基于后勤保障費(fèi)用(LSC)模型的使用可用度研究綜述

1、基于后勤保障費(fèi)用（LSC）模型的使用可用度研究綜述鄒細(xì)剛1 概述降低壽命周期費(fèi)用是美軍裝備采辦的關(guān)鍵準(zhǔn)則。壽命周期費(fèi)用（LCC）模型是在費(fèi)用約束條件下使可用度最大化、檢驗(yàn)可用度與費(fèi)用之間權(quán)衡權(quán)優(yōu)化的有效分析工具。美國(guó)空軍大學(xué)發(fā)布的基于壽命周期費(fèi)用模型的使用可用度研究一文，系統(tǒng)分析了五種壽命周期費(fèi)用模型的適用階段、模型中是否包含了使用可用度或可靠性維修性參數(shù)、是否適用于評(píng)價(jià)可用度等；選用后勤保障費(fèi)用（LSC）模型進(jìn)行了調(diào)整改進(jìn)，采用該模型的輸入變量對(duì)可用度計(jì)算公式進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，形成了可用于評(píng)估備選方案使用可用度和費(fèi)用的LSC改進(jìn)模型；在收集相關(guān)R&M和費(fèi)用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，給出了LSC改進(jìn)模型

2、進(jìn)行費(fèi)用估算和使用可用度評(píng)價(jià)的案例。2 壽命周期費(fèi)用模型評(píng)價(jià)可用度的適用性分析2.1 飛機(jī)的研制與采購(gòu)費(fèi)用（DAPCA3）模型飛機(jī)的研制與采購(gòu)費(fèi)用（DAPCA）模型是用于估算費(fèi)用的計(jì)算模型，由蘭德公司為美國(guó)空軍開(kāi)發(fā)，可用于早期設(shè)計(jì)階段。模型采用參數(shù)估算關(guān)系式，計(jì)算飛機(jī)機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)的研制與采購(gòu)費(fèi)用。其主要輸入包括：飛機(jī)機(jī)體重量、速度和推力，模型的輸出是以制造小時(shí)（工時(shí)）表示的飛機(jī)生產(chǎn)費(fèi)用，而不以生產(chǎn)所需的美元費(fèi)用來(lái)表示。DAPCA并不使用R&M參數(shù)作為輸入。為了使DAPCA適用于評(píng)價(jià)可用度，需要收集另外的、可用在可用度計(jì)算公式中的數(shù)據(jù)作為輸入；而可用度計(jì)算公式的輸出并不以制造小時(shí)（工時(shí)）

3、來(lái)表示，與DAPCA模型的輸出不一致。為了可用度計(jì)算公式的輸出與DAPCA相一致，需要建立一個(gè)可用度關(guān)系式，使其輸入與重量、推力、速度、批量以及制造小時(shí)等關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而可與模型相一致。因此，DAPCA模型不適于評(píng)價(jià)可用度。2.2 基于費(fèi)用計(jì)算與評(píng)價(jià)信息的計(jì)劃性評(píng)審（PRICE）模型PRICE模型由美國(guó)無(wú)線電公司（RCA）所有，每一應(yīng)用程序都必須向該公司購(gòu)買。該模型與DAPCA一樣，可在系統(tǒng)壽命周期的早期用來(lái)估算由電子和機(jī)械子系統(tǒng)構(gòu)成的系統(tǒng)的研制與采購(gòu)費(fèi)用。該模型的輸入包括：技術(shù)的先進(jìn)水平、總重量和體積、工程和生產(chǎn)周期、項(xiàng)目的開(kāi)始年份、假定的費(fèi)用上升率、服役的類型（地面、空中等）。而且，該模型不

