基于3D打印技術的海軍艦船器材保障能力研究

欒振城

(91421部隊，山東 青島 266000)

基于3D打印技術的海軍艦船器材保障能力研究

欒振城

(91421部隊，山東 青島 266000)

海軍艦船器材的保障關系著海軍艦船裝備的戰斗力和生命力，是艦船裝備保障工作的重要組成部分。文章構建了基于3D打印技術的海軍艦船器材保障模型，運用實例仿真對模型的性能進行分析評價，驗證了應用3D打印技術的可行性。結果表明，基于3D打印技術的艦船器材攜帶量減少，供應時間減少，品種滿足率、數量滿足率大幅提高，器材保障能力得以提升。

3D打印； 艦船器材；保障能力

海軍艦船器材是維護海軍艦船所需要的設備、裝置、器械、工具、儀表及其配件等器材的總稱，是海軍艦船技術保障的重要物質基礎[1]。保障能力的高低決定后方補給能否及時為武器裝備提供相應的維修保障工作，以確保武器裝備持續的作戰能力[2]。當前我軍大中型水面艦船逐年增多，遠洋航行任務繁多，維修保障難度加大，給器材保障工作提出了更高的要求。

3D打印技術是采用材料逐漸增加的方法制造實體零件的技術。首先采集實物的三維數據或者將其設計圖紙轉化為數據，然后由打印機逐層分切，根據每層結構逐層打印。應用較多的打印材料有鈦合金、陶瓷、塑料、砂等。3D打印技術的優勢包括：①簡化了復雜零部件的制造;②生產批量的打印成本降低;③打印的生產周期短;④打印的材料無浪費。3D打印技術應用于艦船器材快速生產，輔助維修工具設計，老舊零件和工裝制造或維修等，推動艦船器材保障模式的創新發展。根據艦船部隊器材保障的籌措、儲備、配送3個主要工作環節，建立保障體系圖，如圖1所示。

圖1 戰時裝備維修器材保障體系圖

艦船器材保障需求確定，是一項比較復雜但又非常重要的工作，它的計算是建立在器材需求規律研究和裝備維修器材戰備儲備標準確定等相關計算的基礎上，它是器材需求計算的一個重要環節，也是制訂保障方案的前提和依據。它的確定，對指導裝備維修器材的戰備儲備及實施科學精確的裝備維修器材保障，有著十分重要的意義。

1 艦船器材保障模型的建立與分析

一般來說，輕損裝備在4 h以內修復的，由基層級修理組完成；中損裝備在24 h以內由維修支援組及基層級維修組共同完成，重損裝備修復時間需要24 h以上，在基地級修理所以上機構完成。在艦船搶修過程中，器材的籌措往往會大幅延長艦船修理的時間。基于對完好率要求的裝備搶修主要工作、搶修方法和器材保障的要求，當前遵循的艦船器材維修保障快速維修模式。

在維修人員、技術資料確定的前提下，艦船搶修能力主要取決于與損傷裝備相適應的維修方法和充足的器材保障。艦艇部隊一般擔負近海防御、封鎖海道、遠洋戰備訓練及護航任務等，遠離保障基地且支援較慢，一旦出現部分功能損毀，就要迅速恢復其戰斗力，及時補充器材維修。因此，器材保障效率高低也是完成任務的關鍵。

基于3D打印技術的艦船器材搶修模式，既是對艦船維修層次的提升，也是對器材保障的優化，極大地提升了艦船器材保障能力。根據維修方法和器材保障的變化，建立搶修圖，如圖2所示。

圖2 基于3D打印技術的艦船器材搶修圖

通過圖2可知，維修方法的改變豐富了裝備搶修的手段；器材供應方面雖然模式沒有改變，但在攜帶基數、籌措方式及裝載等方面極大地節約了資源，全面提升了艦船保障能力。同時，隨著3D打印技術和數字化快速成像成型技術的不斷發展和提高，可以預見其作為重要維修方法并輔以其它補充方法為主的器材保障是發展趨勢。

2 3D打印對艦船器材保障影響

3D打印技術的引入，對戰時裝備維修器材保障起到了積極的促進作用，尤其在器材供應方面影響更大，具體為供應時間、品種滿足率和數量滿足率。下面以某編隊接到執行出海任務過程中，某型艦船機電系統器材保障為例，對2種模式下的器材保障資源進行估算。

