航空裝備單元維修保障仿真評(píng)估方法研究

丁 剛, 張 琳, 崔利杰, 張 亮, 李新春

(1. 空軍工程大學(xué)裝備管理與無(wú)人機(jī)工程學(xué)院, 陜西 西安 710051;2. 空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院, 陜西 西安 710051)

0 引 言

隨著作戰(zhàn)樣式的發(fā)展演變,裝備作戰(zhàn)效能的發(fā)揮越來(lái)越依賴于裝備的保障性水平和裝備保障體系的運(yùn)行效能。裝備保障效能受裝備本身“六性”設(shè)計(jì)水平和裝備維修保障模式的綜合影響。因此,對(duì)裝備保障模式的驗(yàn)證和保障能力的評(píng)估存在很大困難。裝備單元由基本裝備組成,基本裝備單元是能夠獨(dú)立執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的最小單位,由單個(gè)裝備系統(tǒng)或同型裝備系統(tǒng)群和保障系統(tǒng)構(gòu)成。裝備完好率是裝備能夠隨時(shí)遂行作戰(zhàn)或訓(xùn)練任務(wù)的完好裝備數(shù)與實(shí)有裝備數(shù)之比,主要用以衡量裝備的技術(shù)現(xiàn)狀和管理水平,以及裝備對(duì)作戰(zhàn)、訓(xùn)練、執(zhí)勤的可能保障程度。裝備完好率評(píng)估對(duì)指揮員進(jìn)行戰(zhàn)訓(xùn)任務(wù)決策具有重要意義。

近年來(lái),相關(guān)研究人員運(yùn)用仿真的方法對(duì)裝備保障效能評(píng)估進(jìn)行了較為深入的研究。羅湘勇等研究了裝備保障任務(wù)建模與仿真驗(yàn)證方法;劉彬等對(duì)裝備保障仿真概念模型構(gòu)建進(jìn)行探索;李晨等構(gòu)建了面向任務(wù)的裝備保障概念模型;米巧麗等對(duì)艦炮維修保障過(guò)程進(jìn)行了仿真;尹麗麗等對(duì)裝備保障體系進(jìn)行了分布式建模與仿真;寇力等對(duì)裝備保障體系仿真關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究;Mahulkar等對(duì)海軍作戰(zhàn)人員日常維修流程進(jìn)行了建模與仿真分析;Yang等基于智能體對(duì)多源數(shù)據(jù)集成進(jìn)行了研究;Cao等對(duì)裝備保障過(guò)程建模進(jìn)行了研究;Panteleev等建立了一種裝備維修保障過(guò)程模型;Du等建立了基于智能體的裝備保障指揮框架,對(duì)各智能體的溝通機(jī)制進(jìn)行了設(shè)計(jì);李亞飛等研究了艦載機(jī)保障作業(yè)實(shí)時(shí)調(diào)度方法的仿真實(shí)現(xiàn);丁剛等研究了航空裝備體系保障性分析仿真運(yùn)行控制與維修保障模式仿真推演關(guān)鍵問(wèn)題;張亞?wèn)|等研究了列控運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景危險(xiǎn)分析及仿真驗(yàn)證方法;趙洪利等采用離散系統(tǒng)仿真的方法建立了備發(fā)仿真模型;楊英杰等對(duì)裝備維修保障仿真系統(tǒng)的靈敏度分析與參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了研究;王雙川等對(duì)戰(zhàn)時(shí)合成部隊(duì)多階段作戰(zhàn)任務(wù)成功概率的仿真評(píng)估方法進(jìn)行了研究;Massimo等構(gòu)建了電氣電子設(shè)備可靠性和部件復(fù)用失效概率模型;Zhou等建立了一種基于維修過(guò)程仿真的維修性評(píng)估方法;許慶等建立了面向仿真的航天裝備維修保障效能評(píng)估指標(biāo)參數(shù)體系;Miranda等建立了一種基于仿真的備件供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)與維修系統(tǒng)聯(lián)合支持與評(píng)估建模方法;Petrovic等建立了一種基于統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制與仿真的維修過(guò)程快速評(píng)估方法;Pang等研究了新一代裝備維修的仿真建模與評(píng)估方法。從以上文獻(xiàn)可以看出,仿真方法在裝備保障效能評(píng)估方面得到了廣泛應(yīng)用,其需要解決的核心問(wèn)題是模型構(gòu)建與仿真計(jì)算。因此,本文主要研究維修保障仿真建模和推演兩個(gè)方面的問(wèn)題。

