防空裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修保障模型研究*

程 晗 陳維義 彭英武

(解放大道717號(hào)500信箱 武漢 430033)

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防空裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修保障模型研究*

程 晗 陳維義 彭英武

(解放大道717號(hào)500信箱 武漢 430033)

防空武器裝備作戰(zhàn)任務(wù)重、遭受打擊強(qiáng),給裝備保障工作提出了較高的要求。在分析了其戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下受損規(guī)律的基礎(chǔ)上,對(duì)防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修任務(wù)組織實(shí)施流程進(jìn)行了研究,并運(yùn)用ExtendSim平臺(tái)進(jìn)行了仿真,對(duì)進(jìn)一步開(kāi)展防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修組織決策的研究具有一定的幫助。

防空武器裝備; 戰(zhàn)場(chǎng)搶修; 搶修過(guò)程; ExtendSim

Class Number TP319

1 引言

戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估與修復(fù)(BDAR),是指在戰(zhàn)場(chǎng)上運(yùn)用應(yīng)急診斷與修復(fù)技術(shù),迅速地對(duì)裝備進(jìn)行評(píng)估并根據(jù)需要快速修復(fù)受損部位,是武器裝備能夠完成某項(xiàng)預(yù)定任務(wù)或?qū)嵤┳跃鹊囊幌盗谢顒?dòng)[1]。戰(zhàn)場(chǎng)搶修其特點(diǎn)在“戰(zhàn)場(chǎng)”二字,表明其工作是在戰(zhàn)場(chǎng)這個(gè)惡劣的環(huán)境下展開(kāi)的,與平時(shí)維修有很大的區(qū)別,其作用意義較平時(shí)維修更加重要,其工作緊迫性與平時(shí)維修有很大區(qū)別[2]。

信息化條件下,戰(zhàn)場(chǎng)變地更加透明,敵方空襲力量的規(guī)模、范圍、破壞力、突然性空前增大,地面防空兵力面臨著極大的威脅,其突出地位和作用成了敵方必然打擊的重點(diǎn)目標(biāo),戰(zhàn)場(chǎng)搶修面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[3～5]。因此我們有必要未雨綢繆,盡快開(kāi)展防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修資源配置決策過(guò)程的研究,為防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修決策支持系統(tǒng)的研制提供輔助力量,進(jìn)一步為開(kāi)展戰(zhàn)場(chǎng)搶修保障資源建設(shè)、戰(zhàn)場(chǎng)搶修訓(xùn)練等工作奠定基礎(chǔ)。

本文從戰(zhàn)傷評(píng)估出發(fā),基于ExtendSim仿真平臺(tái)針對(duì)防空武器裝備的戰(zhàn)場(chǎng)搶修過(guò)程進(jìn)行建模,以求為防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修決策過(guò)程提供理論方法和技術(shù)支持,為進(jìn)一步構(gòu)建防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修決策支持系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

2 戰(zhàn)場(chǎng)損傷規(guī)律

作為戰(zhàn)場(chǎng)搶修任務(wù)的來(lái)源,對(duì)于裝備戰(zhàn)時(shí)損傷情況的分析研究至關(guān)重要,合理的戰(zhàn)場(chǎng)損傷規(guī)律及受損程度預(yù)測(cè)對(duì)于開(kāi)展搶修過(guò)程具有重要意義[6]。

2.1 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下裝備損傷來(lái)源

戰(zhàn)場(chǎng)損傷是指作戰(zhàn)裝備在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下需要排除的妨礙完成預(yù)期任務(wù)的所有事件,其中包括戰(zhàn)斗損傷、隨機(jī)故障、耗損性故障、人為誤差、偶然事故等等。在各種損傷因素中,戰(zhàn)斗損傷是人們最熟悉的因素,它是指因敵方武器裝備作用而造成的裝備損傷。而除去戰(zhàn)斗損傷之外,隨機(jī)故障、人為差錯(cuò)以及耗損性故障在戰(zhàn)時(shí)也是裝備戰(zhàn)時(shí)損傷的重要來(lái)源[1]。本文結(jié)合防空武器裝備作戰(zhàn)裝備在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下作業(yè)強(qiáng)度高以及遭遇敵方打擊不可預(yù)估的特點(diǎn),主要考慮作戰(zhàn)裝備的隨機(jī)故障以及戰(zhàn)斗損傷。

