1.5 装备保障系统分析及建模框架

陆军是一个复杂军事系统，本书主要研究陆军中的装备保障系统。采用系统分析方法，将陆军看成一个包括执行主要作战任务的人员、装备系统，以及在作战行动中执行保障功能的一系列保障系统在内的复杂军事系统。在这个军事系统中，有战役（战斗）系统、装备保障系统和后勤保障系统等，如图1-5所示。

在装备保障系统中，可以分出装备使用保障系统、装备维修保障系统及装备调配保障系统。

装备使用保障系统的目标是确保装备“按用途使用”和“按规定的程序正确使用”。在部队中，它也被称为装备管理系统或装备运用系统。其组成包括装备的使用及其管理人员、装备及相应的制度和规定等。

装备调配保障系统的目标是保持装备的完好率、在编率、配套率，提高装备的持续保障能力，保障部队战备、训练、作战等的需要，保持和提高部队的战斗力。其主要保障活动包括装备申请、补充、调拨供应、换装、调整、交接、退役、报废和储备。装备调配保障系统应该充分考虑国家经济发展水平、工业生产和运输能力、社会信息化水平、自然条件、地理环境、交通网络等因素的影响，建立和完善与之相适应的组织结构和运行机制。

装备维修保障系统是陆军装备保障系统的核心组成部分，其基本功能是对技术故障或战损引起的损坏装备实施相应的维修保障活动，恢复装备到完好状态。装备维修保障系统是包括维修分队，维修部队，维修工厂、机构和军工企业，军事装备科研院所，军事院校，以及它们发挥作用的原则和方法的综合体，通过装备的维修保障活动保持陆军部队的战斗力。

装备维修保障系统是装备保障系统的核心子系统，对其进行系统功能任务分析、组织结构及运行分析基本上可以体现装备保障系统的本质特征。

1.5.1 保障系统功能任务分析

按照系统的功能层次和任务的重要性（主要任务、辅助任务和保障任务）来排列这些任务综合体，构成了装备保障系统的功能层次及任务类型图，如图1-6所示。前已述及装备保障系统可以分为装备维修保障、装备使用保障、装备调配保障3个子系统，下面以装备维修保障系统为主对装备保障系统进行功能任务分析。

装备维修保障系统的目标是直接在战斗行动中及时修复受损装备，使滞留、故障、受损的装备恢复作战使用，维持陆军部队的战斗力。

上述目标是通过完成一系列重要程度和复杂程度不同的任务而实现的。“装备维修保障”的任务包括搜索滞留装备、故障装备、受损装备，以及对它们进行后送、修理和维护，将修竣的装备送交部队，并为修理工作提供物资技术保障。这一系列工作构成了“装备维修保障”层次的任务。不管是根据任务的重要程度还是根据维修所需的工作量和复杂程度，在这一层次的主要任务是对装备进行修理，即恢复装备失去的战斗性能和技术性能。

为了执行装备修理任务，首先需要完成一系列辅助任务。这些辅助任务包括在战场上搜索受损、故障和滞留装备，即实施技术侦察；对这些装备进行抢救后送到维修机构的集中地，即抢救后送。技术侦察和抢救后送工作对完成主要任务（装备修理）有重大影响，对装备修理的速度和数量起着非常重要的作用。因此，必须快速搜寻和后送所有待修装备。

该层次的辅助任务还包括修竣装备的归建，及时将修竣的装备送交作战部队。送交的方式主要有：距离比较近时，可以通过装备自行行驶至作战部队；距离比较远时，可以使用平板拖车公路输送或铁路输送到作战部队。

要成功完成主要任务和辅助任务，就必须为保障过程提供维修周转器材和维修备件，提供燃料和其他材料，以及维修工具和测量工具，弥补工艺设备的损耗等，这些任务构成了第三组任务即保障任务，为主要任务（即装备修理）和辅助任务（搜寻、后送）提供相应的物资技术保障。具体的保障任务包括提供维修所需的周转器材和维修备件、各种燃料和其他物质材料、维修作业手段工具及检测设备，以及弥补工艺设备的损耗等。

