1、第 44 卷第 2 期2 0 2 3 年 2 月兵工学报ACTA AMAMENTAIIVol 44 No 2Feb2023DOI:10 12382/bgxb 2021 0701基于任务演化重要度的合成部队维修器材两级配置优化方法吴巍屹，贾云献，史宪铭，刘彬，刘洁，尹世庄，朱曦(陆军工程大学石家庄校区 装备指挥与管理系，河北 石家庄 050003)摘要:维修器材是实施装备维修保障的重要物质基础，维修器材的合理配置是做好装备维修保障的关键。针对不同任务阶段部件功能状态对装备系统功能状态影响程度不同的实际，建立装备部件的任务演化重要度模型;以基于任务演化重要度的备件保障度为目标，构建合成部队维修器材
2、两级动态配置优化模型。通过引入拉格朗日算子将多约束转为复合单一因子约束，建立约束因子动态更新机制以适时满足指挥员不同权重因子判定规则。提出一种基于 MA-OD 目标分解的改进边际分析法并进行算例分析。研究结果表明，在任务背景驱动下，考虑任务演化重要度的维修器材两级配置优化方法，能够为合成部队指挥员制定部队平时和战时器材配置方案提供一定的方法支撑，对提升装备使用可用度具有重要意义。关键词:维修器材;任务演化重要度;多约束;合成部队;优化配置中图分类号:E92文献标志码:A文章编号:1000-1093(2023)02-0591-13收稿日期:2021-10-21基金项目:国家自然科学基金项目(71
3、871220)Optimization of Two-Echelon Configuration of Maintenance Supplyfor Synthetic Forces based on Task Evolution ImportanceWU Weiyi，JIA Yunxian，SHI Xianming，LIU Bin，LIU Jie，YIN Shizhuang，ZHU Xi(Department of equipment command and management，Army Engineering University of PLA，Shijiazhuang 050003，He
4、bei，China)Abstract:Maintenance supply is an important material basis for the implementation of maintenancesupport，which directly affects the readiness of arms In this paper，we analyze the operating mechanismof the two-echelon maintenance support system of the synthetic force and establish an importa
5、nce analysismodel based on task evolution structure Then，the spare parts support degree is deemed as the objectiveto shorten the delay time and improve the availability，and a two-echelon dynamic configurationoptimization model of equipment with multiple constraints on equipment volume，quality，import
6、ance，and cost is established The Lagrange operator is introduced to convert multiple constraints into compositesingle factor constraints，and a dynamic update mechanism of constraint factors is established to meet thecommander s different weight factor judgment rules timely Finally，an improved margin
7、 analysis methodbased on MA-OD target decomposition is proposed The numerical analysis shows that the proposed modelprovides effective support for the commander of the synthetic force to make the military equipmentdeployment plan in both peacetime and wartime，which is of great significance to improv
8、ing thereadinessKeywords:maintenance supply;task evolution importance;multiple constraints;synthetci force;configuration optimization兵工学报第 44 卷0引言合成部队是陆军转型建设的重要新生作战力量，所属装备型号繁多、结构复杂，同时现代战争的突发性、高机动性、高破坏性，致使装备维修保障难度增加。随着近年来实战化演习演训活动的增加，合成部队在遂行区域任务时需携行必备维修器材实施维修保障，由于任务空间的局限性，维修器材的合理配置将很大程度影响保障效果。当前许多高新装
