典型陆军部队装备维修作业能力评估系统仿真建模研究.docx

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1、第 32 卷第 1()期 Vol. 32 No. 102020年10月杜海东，等：典型陆军部队装备维修作业能力评估系统仿真建模研究OS, 2020分工发展成为各层次保障力量间的大量协同。对于装备保障这类复杂问题，受到政治、经济、环境等因素的限制，在无法进行大量的装备保障演练的情况下，利用仿真技术研究保障问题己成为装备保障领域的发展趋势卬叫为了满足陆军部队维修作业能力仿真评估需求，提出了一套部队维修保障系统模型设计方案，有力支撑部队维修作业能力的定量分析与定性分析、模型测算与仿真验证，结合案例分析和仿真系统设计，为部队维修作业分配、编制结构以及编配员额等研究论证提供了支撑平台，对于改革后的陆军部

2、队维修作业体系建设与优化具有重要的指导意义。1模型需求分析1.1 仿真设计原理针对陆军部队维修作业能力评估需求，仿真模型的构建主要涉及保障对象及其配套的维修保障系统，而仿真策略以及模型设计方案选用至为关键。(1)保障对象仿真策略典型陆军部队装备结构高度综合、功能集度高、任务依赖性强781,如图1所示，尽管能够准确反映系统功能与其子系统及关键部件的结构层次关系，但其仅对系统静态组成关系进行了刻画。产品运行状态下，随着任务进度的推进，各阶段任务的执行需要不同子系统的动态连接与组合，并且随机的加入和退出当前任务过程，使得子系统及关联部件的时序相关性和阶段依赖性加强，单纯从静态系统可靠性结构分析难以准

3、确模拟产品运动过程中的故障规律，以致后续执行的维修保障活动也将千差万别。因而，对于装备实体模型的构建要求一方面能够准确反映任务过程中系统以及各部件状态的更新和转移，另一方面能够刻画装备实体层次化、动态结构变化的特点，此外，模型还应易于扩展、维护，便于保障性指标的统计和分析。针对部队装备实体的相对独立性、彼此之间复杂的交互性和装备体系在宏观层次上的涌现特征其仿真模型将基于Agent仿真策略进行构建。(2)保障系统仿真策略维修保障系统运行涉及大量保障活动流程，如装备动用、维修过程、器材调度、装备送修等具体活动U2/3I,针对上述运行过程模型的设计将进行模块化封装，使其形成具备独立运行功能的模块，如

4、预防性维修中修，它由多道串行、并行的维修具体工作组合得到，通过将工序封装，实现对其模块化改造，其次再结合排队论、随机库存原理、计划决策系统的离散事件仿真方法，实现对随机事件的调度，提高仿真模型的扩展性、可重用性和运行效率。对于维修作业系统而言，主要涉及部队维修保障资源配置、保障策略等实际特点，并能够结合维修作业体系改革要求做出相应改变，比如维修任务分工、维修方式、维修机构力量编配等；另一方面，结合任务调度维修保障系统运行，牵引维修任务生成、维修资源调度、以及维修作业执行等，并且通过运行过程中保障数据收集，计算相关参数指标，从而实现对装备维修作业体系能力评估的目的。http: / www.chi

5、na- 1855 第32卷第1()期系统仿真学报Vol. 32 No. 1()2020 年 10 月 Journal of System Simulation Oct., 2020障力量配置下的部队维修保障能力评估问题。根据上述仿真要求，所设计保障模型体系如图2所示。(1)装备保障想定模型http: / www.china-模型规划装备保障仿真.模型体系图2装备维修作业体系仿真模型规划Simulation model planning of equipment maintenance work systemFig. 2系统级 =y系统4 -F ： 3.2 7 TTZ3/l4.2 / /LT/

6、3.33.4 / / 4; Q 4.4iZ图1装备系统结构模型架构Fig. 1 Structure model for equipment system1.2 仿真模型需求分析根据上述评估原理和仿真需求，所设计的仿真评估系统通过装备保障环境、运行过程、保障活动以及结果进行建模、推演和分析，目的是解决不同任务分配模式下、不同维修作业体制下以及维修保保障想定模型即仿真想定，主要用于描述仿真问题背景，限定仿真边界和约束。在仿真运行前确定仿真输入类型、取值范围以及运行关系，具体包括任务计划、部队装备编成、维修作业规程、保障资源初始配置等，用于仿真模型的全局控制和统筹。(2)任务模型装备平时训练任务并非

7、单一阶段，而是多层次、多阶段和逻辑性的，具有典型多阶段任务特点。因而，在构建装备训练任务模型时，需考虑不同任务阶段中功能需求、装备系统组成、运行关系之间的联系，在此基础上构建系统可靠性模型，准确描述装备运行过程中的可靠性状态的变化和故障模式，从而触发故障事件，牵引维修保障系统运行。(3)保障对象模型 1856 保障对象通常是指部队装备实体，除了要明确装备自身RMS设计参数，还需包括关键系统指标。通过将装备故障事件的生成是由某一具体为系统组件、零部件，从而能够准确指向维修资源的需求，需要说明的是，本文所述的故障主要是平时训练任务导致，并不涉及战损故障。(4)保障组织模型该模型取决于仿真对象，即部