对于“装备修理”任务而言，其主要任务是装备修理工艺，其辅助任务是修理工艺的准备，其保障任务是为修理作业提供运输保障和能源保障。

装备修理工艺（流程）还可以分解为相互联系的第三层次的任务。第三层次的主要任务是待修装备的拆装工作，采用换件修理进行装备维修时，这一任务所消耗的工作量占整个维修工作量的60%～90%；各种专业工作，如焊接、钳工工作、电气设备的维修和其他工作属于辅助任务；修理的准备及结束工作，如受理修理、故障检查、试验、维护等属于保障任务。

1.5.2 保障系统的组织结构

装备保障是由受过专业训练的技术人员在一定的物质基础支持下完成的，为了有效地利用技术人员的劳动和维修工艺设备，将人员和设备进行优化组合构成一定的组织结构环节，如维修分队、维修部队等，这些环节统称为维修机构。按照一定的高低级别合理配置维修机构，就构成了装备保障系统的组织结构。

根据维修机构的使用条件，维修机构又分为固定维修机构和移动维修机构。根据维修机构在陆军部队结构中的地位，维修机构又分为不同的级别和环节，图1-7所示是装备保障系统的典型组织结构。

1）固定维修机构

第一组维修机构是固定维修机构。其任务包括在平时保障经常性的战备、在战时实施高难度的维修及对装备进行改装。固定维修机构的工作特点是具有固定的部署地点，使用固定的工艺设备，维修计划和工作制度相对稳定，建立规范的生产过程。

固定维修机构分为3个级别：部队级维修机构、战区级维修机构和总部隶属维修机构。

部队级维修机构的工作地点相对固定，在修理和维护过程中主要是动用部队维修机构的人员和固定的工艺设备。对于野外维修所用的技术设备（工程车、维修用的吊车、动力设备等）平时处于保管状态，仅在对人员进行培训时使用，其目的是平时储备下来以便战时可以直接使用。

战区级维修机构是指战区所属的修理所、修理基地、修理厂及其他维修机构，其任务是对一定型号的装备及其装配单元进行大修。

总部隶属维修机构包括维修所、兵工厂、维修厂等。这些维修机构的职能主要包括对装备进行大修并改装，与装备生产厂家经常保持联系，制定（修改）大修工艺流程，对装备设计进行改良，决定装备大修和改装的所有技术政策；在新型装备大修方面，掌握大修技术并向其他维修企业提供技术文件和专家咨询；生产装备维修所需的保障装备（技术设备），如牵引车、技术救援车、装甲维修后送车、移动吊车等。

总部还有一些科研机构、工艺设计和试验机构，其职能是向维修机构提供技术帮助，研制装备维修所需要的保障装备（技术设备）。

每个维修机构都是装备保障系统的一个环节，每个维修机构都承担一定的任务，具有相应的组成、工艺设备、一些必不可少的专家级维修人员，并且具有一定的生产能力。

2）移动维修机构

在装备保障系统中，第二组移动维修机构具有极其重要的作用，在战斗条件下通过对装备进行维修来保持部队战斗力水平。

由于战时复杂变化的环境影响，移动维修机构的工作具有以下特点：

（1）待修装备和待后送装备在数量和质量方面变化无常，散布在广阔的地域上；

（2）维修任务在内容、地点、时间上处于变化状态；

（3）由于战斗中修理设备和后送设备的损失及人员伤亡，移动维修机构的组成也是变化的；

（4）自然气候条件变化不定；

（5）敌方的威胁和其他因素对维修工作具有很大影响。

根据维修机构在陆军系统结构中的地位，移动维修机构又可分为不同的级别和环节。战术级维修机构有营的维修机构、团的维修机构和师（旅）的维修机构。战役级维修机构有集团军维修机构和战区维修机构。战略级维修机构有保障装备（技术设备）保管基地、各种移动修理厂、后备维修机构。每一类维修机构都具有各自的工作特点，对修竣装备的使用有各自的程序。

战术级维修机构的工作特点是直接编入战术级的作战分队、部队，在战斗中紧随作战分队、部队，在一个地点的连续工作时间有限，修竣的装备重新返回各自的作战分队、部队。

战役级维修机构在建制上与战术级作战部队没有隶属联系，其工作特点是可以在一个地方工作较长的时间，其修竣的装备作为后备力量使用。

战略级维修机构包括战区各种移动修理厂、预备维修机构，以及用于组建新的维修部队的保障基地、组织和机关等。

1.5.3 保障系统运行分析

采用前面论述的基于控制论的军事系统研究方法，按照系统的输入、系统的过程、系统的输出、影响系统运行的因素、系统的逆向联系（反馈）5个方面，分析装备保障系统的运行形式，如图1-8所示。

