防空装备战场抢修保障模型研究*

程 晗 陈维义 彭英武

(解放大道717号500信箱 武汉 430033)



防空装备战场抢修保障模型研究*

程 晗 陈维义 彭英武

(解放大道717号500信箱 武汉 430033)

防空武器装备作战任务重、遭受打击强,给装备保障工作提出了较高的要求。在分析了其战场环境下受损规律的基础上,对防空武器装备战场抢修任务组织实施流程进行了研究,并运用ExtendSim平台进行了仿真,对进一步开展防空武器装备战场抢修组织决策的研究具有一定的帮助。

防空武器装备; 战场抢修; 抢修过程; ExtendSim

Class Number TP319

1 引言

战场损伤评估与修复(BDAR),是指在战场上运用应急诊断与修复技术,迅速地对装备进行评估并根据需要快速修复受损部位,是武器装备能够完成某项预定任务或实施自救的一系列活动[1]。战场抢修其特点在“战场”二字,表明其工作是在战场这个恶劣的环境下展开的,与平时维修有很大的区别,其作用意义较平时维修更加重要,其工作紧迫性与平时维修有很大区别[2]。

信息化条件下,战场变地更加透明,敌方空袭力量的规模、范围、破坏力、突然性空前增大,地面防空兵力面临着极大的威胁,其突出地位和作用成了敌方必然打击的重点目标,战场抢修面临着严峻挑战[3～5]。因此我们有必要未雨绸缪,尽快开展防空武器装备战场抢修资源配置决策过程的研究,为防空武器装备战场抢修决策支持系统的研制提供辅助力量,进一步为开展战场抢修保障资源建设、战场抢修训练等工作奠定基础。

本文从战伤评估出发,基于ExtendSim仿真平台针对防空武器装备的战场抢修过程进行建模,以求为防空武器装备战场抢修决策过程提供理论方法和技术支持,为进一步构建防空武器装备战场抢修决策支持系统奠定基础。

2 战场损伤规律

作为战场抢修任务的来源,对于装备战时损伤情况的分析研究至关重要,合理的战场损伤规律及受损程度预测对于开展抢修过程具有重要意义[6]。

2.1 战场环境下装备损伤来源

战场损伤是指作战装备在战场环境下需要排除的妨碍完成预期任务的所有事件,其中包括战斗损伤、随机故障、耗损性故障、人为误差、偶然事故等等。在各种损伤因素中,战斗损伤是人们最熟悉的因素,它是指因敌方武器装备作用而造成的装备损伤。而除去战斗损伤之外,随机故障、人为差错以及耗损性故障在战时也是装备战时损伤的重要来源[1]。本文结合防空武器装备作战装备在战场环境下作业强度高以及遭遇敌方打击不可预估的特点,主要考虑作战装备的随机故障以及战斗损伤。

2.2 装备受损等级划分

根据装备受损情况,结合现有抢修力量的分布和能力,陆军装甲兵部队将装备战损等级划分为6个等级,分别为:一级轻损、二级轻损、中损、一级重损、二级重损、报废[6]。其抢修力量分配为:分队修理力量修理一级轻损,伴随修理力量修理二级轻损,支援修理力量修复中损,前方野战修理所修理一级重损,后方修理基地修理二级重损[7]。但是与装甲部队不同的是,地面防空部队作战区域固定,更有利于保障工作的开展。

2.3 战场损伤等级分布

在特定的战场环境下,装备会发生不同等级的损伤。根据不同的损伤等级,受损装备会被分配到不同的抢修机构[6]。抢修机构在修理工具、资源配置和修理能力方面有着明显的区别,本文主要以装备抢修时间为损伤等级评判标准,将装备损伤等级划分为四等:轻损、中损、重损以及报废,其中“报废”的比率不以时间为依据,根据作战类型主观给定。其评判标准如表1所示。

表1 防空武器装备受损评判标准

装备的战场抢修时间服从艾拉姆咖分布[8],其分布函数为

(1)

其中t0=6.20。其分布密度曲线如图1所示。

根据所求得的分布,可算得各级损伤的分布表2所示。

表2 各级战损分布比例

图1 受损装备维修时间概率密度曲线

3 防空武器装备战场抢修过程分析

根据不同的任务等级对抢修力量、抢修地点、抢修方式等进行合理决策,是保障过程中的一个重要环节。

3.1 战场抢修保障力量

根据不同的作战任务以及配备的保障装备,战场环境下的保障力量有很多类型,根据修理模式可分为伴随型修理力量、支援型修理力量、巡回型修理力量、定点型修理力量等等;根据修理能力可分为基层级、中继级和基地级保障力量[2]。针对防空武器装备的特点[9],本文将保障力量分为三类:

