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1綜合保障效能評估與質量控制

飛機的綜合保障效能是飛機及其保障系統在預期的使用環境和條件下經濟有效地滿足平時戰備完好和戰時任務持續能力的度量。綜合保障效能評估就是在現有飛機研制程序的基礎上，利用適宜的保障效能評估方法和技術，在飛機研制過程中持續開展綜合效能評估，評價出研制過程各階段的綜合保障效能，提出優化、改進建議，實現對新機研制過程綜合保障的有效監控；在部署/使用階段開展保障效能評估，驗證飛機及其保障系統是否滿足規定的系統戰備完好性要求，為調整保障系統和飛機改型、研制新型號飛機提供必要的經驗信息。保障效能是由飛機平臺設計特性、保障系統設計及維修保障方案所決定的，是在飛機研制過程中設計，逐漸形成、并在使用過程中不斷保持的。綜合保障效能的度量不僅考慮飛機平臺及其使用特點、可靠性與維修性、保障系統的特性與表現，而且還要考慮飛機的利用率、使用方式、任務剖面以及使用環境等。飛機設計質量控制就是要實現飛機及其保障系統滿足規定的系統戰備完好性要求，飛機設計質量不僅包括飛行平臺具有優良的性能，而且還包括其保障系統的性能和配備能夠支撐飛行平臺實現戰備完好、戰時可用的目標。綜上所述，綜合保障和質量控制具有共同的目標，綜合保障效能的高低反映了飛機平臺及保障系統設計質量的高低。在飛機設計的各個階段，對綜合保障效能評估即可實現對飛機設計質量進行階段性和系統性地控制。

2評價指標選擇

由于綜合保障和質量控制具有共同的目標，反映綜合保障效能的指標即可作為飛機設計質量控制的評判標準。飛機的綜合保障效能不僅取決于飛機的設計性能，同時也取決于飛機的使用和保障。綜合保障效能評估結果對四性和綜合保障工作直接產生影響，這關系到飛機的設計、研制，并決定著綜合保障最終目標——以可承受的壽命周期費用實現戰備完好性要求的實現。飛機設計質量評價指標的確定必須遵循以下原則：（1）以作戰任務需求、綜合保障各階段的任務和目標為依據。（2）參考國內、外同類飛機的有關指標，相似裝備的戰備完好性水平，以及本國的國防工業科技水平等。（3）環境條件的約束，包括作戰使用和平時訓練、儲存和運輸等環境條件。（4）預期使用的新技術、新產品對保障效能的影響。（5）現役同類裝備的保障方案和新機預期的保障方案、使用與維修保障資源的約束條件。（6）費用、進度等約束條件。（7）其他約束條件，如充分考慮各指標之間的協調性（不可互替代性、全面性）和各指標的階段性等。根據以上原則，結合相關標準，選用使用可用度（固有可用度）、能執行任務率、出動架次率、再次出動準備時間和壽命周期費用作為評價指標。這五個指標從不同的側面反映了保障系統設計質量對戰備完好性和任務持續能力的影響，其中使用可用度綜合反映飛機在實際任務過程中的使用情況，主要體現了飛機特性、維修保障、供應保障水平對戰備完好性的影響；能執行任務率主要反映在平時條件下飛機保障系統的訓練保障水平；出動架次率主要是反映在戰時條件下飛機維修保障和使用保障水平對戰時任務持續能力的影響；再次出動準備時間主要是反映飛機在連續出動條件下保障系統的使用保障水平；壽命周期費用從經濟性的角度度量裝備系統和戰備完好和戰時任務持續能力的權衡。這幾個指標之間具有不可替代性。戰備完好性的度量不僅考慮飛機及其使用特點、可靠性與維修性、保障系統的特性與表現，而且還要考慮裝備的利用率、使用方式、任務剖面以及使用環境等。這五個指標從不同的角度反映了不同設計和使用因素對戰備完好性和保障效能的影響，涵蓋了飛機設計特性、保障系統的要素（包括使用保障、維修保障、訓練保障、供應保障）和壽命周期費用對飛機設計質量的貢獻。以這些指標作為評價標準，可以實現飛機設計質量全面控制。

3評估方法和模型構建

3.1評估方法

可用的方法可分為解析法和仿真法兩類。解析法能夠準確地計算各類效能指標，但缺乏對飛機維修和使用保障動態特性的描述；仿真法能夠動態地描述飛機的維修和使用保障動態特性，但仿真結果不夠穩定。為了得到客觀、合理和科學的結果,本系統采用解析法和仿真法相結合的方法。

