基于逐層分析法的飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件需求預(yù)測(cè)模型研究

姚武文

(空軍第一航空學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000)

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基于逐層分析法的飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件需求預(yù)測(cè)模型研究

姚武文

(空軍第一航空學(xué)院，河南 信陽(yáng) 464000)

在大量使用高技術(shù)航空裝備的條件下，搶修備件已成為保障航空兵部隊(duì)作戰(zhàn)能力和持續(xù)高強(qiáng)度出動(dòng)的一個(gè)突出問(wèn)題。研究飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件需求預(yù)測(cè)模型是提出飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件最優(yōu)保障方案的重要環(huán)節(jié)。考慮飛機(jī)戰(zhàn)損率與戰(zhàn)傷率、戰(zhàn)傷部件的易損性與搶修性、搶修備件的類(lèi)型和搶修人員的經(jīng)驗(yàn)等實(shí)際因素，建立戰(zhàn)傷飛機(jī)數(shù)量、飛機(jī)構(gòu)件戰(zhàn)傷次數(shù)和飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修所需器材的計(jì)算模型，可提高飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件需求預(yù)測(cè)的有效性，其實(shí)用性強(qiáng)，可為飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修預(yù)案制定和搶修保障提供參考和依據(jù)。

戰(zhàn)傷搶修；備件；預(yù)測(cè)；逐層分析法

戰(zhàn)傷搶修備件是指為縮短裝備搶修時(shí)間，預(yù)先儲(chǔ)存以備更換的機(jī)件和器材的統(tǒng)稱(chēng)，它是修復(fù)戰(zhàn)傷飛機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)。在大量使用高技術(shù)航空裝備的條件下，搶修備件已成為保障航空兵部隊(duì)作戰(zhàn)能力和持續(xù)高強(qiáng)度出動(dòng)的一個(gè)突出問(wèn)題。

1 研究的必要性

戰(zhàn)時(shí)搶修與平時(shí)修理的備件保障有很大差別，必須專(zhuān)門(mén)開(kāi)展研究。戰(zhàn)時(shí)備件保障屬于特殊的更換和消耗。其目的是使戰(zhàn)傷飛機(jī)及時(shí)得到修復(fù)，以保證持續(xù)作戰(zhàn)的能力。與平時(shí)備件保障相比，戰(zhàn)時(shí)備件保障具有備件的數(shù)量、品種和規(guī)格繁多，保障時(shí)間緊迫，保障環(huán)境惡劣和保障難度大等特點(diǎn)；因此，應(yīng)專(zhuān)門(mén)開(kāi)展飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件保障研究，以滿足未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的需要。

開(kāi)展戰(zhàn)傷搶修備件保障研究將產(chǎn)生巨大的軍事與經(jīng)濟(jì)效益。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，戰(zhàn)傷飛機(jī)數(shù)量大量增加。而戰(zhàn)傷飛機(jī)修復(fù)的最迅速、最有效的辦法是換件[1]。時(shí)間就是勝利，以換件修理、換件排故來(lái)保證飛機(jī)快速出動(dòng)和高強(qiáng)度出動(dòng)是爭(zhēng)取作戰(zhàn)時(shí)間的最佳辦法。現(xiàn)代空戰(zhàn)的時(shí)間雖有縮短的趨勢(shì)，但仍可能持續(xù)一個(gè)月左右。只有通過(guò)系統(tǒng)的搶修備件保障研究，提出最優(yōu)的保障方案，才能滿足戰(zhàn)爭(zhēng)中需要不斷供給備件的要求。而研究飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件需求預(yù)測(cè)模型是提出飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件最優(yōu)保障方案的重要環(huán)節(jié)。

2 研究現(xiàn)狀

在飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件保障方面，美軍有一套好的做法。美軍為各種型號(hào)的飛機(jī)配備了“戰(zhàn)備備件箱”，能保證攜帶備件箱的搶修中隊(duì)30 d的搶修使用。美軍在“沙漠盾牌”行動(dòng)中，在海灣地區(qū)安裝了一套電腦系統(tǒng)，可跟蹤、查找和確定戰(zhàn)區(qū)內(nèi)基地倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存?zhèn)浼闆r，還可通過(guò)衛(wèi)星與美國(guó)本土及西歐空軍倉(cāng)庫(kù)聯(lián)系，從而獲得備件信息，并利用戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)空運(yùn)工具快速供應(yīng)急缺件。美軍從發(fā)出申請(qǐng)到獲得急缺備件的所需時(shí)間，戰(zhàn)區(qū)內(nèi)不到1 h，從美國(guó)本土調(diào)撥，總時(shí)間也不超過(guò)24 h。美空軍95%的倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，包括查貨、找貨、取貨和裝貨等工作。當(dāng)倉(cāng)庫(kù)存貨下降到最低點(diǎn)后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)通知廠家供給。