2.2 裝備受損等級(jí)劃分

根據(jù)裝備受損情況,結(jié)合現(xiàn)有搶修力量的分布和能力,陸軍裝甲兵部隊(duì)將裝備戰(zhàn)損等級(jí)劃分為6個(gè)等級(jí),分別為:一級(jí)輕損、二級(jí)輕損、中損、一級(jí)重?fù)p、二級(jí)重?fù)p、報(bào)廢[6]。其搶修力量分配為:分隊(duì)修理力量修理一級(jí)輕損,伴隨修理力量修理二級(jí)輕損,支援修理力量修復(fù)中損,前方野戰(zhàn)修理所修理一級(jí)重?fù)p,后方修理基地修理二級(jí)重?fù)p[7]。但是與裝甲部隊(duì)不同的是,地面防空部隊(duì)作戰(zhàn)區(qū)域固定,更有利于保障工作的開(kāi)展。

2.3 戰(zhàn)場(chǎng)損傷等級(jí)分布

在特定的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下,裝備會(huì)發(fā)生不同等級(jí)的損傷。根據(jù)不同的損傷等級(jí),受損裝備會(huì)被分配到不同的搶修機(jī)構(gòu)[6]。搶修機(jī)構(gòu)在修理工具、資源配置和修理能力方面有著明顯的區(qū)別,本文主要以裝備搶修時(shí)間為損傷等級(jí)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),將裝備損傷等級(jí)劃分為四等:輕損、中損、重?fù)p以及報(bào)廢,其中“報(bào)廢”的比率不以時(shí)間為依據(jù),根據(jù)作戰(zhàn)類型主觀給定。其評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 防空武器裝備受損評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

裝備的戰(zhàn)場(chǎng)搶修時(shí)間服從艾拉姆咖分布[8],其分布函數(shù)為

(1)

其中t0=6.20。其分布密度曲線如圖1所示。

根據(jù)所求得的分布,可算得各級(jí)損傷的分布表2所示。

表2 各級(jí)戰(zhàn)損分布比例

圖1 受損裝備維修時(shí)間概率密度曲線

3 防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修過(guò)程分析

根據(jù)不同的任務(wù)等級(jí)對(duì)搶修力量、搶修地點(diǎn)、搶修方式等進(jìn)行合理決策,是保障過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

3.1 戰(zhàn)場(chǎng)搶修保障力量

根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)以及配備的保障裝備,戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的保障力量有很多類型,根據(jù)修理模式可分為伴隨型修理力量、支援型修理力量、巡回型修理力量、定點(diǎn)型修理力量等等;根據(jù)修理能力可分為基層級(jí)、中繼級(jí)和基地級(jí)保障力量[2]。針對(duì)防空武器裝備的特點(diǎn)[9],本文將保障力量分為三類:

1) 伴隨保障力量,其主要工作是應(yīng)急搶修,處理受損程度較輕、搶修難度較小的輕損裝備;

2) 機(jī)動(dòng)保障力量(支援保障力量),其主要工作是處理伴隨力量處理不了的程度較重、難度較大的中損裝備,另外還包括對(duì)伴隨力量無(wú)法判斷故障裝備損傷類型的部分裝備進(jìn)行準(zhǔn)確的損傷判定;

3) 定點(diǎn)保障力量,其主要工作包括處理受損程度很重,維修難度很大的重?fù)p裝備,此外還承擔(dān)了換件修理中更換下來(lái)的損壞件的修復(fù)任務(wù)。

除去以上三種保障力量外,本文還另外討論了只針對(duì)損壞部件進(jìn)行維修的修理廠,其主要任務(wù)是處理定點(diǎn)保障力量無(wú)法修復(fù)的損壞件以及對(duì)定點(diǎn)保障力量的備件倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)充的任務(wù)。

3.2 戰(zhàn)場(chǎng)搶修實(shí)施過(guò)程

戰(zhàn)場(chǎng)搶修組織流程如圖2所示。

4 基于ExtendSim的防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修過(guò)程仿真

利用ExtendSim仿真平臺(tái)模擬實(shí)現(xiàn)防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修的組織實(shí)施過(guò)程,首先,做出如下假設(shè):

