基于蒙特卡洛仿真的阻攔索輔助維修決策

孫明軍，糜玉林

(海軍航空工程學院， 山東 煙臺 264001)

【后勤保障與裝備管理】

基于蒙特卡洛仿真的阻攔索輔助維修決策

孫明軍，糜玉林

(海軍航空工程學院， 山東 煙臺 264001)

在分析阻攔裝置組成結構及其維修保障特點的基礎上，通過歷史著艦位置的記錄和對阻攔索使用維護記錄的實時監(jiān)測，基于蒙特卡洛仿真建立阻攔索輔助維修決策模型。仿真結果表明：所建模型在一定程度上能夠保證阻攔索高的任務可靠性和利用率，可為阻攔索的使用維修提供一種可行的輔助決策手段。

阻攔索；任務可靠性；蒙特卡洛仿真；輔助維修決策

阻攔索是航空母艦阻攔裝置的關鍵件，其作用是阻攔艦載機著艦滑行，使艦載機在飛行甲板的有限距離內安全停住。在阻攔過程中阻攔索受力狀況惡劣，可靠性要求高。阻攔索的可靠程度直接關系到著艦飛機的安全性以及阻攔裝置的可靠性，一旦發(fā)生阻攔索破斷將造成災難性后果[1]。

當前常見的維修方式主要有事后維修、定期預防性維修和狀態(tài)監(jiān)控維修[2-3]，考慮到阻攔索故障后果的嚴重性，阻攔索的維修方式主要采用定期預防性維修和狀態(tài)監(jiān)控維修相結合的維修方式。

文獻[4]提出隨著裝備訓練或執(zhí)行任務的不斷增多，裝備使用頻率越來越高，定期預防性維修周期在實際實施過程中，往往會與裝備的訓練或執(zhí)勤任務相沖突，從而導致過維修或者維修不足的情況，最終無法充分發(fā)揮預防性維修的作用，或導致人力物力的浪費。

針對上述問題，本研究首先分析阻攔裝置結構組成及其維修保障方式，通過歷史著艦位置的記錄信息和阻攔索的使用維護記錄信息，采用蒙特卡洛仿真方法分析阻攔裝置在當前狀態(tài)下是否具有執(zhí)行下次任務的能力即任務可靠性，進行是否進行阻攔索維修的輔助決策，實現(xiàn)阻攔索保持較高的任務可靠性和利用率。

1 阻攔裝置分析

1) 阻攔裝置組成分析

某型航母的阻攔裝置由4套阻攔索裝置組成，相應在飛行甲板上布置了4道阻攔索。

用S來表示阻攔裝置，則有

S={Z1,Z2,Z3,Z4}

(1)

其中Zi(i=1,2,…,4)表示阻攔裝置的第n道阻攔索。通過阻攔索的使用維護記錄信息可知第i道阻攔索當前使用次數(shù)為Ni(i=1,2,…,4)。

2) 阻攔索維修方式

當前阻攔索的維修方式主要采用定期預防性維修和狀態(tài)監(jiān)控維修相結合的維修方式。

① 狀態(tài)監(jiān)控維修

通過監(jiān)控檢測對系統(tǒng)狀態(tài)進行連續(xù)監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)某種故障征兆,即進行維修。比如：阻攔索發(fā)生扭結時，更換阻攔索。

② 定期預防性維修

3) 阻攔任務分析

阻攔任務按批次進行，每批次由不同的飛機架次組成，在批次阻攔任務內，艦載機依次著艦，要求在每個批次內阻攔索能夠連續(xù)安全無故障的執(zhí)行阻攔任務。

以阻攔索為研究對象，針對給定的訓練任務計劃和預防性維修周期進行分析，如圖1所示。

圖1 問題描述示意圖

從圖1可以看出，預防性維修工作落入任務執(zhí)行期間(如圖1中的P1就落在任務3批次執(zhí)行過程中)，艦載機不能按計劃正常著艦。

4) 任務可靠度定義

阻攔索的任務可靠度為阻攔索執(zhí)行完阻攔任務后阻攔索沒有超出定期預防性維修次數(shù)的概率，其計算式為：

(2)

其中：N為仿真次數(shù)；n為未達到定期預防性維修的次數(shù)。

2 阻攔任務可靠度仿真分析

2.1 阻攔事件概率模型

某型航母上有4道阻攔索，艦載機經(jīng)航母上的著艦引導官通過光學助降裝置或全天候電子助降裝置引導沿正確而穩(wěn)定的下滑航線著艦，著艦點一般為第2或第3根阻攔索前。因此2道、3道阻攔索執(zhí)行阻攔事件的概率高。由歷史著艦位置的記錄信息可知，第i道阻攔索執(zhí)行阻攔次數(shù)為NAi(i=1,2,…,4)，則任一次艦載機著艦落在第i道阻攔索的概率為：

(3)

2.2 阻攔任務可靠度仿真流程

用蒙特卡羅方法[5-8]，對執(zhí)行阻攔任務的阻攔索進行隨機抽樣，根據(jù)各阻攔索當前工作狀態(tài)進行仿真，最后統(tǒng)計分析其任務可靠度，通過與設定的可靠度閾值進行比較決定是否采取維修活動。如果需要維修，首先對當前到達定期預防性維修次數(shù)多的阻攔索進行任務前更換，再與設定的可靠度閾值進行比較判斷，直到達到設定的可靠度閾值要求。本文可靠度閾值設定為0.95，具體仿真流程如圖2所示。