3.1.1計算機仿真

仿真技術具有低成本、有效克服解析法所不能解決的動態問題獨特優勢。計算機仿真體現在以下幾個環節：（1）根據對業務、模型、輸出參數之間的邏輯關系進行分析的結果，模擬單一飛機和機群在仿真周期內的總體使用業務流程。根據實際使用情況，模擬仿真周期內飛機的作戰使用流程。一般流程均從飛機執行的任務開始，進行任務前準備、執行任務、返回進行維修保障，然后進行再次出動。核心業務活動包括飛機狀態的判斷、飛機的調度、修復性維修、預防性維修、起飛前準備、再次出動準備等。（2）故障抽樣。采用蒙特卡洛方法進行飛機系統故障抽樣，確定故障發生時刻序列。單架飛機的年平均飛行時間或者每次的仿真時間。η為由RANDOM（）函數生成的0～1之間的隨機數。故障發生時刻序列的確定方法如下：下一次故障發生時刻=本次故障發生時刻+下一次故障發生時間間隔（2）

3.1.2數據統計

對于已經研制的飛機及其保障系統，數據統計方法主要體現在飛機故障數據、資源數據等輸入數據的獲取。而對于新研發的飛機及其保障系統，這些數據可采用設計參數或者相似型號飛機參數。為了計算最終的評價指標，仿真過程中通過多次統計最終評價指標的分解項,獲取最終的評價指標計算結果。

3.1.3解析法

解析法主要用于各評估指標的計算，飛機各業務活動分解及其時序的確定、時間和資源分配等。各評估指標均可采用解析法進行分解，一直到最底層指標與飛機設計指標相同為止。這有利于確定最終的輸入參數，也利于模型數據的收集。

3.2評估模型構建

任務周期從飛機執行的任務開始，進行任務前準備、執行任務、返回進行維修保障，然后進行再次出動，直到當天任務結束。而在這一任務周期中，將涉及到任務系統、結構、維修保障活動、保障資源、保障組織五大方面設計工作的動態協同。如何全面、科學、客觀模擬這一過程，并將其量化，進而構建數學模型，最終計算出飛機在執行任務過程中的各評價指標，是飛機設計質量控制需要突破的核心技術。

3.2.1模型組成

建模的關鍵體現在任務建模、保障資源建模、飛機建模、組織建模和任務執行過程建模五個方面。這些模型都描述了飛機系統某個方面的特性，它們獨立構成飛機系統的不同側面。因此，飛機設計質量控制模型分為任務、裝備、資源、組織、過程五個子模型。（1）任務模型：描述作戰單元的任務內容及其構成的模型。任務可分為若干個子任務，子任務又可分為若干個次級子任務，各個子任務的內容及其相互關聯都在任務模型中進行描述。隨著任務的進程，其他各個模型都會發生相應的變化。不同模型間的邏輯關聯是保障系統模型所固有的。（2）飛機模型：描述系統中飛機的結構和功能組成的模型。復雜的飛機系統由各單元以一定關系組成并形成特定的功能。（3）資源模型：描述保障系統的各種資源以及資源間關聯關系的模型。保障系統中的資源有很多種，例如：維修人員、備件、設施、技術資料、計算機資源等，但是在作戰單元執行任務的過程中，由于任務的持續時間一般比較短，對保障效能影響最大的資源只有兩種：備件和維修人員。因此，資源模型主要包括維修人員和各種備品備件的分配信息（其中的備品備件即為飛機的最小保障單元）、各種備件在維修過程中的消耗信息以及維修人員的占用信息等。（4）組織模型：描述系統中的組織、角色信息以及組織、角色間關聯關系的模型。其中系統中的組織為各個作戰單元和基本作戰單元，存在的關系有組織間的所屬關系、角色間的存在關系等。（5）過程模型：是保障系統的核心模型，保障系統的其他模型都是圍繞著過程模型展開的。過程模型是描述任務的執行過程中發生的一系列維修、使用保障活動及為維修、使用保障活動之間關聯關系的模型。

3.2.2系統輸入

根據模型的組成、評估指標的分解結果以及飛機設計理論和原理，通過梳理以上模型組成中各描述參數之間的關系的，理清了各輸入參數以及5個子模型之間的關系，明確了各子模型必要的輸入參數。該模型分為任務、飛機、資源、組織、過程5個子模型。根據每個模型的描述，對描述參數進行結構化描述。例如,任務模型結構化為任務系統、任務剖面和基本任務；任務系統結構化為飛機名稱、飛機總數、飛機任務種類；任務剖面結構化為任務種類、任務持續時間、任務所需飛機數量、基本任務名稱；基本任務可結構化為基本任務名稱、基本任務持續時間、所含波次數、單波次所需最小飛機數、單波次持續時間和單波次任務成功點等設計參數。