1 維修保障仿真建模

系統(tǒng)建模是指將一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、輸入輸出關(guān)系用數(shù)字模型、邏輯模型等描述出來(lái),用對(duì)模型的研究來(lái)反映對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的研究。維修保障仿真模型用來(lái)定義保障對(duì)象和保障主體的要素、結(jié)構(gòu)、關(guān)系和行為等,是對(duì)裝備使用與保障系統(tǒng)的第一次抽象,生成裝備保障仿真實(shí)體模型的概念藍(lán)圖。維修保障模型體系包括使用任務(wù)、裝備系統(tǒng)(系統(tǒng)/子系統(tǒng)/設(shè)備/部件)、保障系統(tǒng)、保障行為等各類概念模型。裝備維修保障模型構(gòu)成如圖1所示。

圖1 裝備維修保障模型構(gòu)成Fig.1 Construction of equipment maintenance support model

1.1 維修保障業(yè)務(wù)模型

維修保障業(yè)務(wù)模型構(gòu)建以裝備任務(wù)建模為主線牽引,組織載體為任務(wù)計(jì)劃執(zhí)行對(duì)象,調(diào)度裝備完成計(jì)劃的執(zhí)行。當(dāng)裝備在執(zhí)行任務(wù)中,考慮各機(jī)構(gòu)維修保障任務(wù)(換發(fā)、定檢、大修、供應(yīng)航材、故障維修等),同時(shí)考慮在執(zhí)行維修保障任務(wù)時(shí)的各類保障資源(保障設(shè)施、保障工位、保障裝備、四站裝備、保障人員、備品備件等)動(dòng)用。保障仿真業(yè)務(wù)模型如圖2所示。

1.2 維修保障實(shí)體模型

1.2.1 組織機(jī)構(gòu)建模

組織機(jī)構(gòu)建模描述某旅、修理廠、航材庫(kù)等組織結(jié)構(gòu)模型,是裝備的組織載體、任務(wù)執(zhí)行、保障業(yè)務(wù)執(zhí)行實(shí)體的描述,實(shí)現(xiàn)對(duì)各類組織靜態(tài)能力的描述,具體包括以下5個(gè)部分。

(1) 組織層次建模

組織層次模型用來(lái)描述航空兵旅結(jié)構(gòu)及其具體機(jī)構(gòu),如所統(tǒng)轄使用人員類型和數(shù)量、統(tǒng)轄裝備類型和數(shù)量等,一個(gè)旅由多個(gè)使用分隊(duì)和保障分隊(duì)(修理廠、航材庫(kù))組成。

圖2 保障仿真業(yè)務(wù)模型Fig.2 Support simulation business model

(2) 使用分隊(duì)建模

使用分隊(duì)是部隊(duì)中的基本編制單元,由一定數(shù)量的裝備和操作使用人員組成。使用分隊(duì)模型主要描述裝備的基本動(dòng)用、使用組織等。

(3) 保障分隊(duì)建模

保障分隊(duì)是由具有一定編制的保障人員、保障設(shè)施、保障裝備、保障設(shè)備等組成的成建制分隊(duì),包括維修保障分隊(duì)和供應(yīng)保障分隊(duì),如修理廠、航材庫(kù)等。建模包含了對(duì)保障資源分派的一般規(guī)則的定義和表達(dá)。

(4) 使用人員建模

使用人員模型是用來(lái)表達(dá)執(zhí)行裝備使用活動(dòng)的人員的模型。使用人員要素是指根據(jù)航空裝備的使用與維護(hù)任務(wù)要求,確定使用人員的技能水平和人員數(shù)量,用以保證航空裝備在壽命期內(nèi)能得到正常的使用和保障。

(5) 保障班組建模

保障班組由一定數(shù)量、各種專業(yè)和等級(jí)的使用人員組成的,是執(zhí)行具體使用保障任務(wù)的小組。保障班組分為兩種,一種是臨時(shí)班組,根據(jù)需要臨時(shí)完成的保障任務(wù)對(duì)人員的需求而臨時(shí)組建;一種是固定班組,根據(jù)裝備設(shè)計(jì)的保障任務(wù)確定。