4、使用R&M參數(shù)。因此，該模型的輸入和輸出與可用度計(jì)算公式不一致。另外，PRICE模型屬專利產(chǎn)品，無(wú)法檢驗(yàn)該模型所使用的算法。由于不可能接觸到其算法，所以修正PRICE模型來(lái)評(píng)價(jià)可用度就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。2.3 面向費(fèi)用的資源估計(jì)（CORE）模型CORE模型由美國(guó)空軍開(kāi)發(fā)，提供了一種計(jì)算年度使用與保障費(fèi)用的標(biāo)準(zhǔn)化方法。該模型用于系統(tǒng)壽命期的早期，用來(lái)確定武器系統(tǒng)決策如何在長(zhǎng)期運(yùn)行中影響系統(tǒng)的資源要求。模型針對(duì)具體的決策來(lái)度量其要求的資源費(fèi)用。該模型輸入由113個(gè)要素構(gòu)成，主要包括七類別：項(xiàng)目要素；人力要素；項(xiàng)目保障要素；通用要素；維修人員要素；基地維修要素；其他要素。雖然在這七類輸入中有一些R&

5、amp;M參數(shù)，但該模型并未涉及可用度計(jì)算公式所要求的參數(shù)。與前兩項(xiàng)模型相比，由于其輸入和輸出更具一致性，因此CORE模型較容易使之適用于評(píng)價(jià)可用度，具備評(píng)價(jià)費(fèi)用和可用度的潛力，但為此需要有另外的輸入變量，以滿足可用度計(jì)算公式的變量輸入。2.4 后勤復(fù)合（LCOM）模型LCOM模型由美國(guó)空軍和蘭德公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，用于在新武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段確定設(shè)計(jì)決策對(duì)后勤保障要求的影響。LCOM模型是仿真模型，其模擬一個(gè)航空基地的飛機(jī)使用與主要保障要素的組合。模型輸出是以一個(gè)工作中心所需的人員數(shù)量來(lái)表示，模型輸入數(shù)據(jù)包括資源水平、可靠性參數(shù)、政策因素及其他使用要素。該模型類似于CORE模型，二者都使用了一些R&a

6、mp;M參數(shù)，但未使用可用度公式要求的參數(shù)。此外，由于該模型的輸入和輸出與可用度函數(shù)相一致，因此該模型是可適用的。但模型的輸入變量清單必須進(jìn)行擴(kuò)展，才能滿足可用度公式的需要。未選用LCOM模型的原因是需要擴(kuò)展變量清單，而且該模型的輸出是以一個(gè)基地所需的人員數(shù)量來(lái)度量的。如果LCOM模型與其他評(píng)價(jià)可用度的模型結(jié)合使用，或?qū)COM模型擴(kuò)展可用度計(jì)算所需的輸入?yún)?shù)，則該模型對(duì)評(píng)價(jià)費(fèi)用和可用度是有用的。2.5 后勤保障費(fèi)用（LSC）模型LSC模型由美國(guó)空軍開(kāi)發(fā)，用來(lái)估算特定設(shè)計(jì)或某種設(shè)計(jì)備選方案所產(chǎn)生的預(yù)期保障費(fèi)用。其輸出并不度量保障費(fèi)用的絕對(duì)值，而是各備選方案之間的差值。該模型的輸入包括：R&am

7、p;M參數(shù)、運(yùn)輸費(fèi)用、部隊(duì)飛行小時(shí)、勞動(dòng)工資率、維修時(shí)間、備件數(shù)量以及其他與使用相關(guān)的變量。由于模型已收集了度量可用度所需的變量，因此可將這些輸入變量組合起來(lái)，以形成可用度計(jì)算公式所需的輸入，易于進(jìn)行修正。在基于壽命周期費(fèi)用模型的使用可用度研究將該模型作為適用于評(píng)價(jià)可用度的模型進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)。3 后勤保障費(fèi)用（LSC）模型的修正3.1 LSC模型修正的思路修正LSC模型使其適用于評(píng)價(jià)可用度需經(jīng)過(guò)兩個(gè)步驟：首先，將LSC模型的輸入變量組合起來(lái)，以形成使用可用度公式所需的變量；其次，將調(diào)整后的可用度公式加入到構(gòu)成LSC模型的原有費(fèi)用計(jì)算公式之列，即可形成修正后的后勤保障費(fèi)用（LSC）模型。改進(jìn)后