2.1 傳統模式下的器材供應能力估算

1)維修器材基數。某型艦船機電系統維修器材的基數如表1所示，攜帶維修器材基數明細(部分)如表2所示，其中攜帶維修器材共135種402件。

表1 某型艦船機電系統維修器材基數

表2 某型艦船機電系統一個基數維修器材(部分1)

2)戰備儲備基數。某型艦船機電系統維修器材戰備儲備基數如表3所示，一個基數儲備器材共計1 315種3 125件，部分器材如表4所示。

表3 某型艦船機電系統維修器材戰備儲備表

表4 某型艦船機電系統一個基數維修器材(部分2)

3)器材供應能力估算。

(1)供應時間Ts。

(1)

式中：TL為器材裝卸時間；TD為器材分發時間；TR為請求調撥時間；S為距基地距離；v為運輸車平均時速。

以艦船機電系統某部件故障為例，需送基地級修理廠，S=30km，TD=0.5 小時/次，TL=1 小時/次，v=50km/h，TR=2 小時/次。經計算知，Ts=4.1h。

(2)品種滿足率R1。該型艦船機電系統維修器材在此次戰役的品種滿足率R1為：

(2)

式中：CC為攜帶品種；CR為儲備品種。

(3)數量滿足率N1。該型機電系統維修器材在此次戰役的數量滿足率N1為：

(3)

式中：NC為攜帶數量;NR為儲備數量。

2.2 3D打印模式下的器材供應能力估算

1)3D打印模式下的器材供應能力估算。利用3D打印技術可實現對艦船維修器材進行打印，根據3D打印機的性能、材料及其他要求，可對某型艦船機電系統攜帶一個基數的維修器材中的部分器材進行打印，共計35種244件，可打印器材如表5所示。

表5 某型艦船機電系統可3D打印的攜行維修器材

2)基于3D打印的儲備維修器材數量。對于某型艦船機電系統維修器材中未能例入攜行基數的785種1760件器材，3D打印可實現266種870件維修器材的打印，可打印器材如表6所示。

表6 某型艦船機電系統可3D打印的未攜行維修器材

3)基于3D打印的維修器材保障能力估算。

(1)供應時間。根據傳統維修器材保障方式可知，供應時間為4.1 h。器材平均每件打印時間1 h，可打印維修器材數量占維修器材攜行量的0.338 9，由此可知平均供應時間約為2.341 5 h。

(2)品種滿足率R2。3D打印技術的應用可減少35種244件的攜行器材量，除攜行維修器材外，3D打印機可打印未攜行維修器材266種870件，采用3D打印技術后的該裝備維修器材在此次戰役的品種滿足率R2為:

(4)

式中：C3為3D打印未攜帶品種,C3=429。

(3)數量滿足率N2。采用3D打印技術后該型艦船機電系統維修器材在此次戰役的數量滿足率N2為：

(5)

式中：N3為3D打印未攜帶數量,N3=870。

3 結束語

通過對維修器材的供應能力計算，可以得出傳統及3D模式下重要指標的對比數值，如表7所示。

表7 傳統及3D模式下重要指標對比數值

綜上所述，可得到以下結論。

1)基于3D打印的維修器材攜帶量明顯減少。

2)基于3D打印的維修器材供應時間減少，縮短了艦船恢復戰斗力時間。

3)品種滿足率、數量滿足率大幅提高，艦船保障能力得以提升。

[1] 謝皓宇，何為.基于AHP的艦船器材配送中心保障能力方法分析[J].中國修船，2013，26(3):48-50.

[2] 段書貴.未來作戰需要高效能的裝備保障[J].領導科學，2002(20):42-43.

Facilities and material support is of great importance to fighting capacity and vitality of Navy vessels' equipments,which makes the important composition for warship equipment support.In this paper,a warship facility-material model is structured based on 3D printing technology,whith the performance analyzed and evaluated on the simulated example,which proves feasible of 3D printing technology.The result shows that the reduction of carrying amount and supply time,the raise of variety satisfaction rate and amount satisfaction rate for warship facility-material support are promoted greatly.

3D printing;warship's facility-material;support capability

欒振城(1978-)，男，山東煙臺人，工程師，大學本科，主要從事艦船器材保管工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.05.014

2016-05-17