1.2.2 裝備任務(wù)建模

裝備任務(wù)模型描述裝備使用規(guī)則、方案,以及根據(jù)裝備技術(shù)特點(diǎn)和使用規(guī)定確定的裝備出動(dòng)、調(diào)動(dòng)規(guī)則,是與裝備的動(dòng)用、飛行計(jì)劃相關(guān)的模型。根據(jù)任務(wù)組成將裝備任務(wù)模型分為任務(wù)階段建模、任務(wù)科目建模和飛行計(jì)劃建模。具體包括以下部分。

(1) 任務(wù)階段建模

任務(wù)階段是指裝備所執(zhí)行的特定任務(wù)中的一個(gè)時(shí)間階段。在該階段中,裝備的工作環(huán)境、工作狀態(tài)等基本保持不變。任務(wù)階段是組成任務(wù)的基本單元。

(2) 任務(wù)科目建模

任務(wù)科目是裝備在完成特定任務(wù)時(shí)間內(nèi)所經(jīng)歷的事件和環(huán)境的時(shí)序描述。任務(wù)科目由多個(gè)任務(wù)階段按照一定時(shí)序和轉(zhuǎn)換條件而組成。對(duì)于完成一種或多種任務(wù)的裝備制定一種或多重任務(wù)科目。

(3) 飛行計(jì)劃建模

飛行計(jì)劃模型是一個(gè)使用任務(wù)的日歷計(jì)劃模型,定義一段時(shí)期內(nèi),計(jì)劃性的裝備使用任務(wù)的安排和條件,將年度任務(wù)逐月分解,形成月度飛行計(jì)劃,最終分解到單日飛行安排。飛行計(jì)劃模型通常可以表達(dá)日常計(jì)劃性的使用任務(wù)安排。

(4) 梯次控制策略建模

梯次控制策略解決任務(wù)飛機(jī)出動(dòng)時(shí)的剩余壽命控制,合理分散飛機(jī)大修時(shí)機(jī),避免飛機(jī)集中達(dá)到階段壽命導(dǎo)致大修工廠飛機(jī)堆積，避免因維修飛機(jī)過(guò)多導(dǎo)致可用飛機(jī)數(shù)量驟減、飛機(jī)完好率降低,影響訓(xùn)練任務(wù)的完成。

1.2.3 裝備系統(tǒng)建模

裝備系統(tǒng)模型是裝備訓(xùn)練任務(wù)和保障任務(wù)的執(zhí)行實(shí)體,裝備在執(zhí)行任務(wù)時(shí)需要通過(guò)故障機(jī)制模型觸發(fā)裝備的自然故障。裝備系統(tǒng)建模是與裝備的結(jié)構(gòu)、故障、可靠性、維修性、保障性(reliability, maintainability and supportability, RMS)指標(biāo)等有關(guān)的模型構(gòu)建。具體包括以下部分。

(1) 裝備結(jié)構(gòu)建模

裝備結(jié)構(gòu)建模用來(lái)描述裝備的硬件構(gòu)成,包括裝備、系統(tǒng)、分系統(tǒng)、組件、部件等,同時(shí)描述裝備通用性能參數(shù),如速度、航程等,并能夠表達(dá)裝備在使用中的各種狀態(tài)和行為。

(2) 裝備分系統(tǒng)RMS指標(biāo)建模

對(duì)應(yīng)裝備每一個(gè)層級(jí)的分系統(tǒng)單元,可設(shè)置并管理其可靠性指標(biāo)、維修性指標(biāo)、保障性指標(biāo)、測(cè)試性指標(biāo)等通用質(zhì)量特性指標(biāo)。裝備分系統(tǒng)RMS指標(biāo)如表1所示。

表1 裝備分系統(tǒng)RMS指標(biāo)Table 1 Equipment sub-system RMS indicators

(3) 裝備故障機(jī)制建模

裝備在執(zhí)行任務(wù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生故障,裝備故障機(jī)制描述裝備工作時(shí)的故障機(jī)制,即由下級(jí)硬件產(chǎn)品的關(guān)鍵件屬性結(jié)合MTBF值觸發(fā)裝備在飛行訓(xùn)練任務(wù)中自然故障。

1.2.4 保障系統(tǒng)建模

保障系統(tǒng)是在裝備壽命周期內(nèi)用于使用和維修裝備的所有保障資源及其管理的有機(jī)組合。保障系統(tǒng)建模主要描述飛機(jī)開展維修保障業(yè)務(wù)時(shí)裝備保障系統(tǒng)的構(gòu)成、要素和關(guān)系。具體包括以下部分。