8、的模型可用來(lái)評(píng)價(jià)采用某一設(shè)計(jì)決策或設(shè)計(jì)備選方案的可用度和費(fèi)用。決策者可利用修正后的模型評(píng)估不同技術(shù)狀態(tài)對(duì)可用度的影響，估算達(dá)到該可用度的費(fèi)用，避免系統(tǒng)壽命期后期進(jìn)行代價(jià)高昂的改動(dòng)。采用修正后的LSC模型用來(lái)評(píng)價(jià)可用度，使決策者有機(jī)會(huì)找到約束條件下的最小費(fèi)用的備選方案，并在一系列約束條件下使可用度最大化。3.2 LSC模型的費(fèi)用計(jì)算LSC模型可對(duì)一線單元組件備件、原位維修、離位維修、庫(kù)存管理、保障設(shè)備、人員訓(xùn)練、管理和技術(shù)數(shù)據(jù)、設(shè)施、燃料消耗、備用發(fā)動(dòng)機(jī)、軟件費(fèi)用等11類費(fèi)用進(jìn)行估計(jì)。LSC模型針對(duì)特定系統(tǒng)的保障費(fèi)用，適用于系統(tǒng)早期階段的設(shè)計(jì)決策。設(shè)計(jì)決策對(duì)系統(tǒng)的影響主要通過(guò)以下三個(gè)費(fèi)用因素來(lái)識(shí)

9、別：a) 單元成本；b) 備件費(fèi)用；c) 特定技術(shù)狀態(tài)的維修費(fèi)用。對(duì)應(yīng)上述三項(xiàng)變化因素，后勤保障費(fèi)用（LSC）模型用于計(jì)算備件費(fèi)用的公式如下：FLU備件的費(fèi)用：公式（1）公式（1）中前兩項(xiàng)分別為基層和基地修理供給線的備件費(fèi)用；第三項(xiàng)為在基層級(jí)更換報(bào)廢FLU的費(fèi)用。在進(jìn)行所有計(jì)算之前，要規(guī)范計(jì)算C1所需的費(fèi)用數(shù)據(jù)。公式（1）的變量清單見(jiàn)表1。表1 FLU備件費(fèi)用計(jì)算變量清單固定輸入序號(hào)變量名稱說(shuō)明1基地級(jí)平均維修周期時(shí)間（DRCT）故障產(chǎn)品從拆除直到返回基地可服役產(chǎn)品庫(kù)所經(jīng)歷的時(shí)間。包括基層級(jí)到基地級(jí)的運(yùn)輸時(shí)間、修復(fù)產(chǎn)品所需特定修理活動(dòng)的處理及工位流轉(zhuǎn)時(shí)間。變量輸入序號(hào)變量名稱說(shuō)明2FLU備件數(shù)

10、量（STK）為滿足基層級(jí)修理供應(yīng)線所需的FLU備件數(shù)量，包括安全儲(chǔ)備數(shù)量。3單元費(fèi)用（UC）初始采購(gòu)FLU的預(yù)期單元費(fèi)用。4飛行峰值（PFFH）使用高峰時(shí)期，預(yù)期的飛機(jī)每月外場(chǎng)飛行小時(shí)數(shù)。5相似FLUs的數(shù)量（QPA）同一父系統(tǒng)中相似FLUs的數(shù)量。6運(yùn)行時(shí)間與飛行時(shí)間的比值（UF）FLU的運(yùn)行時(shí)間與飛行時(shí)間之比。7原位維修的FLU故障比例（RIP）FLU故障中能在原位或者在線修復(fù)的部分所占比例。8返基地維修FLU故障比例（NRTS）預(yù)期要返回基地級(jí)維修、要拆除的FLUs部分所占比例。9平均故障間隔時(shí)間（MTBF）FLU在使用環(huán)境中運(yùn)行時(shí)的故障間隔的平均時(shí)間。10總的飛行小時(shí)數(shù)（TFFH）使用