目前，國(guó)內(nèi)的研究人員采用基于作戰(zhàn)仿真、損傷概率、模糊綜合評(píng)斷和二項(xiàng)分布等預(yù)測(cè)方法[2-3]，對(duì)飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件需求預(yù)測(cè)做了一些研究工作；但這些研究與搶修實(shí)際的聯(lián)系還不夠緊密，需要研究更加實(shí)用的飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件需求預(yù)測(cè)模型。

3 模型的建立

基于逐層分析法的飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件需求預(yù)測(cè)模型建立的思路如下：1)估算一個(gè)作戰(zhàn)單位在一定作戰(zhàn)條件下需搶修的戰(zhàn)傷飛機(jī)數(shù)量；2)根據(jù)需搶修的飛機(jī)數(shù)量、最低約定層次構(gòu)件(飛機(jī)戰(zhàn)傷后，需要并且可能更換或修復(fù)的最小構(gòu)件單元，如更換件一般可以分為前機(jī)身、后機(jī)身、左右機(jī)翼及尾翼等，而機(jī)翼又可以分為外翼、副翼和襟翼等，可修復(fù)件一般可以分為蒙皮、桁條、腹板、框、肋和導(dǎo)管等)的個(gè)數(shù)和戰(zhàn)傷發(fā)生概率，估算出某類(lèi)構(gòu)件和設(shè)備可能修復(fù)的次數(shù)；3)根據(jù)器材目錄、戰(zhàn)傷部件的要害性與搶修性以及搶修經(jīng)驗(yàn)等因素確定所需的器材。

3.1 所需搶修戰(zhàn)傷飛機(jī)數(shù)量的計(jì)算模型

3.1.1 作戰(zhàn)期間戰(zhàn)傷飛機(jī)數(shù)量計(jì)算

設(shè)A[n]是第n次作戰(zhàn)后不考慮地面損失的能參戰(zhàn)飛機(jī)總架數(shù)，當(dāng)n=0時(shí)，A[0]表示初始參戰(zhàn)飛機(jī)總數(shù)；F[n] 是第n+1次作戰(zhàn)前考慮地面損失的能參戰(zhàn)飛機(jī)總架數(shù)；p是戰(zhàn)役期間某型飛機(jī)地面損失率，F(xiàn)[n]=A[n](1-p)；q是戰(zhàn)役期間某型飛機(jī)空中損失率；y是戰(zhàn)役期間某型飛機(jī)戰(zhàn)傷率；b是戰(zhàn)役期間某型飛機(jī)戰(zhàn)斗出動(dòng)率；m是戰(zhàn)役期間某型飛機(jī)每天每架飛機(jī)戰(zhàn)斗出動(dòng)平均次數(shù)；k是24 h內(nèi)戰(zhàn)傷飛機(jī)修復(fù)率(因飛機(jī)每天平均出動(dòng)m次，故第n次出動(dòng)戰(zhàn)傷的飛機(jī)，將可能在第n+m次作戰(zhàn)之后修復(fù))；h是48 h內(nèi)戰(zhàn)傷飛機(jī)修復(fù)率(因飛機(jī)每天平均出動(dòng)m次，故第n次出動(dòng)戰(zhàn)傷的飛機(jī)，將可能在第n+2m次作戰(zhàn)之后修復(fù))；B[n]是第n次作戰(zhàn)期間戰(zhàn)傷飛機(jī)數(shù)。

第1次作戰(zhàn)結(jié)束后，不考慮地面損失能作戰(zhàn)的飛機(jī)數(shù)，則：

A[1]=A[0]-A[0]by-A[0]bq=A[0](1-by-bq)

設(shè)C=1-by-bq, 則：

A[1]=CA[0]

第2次作戰(zhàn)結(jié)束前，考慮地面損失能作戰(zhàn)飛機(jī)數(shù)，則:

F[1]=A[1](1-p)=CA[0](1-p)

第1次作戰(zhàn)的戰(zhàn)傷飛機(jī)數(shù)B[1]為：

B[1]=A[0]by

同理：

A[2]=F[1]-F[1]by-F[1]bq=

F[1](1-by-bq)=C2A[0](1-p)