(1) 裝備場(chǎng)所建模

裝備場(chǎng)所模型用來(lái)表達(dá)裝備日常使用和維修的整個(gè)場(chǎng)所,通常由多個(gè)裝備使用和保障的設(shè)施構(gòu)成,并具有一定的范圍、布局、通道等。

(2) 保障設(shè)施建模

保障設(shè)施是對(duì)統(tǒng)轄裝備及其保障資源且具有各種保障功能的設(shè)施的總稱,包括停放、儲(chǔ)存、維修保障、使用保障等,是各種保障功能和保障活動(dòng)執(zhí)行的物理場(chǎng)所。設(shè)施通常由一定數(shù)量的保障工位組成,并具有一定的保障任務(wù)容量。

(3) 四站裝備建模

四站裝備是用來(lái)執(zhí)行裝備充、填、加、掛等保障工作的獨(dú)立裝備。四站裝備用以保證裝備在任務(wù)過(guò)程中能得到正常的使用和保障,四站裝備可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用建立與保障工位/設(shè)施的關(guān)系。

(4) 備品備件建模

備品備件模型用來(lái)定義和描述裝備保障活動(dòng)中所需的備件及消耗品。備品備件模型與裝備的LRU/SRU可以有單向?qū)?yīng)關(guān)系,即一個(gè)LRU/SRU必然對(duì)應(yīng)于一個(gè)備品備件模型,但一個(gè)備品備件模型不一定對(duì)應(yīng)一種LRU/SRU。

(5) 保障工位建模

保障工位是對(duì)最基本的、具有一定保障功能的物理場(chǎng)所的抽象。一個(gè)保障工位是一個(gè)最基本的、可以容納一定品種和數(shù)量的保障資源的保障工作場(chǎng)所,可以包含多種保障裝備、保障設(shè)備、備品備件等保障資源,還具有對(duì)被保障裝備和保障人員的容量限制等屬性。保障工位是保障設(shè)施的基本構(gòu)成要素。

(6) 保障設(shè)備建模

保障設(shè)備模型用于表達(dá)裝備使用與保障作業(yè)中所需的各種工具、設(shè)備、裝置等。保障裝備包括固定式和移動(dòng)式,用以保證裝備在維修保障過(guò)程中能得到正常的使用和保障。

1.2.5 保障行為建模

保障行為模型是針對(duì)飛機(jī)保障活動(dòng)、事件、工作和任務(wù)進(jìn)行建模,是對(duì)整個(gè)保障業(yè)務(wù)的規(guī)劃和定義,保障行為也是保障業(yè)務(wù)運(yùn)行的核心環(huán)節(jié),是保障業(yè)務(wù)的體現(xiàn)。根據(jù)飛機(jī)維修保障的需求,可將保障行為分為維護(hù)維修行為和備件供應(yīng)行為兩個(gè)部分,維護(hù)維修行為又可分為使用保障行為、周期性維修行為和修復(fù)性維修行為。

(1) 維護(hù)維修行為

在任務(wù)過(guò)程中,裝備的動(dòng)用需要在外場(chǎng)進(jìn)行使用保障來(lái)預(yù)防故障的產(chǎn)生、在內(nèi)場(chǎng)需要定期檢查裝備的使用情況預(yù)防并降低裝備的故障發(fā)生。除此以外,還需針對(duì)裝備發(fā)生的故障進(jìn)行修復(fù)性維修,分別體現(xiàn)為使用保障行為、周期性維修行為和修復(fù)性維修行為。通過(guò)對(duì)實(shí)際維護(hù)維修時(shí)間的統(tǒng)計(jì)可以確定工作單元每項(xiàng)任務(wù)的作業(yè)活動(dòng)的平均時(shí)間。因此,對(duì)于具體的維護(hù)維修任務(wù),通過(guò)維修活動(dòng)流程?？梢缘贸鐾瓿删S修任務(wù)花費(fèi)的時(shí)間。本文考慮的使用保障任務(wù)包括外場(chǎng)直接機(jī)務(wù)準(zhǔn)備、再次出動(dòng)準(zhǔn)備、預(yù)先機(jī)務(wù)準(zhǔn)備和放飛。使用保障行為模型如圖3所示。

