工程装备战场抢修性分析_冯柯

　　收稿日期:2003-08-22.

作者简介:冯　柯(16-),男,博士生,副教授.

文章编号:1009-3443(2004)02-0072-03

工程装备战场抢修性分析

冯　柯,　钟　津,　严　骏

(理工大学工程兵工程学院,江苏南京210007)

摘　要:介绍了工程装备抢修性的定义,讨论了抢修性与工程装备保障性的关系,对抢修性进行了定量分析,建立了工程装备抢修效能计算模型,为工程装备战场抢修效能的计算与评估提供了一种有效的方法。关键词:工程装备;抢修性;保障性;抢修效能中图分类号:U 416.217

文献标识码:A

Engineering Equipment Combat Resilien ce

FE NG K e ,　ZH ON G J in ,　YAN J un

(Eng ineering Institute o f Eng ineer ing Co rps ,P LA U niv .o f Sci .&T ech .,N anjing 210007,China )

Abstract :T he definition of engineering equipm ent com bat r esilience is ex plained ,the connectio n betw een co mbat resilience and suppo rtability is discussed ,the combat resilience is analyzed qualitativ ely ,and the calculating model of eng ineering equipment co mbat resilience efficiency is established.An effectiv e metho d is pro posed for calculating and evaluating engineering equipm ent first-aid repair efficiency.

Key words :engineering equipm ent ;combat resilience ;supportability ;first -aid repair efficiency

1　工程装备抢修性的定义

战场抢修是在战场上进行的一种维修活动,以恢复工程装备的作战或自救能力。而抢修性(或战斗恢复力)是当武器装备遭到损伤时能够使该人机系统迅速返回战场继续战斗,以至取胜的一种能力。工程装备抢修性的具体定义是:在战场条件下,在规定的时间内,用一切可能的方法,使损伤的工程装备恢复到能完成工程保障任务所需功能或自救的能力。

显然,同可靠性、维修性一样,抢修性是工程装备的一种设计特性。具有这种特性,就可以在战场上利用能够得到的器材,采用应急手段对损伤工程装备进行快速抢修(损伤评估与修复)。

2　抢修性与工程装备保障性的关系

2.1　抢修性与装备战斗力形成的关系

　　装备战斗力在装备全系统全寿命管理中形成,它与装备全系统和全寿命周期过程中各要素的关系如图1所示[1]

。

图1　战斗力与装备系统各要素的关系

Fig.1　Connectio n betw een ba ttle effectiv eness and

essent ials o f equipment system

第5卷第2期2004年4月

理工大学学报(自然科学版)

Jo ur nal of PLA Univer sity of Science and T echno logy

Vo l.5N o.2A pr.2004

2.2　抢修性与工程装备其它质量特性的关系

抢修性同可靠性、维修性、可用性和生存性等都是工程装备的质量特性,都要通过设计赋予装备,它们都对工程装备的保障产生影响。

抢修性与其它质量特性的关系如下。

(1)抢修性与可靠性有关。如果工程装备在作战或使用中抗损伤或失效的能力好,抢修工作量就可少一些。

(2)可用性是抢修性的结果。抢修性好就能使工程装备在作战工程保障中坚持较长的时间,并保持其可用(某种程度可用)状态。

(3)抢修性是维修性的重要分支。抢修性的目的是将遭受损伤的装备能被迅速进行有效地应急修复,是维修性在战场上的一种表现。

(4)生存性与抢修性互补。生存性是装备在某种战争环境中承受使用应力的能力,提高抢修性有助于改善生存性。

3　工程装备抢修性的定量分析

3.1　工程装备抢修效能

　　工程装备抢修效能就是战场上损伤工程装备在规定的时间内和规定的条件下经过抢修,能恢复满足规定工程保障任务要求的基本功能或更多功能的能力或概率。

规定的时间是指根据工程装备任务和作战环境、战斗情况规定的抢修允许时间。

规定的条件在这里是指给定的维修(后勤)保障条件、评估人员、维修操作人员的技能水平等。

规定工程保障任务是指给定的任务剖面。不同的工程保障任务要求工程装备系统所具有的能力是不一样的。

基本功能是指完成给定当前任务要求的最少功能。即要求工程装备至少要具备这些功能,否则无法胜任工作,当然能恢复更多的功能更好。

基本假设: 系统的全部功能具有有限个状态,且任一时刻系统只能且必定处于其中某一种状态; 系统可以担任有限种作战任务(自救也可以认为是一种任务),系统全部可能的状态中必定是有若干种状态能满足任务要求; 评估人员做出的评估结论是正确的; 维修人员尽力抢修,恢复尽可能多的功能; 战场抢修的要求是将损伤工程装备恢复到满足任务要求的状态之一,而实际抢修时工程装备在给定时间内能否恢复到某一状态是随机的,其概率为时间的函数。

3.2　抢修效能模型

假设工程装备具有n种状态,其状态空间用F 表示[2],则:

F={f1,f2,…,f i},

式中,f i表示装备处于第i种状态(i=1,2,…,n)。

再设工程装备有m种可能的任务,其状态空间记为[2]G,则:

