船艇装备战场抢修备件运行量研究

郭 聪 冯 柯 韩赵唤 刘 彭 陈 威

（1.陆军工程大学，南京 210001；2.陆军军事交通学院，镇江 212003）

船艇装备是船艇部队战斗力的载体，装备的损伤就意味着战斗力的损失。随着高新技术的发展，船艇装备的复杂程度也越来越高，涵盖了动力系统、电力系统、液压系统和通信导航系统等多个部分，由几十个设备生产厂家研制生产的多种零部件组成。在瞬息万变的战场环境中，由于装备高强度使用和复杂多变的海况条件等因素，装备损伤不可避免。为快速恢复船艇部队的战斗能力，需要完成艰巨的抢修工作。由于作战过程中更多地采用换件维修的方法，抢修工作对备件的依赖性较大，备件消耗较平时有大幅增加，且不确定程度更大，并呈现许多不同特点和规律[1]。

国内外对战时备件保障及模型研究远远滞后于平时的保障研究。目前，在确定战时备件需求时，通常采用简单的经验比例系数法，然而这种方法已难以适应未来高技术条件下的作战保障需要[2]。因此，有必要运用科学的方法对战时备件模型进行研究和探讨。

1 战场抢修备件消耗分析

在战争条件下，船艇长时间活动于海上，由于高强度的使用和可能来自敌方的攻击，战场损伤不可避免，并且比平时正常使用时装备所受损伤更为严重、突然，危害性也更大。

1.1 战场抢修的时效性

船艇装备战场抢修包括战场损伤评估和战场修复，指在战场环境下运用应急诊断技术快速评估其损伤程度及现场可修复性，同时利用船上可以运用的资源（人、备件、工具等）、应急修理技术或创造临时性的应急方法快速修复损伤部位，使船艇及时恢复或部分恢复功能，以便完成当前的作战任务或能实施自救[1]。战场装备的抢修过程如图1所示[3]。

图1 战场抢修过程

在信息化战争条件下，精确化武器的使用可能会使船艇装备受到较高程度损伤，加之装备在严酷环境下的高强度使用，战场上装备损伤率明显提高。船艇装备战场抢修面临战损修理量大、修理项目种类广、修理任务繁重的难题，为保证船艇运输保障任务顺利完成，需要快速恢复船艇生命力，其时效性也是战场抢修的最显著特征。

1.2 战场抢修的技术要求

常用战场损伤修复技术包括切换、剪除、拆换、置换、原件修复、配置和重构等。随着现代战争保障力量的增强和保障经费的增多，结合战场抢修的紧迫性，换件维修成为船艇战场抢修的主要方法。该方法的特点是：可以保证质量、缩短了维修时间、提高了工效、机动性强以及能较好地适应船艇装备战场维修的时效性要求。

1.3 战场抢修备件消耗类型

鉴于目前船艇装备战时备件统计数据较少，现仅将装备战场损伤划分为战斗损伤和非战斗损伤两大类，两类损伤引起的备件消耗分析如下所示[1]。

1.3.1 战斗损伤

船艇装备在海战场的任何区域和时间内都有可能遭到敌方的打击，根据相关的作战统计，战斗损伤占全部损伤的比重很大。随着装备复杂程度提高，这一比例还有增加的趋势。战斗损伤后，需要更换的零部件往往不止一个，且船艇装备破环严重，修复困难。此外，战斗损伤规律与自然故障模式区别较大，两者对备件的消耗并不是单纯的线性比例关系。因此，在战斗事件中备件的消耗量需专门研究分析。

1.3.2 非战斗损伤

非战斗损伤导致备件消耗的因素有两种，即正常使用消耗和严酷使用消耗。正常使用的备件消耗由装备固有可靠性所决定，其备件消耗量可以通过该部件故障率和工作时间计算得到，需要在装备（或相似装备）平时使用时摸清规律。除此之外，船艇装备在战时很可能面临长距离、长时间、高航速的航渡任务和复杂多变的严酷使用条件，此时机械设备需在高负荷下长期运行，而且在紧张的作战过程中，不按规程操作的现象也时有发生，操作失误率会相应提升高，设备维护保养也难以正常开展，装备损坏的可能性进一步增加。因此，战时装备的严酷使用是一个普遍现象，必然导致备件的消耗量增加。在作战期间，一旦船艇离开码头开始航行，获取备件支援就非常困难。船艇装备战场抢修往往发生在航渡期间，而备件保障工作却要在离开码头前预计本次作战任务所需备件，提前携带所需备件出航。

2 战场抢修备件消耗量模型

2.1 备件品种确定

船艇装备的备件消耗量一般需要根据参战船艇种类、数量以及作战任务来预计。根据装备战场抢修的特点，其备件品种可以通过以下分析确定。

2.1.1 基本功能分析

由于战时修理并不要求将损伤装备完全恢复至功能完好状态，而是要在最短时间内恢复至战场可用或自救状态。因此，在不同的战场态势要求下，船艇装备所要保持和恢复的基本功能也是不同的。

2.1.2 确定基本功能项目和备件品种

备件的基本功能项目应从上而下进行逻辑判断，确定该对象损伤是否影响所属子系统（部件或组件等）完成基本功能，若有影响，则要继续向下分析，一直到基层级的可更换单元（或模块）。船艇装备（271登陆艇）基本功能项目分析示意图如图2所示。