1) 同一等級(jí)保障力量的保障能力相同,且都是以固定形式的維修小組開(kāi)展工作;

2) 裝備受損后即處于停機(jī)狀態(tài),修復(fù)后即處于工作狀態(tài),暫不考慮修復(fù)后的可靠性變化。

4.1 受損裝備的產(chǎn)生

受損裝備主要來(lái)源分為使用故障和戰(zhàn)斗損傷兩大類,其中使用故障主要來(lái)源于裝備的高強(qiáng)度使用,即任意部件出現(xiàn)故障便造成整個(gè)裝備的停機(jī),而停機(jī)后則不再產(chǎn)生使用故障直至裝備重新啟動(dòng)。Read模塊讀取作戰(zhàn)單元的工作狀態(tài),當(dāng)數(shù)值為1,即處于工作狀態(tài)時(shí),兩個(gè)Create模塊處于激活狀態(tài),Create模塊根據(jù)輸入的可靠性參數(shù)隨機(jī)產(chǎn)生作戰(zhàn)單元部件故障信息,通過(guò)Equation模塊使單元工作狀態(tài)變?yōu)?,即故障停機(jī)狀態(tài),之后通過(guò)Set模塊產(chǎn)生部件受損信息。

圖2 防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修組織流程

不同于使用故障,戰(zhàn)斗損傷的產(chǎn)生來(lái)源于用戶的輸入?yún)?shù)。

輸入的參數(shù)包括遭受打擊時(shí)間_Create Time,敵方戰(zhàn)斗力EP、以及作戰(zhàn)激烈程度I,而默認(rèn)我方戰(zhàn)斗力參數(shù)為1,則由此可算得雙方戰(zhàn)斗力比reo:

(2)

則可得雙方戰(zhàn)損率比為

(3)

即:

(4)

激烈程度I的定義為裝備的基準(zhǔn)戰(zhàn)損率,即為EP=1時(shí)的戰(zhàn)損率,又由文獻(xiàn)[9]可知:

ce+co≈2I

(5)

則可算得我方裝備戰(zhàn)損率為

(6)

戰(zhàn)斗損傷發(fā)生模塊如圖3所示。當(dāng)仿真時(shí)間到達(dá)用戶輸入的發(fā)生時(shí)間(_Create Time)時(shí),Create模塊產(chǎn)生戰(zhàn)斗事件,通過(guò)Equation模塊時(shí)計(jì)算作戰(zhàn)單元的戰(zhàn)損率,并將數(shù)值記錄到內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)中,同時(shí)通過(guò)Unbatch模塊向當(dāng)前陣地中的各個(gè)作戰(zhàn)單元產(chǎn)生一個(gè)戰(zhàn)損信息,戰(zhàn)損信息通過(guò)Throw模塊發(fā)往各個(gè)作戰(zhàn)單元的故障產(chǎn)生模塊的Catch模塊,通過(guò)Select Item Out模塊時(shí)Read模塊讀取戰(zhàn)損率信息并以此概率產(chǎn)生受損需求,若裝備發(fā)生戰(zhàn)損則通過(guò)Equation模塊使作戰(zhàn)單元處于停機(jī)狀態(tài),并通過(guò)Set模塊產(chǎn)生部件受損信息。

圖3 戰(zhàn)斗損傷發(fā)生模塊

4.2 裝備受損類型判斷及任務(wù)分配

在受損裝備中,很大一部分裝備可由伴隨級(jí)搶修力量直接判斷其損傷類型,但是在受損較重的裝備中仍然有一部分是其無(wú)法判斷的,此時(shí)就需要借助機(jī)動(dòng)保障力量來(lái)判斷損傷類型并對(duì)搶修任務(wù)進(jìn)行分配。