F[2]=A[2](1-p)=C2A[0](1-p)2

B[2]=F[1]by

由此推出，當(dāng)n≤m時(shí)，由于還沒(méi)有戰(zhàn)傷飛機(jī)被修復(fù)，則：

A[n]=F[n-1]C=CnA[0](1-p)n-1

F[n]=A[n](1-p)

B[n]=F[n-1]by

當(dāng)m+1≤n≤2m時(shí)，由于在24 h內(nèi)能修復(fù)的飛機(jī)被修復(fù)，則：

A[n]=F[n-1]C+F[n-m-1]byk

當(dāng)n≥2m+1時(shí)，由于在24和48 h內(nèi)能修復(fù)的飛機(jī)被修復(fù)，則：

A[n]=F[n-1]C+F[n-m-1]byk+

F[n-2m-1]byh

故第n次作戰(zhàn)后，不考慮地面損失，能參戰(zhàn)飛機(jī)總架數(shù)A[n]的計(jì)算公式為：

第n+1次作戰(zhàn)前考慮地面損失能參戰(zhàn)飛機(jī)總架數(shù)，F(xiàn)[n] 的計(jì)算公式為:

F[n]=A[n](1-p)

第n次作戰(zhàn)的戰(zhàn)傷飛機(jī)數(shù)為：

B[n]=F[n-1]by

3.1.2 需一、二級(jí)搶修的戰(zhàn)傷飛機(jī)數(shù)量計(jì)算

為便于所需器材的計(jì)算，規(guī)定需48 h更換大部件修理的為二級(jí)搶修，占飛機(jī)戰(zhàn)傷數(shù)量的B%；規(guī)定需24 h搶修的為一級(jí)搶修，占飛機(jī)戰(zhàn)傷數(shù)量的A%。即：需一級(jí)搶修的飛機(jī)數(shù)=A%×飛機(jī)戰(zhàn)傷數(shù)B[n]；需二級(jí)搶修的飛機(jī)數(shù)=B%×飛機(jī)戰(zhàn)傷數(shù)B[n]。

3.2 飛機(jī)構(gòu)件戰(zhàn)傷次數(shù)的計(jì)算模型

在搶修器材需求量預(yù)測(cè)中，構(gòu)件戰(zhàn)傷次數(shù)估算是關(guān)鍵。

3.2.1 需二級(jí)搶修的構(gòu)件戰(zhàn)傷次數(shù)

部件的戰(zhàn)傷取決于部件的命中概率和命中后的毀傷概率。即：

PS=PMPT

(1)

式中，PS是構(gòu)件的戰(zhàn)傷概率；PM是部件的命中概率；PT是部件命中后的毀傷概率。

假定各結(jié)構(gòu)件發(fā)生戰(zhàn)傷的事件是相互獨(dú)立且隨機(jī)的，則構(gòu)件的暴露面積SF與飛機(jī)的暴露面積SQ的比值代表該構(gòu)件的命中概率,即:

(2)

由式1和式2得：

(3)

暴露面積是指部件的外形在來(lái)襲戰(zhàn)斗部或彈丸飛行線垂直的平面上的投影面積。暴露面積與面積之內(nèi)任意一次命中的條件毀傷概率的乘積稱(chēng)為易損面積SY，則式3可變?yōu)椋?/p>

(4)

某個(gè)構(gòu)件的戰(zhàn)傷概率還可由下式給出：

(5)式中，NS是需修戰(zhàn)傷飛機(jī)架數(shù)；M是搶修一架戰(zhàn)傷飛機(jī)需更換修理的處數(shù)；QS是某個(gè)結(jié)構(gòu)件戰(zhàn)傷次數(shù)。

由式4和式5可得需更換搶修飛機(jī)某部件戰(zhàn)傷次數(shù)的計(jì)算式：

(6)

3.2.2 需一級(jí)搶修的構(gòu)件戰(zhàn)傷次數(shù)

需一級(jí)搶修的構(gòu)件戰(zhàn)傷次數(shù)估算仍可用式6計(jì)算，但式中M為一架一級(jí)搶修飛機(jī)的平均受傷處數(shù)。

飛機(jī)上許多構(gòu)件在形狀和材質(zhì)等方面是同類(lèi)的，如蒙皮、桁條、復(fù)板、框、肋和導(dǎo)管等，為了減少工作量，可分類(lèi)進(jìn)行估算。則式6可變?yōu)椋?/p>