1) 伴随保障力量,其主要工作是应急抢修,处理受损程度较轻、抢修难度较小的轻损装备;

2) 机动保障力量(支援保障力量),其主要工作是处理伴随力量处理不了的程度较重、难度较大的中损装备,另外还包括对伴随力量无法判断故障装备损伤类型的部分装备进行准确的损伤判定;

3) 定点保障力量,其主要工作包括处理受损程度很重,维修难度很大的重损装备,此外还承担了换件修理中更换下来的损坏件的修复任务。

除去以上三种保障力量外,本文还另外讨论了只针对损坏部件进行维修的修理厂,其主要任务是处理定点保障力量无法修复的损坏件以及对定点保障力量的备件仓库进行及时补充的任务。

3.2 战场抢修实施过程

战场抢修组织流程如图2所示。

4 基于ExtendSim的防空武器装备战场抢修过程仿真

利用ExtendSim仿真平台模拟实现防空武器装备战场抢修的组织实施过程,首先,做出如下假设:

1) 同一等级保障力量的保障能力相同,且都是以固定形式的维修小组开展工作;

2) 装备受损后即处于停机状态,修复后即处于工作状态,暂不考虑修复后的可靠性变化。

4.1 受损装备的产生

受损装备主要来源分为使用故障和战斗损伤两大类,其中使用故障主要来源于装备的高强度使用,即任意部件出现故障便造成整个装备的停机,而停机后则不再产生使用故障直至装备重新启动。Read模块读取作战单元的工作状态,当数值为1,即处于工作状态时,两个Create模块处于激活状态,Create模块根据输入的可靠性参数随机产生作战单元部件故障信息,通过Equation模块使单元工作状态变为0,即故障停机状态,之后通过Set模块产生部件受损信息。

图2 防空武器装备战场抢修组织流程

不同于使用故障,战斗损伤的产生来源于用户的输入参数。

输入的参数包括遭受打击时间_Create Time,敌方战斗力EP、以及作战激烈程度I,而默认我方战斗力参数为1,则由此可算得双方战斗力比reo:

(2)

则可得双方战损率比为

(3)

即:

(4)

激烈程度I的定义为装备的基准战损率,即为EP=1时的战损率,又由文献[9]可知:

ce+co≈2I

(5)

则可算得我方装备战损率为

(6)

战斗损伤发生模块如图3所示。当仿真时间到达用户输入的发生时间(_Create Time)时,Create模块产生战斗事件,通过Equation模块时计算作战单元的战损率,并将数值记录到内部数据库中,同时通过Unbatch模块向当前阵地中的各个作战单元产生一个战损信息,战损信息通过Throw模块发往各个作战单元的故障产生模块的Catch模块,通过Select Item Out模块时Read模块读取战损率信息并以此概率产生受损需求,若装备发生战损则通过Equation模块使作战单元处于停机状态,并通过Set模块产生部件受损信息。

图3 战斗损伤发生模块

4.2 装备受损类型判断及任务分配

在受损装备中,很大一部分装备可由伴随级抢修力量直接判断其损伤类型,但是在受损较重的装备中仍然有一部分是其无法判断的,此时就需要借助机动保障力量来判断损伤类型并对抢修任务进行分配。

如图4所示,产生的战损单元经过Select Items Out时会区分为可现场判断和需要支援力量判断两部分,其中可现场判断的战损单元直接进入Activity模块由伴随力量完成检查判断任务并经过Set模块赋予其损伤级别,之后再由Select Items Out模块按其受损级别发往各个维修模块;而需要支援力量判断的受损单元则会进入一个等待队列Queue同时向定点保障单位发出机动力量的支援申请,当支援力量到达后,Batch模块将两者捆绑并送往Activity模块,由支援力量对受损单元进行判断,之后经由Select Items Out模块选择分派到机动维修模块或后送至定点保障单位。

