但 伟，张建元，韩 坤，许 艺

（1.装甲兵工程学院，北京 100072；2.95969部队，湖北 武汉 432200）

0 引 言

装备备件是组成装备的所有可拆成单元的组件、部件和零件的总称，通常指完成装备维修所需的转用组件、部件和零件[1]。备件是装备实施维修的重要物质资源之一，使保障装备处于良好状态，保持战斗力的重要因素。备件消耗预测通常是根据备件的可靠性等参数或备件消耗历史数据来确定未来一段时间内备件可能的消耗品种和数量。但对于新型装备，由于其结构复杂，且缺少备件消耗的历史数据，传统方法很难准确预测备件的消耗规律。为此，本文提出基于仿真的备件消耗预测方法。

由于备件是在装备维修过程中消耗的，本文首先分析了装备维修保障系统的结构、组成和运行规律，在此基础上建立面向仿真的装备维修保障模型，包括装备使用任务模型、装备系统模型、维修保障系统模型、使用与维修保障活动模型。通过运行装备维修保障模型，产生备件消耗的品种和数量。

1 装备维修保障系统分析

1.1 系统结构与组成

装备维修一般采用的是三级维修保障体制，即基层级、中继级和基地级。每一级别都配备有相应的维修机构和维修器材仓库。保障系统的基层级维修，对应于部队（团级及以下）的基层级修理所，中继级维修对应军师级维修单位，基地级维修对应于基地级（或支援级）修理机构。这三级维修主要负责对故障单元的修理或报废。基层级库存负责向装备提供所需的备件，而且接收基层级维修修复后的故障件作为备件储存；中继级库存负责向基层级库存供应所需备件，接受中继级维修修复后的故障件作为备件储存；基地级库存负责向中继级库存供应所需备件，接收基地级维修修复后的故障件作为备件储存，而且承担备件的购置任务[2-3]。装备维修保障系统组成结构如图1所示。

图1 装备维修保障系统组成结构

1.2 系统运行分析

若装备中某一可更换单元（零部件、组件或模块等）出现故障后，它被马上从装备中拆下并送基层级维修部门进行修理，与此同时，基层级库存如果有该种备件，则立即实施供应并将其安装到装备上。对于故障单元，基层级修理部门首先判断该故障是否可以在本级修理，如果可修复，则进行修理并将修复件送往本级储存；否则，就将该故障件送中继级修理部门修理。同时，从中继级库存领一个备件送到基层级储存，如此时中继级无该备件，则判断该故障件是否能修复，如果可以修复，就将其修复后送回基层级；否则，将其送往基地级维修。如果可修则将修复件送往基层级，若不可修则直接请领一个备件送基层级储存。在保障的过程中将产生备件、维修人员和费用（只考虑运输费用和基地级维修工时费）的需求[4]。

2 面向仿真的装备维修保障模型

通过对国内外诸多维修保障模型的研究和分析，装备维修保障建模以对装备系统及其维修保障系统的建模为核心，包括装备使用任务建模、装备系统建模、维修保障系统建模和使用与维修保障活动建模[5]。

2.1 装备使用任务建模

装备使用任务建模以对任务或者装备系统的使用想定、使用方案为建模描述对象，描述任务的发生、任务剖面、任务内容、任务时间、任务约束、任务成功条件以及任务执行中突发事件的处理等。任务剖面为产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述，其中包括任务成功或故障的判断准则。对于完成一种或多种任务的产品都应制定一种或多种任务剖面。装备使用任务模型是仿真过程的输入，装备在任务的执行过程中将产生维修任务[6]。

2.2 装备系统建模

建立装备本身的结构模型、可靠性模型等。装备结构模型描述装备各个功能单元的层次关系，包括单元间的从属关系和各个单元的数量，如可能还需提供父单元与子单元的运行比。装备结构模型通常可以产品树的形式进行描述。系统可靠性模型是以系统的可靠性框图的形式表现装备各功能单元之间的关系。它反映了系统的各个功能单元对整个系统可靠性的影响。

2.3 维修保障系统建模

建立装备保障系统的概念模型，描述装备保障机构的组成、位置、保障资源配置、保障关系、保障规则等。对装备使用分队，应描述其装备种类、数量，战备车数量等；对于维修机构，应描述其所承担的维修工作范围，维修工作任务的资源需求和工作时间分布，以及与使用分队的保障关系及故障装备维修的排队规则；对于备件供应单位，必须描述清楚其备件的品种、数量、库存控制模型、供应保障的排队规则等。这些信息是仿真系统模拟保障系统工作过程的关键。

2.4 使用与维修保障活动建模

对使用与维修保障活动进行建模，是将保障装备的使用与维修工作区分为各种工作类型和分解为作业步骤进行详细分析，以确定工作频度、工作间隔、工作时间，需要的备件、保障设备、保障设施、技术资料，各维修级别所需的人员数量、维修工时及技能等要求。维修活动可以分为预防性维修和修复性维修。武器装备需要不断地进行预防性维修，以减少故障的发生，保持其可用状态，通过修复性维修对发生故障后的武器装备进行修复，以恢复其可用状态[7]。