11、期內(nèi)，依據(jù)飛行大綱的總的飛行小時(shí)數(shù)。11報(bào)廢率（COND）拆除的FLUs在基層級(jí)報(bào)廢的部分所占比率。12維修點(diǎn)的數(shù)量（M）中繼級(jí)維修地點(diǎn)的數(shù)量。用于計(jì)算原位維修費(fèi)用的計(jì)算公式如下：原位維修費(fèi)用：公式（2）公式（2）中第一項(xiàng)代表非計(jì)劃性維修勞動(dòng)力工時(shí)費(fèi)用。第二項(xiàng)代表計(jì)劃性維修工時(shí)費(fèi)用。公式（2）的變量清單見(jiàn)表2。表2 計(jì)算原位維修費(fèi)用的變量清單固定輸入序號(hào)變量名稱說(shuō)明1基層人力費(fèi)用（BLR）基層級(jí)每工時(shí)的人力費(fèi)用。變量輸入序號(hào)變量名稱說(shuō)明2總的飛行小時(shí)數(shù)（TFFH）見(jiàn)表1，第10項(xiàng)。3相似FLUs的數(shù)量（QPA）見(jiàn)表1，第5項(xiàng)。4運(yùn)行時(shí)間與飛行時(shí)間的比值（UF）見(jiàn)表1，第6項(xiàng)。5平均故障間隔時(shí)間

12、（MTBF）見(jiàn)表1，第9項(xiàng)。6準(zhǔn)備和接近時(shí)間（PAMH）為準(zhǔn)備和接近FLU而花費(fèi)在吊起已安裝的系統(tǒng)的平均工時(shí)。7原位維修的FLU故障比率（RIP）見(jiàn)表1，第7項(xiàng)。8原位修復(fù)性維修時(shí)間（IMH）對(duì)FLU實(shí)施原位或在線修復(fù)性維修的平均工時(shí)，包括故障隔離、修理和驗(yàn)證。9隔離、拆除、更換時(shí)間（RMH）為保持使用狀態(tài)，在已安裝好的系統(tǒng)上進(jìn)行故障隔離、拆除、更換FLU的平均工時(shí)。10計(jì)劃性檢查時(shí)間（SMH）對(duì)系統(tǒng)實(shí)施計(jì)劃的周期性或階段性檢查的平均工時(shí)。11檢查間隔時(shí)間（SMI）系統(tǒng)實(shí)施計(jì)劃好的周期性或階段性檢查的飛行小時(shí)間隔。用于計(jì)算離位維修的費(fèi)用公式如下：離位維修費(fèi)用：公式（3）公式（3）要求使用經(jīng)規(guī)范

13、化的單元費(fèi)用（UC）、在基層和基地級(jí)進(jìn)行修理的費(fèi)用（BMC和DMC），在利用公式計(jì)算離位維修費(fèi)用之前，要對(duì)UC、BMC和DMC值進(jìn)行規(guī)范化。公式（3）的變量清單見(jiàn)表3。表3 計(jì)算離位維修費(fèi)用的變量清單固定輸入序號(hào)變量名稱說(shuō)明1基層級(jí)可消耗材料的消耗費(fèi)用（BMR）基層級(jí)每工時(shí)可消耗材料的消耗費(fèi)用，包括產(chǎn)品修理期間消耗的輔助產(chǎn)品（如螺帽、墊圈、磨石等）。2基地級(jí)人力費(fèi)用（DLR）基地級(jí)每工時(shí)人力的費(fèi)用。3海外包裝、運(yùn)輸費(fèi)用（PSO）海外平均每磅的包裝、運(yùn)輸費(fèi)用。4包裝、運(yùn)輸費(fèi)用（PSC）美國(guó)本土平均每磅的包裝、運(yùn)輸費(fèi)用。5基層級(jí)人力費(fèi)用（BLR）見(jiàn)表2，第1項(xiàng)。6基地級(jí)可消耗材料的消耗費(fèi)用（DMR

