名校必备基于后勤保障费用LSC模型的使用可用度研究综述.doc

天兵下北荒，胡马欲南饮。横戈从百战，直为衔恩甚。握雪海上餐，拂沙陇头寝。何当破月氏，然后方高枕基于后勤保障费用（LSC）模型的使用可用度研究综述邹细刚1 概述降低寿命周期费用是美军装备采办的关键准则。寿命周期费用（LCC）模型是在费用约束条件下使可用度最大化、检验可用度与费用之间权衡权优化的有效分析工具。美国空军大学发布的基于寿命周期费用模型的使用可用度研究一文，系统分析了五种寿命周期费用模型的适用阶段、模型中是否包含了使用可用度或可靠性维修性参数、是否适用于评价可用度等；选用后勤保障费用（LSC）模型进行了调整改进，采用该模型的输入变量对可用度计算公式进行了转换，形成了可用于评估备选方案使用可用度和费用的LSC改进模型；在收集相关R&M和费用数据的基础上，给出了LSC改进模型进行费用估算和使用可用度评价的案例。2 寿命周期费用模型评价可用度的适用性分析2.1 飞机的研制与采购费用（DAPCA3）模型飞机的研制与采购费用（DAPCA）模型是用于估算费用的计算模型，由兰德公司为美国空军开发，可用于早期设计阶段。模型采用参数估算关系式，计算飞机机体和发动机的研制与采购费用。其主要输入包括：飞机机体重量、速度和推力，模型的输出是以制造小时（工时）表示的飞机生产费用，而不以生产所需的美元费用来表示。DAPCA并不使用R&M参数作为输入。为了使DAPCA适用于评价可用度，需要收集另外的、可用在可用度计算公式中的数据作为输入；而可用度计算公式的输出并不以制造小时（工时）来表示，与DAPCA模型的输出不一致。为了可用度计算公式的输出与DAPCA相一致，需要建立一个可用度关系式，使其输入与重量、推力、速度、批量以及制造小时等关联起来，从而可与模型相一致。因此，DAPCA模型不适于评价可用度。2.2 基于费用计算与评价信息的计划性评审（PRICE）模型PRICE模型由美国无线电公司（RCA）所有，每一应用程序都必须向该公司购买。该模型与DAPCA一样，可在系统寿命周期的早期用来估算由电子和机械子系统构成的系统的研制与采购费用。该模型的输入包括：技术的先进水平、总重量和体积、工程和生产周期、项目的开始年份、假定的费用上升率、服役的类型（地面、空中等）。而且，该模型不使用R&M参数。因此，该模型的输入和输出与可用度计算公式不一致。另外，PRICE模型属专利产品，无法检验该模型所使用的算法。由于不可能接触到其算法，所以修正PRICE模型来评价可用度就无法实现。2.3 面向费用的资源估计（CORE）模型CORE模型由美国空军开发，提供了一种计算年度使用与保障费用的标准化方法。该模型用于系统寿命期的早期，用来确定武器系统决策如何在长期运行中影响系统的资源要求。模型针对具体的决策来度量其要求的资源费用。该模型输入由113个要素构成，主要包括七类别：项目要素；人力要素；项目保障要素；通用要素；维修人员要素；基地维修要素；其他要素。虽然在这七类输入中有一些R&M参数，但该模型并未涉及可用度计算公式所要求的参数。与前两项模型相比，由于其输入和输出更具一致性，因此CORE模型较容易使之适用于评价可用度，具备评价费用和可用度的潜力，但为此需要有另外的输入变量，以满足可用度计算公式的变量输入。2.4 后勤复合（LCOM）模型LCOM模型由美国空军和兰德公司联合开发，用于在新武器系统设计阶段确定设计决策对后勤保障要求的影响。LCOM模型是仿真模型，其模拟一个航空基地的飞机使用与主要保障要素的组合。模型输出是以一个工作中心所需的人员数量来表示，模型输入数据包括资源水平、可靠性参数、政策因素及其他使用要素。该模型类似于CORE模型，二者都使用了一些R&M参数，但未使用可用度公式要求的参数。此外，由于该模型的输入和输出与可用度函数相一致，因此该模型是可适用的。但模型的输入变量清单必须进行扩展，才能满足可用度公式的需要。未选用LCOM模型的原因是需要扩展变量清单，而且该模型的输出是以一个基地所需的人员数量来度量的。