图4 受损类型判断模块

4.3 战损装备抢修的组织实施

经过判断的战损单元会被送往相应的抢修模块,由相应级别的抢修力量实施抢修保障。

轻损装备会被送往伴随力量抢修模块,同时在Queue模块中等待伴随保障小组到达对装备实施抢修,抢修过程中会针对装备中部件采用换件修理或原件修理两种抢修手段,若是采用换件修理,则需在Queue队列模块中等待伴随修理备件仓库中的相应备件资源到达,之后经过Batch将装备和备件捆绑后进入Activity模块进行修理,其修理时间由Equation模块控制;修理结束后经过Unbatch模块产生完好的装备和更换下来的受损部件,修复的装备投入使用当中,同时产生的受损件将经由Throw Item模块投放到定点保障单位的受损件维修模块中。而采用原件修理的装备则会直接被送往Activity模块中实施修理,完成后直接投入使用。任务完成后,伴随保障小组回到伴随力量资源中等待下一次的任务。伴随力量抢修模块如图5所示。

图5 伴随力量抢修模块

中损装备会被直接送往机动力量抢修模块,如图6所示,其大体工作原理与伴随力量抢修模块类似,在此不做赘述,与之不同的地方在于,机动力量抢修模块的任务来源有两个,一个为直接由伴随力量判断的中损装备,而另一个为机动力量判断出来的中损装备。机动力量判断的中损装备可直接投入抢修过程中,而伴随力量判断出来的中损装备需要先在Queue队列中申请并等待机动保障小组的到达,然后再投入抢修过程。

图6 机动力量抢修模块

重损装备会经过后送送往定点保障单位进行维修,其工作原理与伴随力量抢修模块类似,不同点在于经过抢修的修复装备需要经过一个Transport模块前送到作战阵地。其模块内部如图7所示。

图7 定点保障单位抢修模块

4.4 受损部件的修复过程

各级抢修模块修理完成后通过Unbatch模块都会产生两个受损部件信息单元,这两个单元经过处理后分别表示不同部件的受损件数量信息,若数值为0,则会通过下面的Catch模块直接进入Exit模块处理掉;若数值为1,则会通过上面的Catch模块进入受损件修复路径。进入受损件修复路径后,先经过判断,判断出定点保障单位能修复和不能修复的两类,不能修复的直接进入军械修理厂进行处理,能修复的进入Queue队列模块等待营级保障小组到达并进入Activity模块进修复处理,完毕后通过Unbatch模块产生一个修复的备件单元和完成任务的保障小组单元,备件单元通过Select Item Out模块分送至营级备件仓库,完成任务的保障小组则回到初始位置等待下一次的任务。其模块内部如图8所示。

图8 受损件修复模块

4.5 各级保障单位库存处理

根据实际战场情况,在作战阵地一般会配备维修备件车,在定点保障单位会设置备件仓库。维修备件车的备件储量一般有限,当储备量低于一定数值时,会向上级备件仓库提出备件补充申请,收到申请后备件仓库向备件车补充维修备件;同样,当定点保障单位备件仓库库存低于一定数值时,会向军械修理厂提出备件申请,之后军械修理厂向定点保障单位补充维修备件。

维修备件车库存模块如图9所示。当库存资源Resource Item模块中可用库存数值avail小于一定数值时,Decision模块激活Create模块产生库存申请需求,产生需求后上级仓库向Batch模块输送一定量的备件资源,通过Batch模块打包并通过Transport模块运输到维修备件车中,整个备件补充过程就完成了。

图9 维修备件车库存模块

定点保障单位的备件仓库如图10所示。其工作原理与维修备件车库存模块大体相似,在此不做赘述。

图10 定点保障单位备件仓库模块

5 结语

本文从装备战场损伤规律出发,结合针对防空武器装备战场环境下的保障资源的分析,对防空武器装备战场抢修组织实施过程进行研究,建立防空武器装备战场抢修组织实施过程的仿真模型。该模型具有一定的针对性,对进一步分析防空武器装备战场抢修组织决策具有一定的帮助。

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Model Analysis of Air Defense Equipment Battlefield Damage Assessment Repair Support

CHENG Han CHEN Weiyi PENG Yingwu

(No. 500 Mailbox 717 Liberation Avenue, Wuhan 430033)

The air defense weapon equipment is facing hard blow, and assuming important combat mission. Depending on analyzing the damage low in the battlefield, the process of battlefield repair organization and implementation is researched. Finally, simulation is made based on ExtendSim, and it has some value for further research of the organization and decision work of the air defending weapon system on the ground.

air defending weapon system on the ground, battlefield repair, process of repair, ExtendSim

2014年9月1日,

2014年10月19日

程晗,男,硕士,研究方向:武器系统运用与保障工程。陈维义,男,教授,博士生导师,研究方向:武器系统仿真与试验技术,武器系统总体与核心子系统设计,军用光电技术。彭英武,男,副教授,研究方向:武器系统仿真技术,综合保障技术。

TP319

10.3969/j.issn1672-9730.2015.03.030