裝備的作戰完整性控制原理

何宇廷

(空軍工程大學航空工程學院， 西安, 710038)

用戶對裝備或產品的質量要求就是要在服役使用過程中性能穩定、經久耐用。在以往的工作中人們用可靠性、維修性、保障性、安全性、測試性等來表征裝備在服役使用過程中的通用質量特性[1]。但是，這些通用質量特性參數都是從某一個側面去反映裝備在某個方面的特性，而且彼此之間的關系也沒有很好地進行關聯。文獻[2]提出用裝備的作戰完整性來表征裝備的綜合質量特性(對于產品可稱為使用完整性)，是裝備通用質量特性的綜合反映。

本文在文獻[3～5]的基礎上，對裝備的作戰完整性控制開展了進一步探討。文獻[3]提出了飛機結構完整性的控制，就是在飛機的設計/制造和服役/使用過程中為達到既定完整性目標(耐久性、保障性、安全性和結構能力)而開展的一系列活動過程，其本質就是對飛機結構完整性的調整控制過程。因此，可以類似地給出裝備作戰完整性控制的基本概念：裝備的作戰完整性控制，就是人們在裝備的設計制造和作戰使用過程中為達到既定的作戰完整性目標(一定的耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性或者一定的裝備完好率)而開展的一系列活動過程，其本質就是對裝備作戰完整性的調整控制過程。

在裝備投入使用之前，使用先進的設計技術可以為裝備的作戰完整性奠定良好的基礎，使其具備“優秀基因”，裝備的作戰完整性主要是設計出來的，是通過合理的設計賦予了裝備的作戰完整性；使用先進的制造加工技術可以提高裝備的質量品質，鍛造其“強健體格”，因此說裝備的作戰完整性也是制造出來的，是通過制造加工固化到裝備上的。對于已交付使用的裝備，其基本質量品質可以認為是一定的。但是，服役環境、作訓條件、裝備負荷強度和維修保障能力等對裝備的作戰完整性具有重大的影響，可以說裝備的作戰完整性更是使用出來的，是在作戰使用過程中得以保持的，并通過作戰使用而體現出來的。因此，通過一系列的控制手段可以實現裝備作戰完整性的最大化。

1 裝備作戰完整性控制的基本目標

裝備的作戰完整度模型可以簡單表達為[2]：

Io=UASCSuRc

(1)

根據式(1)反映出的裝備作戰完整性存在“短板效應”。式中的各項參數只要其中一項很差，那么裝備的作戰完整性就會受到很大的影響，便會導致裝備的作戰完整性差。同時，這也反映出，在資源一定的條件下(如經費、設計水平、保障能力等)，可以通過合理的資源調控，使裝備的完好度、可用度、安全度、存活率、生存率和修復度指標相互協調，從而使裝備的作戰完整度達到最高。

由此可以看出，裝備作戰完整性的控制目標就是在裝備的設計制造和作戰使用過程中，對裝備耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性等方面的特性進行綜合調制，使裝備的完好度、可用度、安全度、存活率、生存率和修復度等指標相互協調匹配，從而使裝備的作戰完整性達到最優，裝備的作戰完整度Io達到最高值。

需要說明的是，裝備的作戰完整性控制就是對裝備的綜合質量特性進行控制，也就是對裝備耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性等各個側面的質量特性要求的綜合權衡過程。實際上，裝備各個側面的質量特性所要求的工作內容往往是不一致的，甚至是互相矛盾的。例如，從耐久性的要求出發，往往希望將裝備進行一體化或者整體化設計，這樣可以使裝備在平時的使用過程中故障少，可靠性高，并且經久耐用，經濟性好；但是，從修復性的要求出發，往往希望將裝備進行模塊化設計，這樣可以使裝備在戰時的使用過程中受到戰傷時便于快速修復。為了使裝備的作戰完整性這個綜合質量特性最優，就必須要綜合權衡，反復迭代。

2 裝備作戰完整性控制的基本模式

2.1 裝備作戰完整性的開環控制

在裝備的作戰使用過程中，由于各種因素，裝備的作戰完整性不免會出現下降。根據裝備作戰完整性的特點，在裝備的設計制造和服役使用過程中，可以采取一系列的耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性增長措施，以增長裝備的耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性，從而實現裝備作戰完整性的保持或增長，如圖1所示。

圖1 各項控制措施對裝備作戰完整度的影響

耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性增長措施均對應有多種方法，即可以通過多種途徑實現增長。以安全性增長為例，至少可以通過以下幾個方面實現：①提高飛機的可靠性；②引入健康監控技術；③提高航空維修水平；④增加檢查次數；⑤加大修理深度；⑥加強安全性制度建設；⑦建設安全文化等等。

2.2 裝備作戰完整性的協調控制

在上述實現安全性增長的途徑中，加大修理深度能實現安全性和耐久性的增長；提高裝備維修水平可實現安全性和保障性的增長；引入健康監控技術在實現安全性增長的同時會制約保障性的增長。可以看出，上述安全性增長措施不僅實現了安全性增長，也對耐久性和保障性產生了影響。同理，耐久性、保障性、安全性和裝備能力的增長措施均會對其他特性的增長產生或多或少的積極的或消極的影響。

