基于飛機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的艦載機(jī)維修保障力量需求分析

基于飛機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的艦載機(jī)維修保障力量需求分析

0船載機(jī)機(jī)動戰(zhàn)術(shù)任務(wù)下的資源浪費(fèi)艦載機(jī)的環(huán)境比地面飛機(jī)差，結(jié)構(gòu)比地面飛機(jī)復(fù)雜，發(fā)生故障的可能性更高。此外，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，為了提高艦載機(jī)的傳輸強(qiáng)度和時(shí)間，必須部署足夠的維護(hù)力量，以維持戰(zhàn)備充分性，充分發(fā)揮有限的飛機(jī)的作戰(zhàn)效能。但是對于載艦這樣一個空間有限的“海上機(jī)場”而言,只能搭載數(shù)量有限的維修保障力量,過多的維修保障力量會造成有限資源的浪費(fèi),必須根據(jù)艦載機(jī)作戰(zhàn)任務(wù)和維修保障要求進(jìn)行部署。維修,是為使裝備保持、恢復(fù)到或改善其規(guī)定技術(shù)狀態(tài)所進(jìn)行的全部活動。艦載機(jī)艦上維修保障力量包括艦基基層級的維護(hù)機(jī)組以及艦基中繼級的維修組(由于本文研究的是維修保障活動,以下將二者統(tǒng)稱為維修組),維修組的數(shù)量以及維修效率直接影響艦載機(jī)的戰(zhàn)備完好率。戰(zhàn)備完好率是裝備戰(zhàn)備完好性的度量,指的是當(dāng)要求裝備系統(tǒng)投入作戰(zhàn)時(shí)該系統(tǒng)能夠遂行任務(wù)的概率。為簡化計(jì)算,本文定義艦載機(jī)的戰(zhàn)備完好率為一段時(shí)間內(nèi)可用于執(zhí)行任務(wù)的完好艦載機(jī)數(shù)量與艦上所有艦載機(jī)數(shù)量之比,這樣定義的戰(zhàn)備完好率比實(shí)際的戰(zhàn)備完好率稍小,所以為達(dá)到某一戰(zhàn)備完好率水平,對維修保障能力的要求更高,有利于實(shí)際戰(zhàn)備完好率水平的實(shí)現(xiàn)。維修保障過程是典型的排隊(duì)過程,應(yīng)用排隊(duì)論研究飛機(jī)維修保障的文章較多,但是以此構(gòu)建的模型并不能清楚地反映各狀態(tài)飛機(jī)數(shù)量的動態(tài)變化情況。文獻(xiàn)應(yīng)用動態(tài)平均值法建立了維修保障系統(tǒng)效能評價(jià)模型,討論了維修系統(tǒng)主要參數(shù)對保障效果的影響。本文以此模型為基礎(chǔ)研究艦載機(jī)的維修保障,考慮了故障飛機(jī)不可修復(fù)以及艦基基層級由于維修能力不足導(dǎo)致飛機(jī)轉(zhuǎn)入艦基中繼級進(jìn)行維修的實(shí)際情況,使得原模型更加完善。1階段內(nèi)狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程1)假定艦面保障m架艦載機(jī),艦載機(jī)維修保障力量包括艦基基層級和艦基中繼級兩個級別,部署艦基基層級維護(hù)機(jī)組數(shù)量為C1,中繼級維修組數(shù)量為C2,不考慮艦載機(jī)送交基地維修的情況。這樣,艦載機(jī)處于4種狀態(tài):完好、在艦基基層級進(jìn)行或等待維修、在艦基中繼級進(jìn)行或等待維修、超出維修能力不能維修,數(shù)量分別為m1、m2、m3和4m。2)艦載機(jī)返回載艦維修服從參數(shù)為λ的泊松流,即單位時(shí)間(d)平均有λ架次飛機(jī)發(fā)生故障返回載艦進(jìn)行維修,其中一部分進(jìn)入艦基基層級進(jìn)行維修,比例為p1,一部分進(jìn)入艦基中繼級進(jìn)行維修,比例為p2,還有一部分由于超出艦上維修能力而進(jìn)行封存,這部分列為損失的飛機(jī),比例為p3,且p1+p2+p3=1。3)進(jìn)入艦基基層級維修的艦載機(jī),還會有一部分由于故障情況超出基層級維修能力轉(zhuǎn)入中繼級進(jìn)行維修,呈強(qiáng)度為λ2的泊松流。