1）系统的输入

系统的输入包括两部分：一部分是待修装备和待后送装备；另一部分是用于修理作业的修理设备和用于抢救后送作业的后送设备。

待修装备是指故障的、受损的装备，恢复其工作性能所需要的维修工作量和维修的复杂程度有所差别。待后送装备包括两类：一类是在各种障碍下滞留的非故障装备，需要将它们拖出来；另一类是需要拖出或需要从敌人火力下后撤，转移到维修点或就近隐蔽处的故障和受损装备。

待修装备和待后送装备是保障系统输入的重要组成部分，它们对系统的工作效率有很大影响，因此，必须用相应的指标来评价待修装备和待后送装备。数量指标反映的是待修装备的数量。通常根据部队行动的地域和战役（战斗）的进程，并且考虑待修装备在空间上和时间上的分布，来预测待修装备的数量。质量指标是将待修装备分为小修、中修、大修及相应的比例，将待后送装备分为轻型、中型、重型和超重型。因此，对于待修装备来说，质量指标反映的是维修工作的内容和分类。

战前，制订保障计划时，通过预测来确定这一部分的输入（指标）；作战过程中，则是通过技术侦察来给出这一部分的输入（指标），即给出装备的损坏地点、评估装备的损坏程度，指出由哪一级机构负责抢救后送，后送到哪一级修理机构进行修理。

在图1-8所示装备保障系统的运行形式中，隐含了保障系统本身的特征，其中包括修理力量、后送力量及其使用原则和方法，既有修理设备、后送设备，也有修理人员、抢救后送人员等。事实上，随着战役（战斗）进程的发展，这些力量也在发生变化，系统的微观构成也在发生改变，从这种意义上来讲，保障力量（修理力量和后送力量）可以看成保障系统输入的第二部分。

依据上述分析，输入的第二部分是修理装备、后送装备，与其对应的是修理机构和后送机构，反映其基本性能的指标是标准生产能力和实际生产能力。维修机构的标准生产能力是指在标准条件下，采用先进的维修生产工艺和组织形式，充分使用人员和技术资源，单位时间内（昼夜、月）修复装备的最大可能数。维修机构的实际生产能力是指在具体战斗条件下，维修机构实际发挥出来的生产能力。实际生产能力与标准条件下的标准生产能力有一定的偏差（偏大或偏小），应该区分这两个概念。

系统输入的第二部分与第一部分一样，对保障系统的工作效率有很大影响。因此，需要进行科学的预测，包括对保障需求的预测和保障能力的评估。不仅要对待修装备和待后送装备的数量指标、质量指标进行合理的保障需求预测，还必须对维修机构在不同战斗条件下的实际保障能力进行相当准确的评价，即能力评估。

2）系统的过程

前已述及，根据保障系统的任务结构，系统过程可以分为主要过程、辅助过程和保障过程。

主要过程是指直接作用于装备，将装备从非战备状态转入战备状态的过程。对于待修装备来说，主要过程就是对装备进行修理和技术维护，对于滞留的非故障装备来说，就是对这些装备进行拖救和牵引。

辅助过程是指对部队行动地域里的待修装备和待后送装备进行技术侦察，以及将受损装备和故障装备后送（牵引或运输）到最近的隐蔽处、后送到维修机构展开的地点、运送到后送线上或装载站里，以及将修竣的装备运送到作战分队、部队。

保障过程是指对主要过程和辅助过程实施的物资技术保障，包括提供备件、材料、工具、技术文件和各种给养。

考虑保障系统的结构环节，针对不同情形对系统的主要过程、辅助过程和保障过程进行完善，是提高保障系统工作效率的一条途径。

3）系统的输出

装备保障系统的工作结果，即系统（过程）的输出，包括修竣的可继续投入战斗使用的装备，以及扣除损失或折旧部分后仍可继续投入使用的后送装备、修理装备。

对保障系统的工作结果可以借助于功能指标和经济指标来进行评价。评价保障系统的指标主要有单位周期（如一个战役）内修竣的装备数量、维修强度（速度）、维修成本。依据第一个指标可以预计部队的战斗能力或完好装备数量，第二个指标反映的是单位时间内保障系统的修复能力及抢救后送能力，第三个指标是指取得结果所付出的代价。按照评价指标的定义，可以对保障系统的每一个级别和每一个环节进行评价。