因此，以單獨增長耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性出發，采取耐久性、保障性、安全性、結構能力、生存力和修復性的增長措施，不一定能夠實現所期望的裝備作戰完整性的增長。要實現裝備作戰完整性的增長，必須以裝備作戰完整度最大化為目標，協調實施耐久性、保障性、安全性、結構能力、生存力和修復性的增長。對于多種耐久性、保障性、安全性、結構能力、生存力和修復性增長措施，將其組合可以形成多種裝備作戰完整性控制方案，每種方案對裝備作戰完整度各個參數有不同的影響，從而對裝備作戰完整度產生不同的影響，應根據式(1)對每種方案的裝備作戰完整度進行計算，以裝備作戰完整度最大化為目標，完成對裝備作戰完整性控制方案的優選，見圖2。

圖2 控制方案對裝備作戰完整度的影響示意圖

2.3 裝備作戰完整性的權衡控制

根據裝備作戰完整度的概念，通過限制使用，可以改善任務條件，或者降低裝備完成任務能力的要求，從而使裝備作戰完整度得到提高。但是，在以裝備作戰完整度最大化為目標實施結構完整性控制時，在非必要的情況下，不能以大幅損害裝備作戰效能和經濟性為代價。例如，對于裝備的結構平臺，在設計時增大安全系數、大幅加強防護體系，可以提高結構完整性，但同時增大了結構質量系數，降低了結構效能，故不應推薦。因此，要在結構效能和經濟性不大幅下降的前提下，以結構完整度最大化為目標，實施結構完整性綜合權衡控制。

3 裝備作戰完整性控制的基本內涵

裝備作戰完整性是裝備綜合質量特性，裝備的作戰完整性控制就是對裝備的質量特性進行綜合控制。其基本內涵或者基本任務包括裝備的作戰完整性建立、評估、驗證、維持、恢復與增長等，見圖3。

圖3 裝備作戰完整性控制的基本內涵

3.1 裝備作戰完整性建立

裝備的作戰完整性是通過裝備的設計、制造來建立的。設計制造完成并調試合格的裝備，其綜合質量特性已經確定。制造工藝流程也是設計好的，只要按設計要求進行加工制造，就能保證裝備的制造質量。裝備的作戰完整性主要是由裝備的耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性等確定。因此，裝備的作戰完整性設計也就是針對裝備的耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性等進行的綜合設計，主要包括：①針對裝備的耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性等進行單項設計，給出相應的設計方案；②依據作戰完整性的整體要求再對裝備的耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性等進行協調設計；③在需要的時候還要對裝備的耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性等進行迭代設計，以達到設計要求。由于要達到裝備的單項通用質量特性參數要求，有時需要不同的設計方法手段甚至是相反的設計方法手段，所以協調設計變得不可避免。如針對裝備的結構而言，耐久性設計往往需要對結構采取整體結構設計方法，但結構的修復性設計則要求采用模塊化結構設計方法；結構的安全性設計與結構的有效承載能力要求往往也不一致。設計工作需要反復迭代、綜合權衡，才能最終達到裝備的作戰完整性最優的設計結果。

3.2 裝備作戰完整性評估

裝備的作戰完整性評估首先是進行裝備的耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性評估。然后依據裝備的作戰完整性模型對裝備的作戰完整性進行評估(裝備的耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性等評估模型在文獻[2]中已詳細介紹，裝備的作戰完整性的度量模型可用式(1)的完整度表達式進行表征分析，或者用裝備的完好率來表征分析，具體可參見文獻[2])。裝備作戰完整性的評估主要依據相關試驗結果或者實際作戰使用數據進行，在缺乏試驗或者使用數據時，也可以采用仿真的方法進行評估，待到有試驗數據或者實際作戰使用數據時再進行校對更正。

3.3 裝備作戰完整性驗證

裝備的作戰完整性驗證工作包括裝備的耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性試驗驗證等。如果經過設計的上述各項裝備特性都能達到要求，那么，裝備的作戰完整性也就達到了要求。

美國軍方將裝備試驗與評價分為研制試驗與評價(DT&E)、實彈打擊試驗與評價(LFT&E)、作戰使用試驗與評價(OT&E)3類[6-7]。研制試驗與評價是在研制階段依據合同對裝備系統性能指標的試驗驗證與評價；實彈打擊試驗與評價主要是采用實彈打擊的測試手段對武器裝備的作戰效能、適用性和生存力(或者生存性)的考核與評價，并為裝備的改進設計提供依據；作戰使用試驗與評價是典型用戶在作戰使用時，對武器裝備的各個性能、特性參數的考核與評價。美軍在這一方面已經形成了一套成熟的作戰試驗與評價理論、實踐和方法體系。