（1）预防性维修：预防性维修活动与任务数量、任务时间、日历时间参数有关。为了预防在同一时间所有系统都要求进行预防性维修，预防性维修根据下一次预防性维修任务、下一次预防性维修任务时间、最近一次预防性维修的时间等参数随机的进行预调整。

（2）修复性维修：修复性维修工作用于在武器装备使用过程中发现故障后，排除故障并恢复武器装备的可用状态。修复任务是模型中最重要和最复杂的部分之一。修复任务可以通过更换子产品进行修复，也可以直接对系统或产品进行修复。

3 案例分析

本案例基于SIMLOX仿真平台对装备维修保障进行建模。SIMLOX仿真平台是由瑞典系统与后勤工程公司（SYSTECON）开发的一个基于蒙特卡洛、资源排队论和系统工程的多功能计算机仿真平台，它能够对装备实际运行环境和保障体系进行仿真，模拟并分析复杂的使用和保障方案，同时支持对战备完好性和系统使用保障的相关投资之间的定量权衡，可以解决与维修保障相关的问题。

3.1 案例想定描述

某部队先进行一个月的日常训练之后，执行为期半个月的演习任务，主战装备包括47台主战坦克和26台装甲车。在日常训练期间，由基层级保障系统、以及相应的中继级保障系统和基地级保障系统三级保障体系提供保障，在执行演习任务期间，装备的保障工作将只有基层级保障系统提供。

3.2 装备维修保障建模

3.2.1 装备使用任务建模

装备使用任务主要描述为：日常训练任务每天执行两次，每次间隔12小时。如果系统有异常，允许每一训练任务有15分钟的延迟。训练任务执行时至少需要1架主站坦克。演习任务持续半个月，其中每个子任务执行4小时。演习任务执行时需要至少1辆主战坦克和1辆装甲车。基于SIMLOX对任务建模后，可以通过任务剖面视图来查看分析所建立的任务剖面，由于篇幅原因，这里不再给出任务剖面视图。

3.2.2 装备系统建模

装甲车和主站坦克这两个系统由外场可更换单元（LRU）、车间可更换单元（SRU）、直接替换单元（DU）和可废弃件（DP）等不同的部件组成。装备系统产品结构树如图2所示。

输入信息包括产品结构、各组成部分的故障率和类型等信息。每辆主战坦克由107个LRU，39个SRU，11个DU和1个DP组成；装甲车由89个LRU，29个SRU，15个PRU11个DU和1个DP组成。

3.2.3 维修保障系统建模

保障组织包括三个用于日常训练的使用外场：训练外场1、训练外场2和训练外场3。在这三个使用外场中都备有一定数量的备件和维修资源。中继级维修厂（DEPOT）是这三个外场的上级保障站点，为三个外场提供保障。部件级维修活动都在基地级维修厂（WS）进行。而那些易于维修的部件故障模式的故障件在中继级维修厂进行。还有一些产品需要承制方（CONTRACTOR）负责维修。此外为了执行演习任务，还有一个任务前线站点。一定数量的装备与保障资源会被转移到任务前线，这些资源要能够保障装备执行完整个演习任务。整个保障组织结构如图3所示。

3.2.4 使用与维修保障活动建模

以预防性维修为例，定义了3种预防性维修，分别是针对主战坦克的产品维修（ITEM PM A62），针对装甲车的每隔200小时和700小时的预防性维修。其中输入信息如图4所示。

3.3 输出结果

建模完成以后，设置SIMLOX的仿真控制参数，运行仿真实验，根据需要可以生成详细的仿真结果报告。如图5所示为各站点的产品故障、修复和备件的库存情况，如第11项为车体陀螺仪在中继级的维修，可以看到，车体陀螺仪在中继级库存为1个，产生的备件需求为6.87个，存在库存不足的情况。

4 结 论

备件是装备维修保障的重要物质基础。为解决预测备件消耗时遇到的难题，本文提出基于仿真的备件消耗预测方法。首先分析了装备维修保障系统的结构、组成和运行规律，构建了面向仿真的装备维修保障模型，包括装备使用任务模型、装备系统模型、维修保障系统模型、使用与维修保障活动模型。通过借助SIMLOX仿真软件，运行仿真实验，得出备件消耗的品种和数量。

[1]单志伟.装备综合保障工程[M].北京：国防工业出版社，2007.

[2]范浩，贾云献，贾希胜,等.通用装备维修保障资源需求仿真建模研究[J].军械工程学院学报，2005,17(4):47-51.

[3]徐宗昌，黄益嘉，杨宏伟.装备保障性工程与管理[M].北京：国防工业出版社，2006.

[4]甘茂治，康建设，高崎.军用装备维修工程学[M].北京：国防工业出版社，1999.

[5]夏旻，阎晋屯，刘磊.装备保障仿真模型框架及仿真平台研究[J].系统仿真学报，2006,18(2):210-213.

[6]刘兴堂，吴晓燕.现代系统建模与仿真技术[M].西安：西北工业大学出版社，2001.

[7]辛文逵.航空装备维修保障仿真技术[J].系统仿真学报，2005,13(4)：101-107.