14、）與BMR相同，但其反映基地級(jí)的費(fèi)用水平。變量輸入序號(hào)變量名稱說(shuō)明7總的飛行小時(shí)數(shù)(TFFH)見(jiàn)表1，第10項(xiàng)。8相似FLUs的數(shù)量（QPA）見(jiàn)表1，第5項(xiàng)。9運(yùn)行時(shí)間與飛行時(shí)間的比值（UF）見(jiàn)表2，第4項(xiàng)。10原位維修的FLU故障比率（RIP）見(jiàn)表1，第7項(xiàng)。11平均故障間隔時(shí)間（MTBF）見(jiàn)表2，第5項(xiàng)。12故障工位檢查、篩選、驗(yàn)證時(shí)間（BCMH）在初始修理活動(dòng)或者產(chǎn)品報(bào)廢之前，對(duì)已拆下來(lái)的FLU進(jìn)行故障工位檢查、篩選、驗(yàn)證所需的平均工時(shí)。13基層級(jí)修理的FLUs百分比（RTS）已拆除的FLUs中預(yù)期在基層級(jí)修理的比例。14中繼級(jí)維修時(shí)間（BMH）對(duì)已拆下來(lái)的FLU執(zhí)行中繼級(jí)（基層工廠）維

15、修的平均工時(shí)，包括故障隔離、修理和驗(yàn)證。15基層級(jí)FLU每故障修理費(fèi)用率（BMC）基層級(jí)維修FLU每個(gè)故障的平均費(fèi)用率，包括貯存和修理更低層次的裝配件所需費(fèi)用，表示為占FLU單元費(fèi)用(UC)的百分比。這是針對(duì)FLU的隱性修理處理費(fèi)用，表征為人力、資源消耗和低層次可合同修理組件（如車間更換單元或互換標(biāo)準(zhǔn)件）的貯存/更換。16單元費(fèi)用（UC）見(jiàn)表1，第3項(xiàng)。17返基地維修FLU故障比例（NRTS）見(jiàn)表1，第8項(xiàng)。18執(zhí)行基地級(jí)維修的時(shí)間（DMH）見(jiàn)上述BMH，但是是針對(duì)基地級(jí)維修的時(shí)間。19基地級(jí)FLU的每故障維修費(fèi)用率（DMC）見(jiàn)上述BMC，但反映基地級(jí)的費(fèi)用水平。20報(bào)廢率（COND）見(jiàn)表1，

16、第11項(xiàng)。21海外部署力量百分比（OS）海外部署力量占總力量的百分比。22重量（W）FLU單元的重量，以磅為單位。23通貨膨脹指數(shù)（K）通貨膨脹指數(shù)?？偤笄诒Ｕ腺M(fèi)用（C）的計(jì)算公式：公式（4）利用上述LSC模型的費(fèi)用計(jì)算公式，可計(jì)算出不同備選方案的差量費(fèi)用，為項(xiàng)目經(jīng)理設(shè)計(jì)決策提供依據(jù)。但此時(shí)，項(xiàng)目經(jīng)理做出的決策將是針對(duì)最小費(fèi)用的備選方案。如果不同備選方案間的差量費(fèi)用相對(duì)較小，項(xiàng)目經(jīng)理將不得尋找另一個(gè)差量費(fèi)用作為決策的依據(jù)。如果使用修正后的LSC模型，則可將使用可用度與初始LSC模型計(jì)算出的差量費(fèi)用結(jié)果供決策者參考。3.3 可用度計(jì)算公式的轉(zhuǎn)換LSC模型所涉及的項(xiàng)量或變量必須以某種方式組合起來(lái)，

17、以形成可用度計(jì)算公式所需的變量。下面是利用LSC模型所涉及的項(xiàng)量或變量轉(zhuǎn)換使用可用度公式的過(guò)程。使用可用度（）計(jì)算公式為：公式（5）式中：使用時(shí)間，由一線單元（FLU）使用時(shí)間與飛行小時(shí)構(gòu)成或由確定運(yùn)行時(shí)間與飛行時(shí)間的比值（UF）所需的輸入構(gòu)成。：待命時(shí)間，F(xiàn)LU未運(yùn)行但認(rèn)定可用的時(shí)間。：總預(yù)防性維修時(shí)間，包括：（1）對(duì)系統(tǒng)實(shí)施計(jì)劃性檢查、定期檢查、或周期性檢查的平均工時(shí)（）；（2）在開(kāi)始修理活動(dòng)或報(bào)廢之前，對(duì)已拆卸的FLU在車間工作臺(tái)進(jìn)行檢查、篩選和故障驗(yàn)證的平均工時(shí)（）；（3）在安裝FLU的系統(tǒng)上用于準(zhǔn)備和接近FLU的平均工時(shí)（）；（4）對(duì)已拆卸的FLU實(shí)施中繼級(jí)（基層車間）維修（包括故障