圖3 使用保障行為模型Fig.3 Use support behavior model

修復(fù)性維修任務(wù)主要是外場(chǎng)故障維修。修復(fù)性維修行為模型如圖4所示。周期性維修任務(wù)包括內(nèi)廠各種條件下的定檢、大修、換發(fā)。周期性維修過(guò)程模型如圖5所示。

圖4 修復(fù)性維修行為模型Fig.4 Repair maintenance behavior model

圖5 周期性維修行為模型Fig.5 Periodic maintenance behavior model

(2) 備件供應(yīng)行為

裝備的換件修理活動(dòng)將產(chǎn)生備件需求,航材庫(kù)接到備件請(qǐng)求后,需要進(jìn)行備件請(qǐng)領(lǐng)判斷,若庫(kù)存量能滿足需求,則備件從航材庫(kù)發(fā)出,航材庫(kù)的航材庫(kù)存量減少;若不能滿足需求,則會(huì)產(chǎn)生備件短缺記錄,同時(shí)航材庫(kù)需要向上級(jí)航材中心發(fā)出備件申請(qǐng),由上級(jí)航材中心接收備件申請(qǐng)后下發(fā)備件補(bǔ)充下級(jí)航材庫(kù)庫(kù)存。針對(duì)備件的補(bǔ)充,備件供應(yīng)行為模型如圖5所示。

圖6 備件供應(yīng)行為模型Fig.6 Spare parts supply behavior model

保障行為要素建模具體包括4個(gè)部分。

(1) 保障活動(dòng)建模

一項(xiàng)保障活動(dòng)是一項(xiàng)內(nèi)容單一、有一定的保障資源占用或消耗、需要消耗一定時(shí)間的保障行為。保障活動(dòng)建模用于表達(dá)最基本的保障行為。裝備常用的使用保障活動(dòng)包括直接機(jī)務(wù)準(zhǔn)備、再次出動(dòng)準(zhǔn)備、預(yù)先機(jī)務(wù)準(zhǔn)備和放飛等;裝備常用的修復(fù)性維修活動(dòng)包括故障維修和戰(zhàn)場(chǎng)搶修;裝備常用的周期性維修活動(dòng)有換發(fā)、定檢、大修等。

(2) 保障事件建模

保障事件用于表達(dá)一定時(shí)間點(diǎn)發(fā)生的會(huì)引發(fā)保障工作的各種事件。如裝備故障、裝備達(dá)到定檢條件、到達(dá)大修時(shí)間等。保障事件的發(fā)生有多種類型,包括定時(shí)發(fā)生、條件發(fā)生、隨機(jī)發(fā)生等。保障事件模型能夠靈活設(shè)置事件發(fā)生的條件和類型。保障事件發(fā)生類型如表2所示。

表2 保障事件發(fā)生類型Table 2 Support event occurrence types

(3) 保障工作建模

保障工作覆蓋專項(xiàng)保障工作、周期性保障工作和修復(fù)性維修工作,是由一系列保障活動(dòng)和事件組成的一個(gè)完整的保障過(guò)程。保障工作模型如圖6所示。

圖7 保障工作模型Fig.7 Support work model

(4) 保障任務(wù)建模

保障任務(wù)是由多種裝備保障工作組成的集合。保障任務(wù)主要用于表達(dá)特定的保障分隊(duì)所能承擔(dān)的保障工作的組合,是保障分隊(duì)保障能力的一種表達(dá)方式。保障任務(wù)模型如圖8所示。維修保障仿真推演是針對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)在仿真支撐平臺(tái)中啟動(dòng)運(yùn)行控制、推演演示和計(jì)算等功能。仿真計(jì)算過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點(diǎn)、多角度監(jiān)控,同時(shí)能夠控制仿真節(jié)奏,實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備維修保障過(guò)程的計(jì)算推演,包括仿真實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行控制和仿真計(jì)算推演。仿真計(jì)算業(yè)務(wù)模型如圖9所示。

圖8 保障任務(wù)模型Fig.8 Support task model

圖9 仿真計(jì)算業(yè)務(wù)模型Fig.9 Simulation computing business model

2 維修保障仿真推演

2.1 仿真運(yùn)行控制

仿真運(yùn)行控制是針對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行模式和仿真進(jìn)程進(jìn)行設(shè)置,設(shè)置內(nèi)容包括進(jìn)程控制、仿真參數(shù)等,通過(guò)仿真運(yùn)行控制可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程的自主控制。

