地空導(dǎo)彈武器后勤保障系統(tǒng)效能評(píng)估方法研究

謝軼牛中興（ 江南機(jī)電設(shè)計(jì)研究所，貴州 貴陽，550009； 北京航天極峰科技有限公司，北京，00039）

地空導(dǎo)彈武器后勤保障系統(tǒng)效能評(píng)估方法研究

謝軼1牛中興2
（1 江南機(jī)電設(shè)計(jì)研究所，貴州 貴陽，550009；2 北京航天極峰科技有限公司，北京，100039）

開展地空導(dǎo)彈武器后勤保障系統(tǒng)效能評(píng)估的研究對(duì)于地空導(dǎo)彈武器后勤保障系統(tǒng)的建設(shè)、優(yōu)化和評(píng)估具有十分重要的地位。可用性是評(píng)估后勤保障系統(tǒng)效能的重要評(píng)價(jià)參數(shù)，本研究提出兩種度量可用性的方法：解析方法和仿真方法，結(jié)合這兩種方法分析了國外常用的保障系統(tǒng)效能評(píng)估軟件Simlog和Simlox的特點(diǎn)和應(yīng)用。

地空導(dǎo)彈武器；后勤保障系統(tǒng)效能；解析；仿真；Simlog；Simlox

地空導(dǎo)彈武器是國土防空的重要武器裝備，常年擔(dān)負(fù)戰(zhàn)備值班任務(wù)，要求其隨時(shí)處于良好的戰(zhàn)備狀態(tài)，其后勤保障系統(tǒng)效能的運(yùn)用與發(fā)揮直接影響著武器裝備的戰(zhàn)斗力。因此，地空導(dǎo)彈武器的后勤保障系統(tǒng)的效能分析與評(píng)估受到高度重視與關(guān)注。對(duì)地空導(dǎo)彈武器的后勤保障系統(tǒng)效能進(jìn)行全面、客觀、準(zhǔn)確的評(píng)估，從而可以正確指導(dǎo)地空導(dǎo)彈部隊(duì)的后勤保障能力建設(shè)。

地空導(dǎo)彈武器的后勤保障系統(tǒng)是由經(jīng)過綜合和優(yōu)化的后勤保障要素構(gòu)成的總體。其中后勤保障要素不僅包括各項(xiàng)保障資源（人員、備件、工具、設(shè)備、設(shè)施、技術(shù)資料及經(jīng)費(fèi)等），而且包括組織機(jī)構(gòu)、規(guī)章制度等管理因素。因此，后勤保障系統(tǒng)也可以說是由地空導(dǎo)彈武器保障所需的物資資源、人力資源、信息資源以及管理手段等要素組成的系統(tǒng)，它是由硬件、軟件、人員及其管理組成的復(fù)雜系統(tǒng)。地空導(dǎo)彈武器后勤保障系統(tǒng)的工作目標(biāo)是在有限的后勤保障資源條件下，最大限度保證任務(wù)的成功。

后勤保障系統(tǒng)效能是后勤保障系統(tǒng)本身所蘊(yùn)藏的作用或在一定條件下后勤保障人員運(yùn)用后勤保障系統(tǒng)執(zhí)行保障任務(wù)所發(fā)揮出來符合需要的作用。其中，可用性是評(píng)估后勤保障系統(tǒng)效能的重要評(píng)價(jià)參數(shù)。地空導(dǎo)彈武器后勤保障系統(tǒng)的可用性是指地空導(dǎo)彈武器在任意隨機(jī)時(shí)刻需要和開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)，處于可工作或可使用狀態(tài)的程度。其度量指標(biāo)是可用度，即需要開始執(zhí)行任務(wù)的任意時(shí)刻，地空導(dǎo)彈武器在任務(wù)開始時(shí)處于能工作和可使用狀態(tài)的程度的一種度量。

通常評(píng)估地空導(dǎo)彈武器后勤保障系統(tǒng)的可用性一般采用兩種方法：一種是通過解析的方法求解，另一種是通過仿真的方法求解。下面具體介紹這兩種方法。