4）影响系统运行的因素

对保障系统最重要的要求是装备的修复强度与装备的损坏强度一致。“装备的损坏强度”是指单位时间内产生的损坏装备的数量；“装备的修复强度”是指单位时间内能够修复损坏装备的数量。这个要求具体体现在一定条件下保障系统的目标上。确切地讲，保障系统追求的目标就是精确保障，使得投入的保障资源、保障力量适时、适地、适量，正好够用，没有多余，也不缺少，而影响保障系统目标实现的难以控制的因素有很多。

首先，部队战斗行动的类型、战斗企图等影响保障系统的输入。部队战斗行动的类型（进攻、防御）对保障系统的输入有重要影响，不仅影响待修装备和待后送装备的数量和质量指标，而且影响维修机构的保障能力。在进攻战斗（战役）中部队的伤亡和装备的受损往往比防御战斗中多，而维修机构的保障能力由于重新部署、展开、撤收和其他辅助过程耗费大量的时间而下降。

其次，战场的自然气候条件影响保障系统的工作。这些影响因素包括道路网络的发达程度，水、能源和生产资源的满足程度，林区、气温等环境情况。这些因素会促进或阻碍维修工作，进而缩短或增加维修的辅助过程以及保障过程的时间。因为重新部署、隐蔽、工程保障等也需要大量时间，这些因素也会影响维修机构的保障能力。

5）系统的逆向联系

逆向联系作为保障系统的组成部分，主要体现在两个方面：第一，反映保障系统过程输出端的成分变化，这些成分会重新输入到保障系统的输入端，重新参加保障系统的工作过程；第二，逆向联系可以实现对保障系统运行的指挥管理。

在保障系统工作的时间历程中，保障对象（待修装备和待后送装备）在发生变化，修理设备、后送设备的数量和质量也在发生变化，只有动态地考虑保障对象和修理设备、后送设备在数量和质量上的变化，进行科学合理决策，才能保证保障对象在各级维修机构合理分配。因此，逆向联系的重要功能之一就是对保障系统进行科学决策、正确指挥。

指挥过程的本质是对系统的实际输出和理想输出（目标）进行比较，对偏差进行分析，并确定解决出现偏差的方案。

通常采用系统的方法、原理及依据指挥经验，对偏差进行分析和做出决定，提出解决方案，比如，通过改变装备保障系统的结构组成部分来实现：对某个层面（战略、战役、战术）的保障力量进行重新分配；改变某个层面（如战役、战术层面）维修机构的功能；合理储备维修设备（修理设备和后送设备）。

对于完善装备保障系统指挥方面的其他因素，如改进装备维修过程的组织方法、改进装备质量、提高维修设备性能等，其效果比较慢且不明显，通常只在组建新的保障系统或完善保障系统时才起很大作用。

1.5.4 保障系统建模框架

上述分析表明，装备保障系统是一个复杂的人工系统。根据保障任务需求，科学编配保障力量，形成最优的保障系统结构，是顺利完成保障任务的前提，也是实现精确保障的重要途径。无论是平时还是战时，研究保障系统设计方法、优化系统结构、合理分配资源、提高保障能力都是保障指挥人员最关注的核心问题。因此，有必要运用系统科学理论和方法，研究建立一个能够支持保障系统设计与优化的理论体系，这个理论体系应该包括装备保障的指导理论、保障需求分析理论、系统结构分析理论、系统过程分析理论、系统建模与优化理论及系统效能评估理论。为达到上述目的，采用状态空间分析方法，研究建立系统的状态空间模型并分析系统的可控性，以此作为研究保障需求分析模型、保障系统结构模型、保障系统过程模型、保障系统优化模型和效能评估模型的框架。

1）系统状态变量

设保障系统输入为x_i（t），表示t时刻进入保障系统的第i种装备损伤数量，保障系统输出为y_i（t），表示t时刻保障系统修复的第i种装备数量。

用y_i（t） （ i=1，2，…， m）就能完整描述保障系统的维修工作状态，其中， m为待修装备的种类数。y_i（t）也是一组独立变量，可将y_i（t）作为保障系统的状态变量，即