2.2 仿真計(jì)算推演

仿真平臺(tái)運(yùn)行的主線程是時(shí)間周期,時(shí)間是推動(dòng)仿真運(yùn)行的最關(guān)鍵要素。根據(jù)任務(wù)時(shí)間特點(diǎn)來(lái)設(shè)置基本的時(shí)間片,隨著時(shí)間主線的推進(jìn),在每個(gè)時(shí)間片調(diào)用裝備系統(tǒng)模型、裝備任務(wù)模型、保障行為模型、保障資源模型和組織模型,使各個(gè)業(yè)務(wù)單元模型在相應(yīng)的時(shí)間片內(nèi)完成相應(yīng)的動(dòng)作,重點(diǎn)是進(jìn)行裝備任務(wù)的持續(xù)執(zhí)行、裝備耗損計(jì)算并確定是否應(yīng)該激活周期性的維修、裝備維護(hù)維修過(guò)程的計(jì)算、保障資源器材配送過(guò)程計(jì)算以及其他需要在相應(yīng)時(shí)間片內(nèi)完成的工作。隨著連續(xù)時(shí)間片的推進(jìn),完成整個(gè)裝備保障工作過(guò)程仿真。

2.2.1 仿真架構(gòu)

仿真進(jìn)程基于高層體系架構(gòu)(high level architecture, HLA)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算推演,以時(shí)間+事件的方式實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)的聯(lián)邦對(duì)象模型(federation object model, FOM)服務(wù)。針對(duì)仿真過(guò)程中各聯(lián)邦成員的狀態(tài)記錄仿真對(duì)象模型(simulation object model, SOM)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄，基于調(diào)速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)布結(jié)構(gòu)運(yùn)行支撐結(jié)構(gòu)(run time infrastructure, RTI)實(shí)現(xiàn)仿真單元之間的高效同步和通訊。仿真計(jì)算推演業(yè)務(wù)服務(wù)架構(gòu)如圖10所示。

圖10 仿真計(jì)算推演業(yè)務(wù)服務(wù)架構(gòu)Fig.10 Simulation computation deduce business service architecture

2.2.2 聯(lián)邦成員

基于HLA思想建立通用仿真框架,按照面向?qū)ο蟮乃枷牒头椒?gòu)建仿真系統(tǒng),將作戰(zhàn)單元系統(tǒng)抽象為各種相互作用的對(duì)象,在面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)仿真成員,進(jìn)而構(gòu)造仿真聯(lián)邦。圖1為基于HLA的分布交互仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),主要由聯(lián)邦成員與運(yùn)行支撐環(huán)境(RTI)構(gòu)成,整個(gè)系統(tǒng)可以靈活擴(kuò)充,聯(lián)邦成員可動(dòng)態(tài)地加入或退出聯(lián)邦,且聯(lián)邦成員之間可以通過(guò)RTI實(shí)現(xiàn)互操作。

2.2.3 聯(lián)邦成員消息交互

HLA的對(duì)象交互協(xié)議規(guī)定在各種條件下仿真間傳輸何種相應(yīng)信息,只同具體的仿真應(yīng)用有關(guān);數(shù)據(jù)通信協(xié)議用來(lái)傳輸對(duì)象交互協(xié)議中規(guī)定的信息,同具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和拓?fù)溆嘘P(guān)。

圖11 基于HLA的分布交互仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Fig.11 Distributed interactive simulation system architecture based on HLA

通過(guò)對(duì)象模型模板,仿真成員確定各自將會(huì)產(chǎn)生什么信息、希望接收什么信息等,具體信息內(nèi)容的傳送由底層通信服務(wù)實(shí)現(xiàn),具備較大的靈活性。聯(lián)邦成員之間只傳輸需要的和變化的信息,減少了網(wǎng)絡(luò)通信量。針對(duì)仿真過(guò)程中各聯(lián)邦成員的狀態(tài),記錄SOM的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄,SOM狀態(tài)表所示。

