标反映装备状态和装备RMS水平。通过指标的综合分析，可以挖掘影响航空装备保障能力和保障效能的瓶颈因素并探索解决方案，优化部队装备维修保障模式。

4 航空维修保障模式仿真推演平台设计

4.1 仿真推演平台技术要求

仿真推演平台应针对航空兵旅（团）装备维修保障模式，开发维建模仿真模块、仿真推演计算模块、仿真分析评估模块、仿真可视化模块和仿真支撑管理模块。建模仿真模块，应支持仿真推演概念模型和实验模型构建，具备任务系统、组织系统、装备系统、保障系统、保障行为过程建模能力；仿真推演计算模块，应具有执行大规模仿真计算的能力，支持仿真进程控制、仿真参数调整；仿真分析评估模块，应具有保障模式评估能力，支撑指标统计和分析评估等功能；仿真可视化模块，应具备保障模式三维可视化演示能力，支撑航空装备保障业务场景建模、仿真场景监控等功能；仿真支撑管理模块，应具备维修保障模式设计能力，支撑实验设计和模式方案管理，应至少具备三个以上模式方案管理能力。

图5 仿真推演评估指标模型

4.2 仿真推演平台功能要求

仿真推演平台应借助于分布式计算机和高速网络平台，以仿真推演模型为核心，对装备维修保障模式、运行过程及运行结果进行建模、推演和分析，以评价和优化装备维修保障组织机构、人员、维修器材、设备等方面对装备保障能力的影响。根据上述仿真技术要求，推演平台功能模块至少包括保障模式建模仿真模块、保障模式仿真推演计算模块、保障模式仿真分析评估模块、保障模式仿真可视化模块和保障模式仿真支撑管理模块等。

以航空装备维修保障模式建模仿真模块为例，提供组织建模工具、装备任务建模工具、装备系统建模工具、保障系统建模工具和保障行为建模工具，应能够支持组成关系图、列表、流程图等模型要素的构建，能够灵活表达仿真实体的属性、行为、关系、交互及规则等，能够对复杂保障行为进行完整定义。

5 结语

航空维修保障模式仿真推演是维修保障模式评估优化的重要定量方法，本文首先明确了航空维修保障模式仿真推演的目标与主要内容；其次，沿着“模型-数据-指标”的思路，着重构建了航空维修保障模式仿真推演的概念模型、数据模型和评估指标模型；最后，提出了航空维修保障模式仿真推演平台的技术要求和功能要求，这些关键问题的探讨和深入分析，为后续开展航空维修保障模式改革评估与决策优化奠定了一定的基础。