9、备集多种功能于一体，组成结构复杂、部件逻辑关联度高。由于装备作战运用过程中在不同阶段对系统功能需求不同，导致在不同任务阶段下部件功能状态对装备系统功能状态的影响也存在较大差异。在制定维修器材携行方案时，应对不同任务阶段部件状态对装备系统功能的影响加以考虑，合理区分部件重要度，尽可能在满足任务空间局限性的同时充分考虑部件重要度这一影响因素，尽量避免因重要部件短缺而影响装备系统功能的正常发挥。一直以来，对维修器材携行方案进行合理规划是装备维修保障领域的重点和难点问题。在维修器材的多级供应保障模型构建方面，1968 年Sherbrooke1 提出了经典 METIC 和 VAI-METIC库存控制理论
10、模型，该理论被广泛应用于各军种和地方领域，取得了很多工程实践，如航空装备、基地舰船、民机航材的备件保障系统优化2 4，之后很多学者在此基础上对 METIC 理论模型进行了优化改进。孙江生等5考虑了武器装备贵重备件修理与供应的现实需求，建立了三级修理供应体制下贵重备件库存保障模型，开展了面向多等级多层级保障系统的备件库存保障模型研究6 7。蔡芝明等8分析了备件需求的稳态与非稳态特点，建立了备件动态配置模型。在维修器材库存控制优化研究方面，赵建忠等9考虑备件质量、体积、费用任一约束建立器材配置单因素优化模型。也有部分学者综合多个因素、多种约束条件开展器材配置优化研究10 13，通过引入拉格朗日算子
11、将多约束转化为单一约束，进行多约束条件下备件配置方法研究。现有文献大多未考虑不同任务阶段部件重要度对备件配置的影响，文献 14 16仅就备件关键性、重要度进行了专家定性描述或行业领域分类，对于部件重要度的评价不能依据实际任务阶段特点和装备功能需求给出定量描述。另外，合成部队尚属新生事物17，器材配置相关问题研究目前正处于初步阶段，仅在考虑遭敌打击情况下建立备件需求仿真模型和单级库存配置优化模型18 上有相关研究，在两级器材保障运行机制下合成部队维修器材配置优化问题尚未见相关研究成果。综上所述，本文针对不同任务阶段部件功能状态对装备系统功能状态影响程度不同的实际，研究建立装备部件的任务演化重要度
12、模型，并以备件保障度为目标，构建考虑任务演化重要度的多约束条件下维修器材两级动态配置优化模型，通过算例分析验证模型的可行性。希望下一步可以为合成部队指挥员制定部队平时和战时器材配置方案提供一定的方法支撑。1合成部队两级器材保障运行机制分析1.1装备构成分析合成部队可独立遂行作战任务，其装备构成是实施作战任务的主体和保证，主要包括装甲装备、火炮装备、防空装备等装备类型。装备通常具有多层次的结构特点，按照从高到低的次序，依次划分为装备、子系统、部件、元器件等。由于装备发展强调系列化、模块化，合成部队所属装备(这里以某型火箭炮为例)均可以分成底盘系统、火控系统、指控系统等多个子系统，各个子系统均是由
13、多个部件构成，各部件之间的关系以可靠性连接关系进行描述，常见的连接关系有串联、并联、混连、表决系统等。综上所述，合成部队装备层次结构如图 1 所示。1.2两级器材保障运行机制分析装备维修作业体系是进行维修器材配置优化的基础。目前，随着装备的发展变化，装备维修由传统的三级维修作业体系逐步向两级维修作业体系转变19。不论是部队级维修还是基地级维修，都可看作是在两级维修保障系统下实施的维修保障。本文主要基于部队级维修构建两级维修器材保障模式，由本级和上级两级维修器材保障系统构成，其器材存储机构与修理机构相互对应，主要采取一个中心仓库对应多个本级仓库的两级层级结构。当装备可更换单元发生故障后在本级换件
14、修理，若本级仓库有所需维修器材则立即更换到装备中，若没有则向上级中心仓库发出请领，上级中心仓库没有该种器材则应向基地级器材仓库请领或进行外部购置;换件修理后将故障件送至具有相应维修能力的修理机295第 2 期基于任务演化重要度的合成部队维修器材两级配置优化方法图 1合成部队装备结构层次Fig 1Hierarchical diagram of equipment structure of synthetic force构，修复后在该级别仓库存储，若不能维修则组织报废。具体运行流程机制如图 2 所示。图 2合成部队两级维修保障系统运行流程Fig 2Operation flow chart of t
15、wo-echelon maintenance support system of the synthetic force显然，在部队级维修作业体系下两级器材保障系统运行中维修器材的合理配置是一个关键性问题，对于有效实施维修保障、合理使用保障费用具有重要影响。395兵工学报第 44 卷2任务演化重要度模型分析合成部队作为独立遂行作战任务的作战单位，其任务的顺利达成需要不同作战阶段各作战单元子系统之间相互配合。由于装备系统在不同阶段下任务剖面不尽相同，所要求实现的功能需求也有所不同，各个部件的重要度对于装备系统也有差异。部件重要度是指部件的功能状态对装备系统功能状态的影响程度20;任务演化重要度是
16、指综合考虑装备系统作战运用过程中不同任务阶段下部件功能状态对装备系统功能状态的影响程度，可以用来发现系统薄弱环节，为提升装备任务可靠性、优化器材配置提供依据。随着科学技术的发展，装备结构发展经历了从简单到复杂、再由复杂到简单的进化过程，特别是高新、复杂装备在高可靠性要求之下，对装备的结构要求越简单越好，从过去复杂拓扑结构演变为简单的串联、并联、混连结构，以提高单元间相互独立性，并降低部件的关联性21。由于不同任务阶段装备主要工作子系统完成功能的时序关系、安装数目以及最小工作部件数均有不同，装备部件的任务演化重要度可以通过不同任务阶段下装备系统可靠性框图进行物理描述，如图 3 所示。因此，需要结合实际任务阶段情况分析部件功能状态对装备系统功能状态的影响，进而探索装备部件的任务演化重要度规律。图 3不同任务阶段下装备可靠性框图Fig 3Schematic diagram of equipment structureunder different tasks假设系统与部件具有故障和工作两个状态，其中状态 0 表示故障，状态 1 表示正常，且部件之间相互独立，X(t)=1，在 t 时刻系统或部