3.2.3業務流程

在大量調研的基礎上，對單一飛機和機群的總體使用業務流程進行了梳理，并對業務、模型、輸出參數之間的邏輯關系進行了分析。根據實際使用情況，對飛機的作戰使用流程進行了梳理。在活動過程子模型中，需要確定各專業活動執行的邏輯先后、執行時間、資源、組織、特殊要求、所屬專業等信息。通過仿真飛機的任務和使用保障過程，梳理各任務和活動的執行流程，將5個子模型以及個輸入參數關聯起來，最終統計相關參數和計算結果。

4模型初步驗證

為了易于驗證模型和方法，對案例進行了以下簡化：（1）飛機結構假定只有三個子系統（燃油系統、航電系統、火控系統）。（2）將所有的保障資源放在同一個“資源池”中。（3）使用保障活動與任務暫時沒有關聯，作業時間是一個定值。（4）維修過程中備件的周轉時間為定值。（5）預防性維修活動看作一個事件，作業時間為一個定值。（6）供應保障和訓練保障暫時不考慮。模型的驗證采用本模型仿真結果和LSEM模型仿真結果進行對比，計算的出動架次率分別為2.56架•次/天和2.5架•次/天，偏差為2.4%。該偏差處于可接受范圍內。

5模型特點和應用

5.1模型特點該模型具有以下特點：

（1）系統性。該模型使得飛機設計質量的控制不再以各系統、各部件、各產品等孤立地進行，而把整個飛機及其保障系統作為一個有機系統進行質量控制。這不僅符合飛機研制的客觀規律，而且將飛機的裝配、各系統、各產品之間的接口對飛機質量的影響也進行考慮。其結果能夠更真實、全面、客觀反映飛機及其保障系統的設計質量。該方法的這個特點與戴明的系統論理論一致。（2）階段性。由于飛機研制具有明顯的階段性，每一階段的設計參數逐步詳細和準確，因此，該模型也具有階段性。隨著設計的深入，該模型的輸入將不斷逼近飛機及其保障系統的設計質量。該方法的這個特點與戴明的質量持續改進一致。

（3）動態性。以往的控制方法僅采用了質量管理體系和程序，是一種靜態的控制方法。該模型能夠動態性地描述飛機的使用和保障過程，其結果與真實的設計質量具有較小的偏差。（4）客觀性。該模型能夠克服以往采用的程序控制和專家評審方法具有的主觀性，其結果更加科學、合理、客觀。（5）全面性。目前，美國工業界已開發出大量相關模型，如戰備完好性試驗用可用性原型的快速構建（RAPTOR）軟件、裝備保障性仿真工具SCOPE、后勤復合模型LCOM、戰備完好性評估模型METRIC、F-15E的可用度評價模型SLAM、JSF戰斗機的全任務仿真系統、美國空軍基地資源的戰區仿真模型TSAR等。以往的模型僅采用單一的評價指標。選擇的使用可用度、出動架次率、再次出動準備時間、全壽命周期費用指標能全面衡量飛機設計質量。評價結果不僅反映了飛機平臺本身的設計質量，而且還反映了其保障系統和他們之間接口的設計質量。（6）經濟性。地面試驗的成本高昂，而本模型可以省去地面試驗所需要的飛機及其保障系統的研制費用，地面試驗的包括人工、場地、設施等其他費用也不再需要了。

5.2應用

由于飛機及其保障系統的研發具有明顯的階段性，本文提出的模型和方法在各階段對飛機設計質量的控制途徑也不相同。

（1）在項目的招標和投標階段，利用該模型評價供應商提供的設計方案和標書，確定其是否滿足項目的指標要求，從而最終選定合適的供應商，從而確定最佳設計質量方案。

（2）在概念設計階段，利用該模型評價設計方案，找出飛機和保障系統設計的薄弱環節，提出優化和改進措施，完善飛機平臺和保障系統設計，提高飛機設計質量。

（3）在詳細設計階段，利用該模型評價詳細設計方案，找出飛機和保障系統設計的薄弱環節，提出優化和改進措施，完善飛機平臺和保障系統設計，提高飛機設計質量。

（4）在部署/使用階段，驗證飛機及其保障系統是否滿足規定的系統戰備完好性要求，找出設計中的模弱環節，提出優化和改進措施，為調整保障系統和飛機改型、研制新型號飛機提供必要的經驗信息。

6結論

針對當前飛機設計和使用中存在的諸多問題，本文提出了一種基于計算機仿真和數據統計的飛機設計質量控制方法，確定了衡量飛機設計質量的評價參數，構建了計算機仿真模型，利用成熟的LSEM模型對模型的正確性、有效性和合理性進行了初步驗證，但是仍需要經過大量的真實使用數據的驗證。該模型具有系統性、階段性、動態性、全面性、客觀性和經濟性等。在飛機研制的各個階段，利用該模型對飛機平臺及其保障系統的設計質量進行評價和控制，提出優化、改進措施，實現對飛機研制過程設計質量的有效監控。

作者：袁聰聰 張傳超 單位：中航航空電子有限公司 中國人民大學