4)艦載機(jī)在艦基基層級和中繼級修復(fù)時(shí)間分別服從參數(shù)為μ1和μ2的負(fù)指數(shù)分布。由上述條件可得艦載機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程見圖1。5)每個級別的維修組在一定時(shí)間內(nèi)只負(fù)責(zé)一架飛機(jī)的維修工作,即不會出現(xiàn)兩個或者多個維修組共同維修一架飛機(jī)的情況。6)每個級別的維修組只負(fù)責(zé)本級別的維修工作,即中繼級維修組不會加入基層級工作,基層級維修組也不會加入中繼級工作。7)當(dāng)需要維修的艦載機(jī)數(shù)量多于維修組數(shù)量時(shí),一部分艦載機(jī)等待維修;當(dāng)需要維修的艦載機(jī)數(shù)量少于維修組數(shù)量時(shí),一部分維修組處于空閑狀態(tài)。2船舶載機(jī)數(shù)量隨時(shí)間的變化特性由前述條件可知,當(dāng)需要維修的艦載機(jī)數(shù)量多于維修組數(shù)量時(shí),所有的維修組都要進(jìn)行維修工作;當(dāng)需要維修的艦載機(jī)數(shù)量少于維修組時(shí),只有與待維修的艦載機(jī)數(shù)量相等的維修組進(jìn)行維修工作,其余的維修組處于空閑狀態(tài)。所以構(gòu)建艦載機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型時(shí),應(yīng)根據(jù)維修組與待維修的艦載機(jī)數(shù)量關(guān)系,分情況進(jìn)行研究。當(dāng)m2≤C1、m3≤C2時(shí),由圖1可以確定?t時(shí)間內(nèi)?m1、?m2、?m3和?m4的變化量為兩邊同除以?t,并令?t→0,加上附加方程,可得方程組當(dāng)m2≤C1、m3>C2時(shí),在中繼級有C2個維修組進(jìn)行維修保障,將上式μ2前m3換成C2即可,此時(shí)方程組如式(3)。同理,可得到m2>C1、m3≤C2和m2>C1,m3>C2時(shí)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程,如式(4)、(5)。通過上面方程組仿真出50d過程中平均各狀態(tài)艦載機(jī)數(shù)量隨時(shí)間變化曲線如圖2所示。由圖2可以看到,隨著飛行時(shí)間的不斷增加,完好艦載機(jī)平均數(shù)量越來越少,但是減少的趨勢不斷變小并逐漸趨于相對穩(wěn)定;處于艦基基層級的艦載機(jī)平均數(shù)量開始急劇增加,但是時(shí)間超過15d后,開始有逐漸減少的趨勢;處于艦基中繼級維修及損毀的艦載機(jī)平均數(shù)量不斷增加。3在不同的維護(hù)能力下，完全相同的船舶數(shù)量的變化3.1基層級維修組對最終解決方案的影響當(dāng)C1=16,C2=1、2、3、4的情況下,平均完好艦載機(jī)數(shù)量隨時(shí)間變化曲線如圖3所示。由圖3可知,在假設(shè)條件下,前5d飛行過程中艦基中繼級維修組數(shù)量變化對平均完好艦載機(jī)數(shù)量幾乎沒有任何影響,而過了5d之后,影響逐漸表現(xiàn)出來。到了50d時(shí),安排4個中繼級維修組要比安排1個維修組完好飛機(jī)數(shù)增加4到5架左右;當(dāng)中繼級的維修組數(shù)量多于4個時(shí),變化曲線基本上與安排4個中繼級維修組時(shí)重合,說明此時(shí)安排4個中繼級維修組時(shí)保障效率已達(dá)最高,再安排更多的維修組會帶來人力、物力資源的浪費(fèi)。當(dāng)C2=4,C1=15、16、17的情況下,平均完好艦載機(jī)數(shù)量隨時(shí)間變化曲線如圖4所示。由圖4可知,當(dāng)中繼級安排了4個維修組時(shí),在基層級安排15個、16個或更多維護(hù)機(jī)組,平均完好艦載機(jī)數(shù)量變化曲線基本重合,說明維修保障效果基本相同。這說明并不是維護(hù)機(jī)組越多保障效果越好,應(yīng)綜合考慮機(jī)務(wù)保障和維修保障的要求來設(shè)置。