这里， Y （t）就是系统的状态向量。

2）离散形式的系统状态模型

理论分析和实践经验表明，影响保障系统状态变化的因素主要有两个：一是保障系统对损伤装备的修复能力；二是战场损伤装备的数量和分布状况。考虑到实际运用中对离散形式数学模型的需求，建立离散形式的保障系统状态空间模型。

定义1：战场损伤装备经过保障系统修复，由非堪用状态转化为堪用状态的过程称为修复过程。

设β_i（t）为保障系统对第i种装备的按时修复率，即保障系统在t时刻到t+1时刻对第i种装备的平均修复率，则保障系统在t+1时刻对第i种装备的修复数等于保障系统t时刻对第i种装备的修复数加上t时刻到t+1时刻保障系统对第i种装备的修复数，即

在装备保障方案确定后，保障系统结构随之确定，保障系统能够提供的最大维修能力为一定值，设为Q_i（t）。Q_i（t）表示t时刻到t+1时刻期间保障系统满负荷工作时能够修复的第i种装备的数量。当保障系统输入x_i（t）≤Q_i（t）时，β_i（t）=1；当保障系统输入x_i（t）＞Q_i（t）时，β_i（t）=Q_i（t）/x_i（t）。

一般情况下，x_i（t）和β_i（t）都要分解为保障系统中各级维修机构对第i种装备的承修数量x_{i j}（t）和修复率β_{i j}（t）分别进行计算。其中， j=1，2，…， K，表示保障系统中包含的维修机构级别，一般取K ≤5，分别对应总部、战区、集团军、师（旅）、团（营）5级维修机构。

式（1-1）表明，保障系统的状态主要由保障系统输入x_i（t）和保障系统维修能力Q_i（t）确定。

定义2：在作战行动限定的时间内，需要修理的装备数与作战时间之比称为修理流，用修理流强度λ（t）表示，单位为台/天。

修理流强度反映了单位作战时间内损伤装备的数量状况。显然，当按作战行动过程逐日计算时，有x（t）=λ（t）。

装备的损坏主要由技术故障和战斗损伤两种原因造成，下面给出两种情况下的修理流强度计算。

（1）由于技术故障产生的第i种装备的修理流强度。

按战役过程中战斗行动的推进过程逐日计算，平均每天的修理流为

式中，λ_io （t）为第t天第i种装备发生技术故障的装备数量；N_i（t-1）为第i种装备在作战第t天的初始参战数量；P_i（t）为第i种装备在第t天因战斗损伤的概率；L（t）为战役第t天战斗任务的纵深；k_mi（t）为战役第t天第i种装备的机动系数，这是考虑在任务纵深距离上增加的因曲折行驶引入的系数；ω_io为第i种装备的平均故障流强度，即单台装备平均每行驶1km发生故障的次数。

由式（1-2）可以计算得到第t天第i种装备因技术故障需要修理的装备数量。

（2）由于战损产生的第i种装备的修理流强度。

根据上述参数定义，战役第t天由于战损产生的第i种装备的修理流强度为

式中，λ_iδ（t）为战役第t天由于战损产生的第i种装备的修理流强度。

由式（1-2）和式（1-3）可以得到第 t天第 i种装备总的修理流强度λ_i（t）为

（3）维修能力的计算。

对维修能力的计算以条令规定的各级维修机构能够提供的工作时间为限制条件，以保障系统组织结构组成为主要计算内容进行计算，将人员技术的熟练程度、维修备件供应等因素作为修正系数对计算结果进行修正。

第j级维修机构对第i种装备的按天修复数量为

式中， q_ij（t）为第t天第j级维修机构对第i种装备的修复数量；n_ij为第j级维修机构编配的第i种装备的专业修理小组数量；τ_φj（t）为第j级维修机构的修理小组在一个地点可提供的修理人时数；k_uj、k_cj为第 j 级维修机构的时间利用系数和修理工技术熟练程度系数；（t）为第j级维修机构修理1台装备所需的平均修理工作量。

在作战行动中，各级维修机构经常会遭到敌方火力袭击并造成损失，当考虑维修机构损失时，战斗第t天保障系统对第i种装备的修复数量Q_i（t）为

式中， K为保障系统中包含的维修机构级别数量；B_j为保障系统所拥有的第j级维修机构的数量；为战役第d天第j级维修机构的损失率。