18、隔離、修理和驗(yàn)證）的平均工時(shí)（）。因此，總預(yù)防性維修時(shí)間：總修復(fù)性維修時(shí)間，包括：（1）；（2）；（3）實(shí)施原位或在線修復(fù)性維修的平均工時(shí)（），包括故障隔離、修理和驗(yàn)證時(shí)間；（4）；（5）自產(chǎn)品被拆卸至其返回可服役庫(kù)內(nèi)的基層級(jí)平均修理周期時(shí)間（），以月為單位計(jì)算。因此，總修復(fù)性維修時(shí)間：ALDT：因管理和后勤延誤時(shí)間，包括：（1）每次不能完成離位維修所記錄工時(shí)的平均值（）；（2）每次不能完成原位維修所記錄工時(shí)的平均值（）；（3）以月為單位計(jì)算的加權(quán)平均訂貨和運(yùn)輸時(shí)間（）；（4）每次不能完成供應(yīng)事件處理所記錄工時(shí)的平均值（）；（5）每次不能完成運(yùn)輸事件處理所記錄工時(shí)的平均值（）。因此，后勤延誤時(shí)

19、間：須將使用和待命時(shí)間（OT&ST）時(shí)間計(jì)量單位調(diào)整為按月計(jì)算的時(shí)間值，以產(chǎn)生可用度的無(wú)量綱值。其余的各項(xiàng)必須與每月發(fā)生的頻率相乘，計(jì)量單位要由“小時(shí)/每次檢查”和“小時(shí)/每次故障”轉(zhuǎn)換為“小時(shí)/每月”。下面給出算例以茲說(shuō)明：則，每月的總預(yù)防性維修時(shí)間（）計(jì)算如下：式中，每月的檢查次數(shù)由每月的飛行小時(shí)數(shù)除以各次檢查之間的飛行小時(shí)數(shù)求得，可以下列公式表示：總修復(fù)性維修時(shí)間（）計(jì)算公式被分成兩個(gè)部分：第一部分為針對(duì)不考慮其在何處被修理的所有故障；第二部分為針對(duì)將在基層級(jí)予以修理的故障。后一部分乘以將在基地維修的那部分FLU比率（RTS）。則總修復(fù)性維修時(shí)間（）的計(jì)算公式如下：因管理和后勤不

20、能工作時(shí)間（）只針對(duì)在基層級(jí)進(jìn)行修理的那部分故障。因此其計(jì)算公式如下：和的每月故障次數(shù)由每月的使用時(shí)間（）除以平均故障間隔時(shí)間（MTBF），公式如下：通過(guò)上述轉(zhuǎn)換，基層級(jí)的使用可用度可通過(guò)LSC模型的變量來(lái)計(jì)算，具體公式如下：公式（6）公式（6）中的變量清單見(jiàn)表4。表4 使用可用度計(jì)算公式的變量清單固定輸入序號(hào)變量名稱說(shuō)明1每故障離位記錄時(shí)間（MRF）每次不能完成離位維修所記錄工時(shí)的平均值。2每故障原位記錄時(shí)間（MRO）每次不能完成原位維修所記錄工時(shí)的平均值。3調(diào)配運(yùn)送時(shí)間（OST）總的平均調(diào)配和運(yùn)送時(shí)間（以月為單位），從開(kāi)始請(qǐng)求可服役產(chǎn)品到請(qǐng)求活動(dòng)有收到物所經(jīng)歷的時(shí)間。4供應(yīng)事項(xiàng)記錄時(shí)間（SR）每次不能完成供應(yīng)事件處理所記錄工時(shí)的平均值。5運(yùn)輸記錄時(shí)間（TR）每次不能完成運(yùn)輸事件處理所記錄工時(shí)的平均