G={g1,g2,…,g j},

式中,g j表示第j种任务(j=1,2,…,m)。

今设有n j(≤n)种状态可以完成任务g j,因此,完成该任务的装备状态空间为F j={f k

1

,f k

2

,…,

f k

nj

},F j∈F。同时也可以得出不能完成该任务的装备状态空间就是F与F j的余集,记为F-j[2]:

F-j={f k

n-nj

,f k

n-nj+1

,…,f k

n

}。

　　在抢修过程中,工程装备状态是随时间而变化的。用F(t)表示抢修时刻t装备的状态。当工程装备遭到损伤时需要抢修,说明此时装备状态F(t)= f l(0)∈F-j。经过时间t的评估和抢修后,装备有可能被修复到某一可用状态。即f l(t)以某一概率属于F j,该概率值正是装备处于损伤状态f l∈F-j时,在规定时间t内其战斗恢复力的度量。

设工程装备在t=0时刻时处于状态f l(∈F-j),

经过战场抢修到t时刻时,处于状态F k

v

(∈F j)的概

率为p lk

v

。由于装备只能处于一种状态。因此,对于任务g j,工程装备由损伤状态f l经时间t后处于满足任务需要的装备状态的概率为:

R j l=∑

n

j

v=1

p lk

v

。

　　由于损伤后装备可能处于n-n j种状态,综合考虑可靠性、操作人员失误及敌方行动等因素造成的损伤后,装备在损伤后处在状态f l的概率为D l,由于损伤必定处于某一状态,则:

∑

n-n

j

l=1

D l=1。

　　装备处于状态空间F-j,经抢修后在规定时间t 后处于状态空间F j的概率R j可用全概率公式计算:[3]

R j=∑

n-n j

l=1

D l P j l。

73

　第2期冯　柯,等:工程装备战场抢修性分析　　　R j正是工程装备通过战场抢修完成任务g j的概率或能力,称之为抢修效能。

4　应用实例

未来局部战争中,工程装备使用强度大、作业频繁、故障率高,迫切需要对装备的抢修效能进行评估,以改进设计,提高工程装备的战斗力。

以综合扫雷车为例,设想在登岛作战中的突击上陆扩大登陆场阶段,此时综合扫雷车使用条件非常严酷,给定任务为能完成扫雷功能,根据作战要求和国内外相关经验数据,要求抢修效能为0.75。

根据给定任务,将综合扫雷车系统空间划分为: f1(仅磁扫完好),f2(仅爆扫完好),f3(仅机扫完好),f4(磁、爆扫完好),f5(磁、机扫完好),f6(爆、机扫完好),f7(磁、爆、机扫均完好),f8(车体故障),f9 (发动机故障),f10(传动系统故障),f11(操作系统故障),f12(行动系统故障),f13(电气系统故障),…,f n (f7往后的状态均不能完成扫雷功能)。

根据综合扫雷车的设计特性和考虑战场条件下的种种因素,该装备系统的全部抢修转移矩阵P 为[4]:

P=p11 (1)

p n1…p nn

=

0000.30.30.20.20 0

0000.30.20.30.20 0

0000.20.30.30.20 0

00000.330.330.330 0

0000.3300.330.330 0

0000.330.3300.330 0

00000000 0

0.20.20.20.10.10.10.1 0

0.20.20.20.10.10.10.10 0

,

式中,p ij为表示抢修前处于状态i,抢修后处于状态j的概率。

对给定的任务g j,则有任务矩阵:

G f=(g f

1,g f

2

,…,g f

n

)=(1,1,1,1,1,1,1,0,…,0),

其中,g f

i =

1,能满足任务要求,

0,不能满足任务要求。

i=1,2,…,n。

对应的损伤矩阵D为:

D=[D1,D2,…,D n]T=[0.2,0.2,0,2,0.1,0.1,

0.1,0.1,0,…,0]T。

其中,D i=

处于状态i的概率,f i∈F j,

0,f i∈F-j。

i=1,…,n。

　　因此,任务g i所对应的抢修效能R j:

R j=G f P D=

(g f

1

p11+g f

2

p21+…+g f

n

p n1)D1+

(g f

1

p12+g f

2

p22+…+g f

n

p n2)D2+…+

　(g f

1

p1n+g f

2

p2n+…+g f

n

p nn)D n=

　0.604<0.75。

　　由此我们计算出了对于给定扫雷任务的综合扫

雷车系统的抢修效能,由于其小于要求的抢修效能,

因此综合扫雷车在登岛作战中的突击上陆扩大登陆

场阶段,还不能满足抢修要求,有必要进一步改进设

计,以提高在特定条件下的抢修效能。

5　结束语

抢修性是一个新形成的概念,是装备的一种质

量特性,它在研制过程中形成,研究工程装备的抢修

性,对于提高工程装备的战斗力具有重要意义。本文

提出的抢修效能模型,能够计算出任一给定任务的

抢修效能,为定量研究工程装备抢修性提供了重要

依据。

参考文献:

[1]　李志学,霍天明.工程装备保障性工程[M].北京:兵器

工业出版社,2000.

[2]　李建平,石　全,甘茂治.装备战场抢修理论与应用

[M].北京:兵器工业出版社,2000.

[3]　陈学楚.装备系统工程[M].北京:国防工业出版社,

1995.

[4]　张野鹏.作战模拟基础[M].北京:出版社,

1995.

(责任编辑:汤雪峰)

74理工大学学报(自然科学版)第5卷