表3 SOM狀態(tài)表Table 3 SOM state table

3 維修保障分析評(píng)估

維修保障分析評(píng)估以裝備狀態(tài)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng),基于仿真過(guò)程記錄的數(shù)據(jù),計(jì)算并評(píng)估完好率指標(biāo)。仿真過(guò)程數(shù)據(jù)記錄使用組織、維修組織和倉(cāng)庫(kù)組織等的過(guò)程數(shù)據(jù)。使用組織數(shù)據(jù)記錄包括裝備類型、裝備數(shù)量、裝備狀態(tài)、裝備狀態(tài)轉(zhuǎn)換頻次、裝備任務(wù)出動(dòng)頻次、裝備故障頻次和裝備使用保障頻次等;維修組織數(shù)據(jù)記錄包括保障任務(wù)頻次和保障資源使用情況;倉(cāng)儲(chǔ)組織記錄供應(yīng)任務(wù)頻次和備件資源使用情況。飛行訓(xùn)練任務(wù)描述主要考慮訓(xùn)練使用、保障任務(wù)和供應(yīng)任務(wù),以基本裝備單元為對(duì)象記錄其狀態(tài)轉(zhuǎn)化,計(jì)算最終評(píng)估指標(biāo)。維修保障分析評(píng)估流程如圖12所示。

圖12 仿真分析評(píng)估流程Fig.12 Simulation analysis and evaluation process

4 案例驗(yàn)證

以某型飛機(jī)裝備單元為研究對(duì)象,建立日常作訓(xùn)任務(wù)計(jì)劃,任務(wù)周期為24個(gè)月。以某月訓(xùn)練出動(dòng)為例,飛機(jī)出動(dòng)14天,執(zhí)行科目1和科目2,科目持續(xù)時(shí)間90 min,其他月份根據(jù)任務(wù)出動(dòng)的天數(shù)和本月飛行時(shí)間確定執(zhí)行的科目和科目的批次。仿真考慮外場(chǎng)開展的保障行為有:預(yù)先機(jī)務(wù)準(zhǔn)備、直接機(jī)務(wù)準(zhǔn)備、再次出動(dòng)機(jī)務(wù)準(zhǔn)備、放飛工作、飛機(jī)25±5飛行小時(shí)和故障維修等。

仿真開始后,隨著時(shí)間的推進(jìn),飛行計(jì)劃事件啟動(dòng),將飛行任務(wù)分解到組織和具體執(zhí)行任務(wù)的飛機(jī),采用梯次控制策略調(diào)度飛機(jī),飛機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí),會(huì)檢查其特殊事件的觸發(fā)條件,如故障、定檢、換發(fā)、大修、備件供應(yīng)等條件,如果不觸發(fā)以上事件,執(zhí)行完飛行計(jì)劃后返回中隊(duì);如觸發(fā)相應(yīng)事件,則根據(jù)構(gòu)建好的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到規(guī)定的大修廠維修,消耗資源、占用維修時(shí)間;如需要航材供應(yīng),則規(guī)定的航材中心進(jìn)行備件供應(yīng)。根據(jù)仿真計(jì)算推演的過(guò)程數(shù)據(jù)記錄和分析,選取2020年1月到2021年12月的計(jì)算結(jié)果,分析裝備完好率和裝備不完好率指標(biāo),如圖13所示。

圖13 裝備完好率分布情況Fig.13 Distribution of equipment integrity rate

可以看出,初始飛機(jī)裝備完好率較高,隨著飛行任務(wù)的執(zhí)行,不斷觸發(fā)故障、定檢、換發(fā)、大修、備件供應(yīng)等條件,裝備完好率開始下降;從2020年1月到7月,下降的幅度較小,原因是不完好的飛機(jī)能較快的修復(fù);2021年1月到2021年12月,下降幅度較大,且在2021年4月到2021年12月維持在60%左右,主要原因是航材供應(yīng)不足導(dǎo)致部分飛機(jī)未能及時(shí)修復(fù)。

5 結(jié) 論

本文以某裝備單元完成典型訓(xùn)練任務(wù)為主線,構(gòu)建了裝備相關(guān)的維修保障業(yè)務(wù)模型和實(shí)體模型;進(jìn)一步,設(shè)計(jì)了維修保障仿真推演的運(yùn)行控制和計(jì)算推演框架;最后,對(duì)維修保障分析評(píng)估流程進(jìn)行了分析,并通過(guò)典型案例進(jìn)行了計(jì)算驗(yàn)證。通過(guò)研究,能夠?yàn)樯钊胪七M(jìn)裝備單元保障性仿真評(píng)估奠定基礎(chǔ),為高效、準(zhǔn)確地實(shí)施現(xiàn)代裝備體系維修保障能力評(píng)價(jià)、控制、統(tǒng)籌和優(yōu)化提供支撐。