8、队维修保障机构编制组成，如维修设施、设备以及器材仓储的实际配置，维修组织的实际安排，维修人员的数量、技术等级和训练水平，以及它们之间的运行关系等等，通常结合具体部队实例确定初始配置数据。(5)保障过程模型保障运行过程模型是指当触发维修事件时，包括预防性维修和修复性维修，维修保障系统所做出的全部响应活动。具体包括：各级预防性维修流程，换件维修、原件修复，以及抢救抢修等，此外还涉及维修机构之间资源调度和使用，故障装备运输、送修和返场等。(6)保障资源模型保障资源模型包括备件、维修人员、设备、运输工具等，仿真运行过程中常常会因资源的竞争关系出现排队队列，在构建其模型还需考虑各维修等级之间的器材请领和

9、调拨关系。(7)评估分析模型根据维修保障作业能力评估需求，确定评估指标，明确指标计算关系，并以此作为评价作业能力水平高低的依据。(8)动画演示模型实施动态展示保障运行过程，提供动画演示效果，主要包括：装备任务过程运行效果展示，装备维修过程动画演示以及保障资源调度周转演zj O(9)保障数据模型提供仿真系统数据载入配置接口，仿真运行过程数据采集接口以及运行结果数据收集接口，为后续评估与优化提供数据支撑。2维修任务生成模型从装备的系统功能和系统结构出发，通过模型结构分解，建立起系统功能层级与系统结构底层元素的关联关系，可以动态反映典型任务对装备系统需求、部件故障对系统功能的影响，建立起能够准确描述

10、系统任务需求、装备结构组成、维修保障需求3者之间交互关系模型。仿真系统中装备实体模型采用多Agent建模技术进行构造。分析部件单元可靠性，组成结构以及任务关联信息，通过模型封装聚合为系统级单元，重复上述步骤完成装备实体模型的构建，具体过程如图3所示。在仿真系统运行过程中，装备实体将随着仿真时钟的迭代推进，自动执行步进算法：检查装备实体维修时钟，判断是否到维修时间，如果为真，则修改装备状态为故障状态；执行维修事件分配算法，判断系统哪一系统单元出现故障，以此类推，确定故障单元，并触发故障事件处理过程。需要说明的是，由于装备任务过程的多阶段性，期间可能表现为多种故障失效模式，如图4所示，此时需借助离

11、散事件仿真过程确定故障单元，具体算法为：st叩1：初始化根=()；心装备系统部件或组件数；step 2：产生d个(0,1)均匀随机数占,z= 1,2,.,?； step 3：仿真各部件的工作时间片方砥)，V装备系统失效模式任务阶段根据本文选定的仿真策略，首先配置装备初始step 4：对对由小到大排序，得到时间序列：可靠性、维修性和保障性基本参数，通过装备模型封装完成装备实体模型构建，结合装备动用任务计step 5：仿真时间，按序列的顺序分步推进；step 6：记录本次仿真中装备系统工作时间 Tin=导致系统失效的关键部件（组件），故障次数记为step 7：进入下一推进时钟，重复步骤step 1

12、7o划牵引，动态记录装备摩托小时使用数据，据此判断装备预防性维修状态；其次通过任务过程装备系统模型分解，实现对装备任务过程中的故障状态判断。从而以各类维修事件牵引后续保障系统运行，调度相关维修保障模块运行，通过具体维修流程的模拟，准确刻画具体工序的工作时间、人员和资源需求等，并将相关运行数据送至数据统计分析模块，为维修作业能力评估指标计算提供基础输入，仿真系统运行原理如图5所示。图3装备实体模型设计原理Fig. 3 Preventive maintenance task generation modelFig. 4 System fault generation during equipmen

13、tmission 1858 第 32 卷第 1()期 Vol. 32 No. 1()2020年10月杜海东，等：典型陆军部队装备维修作业能力评估系统仿真建模研究Oct. 2020图5仿真系统运行原理Fig. 5 Simulation operation principle of system 1859 http: / www.china-第32卷第1()期系统仿真学报Vol. 32 No. 1()2020 年 10 月 Journal of System Simulation Oct., 2020Fig. 6 Main program of systemoperation图7故障处理子模块Fig. 7 Fault handling sub module3维修保障系统模型本文设计的维修保障系统仿真评估模块组成包括：仿真主程序控制模块，故障事件处理模块，维修执行模块、修复处理模块以及可靠性仿真运行中瞬时指标计算模块，如图610所示。其中，仿真模型主模块主要是确定仿真推进机制，采用基于时间和事件的交互进程模式，其中时钟推进主要用于系统故障发生时刻的确定，而事件调度用于模拟系统状态的更新和交互，并实现对系统模型不同模块的调用；故障仿真模块模拟系统使用过程中可靠性变化规律，确定系统及各部件故障时刻，并向主程序提交相关故障数据信息；修复流程模块主要用于系统及部件状态更新，