如圖4所示,產(chǎn)生的戰(zhàn)損單元經(jīng)過(guò)Select Items Out時(shí)會(huì)區(qū)分為可現(xiàn)場(chǎng)判斷和需要支援力量判斷兩部分,其中可現(xiàn)場(chǎng)判斷的戰(zhàn)損單元直接進(jìn)入Activity模塊由伴隨力量完成檢查判斷任務(wù)并經(jīng)過(guò)Set模塊賦予其損傷級(jí)別,之后再由Select Items Out模塊按其受損級(jí)別發(fā)往各個(gè)維修模塊;而需要支援力量判斷的受損單元?jiǎng)t會(huì)進(jìn)入一個(gè)等待隊(duì)列Queue同時(shí)向定點(diǎn)保障單位發(fā)出機(jī)動(dòng)力量的支援申請(qǐng),當(dāng)支援力量到達(dá)后,Batch模塊將兩者捆綁并送往Activity模塊,由支援力量對(duì)受損單元進(jìn)行判斷,之后經(jīng)由Select Items Out模塊選擇分派到機(jī)動(dòng)維修模塊或后送至定點(diǎn)保障單位。

圖4 受損類型判斷模塊

4.3 戰(zhàn)損裝備搶修的組織實(shí)施

經(jīng)過(guò)判斷的戰(zhàn)損單元會(huì)被送往相應(yīng)的搶修模塊,由相應(yīng)級(jí)別的搶修力量實(shí)施搶修保障。

輕損裝備會(huì)被送往伴隨力量搶修模塊,同時(shí)在Queue模塊中等待伴隨保障小組到達(dá)對(duì)裝備實(shí)施搶修,搶修過(guò)程中會(huì)針對(duì)裝備中部件采用換件修理或原件修理兩種搶修手段,若是采用換件修理,則需在Queue隊(duì)列模塊中等待伴隨修理備件倉(cāng)庫(kù)中的相應(yīng)備件資源到達(dá),之后經(jīng)過(guò)Batch將裝備和備件捆綁后進(jìn)入Activity模塊進(jìn)行修理,其修理時(shí)間由Equation模塊控制;修理結(jié)束后經(jīng)過(guò)Unbatch模塊產(chǎn)生完好的裝備和更換下來(lái)的受損部件,修復(fù)的裝備投入使用當(dāng)中,同時(shí)產(chǎn)生的受損件將經(jīng)由Throw Item模塊投放到定點(diǎn)保障單位的受損件維修模塊中。而采用原件修理的裝備則會(huì)直接被送往Activity模塊中實(shí)施修理,完成后直接投入使用。任務(wù)完成后,伴隨保障小組回到伴隨力量資源中等待下一次的任務(wù)。伴隨力量搶修模塊如圖5所示。

圖5 伴隨力量搶修模塊

中損裝備會(huì)被直接送往機(jī)動(dòng)力量搶修模塊,如圖6所示,其大體工作原理與伴隨力量搶修模塊類似,在此不做贅述,與之不同的地方在于,機(jī)動(dòng)力量搶修模塊的任務(wù)來(lái)源有兩個(gè),一個(gè)為直接由伴隨力量判斷的中損裝備,而另一個(gè)為機(jī)動(dòng)力量判斷出來(lái)的中損裝備。機(jī)動(dòng)力量判斷的中損裝備可直接投入搶修過(guò)程中,而伴隨力量判斷出來(lái)的中損裝備需要先在Queue隊(duì)列中申請(qǐng)并等待機(jī)動(dòng)保障小組的到達(dá),然后再投入搶修過(guò)程。

圖6 機(jī)動(dòng)力量搶修模塊

重?fù)p裝備會(huì)經(jīng)過(guò)后送送往定點(diǎn)保障單位進(jìn)行維修,其工作原理與伴隨力量搶修模塊類似,不同點(diǎn)在于經(jīng)過(guò)搶修的修復(fù)裝備需要經(jīng)過(guò)一個(gè)Transport模塊前送到作戰(zhàn)陣地。其模塊內(nèi)部如圖7所示。