图2 登陆艇部分基本功能项目分析示意图

2.2 备件消耗模型的建立

2.2.1 基本假设

为了方便建立备件消耗模型，现作出以下假设：第一，战斗损伤和非战斗损伤是彼此独立的；第二，战斗损伤事件的发生是相互独立的；第三，每台装备的每个单元有且只有一个。

根据以上分析，某单元战时备件消耗量Ni可以表示为：

式中：Nai为战斗损伤导致的备件消耗数量；Nbi为非战斗损伤导致的备件消耗数量。

2.2.2 战斗损伤导致的备件消耗数量确定

根据战斗损伤的特点，一个损伤事件可能包含一个或多个单元损伤。损伤事件和损伤单元发生的概率可用表2.1表示，其中pij表示在损伤事件j中单元i发生损伤的概率。

表1 损伤事件与单元的关系

设一船艇编队包括Q艘相同船艇，则该编队因j次战斗损伤事件中引起的备件i消耗量Nai为：

2.2.3 非战斗损伤导致的备件消耗数量确定

非战斗损伤消耗量为正常使用消耗加严酷使用消耗。根据相关研究结果，严酷使用消耗为正常消耗与比例系数k的乘积，如美国海军陆战队将k定为0.75。设某备件i在单位时间内正常使用消耗量为Nai，一次作战任务平均使用时间数为T，则：

2.2.4 备件消耗量

由上述分析可知，平均备件消耗量N—i为：

3 备件运行量优化

备件运行量指为保障船艇编队战场抢修需要，在船艇备航阶段申请、接收并随船运行的备件数量。随着船艇装备结构越来越复杂，可能损伤的备件也越来越多。因而，为减少备件保障负担，必须科学合理地规定备件的品种和数量。

由于战时备件消耗随机性较大，其消耗量与运行量与平时有很大不同。由式（4）可以看出，备件消耗由两类不同规律及特征的消耗构成：一类是战斗损伤造成的消耗，这与装备的受打击强度、抗损坏特性、受打击次数以及抢修性有关；另一类是战斗损伤的消耗，这与装备使用环境条件、使用时间长短、装备固有可靠性以及维修性有关。在计算备件运行量时，必须将这两类消耗同时考虑在内。在考虑船艇装备的战场抢修备件运行量时应明确其时间，一般以本次任务开始备航到下次能够进行备件补给的时间段为基准。

3.1 战斗损伤备件消耗概率

战时备件消耗中主要考虑战斗损伤，针对设备中的某一个单元来讲，在一次战斗造成的损伤事件中，可能损伤，也可能不损伤，即该备件可能消耗也可能不消耗。设该船艇编队在作战行动中战斗损伤导致的消耗量为X，则消耗量服从二项分布，即：

3.2 非战斗损伤备件消耗概率

除战斗损伤外，战时备件消耗还需要考虑战时的非战斗损伤消耗。将完成一次作战任务备件的使用消耗量Y看成泊松分布，则其密度函数为：

3.3 运行量S计算

若运行量为S，备件i的运行量为Si，则一次作战中不缺该备件的概率为：

从式（8）可以看出只要知道某备件在损伤事件中的损伤概率pi、装备数量Q、正常使用的备件消耗率Noi，就可以计算出该备件运行量为Si时在任务时间T内不缺备件的概率。

假设任务要求该船艇备件保障概率（不缺备件概率）为PS，则该值与某零部件的PSi存在下列关系：

由于已按基本功能项目确定备件品种，一般来说，各种备件的保障率相等，即：

则有：

PS往往可以根据任务要求确定，由式（6）可以计算出Pi，从而由式（8）可以计算出Si，则：

3.4 单船（艇）备件运行量确定

船艇编队航行时，各单船（艇）之间进行备件传送并不方便，一般在船艇备航阶段已经将该艇所需备件补充到位。在船艇上，同时运行的相同单元有时不止一个，如271型登陆艇正常航行时两台主机需喷油器、高压油管、高压油泵各12个同时工作，若相同单元i在该艇中有H个同时运行，则该艇需运行单元Si*的数量为：

对于船艇装备单船（艇）的运力（吨位）和储藏空间而言，备件的体积、质量、存储等因素可以忽略，所以在此不考虑运输能力。

3.5 备件运行量模型的应用

总结以上讨论，可以将战场抢修备件保障模型的应用程序归纳为以下内容。首先，收集信息数据。为进行准确有效的备件运行量计算，需要收集以下信息：一是平时装备的备件消耗量；二是各类损伤事件中各单元的损伤概率，其值可通过该装备或相似装备的数据获得。当缺少这些数据时可由计算机模拟、仿真分析等方法得到[4-5]。其次，分析作战任务及可能造成的损伤。该过程能够确定装备基本功能项目清单、运行备件的种类、运行时间T、该编队相同船艇数量Q、单船（艇）相同单元H以及备件保障目标。最后，根据式（6）（8）（13）确定编队和各单船（艇）运行备件数量。

4 结语

由于高技术装备在战争中的重要性日益提高，备件供应管理显得越来越重要。船艇编队在海上获取备件补给十分困难，因此要在平时收集各种备件消耗量信息，以加强备件标准管理，重视高技术装备的备件供应决策。根据以上战场抢修备件消耗的特点，在区分战斗损伤消耗和非战斗损伤消耗两类原因的基础上，建立了备件消耗量及运行量模型，该模型考虑因素全面，数据值计算结果对船艇装备战场抢修的备件保障工作具有一定的参考意义。