如果LCOM模型与其他评价可用度的模型结合使用，或对LCOM模型扩展可用度计算所需的输入参数，则该模型对评价费用和可用度是有用的。2.5 后勤保障费用（LSC）模型LSC模型由美国空军开发，用来估算特定设计或某种设计备选方案所产生的预期保障费用。其输出并不度量保障费用的绝对值，而是各备选方案之间的差值。该模型的输入包括：R&M参数、运输费用、部队飞行小时、劳动工资率、维修时间、备件数量以及其他与使用相关的变量。由于模型已收集了度量可用度所需的变量，因此可将这些输入变量组合起来，以形成可用度计算公式所需的输入，易于进行修正。在基于寿命周期费用模型的使用可用度研究将该模型作为适用于评价可用度的模型进行了适应性改进。3 后勤保障费用（LSC）模型的修正3.1 LSC模型修正的思路修正LSC模型使其适用于评价可用度需经过两个步骤：首先，将LSC模型的输入变量组合起来，以形成使用可用度公式所需的变量；其次，将调整后的可用度公式加入到构成LSC模型的原有费用计算公式之列，即可形成修正后的后勤保障费用（LSC）模型。改进后的模型可用来评价采用某一设计决策或设计备选方案的可用度和费用。决策者可利用修正后的模型评估不同技术状态对可用度的影响，估算达到该可用度的费用，避免系统寿命期后期进行代价高昂的改动。采用修正后的LSC模型用来评价可用度，使决策者有机会找到约束条件下的最小费用的备选方案，并在一系列约束条件下使可用度最大化。3.2 LSC模型的费用计算LSC模型可对一线单元组件备件、原位维修、离位维修、库存管理、保障设备、人员训练、管理和技术数据、设施、燃料消耗、备用发动机、软件费用等11类费用进行估计。LSC模型针对特定系统的保障费用，适用于系统早期阶段的设计决策。设计决策对系统的影响主要通过以下三个费用因素来识别：a) 单元成本；b) 备件费用；c) 特定技术状态的维修费用。对应上述三项变化因素，后勤保障费用（LSC）模型用于计算备件费用的公式如下：FLU备件的费用：公式（1）公式（1）中前两项分别为基层和基地修理供给线的备件费用；第三项为在基层级更换报废FLU的费用。在进行所有计算之前，要规范计算C1所需的费用数据。公式（1）的变量清单见表1。表1 FLU备件费用计算变量清单固定输入序号变量名称说明1基地级平均维修周期时间（DRCT）故障产品从拆除直到返回基地可服役产品库所经历的时间。包括基层级到基地级的运输时间、修复产品所需特定修理活动的处理及工位流转时间。变量输入序号变量名称说明2FLU备件数量（STK）为满足基层级修理供应线所需的FLU备件数量，包括安全储备数量。3单元费用（UC）初始采购FLU的预期单元费用。4飞行峰值（PFFH）使用高峰时期，预期的飞机每月外场飞行小时数。5相似FLUs的数量（QPA）同一父系统中相似FLUs的数量。6运行时间与飞行时间的比值（UF）FLU的运行时间与飞行时间之比。7原位维修的FLU故障比例（RIP）FLU故障中能在原位或者在线修复的部分所占比例。8返基地维修FLU故障比例（NRTS）预期要返回基地级维修、要拆除的FLUs部分所占比例。9平均故障间隔时间（MTBF）FLU在使用环境中运行时的故障间隔的平均时间。10总的飞行小时数（TFFH）使用期内，依据飞行大纲的总的飞行小时数。11报废率（COND）拆除的FLUs在基层级报废的部分所占比率。12维修点的数量（M）中继级维修地点的数量。用于计算原位维修费用的计算公式如下：原位维修费用：公式（2）公式（2）中第一项代表非计划性维修劳动力工时费用。第二项代表计划性维修工时费用。公式（2）的变量清单见表2。表2 计算原位维修费用的变量清单固定输入序号变量名称说明1基层人力费用（BLR）基层级每工时的人力费用。变量输入序号变量名称说明2总的飞行小时数（TFFH）见表1，第10项。3相似FLUs的数量（QPA）见表1，第5项。4运行时间与飞行时间的比值（UF）见表1，第6项。5平均故障间隔时间（MTBF）见表1，第9项。