圖7 定點(diǎn)保障單位搶修模塊

4.4 受損部件的修復(fù)過(guò)程

各級(jí)搶修模塊修理完成后通過(guò)Unbatch模塊都會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)受損部件信息單元,這兩個(gè)單元經(jīng)過(guò)處理后分別表示不同部件的受損件數(shù)量信息,若數(shù)值為0,則會(huì)通過(guò)下面的Catch模塊直接進(jìn)入Exit模塊處理掉;若數(shù)值為1,則會(huì)通過(guò)上面的Catch模塊進(jìn)入受損件修復(fù)路徑。進(jìn)入受損件修復(fù)路徑后,先經(jīng)過(guò)判斷,判斷出定點(diǎn)保障單位能修復(fù)和不能修復(fù)的兩類,不能修復(fù)的直接進(jìn)入軍械修理廠進(jìn)行處理,能修復(fù)的進(jìn)入Queue隊(duì)列模塊等待營(yíng)級(jí)保障小組到達(dá)并進(jìn)入Activity模塊進(jìn)修復(fù)處理,完畢后通過(guò)Unbatch模塊產(chǎn)生一個(gè)修復(fù)的備件單元和完成任務(wù)的保障小組單元,備件單元通過(guò)Select Item Out模塊分送至營(yíng)級(jí)備件倉(cāng)庫(kù),完成任務(wù)的保障小組則回到初始位置等待下一次的任務(wù)。其模塊內(nèi)部如圖8所示。

圖8 受損件修復(fù)模塊

4.5 各級(jí)保障單位庫(kù)存處理

根據(jù)實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)情況,在作戰(zhàn)陣地一般會(huì)配備維修備件車,在定點(diǎn)保障單位會(huì)設(shè)置備件倉(cāng)庫(kù)。維修備件車的備件儲(chǔ)量一般有限,當(dāng)儲(chǔ)備量低于一定數(shù)值時(shí),會(huì)向上級(jí)備件倉(cāng)庫(kù)提出備件補(bǔ)充申請(qǐng),收到申請(qǐng)后備件倉(cāng)庫(kù)向備件車補(bǔ)充維修備件;同樣,當(dāng)定點(diǎn)保障單位備件倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存低于一定數(shù)值時(shí),會(huì)向軍械修理廠提出備件申請(qǐng),之后軍械修理廠向定點(diǎn)保障單位補(bǔ)充維修備件。

維修備件車庫(kù)存模塊如圖9所示。當(dāng)庫(kù)存資源Resource Item模塊中可用庫(kù)存數(shù)值avail小于一定數(shù)值時(shí),Decision模塊激活Create模塊產(chǎn)生庫(kù)存申請(qǐng)需求,產(chǎn)生需求后上級(jí)倉(cāng)庫(kù)向Batch模塊輸送一定量的備件資源,通過(guò)Batch模塊打包并通過(guò)Transport模塊運(yùn)輸?shù)骄S修備件車中,整個(gè)備件補(bǔ)充過(guò)程就完成了。

圖9 維修備件車庫(kù)存模塊

定點(diǎn)保障單位的備件倉(cāng)庫(kù)如圖10所示。其工作原理與維修備件車庫(kù)存模塊大體相似,在此不做贅述。

圖10 定點(diǎn)保障單位備件倉(cāng)庫(kù)模塊

5 結(jié)語(yǔ)

本文從裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷規(guī)律出發(fā),結(jié)合針對(duì)防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的保障資源的分析,對(duì)防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修組織實(shí)施過(guò)程進(jìn)行研究,建立防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修組織實(shí)施過(guò)程的仿真模型。該模型具有一定的針對(duì)性,對(duì)進(jìn)一步分析防空武器裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修組織決策具有一定的幫助。

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Model Analysis of Air Defense Equipment Battlefield Damage Assessment Repair Support

CHENG Han CHEN Weiyi PENG Yingwu

(No. 500 Mailbox 717 Liberation Avenue, Wuhan 430033)

The air defense weapon equipment is facing hard blow, and assuming important combat mission. Depending on analyzing the damage low in the battlefield, the process of battlefield repair organization and implementation is researched. Finally, simulation is made based on ExtendSim, and it has some value for further research of the organization and decision work of the air defending weapon system on the ground.

air defending weapon system on the ground, battlefield repair, process of repair, ExtendSim

2014年9月1日,

2014年10月19日

程晗,男,碩士,研究方向:武器系統(tǒng)運(yùn)用與保障工程。陳維義,男,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向:武器系統(tǒng)仿真與試驗(yàn)技術(shù),武器系統(tǒng)總體與核心子系統(tǒng)設(shè)計(jì),軍用光電技術(shù)。彭英武,男,副教授,研究方向:武器系統(tǒng)仿真技術(shù),綜合保障技術(shù)。

TP319

10.3969/j.issn1672-9730.2015.03.030