(7)

式中，L是某類(lèi)構(gòu)件戰(zhàn)傷的次數(shù)；G是某類(lèi)結(jié)構(gòu)件的個(gè)數(shù)。

3.3 搶修所需器材計(jì)算模型

由于飛機(jī)的零部件很多，飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修所需的備件種類(lèi)也很多。為預(yù)測(cè)估算方便，可將備件分為3類(lèi)：1)更換件，如機(jī)械附件和電氣部件等；2)修復(fù)材料，如各類(lèi)板材和型材等；3)標(biāo)準(zhǔn)件，如鉚釘、螺釘和螺栓等。

3.3.1 所需更換器材計(jì)算

從結(jié)構(gòu)修理的角度看，只有采取換件方式修復(fù)結(jié)構(gòu)件的戰(zhàn)傷，才構(gòu)成對(duì)結(jié)構(gòu)件的需求；因此，利用式6可直接求出需二級(jí)(更換)搶修戰(zhàn)傷飛機(jī)所需的器材件數(shù)。

3.3.2 所需修補(bǔ)材料計(jì)算

對(duì)于一般戰(zhàn)傷飛機(jī)通常采用修補(bǔ)方法進(jìn)行搶修，這部分飛機(jī)的修復(fù)對(duì)搶修材料構(gòu)成需求。從修復(fù)方法上看，主要有挖補(bǔ)、接補(bǔ)和局部更換等方法。不管哪種修理方法，可設(shè)修補(bǔ)1處戰(zhàn)傷所需修復(fù)材料數(shù)量為SB1，修復(fù)L處戰(zhàn)傷所需材料數(shù)量為SBK，則：

SBK=LSB1

(8)

將式7帶入式8，得：

(9)

通過(guò)式9可求出修復(fù)某一類(lèi)部件所需修復(fù)材料的總數(shù)量。

3.3.3 所需修理標(biāo)準(zhǔn)件計(jì)算

由于飛機(jī)上鉚釘、螺栓等標(biāo)準(zhǔn)件體積小、數(shù)量多、分布廣，為減少工作量，將式9變?yōu)椋?/p>

(10)

式中，SBZ是所需某類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)件的總量；SBB是搶修一架飛機(jī)需要標(biāo)準(zhǔn)件比例因子。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件需求預(yù)測(cè)問(wèn)題, 利用逐層分析法建立了其計(jì)算模型。該模型考慮了飛機(jī)戰(zhàn)損率與戰(zhàn)傷率、戰(zhàn)傷部件的易損性與搶修性、搶修備件的類(lèi)型以及搶修人員的經(jīng)驗(yàn)等實(shí)際因素，其實(shí)用性強(qiáng)，提高了飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件需求預(yù)測(cè)的有效性。

[1] 姚武文.飛機(jī)戰(zhàn)傷分析、評(píng)估與修復(fù)[M].北京：解放軍出版社出版，2006.

[2] 蔡開(kāi)龍,姚武文,孫云帆,等.飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修備件需求預(yù)測(cè)方法研究[J].電光與控制，2010，17(12)：60-62.

[3] 任博, 張恒喜, 蘇暢. 基于支持向量機(jī)的飛機(jī)備件需求預(yù)測(cè)[J].火力與指揮控制, 2005, 30(3): 78-81.

責(zé)任編輯 馬彤

Study on Spare Part Requirement Prediction Model of Aircraft Battle Damage Assessment and Repair based on Layer Analysis Method

YAO Wuwen

(The First Aeronautic Institute of Air Force, Xinyang 464000, China)

While the aviation equipment is widely used, spare repair parts have become an outstanding problem in the safeguard aviation capability and continuous high intensity. The aircraft repair spare parts are the important link in the optimal protection in the prediction model. Consider factors of the aircraft battle damage rate and rate of the wounded, the wounded parts of vulnerability and the type of repair, spare repair parts and the experience of emergency workers. Construct calculation models of the injuries of aircraft, the component number of injuries and wounds aircraft repair its practicability is strong. The models improve the effectiveness of the plane the injuries spare repair parts demand prediction, and it can provide the reference and basis for the plane to repair the wounded plan formulation.

aircraft battle damage assessment and repair, spare part, prediction, layer analysis method

V 271.4

A

姚武文(1959-)，男，教授，主要從事飛機(jī)戰(zhàn)傷搶修等方面的研究。

2016-04-06