1 解析方法

1.1 解析方法概述

解析法即是用函數(shù)的方法構(gòu)建模型，從而切得最優(yōu)解的方法的統(tǒng)稱。地空導(dǎo)彈武器后勤保障系統(tǒng)效能評(píng)估的可用度解析方法是指利用地空導(dǎo)彈武器的可靠性、維修性、保障性等參數(shù)，建立針對(duì)地空導(dǎo)彈武器的可用度數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具求解最終得到其可用度。

解析法的優(yōu)點(diǎn)主要有：①函數(shù)關(guān)系清楚，變量間關(guān)系簡捷明了，便于分析計(jì)算；②容易從自變量的值求出其對(duì)應(yīng)的函數(shù)值；③便于研究函數(shù)的性質(zhì)。

解析法的缺點(diǎn)主要有：①需要通過計(jì)算，才能得到所需結(jié)果；②變量之間的函數(shù)關(guān)系不易發(fā)現(xiàn)；③求解繁瑣，計(jì)算量較大。

圖1 地空導(dǎo)彈武器后勤保障系統(tǒng)仿真模型框架

1.2 可用度的解析算法

根據(jù)《GJB451-90》，使用可用度表征產(chǎn)品當(dāng)需要時(shí)能夠正常工作的程度，其常用的參數(shù)和度量方法為：產(chǎn)品的能工作時(shí)間與能工作時(shí)間、不能工作時(shí)間的和之比。

其中，UT包括工作時(shí)間、不工作時(shí)間（能工作）、待命時(shí)間等；DT包括預(yù)防性和修復(fù)性維修時(shí)間、管理和保障資源延誤時(shí)間。

根據(jù)以上定義，結(jié)合地空導(dǎo)彈武器執(zhí)行任務(wù)的特點(diǎn)，提出度量后勤保障系統(tǒng)效能的重要評(píng)估參數(shù)——使用可用度。使用可用度是利用地空導(dǎo)彈武器準(zhǔn)備完成任務(wù)時(shí)的時(shí)間比例來度量。在此之前，先介紹MUT和MDT兩個(gè)參數(shù)的概念。

MUT（Mean Up Time）平均工作時(shí)間是指在地空導(dǎo)彈武器整修和失效之前沒有中斷任務(wù)能夠工作的平均時(shí)間。MUT可以等效為MTBF或MTTF。

MDT（Mean Down Time）平均空閑時(shí)間是指地空導(dǎo)彈武器不可用或者不能執(zhí)行任務(wù)的平均時(shí)間。MDT的計(jì)算很復(fù)雜，它意味著在出現(xiàn)故障之后的空閑時(shí)間必須考慮所有的后勤管理因素。它依賴于很多參數(shù)比如管理時(shí)間、更換產(chǎn)品時(shí)的后勤時(shí)間、儲(chǔ)存和修復(fù)時(shí)間、在不同地點(diǎn)缺貨條件下的存儲(chǔ)數(shù)量和概率、平均更換時(shí)間、維修和補(bǔ)充訂貨的平均時(shí)間等等，這些參數(shù)組成了平均空閑時(shí)間。

因此，可用度的公式如下：

式中：

2 仿真方法

2.1 仿真方法概述

仿真是一門利用計(jì)算機(jī)并通過建立模型進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。它具有經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)用、安全、靈活、可多次重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，已成為對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和評(píng)估的有效方法，廣泛應(yīng)用于軍事和非軍事領(lǐng)域，并具有十分廣闊的仿真前景。

由于現(xiàn)實(shí)中面臨的各種實(shí)際系統(tǒng)往往都是包括變量隨機(jī)因素的動(dòng)態(tài)的復(fù)雜系統(tǒng)。對(duì)這些系統(tǒng)很難采用傳統(tǒng)方法建立數(shù)學(xué)模型，分析求解。另一方面是由于系統(tǒng)仿真方法具有可控性、無破壞性、安全、不受外界條件的限制等優(yōu)點(diǎn)，它能通過建立逼真的仿真模型和在計(jì)算機(jī)上反復(fù)的仿真試驗(yàn)，對(duì)復(fù)雜問題進(jìn)行綜合分析和比較，從而為科學(xué)決策提供可靠的依據(jù)。