6准备和接近时间（PAMH）为准备和接近FLU而花费在吊起已安装的系统的平均工时。7原位维修的FLU故障比率（RIP）见表1，第7项。8原位修复性维修时间（IMH）对FLU实施原位或在线修复性维修的平均工时，包括故障隔离、修理和验证。9隔离、拆除、更换时间（RMH）为保持使用状态，在已安装好的系统上进行故障隔离、拆除、更换FLU的平均工时。10计划性检查时间（SMH）对系统实施计划的周期性或阶段性检查的平均工时。11检查间隔时间（SMI）系统实施计划好的周期性或阶段性检查的飞行小时间隔。用于计算离位维修的费用公式如下：离位维修费用：公式（3）公式（3）要求使用经规范化的单元费用（UC）、在基层和基地级进行修理的费用（BMC和DMC），在利用公式计算离位维修费用之前，要对UC、BMC和DMC值进行规范化。公式（3）的变量清单见表3。表3 计算离位维修费用的变量清单固定输入序号变量名称说明1基层级可消耗材料的消耗费用（BMR）基层级每工时可消耗材料的消耗费用，包括产品修理期间消耗的辅助产品（如螺帽、垫圈、磨石等）。2基地级人力费用（DLR）基地级每工时人力的费用。3海外包装、运输费用（PSO）海外平均每磅的包装、运输费用。4包装、运输费用（PSC）美国本土平均每磅的包装、运输费用。5基层级人力费用（BLR）见表2，第1项。6基地级可消耗材料的消耗费用（DMR）与BMR相同，但其反映基地级的费用水平。变量输入序号变量名称说明7总的飞行小时数(TFFH)见表1，第10项。8相似FLUs的数量（QPA）见表1，第5项。9运行时间与飞行时间的比值（UF）见表2，第4项。10原位维修的FLU故障比率（RIP）见表1，第7项。11平均故障间隔时间（MTBF）见表2，第5项。12故障工位检查、筛选、验证时间（BCMH）在初始修理活动或者产品报废之前，对已拆下来的FLU进行故障工位检查、筛选、验证所需的平均工时。13基层级修理的FLUs百分比（RTS）已拆除的FLUs中预期在基层级修理的比例。14中继级维修时间（BMH）对已拆下来的FLU执行中继级（基层工厂）维修的平均工时，包括故障隔离、修理和验证。15基层级FLU每故障修理费用率（BMC）基层级维修FLU每个故障的平均费用率，包括贮存和修理更低层次的装配件所需费用，表示为占FLU单元费用(UC)的百分比。这是针对FLU的隐性修理处理费用，表征为人力、资源消耗和低层次可合同修理组件（如车间更换单元或互换标准件）的贮存/更换。16单元费用（UC）见表1，第3项。17返基地维修FLU故障比例（NRTS）见表1，第8项。18执行基地级维修的时间（DMH）见上述BMH，但是是针对基地级维修的时间。19基地级FLU的每故障维修费用率（DMC）见上述BMC，但反映基地级的费用水平。20报废率（COND）见表1，第11项。21海外部署力量百分比（OS）海外部署力量占总力量的百分比。22重量（W）FLU单元的重量，以磅为单位。23通货膨胀指数（K）通货膨胀指数。总后勤保障费用（C）的计算公式：公式（4）利用上述LSC模型的费用计算公式，可计算出不同备选方案的差量费用，为项目经理设计决策提供依据。但此时，项目经理做出的决策将是针对最小费用的备选方案。如果不同备选方案间的差量费用相对较小，项目经理将不得寻找另一个差量费用作为决策的依据。如果使用修正后的LSC模型，则可将使用可用度与初始LSC模型计算出的差量费用结果供决策者参考。3.3 可用度计算公式的转换LSC模型所涉及的项量或变量必须以某种方式组合起来，以形成可用度计算公式所需的变量。下面是利用LSC模型所涉及的项量或变量转换使用可用度公式的过程。使用可用度（）计算公式为：公式（5）式中：使用时间，由一线单元（FLU）使用时间与飞行小时构成或由确定运行时间与飞行时间的比值（UF）所需的输入构成。：待命时间，FLU未运行但认定可用的时间。