3.2不同維修保障效率對平均完好率的影響在C1=16、C2=4、μ2=1/16的情況下,μ1=1/2、1/6、1/8時(shí)平均完好艦載機(jī)數(shù)量隨時(shí)間變化曲線如圖5所示。由圖5可知,在此條件下,基層級的維修效率對平均完好艦載機(jī)數(shù)量影響較大,當(dāng)基層級的維修效率分別為1/2、1/6和1/8時(shí),平均完好艦載機(jī)數(shù)量逐漸減小;隨著時(shí)間增加,不同維修保障效率帶來的差異有逐漸減小的趨勢;此條件下,50d時(shí)可以分別保證16、13、11架艦載機(jī)處于完好狀態(tài),此時(shí)戰(zhàn)備完好率分別為66.67%、54.17%、45.83%。在C1=16、C2=4、μ1=1/2的情況下,μ2=1/10、1/16、1/20時(shí)平均完好艦載機(jī)數(shù)量隨時(shí)間變化曲線如圖6所示。圖6形狀與圖5有較大的差異,說明中繼級維修組維修效率與基層級維修組維修效率對平均完好艦載機(jī)數(shù)量影響的情況有所不同,隨著時(shí)間增加,不同維修保障效率帶來的差異逐漸變大。在50d左右處,中繼級的維修效率由1/20增大到1/10,平均完好艦載機(jī)數(shù)量增加1架左右。4船載機(jī)具有具有內(nèi)在的戰(zhàn)術(shù)完好率分析艦載機(jī)維修保障能力,關(guān)鍵是根據(jù)艦載機(jī)的戰(zhàn)備完好率要求進(jìn)行維修保障力量的部署。假如要求艦載機(jī)戰(zhàn)備完好率不低于80%,由前述分析可知,在艦載機(jī)故障率λ=1/10的情況下,通過改變各級維修組的數(shù)量和維修效率,仍不能滿足戰(zhàn)備完好率要求,說明這時(shí)艦載機(jī)的可靠性是制約其達(dá)到此戰(zhàn)備完好率的關(guān)鍵因素。要想使艦載機(jī)達(dá)到80%的戰(zhàn)備完好率,應(yīng)增大艦載機(jī)的可靠性,然后通過改變那些反映維修保障能力的參數(shù),找出滿足預(yù)定戰(zhàn)備完好率且較優(yōu)的參數(shù)組合,這樣就得到了滿足一定戰(zhàn)備完好率的維修保障需求。假如艦載機(jī)的可靠性提高,其故障率為λ=1/20,當(dāng)C1=16、C2=4、μ1=1/2,μ2為1/20、1/16、1/10時(shí)艦載機(jī)戰(zhàn)備完好率隨時(shí)間變化曲線如圖7所示。由圖7可知,隨著中繼級維修組維修效率的提高,艦載機(jī)戰(zhàn)備完好率逐漸增大,當(dāng)中繼級維修組維修效率μ2=1/10時(shí),在第50d時(shí)艦載機(jī)的戰(zhàn)備完好率為80.44%,說明這時(shí)可以保證艦載機(jī)在50d過程中保持至少80%的完好率水平。通過改變基層級維修組的維修效率可以達(dá)到同樣的效果。當(dāng)μ1=1/2、μ2=1/10、C1=16、C2=23,,4時(shí)艦載機(jī)戰(zhàn)備完好率隨時(shí)間變化曲線如圖8所示。如果C2不變,C1變化,其效果與圖8相同。假如艦載機(jī)的可靠性提高,其故障率為λ=1/30,當(dāng)C1=16、C2=4、μ1=1/2、μ2=1/10時(shí)艦載機(jī)戰(zhàn)備完好率隨時(shí)間變化曲線如圖9所示。由圖7、圖8可知,在上述條件下決定艦載機(jī)戰(zhàn)備完好率的因素是維修組的維修效率,而與維修組的數(shù)量無關(guān)。由圖7~9可知,艦載機(jī)的故障率對其戰(zhàn)備完好率影響較大。所以,要想使得艦載機(jī)保持在80%的戰(zhàn)備完好水平有兩個途徑:一是加強(qiáng)維修保障人員的培訓(xùn),保證有足夠的維修保障資源,以此提高維修組的維修保障效率;二是提高艦載機(jī)的可靠性水平,降低其故障發(fā)生概率。由算例結(jié)果可知,由于艦基基層級的維修組實(shí)際就是維護(hù)機(jī)組,其數(shù)量較大,處于艦基基層級待維修和正在維修的飛機(jī)數(shù)量之和小于基層級維修組的數(shù)量,即m2>C1的情況并沒有發(fā)生,方程(3)、(4并沒有起作用,這是將實(shí)際算例應(yīng)用于該模型,由于實(shí)際情況的特殊性所致。5船基基層級維修組的保障能力與熱資源量維修保障力量是影響艦載機(jī)戰(zhàn)備完好率的關(guān)鍵。本