仿真方法主要適用于解決一下問題：

1）難以用數(shù)學(xué)公式表示的系統(tǒng)，或者沒有建立和求解數(shù)學(xué)模型的有效方法。

2）雖然可以用解析的方法解決問題，但數(shù)學(xué)的分析與計(jì)算過于復(fù)雜，這時(shí)計(jì)算機(jī)仿真可能提供簡單可行的求解方法。

3）希望能在較短的時(shí)間內(nèi)觀察到系統(tǒng)發(fā)展的全過程，以估計(jì)某些參數(shù)對(duì)系統(tǒng)行為的影響。

4）難以在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真是唯一可行的方法，例如太空飛行的研究。

5）需要對(duì)系統(tǒng)或過程進(jìn)行長期運(yùn)行比較，從大量方案中尋找最優(yōu)方案。

2.2 可用度的仿真算法

地空導(dǎo)彈武器的后勤保障系統(tǒng)仿真模型的建模對(duì)象是地空導(dǎo)彈武器和與之匹配的后勤保障系統(tǒng)，以地空導(dǎo)彈武器的任務(wù)作為仿真過程中離散事件發(fā)生的驅(qū)動(dòng)，根據(jù)地空導(dǎo)彈武器故障分解結(jié)構(gòu)來模擬導(dǎo)彈的故障發(fā)生過程并根據(jù)地空導(dǎo)彈的后勤保障系統(tǒng)來模擬地空導(dǎo)彈武器的后勤保障過程，通過模擬實(shí)際過程中地空導(dǎo)彈武器的運(yùn)行、故障和維修等活動(dòng)來采集每個(gè)時(shí)刻地空導(dǎo)彈武器的狀態(tài)，收集并處理每個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)最后對(duì)地空導(dǎo)彈武器的可用度做出評(píng)價(jià)。

因此，采取一定的仿真策略，建立地空導(dǎo)彈武器的后勤保障系統(tǒng)仿真模型，其框架如圖 1所示。

計(jì)算地空導(dǎo)彈武器在第i次仿真中各時(shí)刻的可用度：

式中：

式中：

3 專業(yè)軟件

目前國外的后勤保障系統(tǒng)效能評(píng)估軟件主要有SIMLOG和SIMLOX，SIMLOG主要運(yùn)用解析的方法來計(jì)算地空導(dǎo)彈武器的可用度；SIMLOX主要運(yùn)用仿真的方法。

3.1 SIMLOG

SIMLOG是Airbus集團(tuán)的全資子公司APSYS研發(fā)的一款基于模型的綜合后勤保障性分析軟件，是一個(gè)專門針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的可維護(hù)性、可操作性與經(jīng)濟(jì)性的建模分析優(yōu)化軟件。通過建立系統(tǒng)的備件模型、組織模型、站點(diǎn)及裝備的可靠性模型、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，定義任務(wù)、綜合保障的目標(biāo)和任務(wù)，可以分別按照站點(diǎn)和備件產(chǎn)品來計(jì)算系統(tǒng)的可靠性和可用性，也可以進(jìn)行備件優(yōu)化，任務(wù)仿真、維護(hù)指標(biāo)分配，制定最優(yōu)的綜保策略。通過建立研制及運(yùn)維費(fèi)用樹，分析裝備全生命周期費(fèi)用，達(dá)到費(fèi)效比優(yōu)化的目的。SIMLOG軟件框架如圖 2所示。

關(guān)于可用度的計(jì)算，SIMLOG提供了五種不同體制下的可用度算法，下面分別進(jìn)行介紹。

圖2 SIMLOG軟件框架

3.1.1 穩(wěn)定狀態(tài)體制下的使用可用度評(píng)估

穩(wěn)定狀態(tài)是指當(dāng)時(shí)間趨于無窮的狀態(tài)，系統(tǒng)的RAM計(jì)算參數(shù)都是在穩(wěn)定狀態(tài)的體制下計(jì)算得到的，其使用可用度計(jì)算公式為：