：总预防性维修时间，包括：（1）对系统实施计划性检查、定期检查、或周期性检查的平均工时（）；（2）在开始修理活动或报废之前，对已拆卸的FLU在车间工作台进行检查、筛选和故障验证的平均工时（）；（3）在安装FLU的系统上用于准备和接近FLU的平均工时（）；（4）对已拆卸的FLU实施中继级（基层车间）维修（包括故障隔离、修理和验证）的平均工时（）。因此，总预防性维修时间：总修复性维修时间，包括：（1）；（2）；（3）实施原位或在线修复性维修的平均工时（），包括故障隔离、修理和验证时间；（4）；（5）自产品被拆卸至其返回可服役库内的基层级平均修理周期时间（），以月为单位计算。因此，总修复性维修时间：ALDT：因管理和后勤延误时间，包括：（1）每次不能完成离位维修所记录工时的平均值（）；（2）每次不能完成原位维修所记录工时的平均值（）；（3）以月为单位计算的加权平均订货和运输时间（）；（4）每次不能完成供应事件处理所记录工时的平均值（）；（5）每次不能完成运输事件处理所记录工时的平均值（）。因此，后勤延误时间：须将使用和待命时间（OT&ST）时间计量单位调整为按月计算的时间值，以产生可用度的无量纲值。其余的各项必须与每月发生的频率相乘，计量单位要由“小时/每次检查”和“小时/每次故障”转换为“小时/每月”。下面给出算例以兹说明：则，每月的总预防性维修时间（）计算如下：式中，每月的检查次数由每月的飞行小时数除以各次检查之间的飞行小时数求得，可以下列公式表示：总修复性维修时间（）计算公式被分成两个部分：第一部分为针对不考虑其在何处被修理的所有故障；第二部分为针对将在基层级予以修理的故障。后一部分乘以将在基地维修的那部分FLU比率（RTS）。则总修复性维修时间（）的计算公式如下：因管理和后勤不能工作时间（）只针对在基层级进行修理的那部分故障。因此其计算公式如下：和的每月故障次数由每月的使用时间（）除以平均故障间隔时间（MTBF），公式如下：通过上述转换，基层级的使用可用度可通过LSC模型的变量来计算，具体公式如下：公式（6）公式（6）中的变量清单见表4。表4 使用可用度计算公式的变量清单固定输入序号变量名称说明1每故障离位记录时间（MRF）每次不能完成离位维修所记录工时的平均值。2每故障原位记录时间（MRO）每次不能完成原位维修所记录工时的平均值。3调配运送时间（OST）总的平均调配和运送时间（以月为单位），从开始请求可服役产品到请求活动有收到物所经历的时间。4供应事项记录时间（SR）每次不能完成供应事件处理所记录工时的平均值。5运输记录时间（TR）每次不能完成运输事件处理所记录工时的平均值。6基层维修周期时间（BRCT）平均基层维修周期时间（以月为单位），故障产品从拆除到返回基层可服役产品库所经历的时间。变量输入序号变量名称说明7计划性检查时间（SMH）见表2，第10项。8故障工位检查、筛选、验证时间（BCMH）见表3，第12项。9准备和接近时间（PAMH）见表2，第6项。10中继级维修时间（BMH）见表3，第14项。11原位修复性维修时间（IMH）见表2，第8项。12待机时间（ST）设备没有使用但等待使用的时间。13使用时间（OT）设备在地面和飞行期间的使用时间。14每月飞行时间（UR）每架飞机的平时利用率（hrs./mo.）。15计划性维修检查之间的飞行小时（SMI）每架飞机计划性维修检查之间的飞行小时数。4 修正后的LSC模型的应用公式（1）、（2）、（3）、（4）（6）即构成了修改后的LSC模型。利用该模型，可计算不同备选方案的可用度差量和寿命周期费用差量的比值（）。项目经理可在决定最佳费效的方案时运用计算结果。基于寿命周期费用的使用可用度研究一文，列举了两种不同直升飞机的设计备选方案，收集了相关数据，利用模型的计算公式，提供了修正后LSC模型应用示例。由于案例应用的计算公式和上述介绍的费用和可用度计算公式一致，且涉及的具体数据较多，本文就不再赘述。5 结束语可用度是度量装备战备完好性的综合参数。如何评价装备的可用度、估算装备寿命周期费用及可用度与费用的权衡优化等在国内仍是值得研究和探讨的问题。本文对美军在寿命周期费用和可用度评价方面的研究成果的介绍，期望对我军装备保障性工程的开展有所启发和借鉴。9