裝備的作戰完整性、作戰適用性和作戰效能都是通過這3類試驗來驗證的，其關系見圖4。

圖4 裝備屬性的試驗驗證

對于裝備的作戰完整性試驗，研制試驗工作通常是由裝備研制單位負責進行，主要是通過實驗室的手段來考核裝備的耐久性、保障性、安全性、承受負荷的能力等是否達到設計要求。裝備的實彈打擊試驗通常是由軍方組織完成，主要是考核裝備在實裝實彈打擊的條件下生存力和修復性是否滿足設計要求。而裝備作戰使用環境下的真實的綜合質量特性只有在實際的作戰使用過程中才能體現出來，是作戰使用試驗。也就是說，裝備的作戰完整性最終是通過作戰使用試驗來驗證。

3.4 裝備作戰完整性維持

裝備設計制造完畢交付到部隊使用時，其作戰完整性或者說其綜合質量特性是一定的。在裝備的服役使用過程中，其作戰完整性是會逐步降低的。要保持或維持其原有的作戰完整性，只能是通過對裝備的維修來實現。特別是視情維修，是保持裝備作戰完整性的有力手段。通過視情維修，既可以排除影響裝備作戰完整性的故障，又能減少對裝備的不必要拆解，避免了對裝備作戰完整性產生負面影響的維修活動。

3.5 裝備作戰完整性恢復/增長

裝備的作戰完整性恢復/增長是在裝備服役使用一段時間后根據裝備的綜合質量特性需求需要而進行的裝備質量恢復/提升活動，裝備的作戰完整性恢復/增長就是對裝備的綜合質量進行恢復/提升。裝備的作戰完整性恢復/提升是通過裝備的耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性的協調恢復/增長來實現的，只有裝備的這些通用質量特性得到相互協調的恢復/增長才能實現裝備的作戰完整性恢復/增長。如果只強調某一方面的恢復與提升，有時可能還要起到相反的效果。比如，如果只強調裝備的耐久性增長(如可靠性、經濟性的增長)而忽略修復性的影響(有時需要采取的措施是相矛盾的)，則可能導致裝備最終的作戰完整性得不到增長，有時反而是降低的，此點必須注意。在實際工作中，裝備的作戰完整性恢復/增長可以通過改進理論分析方法、改進裝備設計或者加大維修深度等措施來實現。

4 裝備作戰完整性控制的基本途徑

為了保證裝備的綜合質量而開展的裝備優化設計、工藝流程優化、系統改裝、裝備定/延壽、單機壽命監控(跟蹤)、設計更改(修理、加強、原組件更換等)、服役/使用計劃調整、維修措施與計劃調整等，其本質就是對裝備作戰完整性的調整控制過程。

要實現裝備的作戰完整性控制，其基本途徑就是制定、貫徹和實施裝備作戰完整性大綱。受到飛機結構完整性大綱的啟發，裝備作戰完整性大綱是通過涵蓋設計、研制、和裝備管理全流程的5個基于時間順序的任務段來組成實現的：①設計資料——滿足裝備設計目標的各項設計準則的選取與確定；②設計分析和研制試驗——裝備的作戰使用環境的表征以及裝備的作戰使用分析、各系統的設計分析與試驗等；③全尺寸試驗——實驗室試驗、實彈打擊試驗與作戰使用試驗，以確定評估設計分析的準確性；④部隊管理數據打包——確定部隊在役裝備使用管理方法及裝備在使用中的進一步鑒定評估方法(如檢查、維修、調整更改、損傷評估、風險分析等)；⑤部隊管理與使用——執行部隊在役裝備的使用管理方法以確保每臺裝備在服役使用過程中的作戰完整性。前3個任務段關心的是裝備作戰完整性大綱主計劃的貫徹與實施，后面2項任務是為保持裝備單機的作戰完整性而推薦的使用管理程序方法，見表1。

表1 裝備的作戰完整性大綱

實施裝備作戰完整性大綱的主要目的是：確定與裝備作戰安全性、適用性和效能相適應的裝備作戰完整性要求；建立、評估、驗證、保持、恢復、增長裝備的作戰完整性；獲取、評估、利用使用數據對裝備單機的作戰完整性進行持續評估；為確定后勤保障和部隊計劃需求提供基礎(如維修、檢查、供應、裝備輪換、系統升級和未來裝備的實體化實現等)；為發展未來裝備系統的設計、評估、實體化實現的方法、準則提供基礎。

5 結論

1)提出了裝備作戰完整性控制的基本概念，即人們在裝備的設計制造和作戰使用過程中為達到既定的作戰完整性目標(一定的耐久性、保障性、安全性、裝備能力、生存力和修復性或者一定的裝備完好率)而開展的一系列活動過程，本質就是對裝備作戰完整性的調整控制過程。

2)明確了裝備作戰完整性控制的基本目標，并闡述了3種基本控制模式——開環、協調、權衡控制。

3)對裝備作戰完整性控制的基本內涵(建立、評估、驗證、維持、恢復、增長)進行了簡明分析。

4)提出了實現裝備作戰完整性控制的基本途徑，即制定、貫徹和實施作戰完整性大綱，闡述了作戰完整性大綱包含的5個任務段：設計資料、設計分析和研制試驗、全尺寸試驗、部隊管理數據打包和部隊管理與使用，并對實施裝備作戰完整性大綱的主要目的進行了分析。