3.1.2 完全暫時(shí)狀態(tài)體制下的使用可用度評(píng)估

完全暫時(shí)狀態(tài)考慮了保障組織的維修策略和維修時(shí)間，并且沒有備件供應(yīng)，其使用可用度計(jì)算公式為：

式中：T—任務(wù)時(shí)間

3.1.3 平均暫時(shí)狀態(tài)體制下的使用可用度評(píng)估

平均暫時(shí)狀態(tài)考慮了保障組織的維修策略，計(jì)算可用度是取時(shí)間間隔［0，T］的平均值，其使用可用度計(jì)算公式為：

3.1.4 獨(dú)立暫時(shí)狀態(tài)體制下的使用可用度評(píng)估

獨(dú)立暫時(shí)狀態(tài)不考慮外場存有備件，并且也沒有備件供應(yīng)，其使用可用度計(jì)算公式為：

3.1.5 標(biāo)準(zhǔn)暫時(shí)狀態(tài)體制下的使用可用度評(píng)估

標(biāo)準(zhǔn)暫時(shí)狀態(tài)考慮了外場存有備件，但是沒有備件供應(yīng)，其使用可用度計(jì)算公式為：

3.2 SIMLOX

SIMLOX是由瑞典系統(tǒng)與后勤工程公司（SYSTECON）開發(fā)的模型。它是基于蒙特卡洛、資源排隊(duì)論和系統(tǒng)工程的裝備使用與保障仿真分析工具，它可以用來解決與維修保障相關(guān)的問題，如分析有限的保障資源、維修策略、裝備自身RMS水平、保障組織等對(duì)裝備任務(wù)的完成產(chǎn)生怎樣的影響以及計(jì)算維修保障計(jì)劃和系統(tǒng)可用度等。它是能夠在備選的后勤保障組織、系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)、維修策略、庫存策略、商業(yè)利益等問題之間進(jìn)行權(quán)衡的研究與決策工具。SIMLOX軟件框架如圖 3所示。

SIMLOX用于分析有限的維修保障資源如何對(duì)任務(wù)的完成產(chǎn)生影響。最初SIMLOX只是作為OPUS10備件優(yōu)化的補(bǔ)充，用于評(píng)估配置資源的可持續(xù)性和能力評(píng)估，現(xiàn)在它可用于能力評(píng)估、投資評(píng)估等各種系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是：

1）采用動(dòng)態(tài)蒙特卡洛仿真模型，對(duì)裝備實(shí)際運(yùn)行環(huán)境和保障體系進(jìn)行仿真，以實(shí)現(xiàn)在裝備正式運(yùn)行前，發(fā)現(xiàn)問題和缺陷、瓶頸，并進(jìn)行更正。

2）它模擬并分析復(fù)雜的使用和保障方案，提供了與設(shè)計(jì)輸出、保障工程、供應(yīng)鏈和使用分析的接口，同時(shí)支持對(duì)戰(zhàn)備完好性和系統(tǒng)使用保障的相關(guān)投資之間的定量權(quán)衡。

3）通用的建模參數(shù)特性和開放的數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)Χ喾N類型系統(tǒng)配合使用、多種比率、多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估。

4）輸出數(shù)據(jù)文件可以得到大量的效能指標(biāo)。如使用可用性，任務(wù)時(shí)間，重要資源短缺等。

3.3 兩款軟件的對(duì)比

SIMLOG和SIMLOX兩款軟件的對(duì)比，見表1。

表1 兩款軟件的比較

圖3 SIMLOX軟件框架

4 結(jié)束語

針對(duì)地空導(dǎo)彈武器后勤保障系統(tǒng)效能中的可用度提出了兩種度量的方法，一種是解析算法，依據(jù)地空導(dǎo)彈武器RMS參數(shù)和后勤保障系統(tǒng)的配置建立可用度的數(shù)學(xué)模型，SIMLOG軟件是典型的以解析算法為核心的保障系統(tǒng)效能評(píng)估軟件；另一種是仿真算法，通過蒙特卡洛仿真以及對(duì)任務(wù)、裝備、保障系統(tǒng)的建模來評(píng)估地空導(dǎo)彈武器的可用度，SIMLOX軟件是典型的以仿真方法為核心的保障系統(tǒng)效能評(píng)估軟件。通過對(duì)地空導(dǎo)彈武器的可用度進(jìn)行評(píng)估能夠反映后勤保障系統(tǒng)的效能，具有全面、客觀和可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)，為進(jìn)行后勤保障系統(tǒng)優(yōu)化和改進(jìn)提供了重要基礎(chǔ)。

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謝軼（1978—），貴州畢節(jié)人，高級(jí)工程師，從事綜合管理工作。