圖2 仿真流程

3 輔助維修決策仿真實例

針對阻攔任務為5架次情況下，阻攔索需要維修和不需要維修兩種情況進行分析。

1) 達到可靠度閾值要求

各阻攔索歷史著艦次數(shù)、阻攔索的使用次數(shù)和定期預防性維修次數(shù)如表1所示(數(shù)據(jù)經(jīng)過處理)。

表1 需要維修時各阻攔索信息

現(xiàn)對各阻攔索執(zhí)行阻攔任務進行1 000次仿真，按第1節(jié)介紹的任務可靠度公式算出其任務可靠度。取100次任務可靠度仿真結果如圖3所示，部分結果如表2所示。

通過仿真結果可以得到任務可靠度為0.9653，大于可靠度閾值0.95，達到可靠度閾值要求，因此不需進行維修。

圖3 需要維修時任務可靠度仿真結果

序號達到定期預防性維修次數(shù)仿真次數(shù)任務可靠度138.000010000.9620234.000010000.9660330.000010000.9700426.000010000.9740536.000010000.9640635.000010000.9650…………平均值34.680010000.9653

2) 未達到可靠度閾值要求

各阻攔索歷史著艦次數(shù)、阻攔索的使用次數(shù)和定期預防性維修次數(shù)如表3所示(數(shù)據(jù)經(jīng)過處理)。

現(xiàn)對各阻攔索執(zhí)行阻攔任務進行1 000次仿真，按第1節(jié)介紹的任務可靠度公式算出其任務可靠度。取100次任務可靠度仿真結果如圖4所示。

表3 不需要維修時各阻攔索信息

圖4 不需要維修時任務可靠度仿真結果

通過仿真結果可以得到任務可靠度為0.851 2，小于可靠度閾值0.95，未達到可靠度閾值要求，因此需要進行維修。

根據(jù)仿真結果，統(tǒng)計出各阻攔索在任務期間到達定期預防性維修次數(shù)，結果如表4所示。

表4 到達定期預防性維修次數(shù)

由表4可以看出，第2道阻攔索是當前任務期間到達定期預防性維修次數(shù)最多的阻攔索，故對其進行維修，維修后Z2的累計使用次數(shù)為0，第2道阻攔索維修后任務可靠度為0.984 7，大于可靠度閾值0.95，達到可靠度閾值要求，因此其他阻攔索不需要在任務前維修。

4 結論

基于蒙特卡洛仿真的輔助維修決策分析模型，綜合考慮了阻攔裝置組成結構及其維修保障的特點，通過歷史著艦位置的記錄和對阻攔索使用維護記錄的實時監(jiān)測來為阻攔索的使用維修提供輔助決策，該方法通過部隊實際檢驗，在一定程度上能實現(xiàn)阻攔索保持較高的任務可靠性和利用率。

為進一步完善輔助維修決策分析模型，要注意歷史數(shù)據(jù)的積累。通過不斷積累的艦載機著艦位置歷史數(shù)據(jù)，然后對這些歷史數(shù)據(jù)分析、處理，可以得到更為準確地輔助維修決策分析模型，為決策提供技術支持。

[1] 鷗汛.航母的阻攔裝置[J].現(xiàn)代艦船技術,2005,48(12):45.

[2] 鵬李.艦船裝備保障維修策略優(yōu)化模型仿真研究[J].艦船科學技術,2015,37(7):197.

[3] 勇魏,徐廷學,顧鈞元.基于多階段任務系統(tǒng)的成功率建模與仿真[J].計算機仿真,2011,28(3):5-10.

[4] 劉志勇，王立欣，程中華.考慮任務的單設備系統(tǒng)預防性維修決策優(yōu)化研究[J].制造業(yè)自動化,2013,35(8):64-68.

[5] 邵松世,魏勇,趙峰.基于任務的艦炮裝備保障性評價仿真算法研究[J].系統(tǒng)仿真學報,2014,26(1):11-16.

[6] 程文鑫,陳立強,龔沈光,等.基于蒙特卡洛法的艦船裝備戰(zhàn)備完好性仿真[J].兵工學報,2006,27(6):1094-1096.

[7] 王紅征.基于故障樹和蒙特卡羅仿真的系統(tǒng)可靠性分析[J].火力與指揮控制,2015,40(10):137-139.

[8] 肖剛,李天柁.系統(tǒng)可靠性分析中的蒙特卡羅方法[M].北京:科學出版社,2003.

(責任編輯唐定國)

AuxiliaryMaintenanceDecisionofArrestingCableBasedonMonteCarloSimulation

SUN Mingjun， MI Yulin

(Naval Aeronautical and Astronautical University， Yantai 264001， China)

Basing on analyzing the structure and characteristics of maintenance support of arresting cable, through the historical records of landing position and arresting cable real-time monitoring maintenance records and Monte Carlo simulation, a decision model of auxiliary maintenance of arresting cable is established.The simulation results show that the model can guarantee the reliability and utilization of the arresting cable to a certain extent, and can provide a feasible auxiliary decision-making means for the maintenance and use of the arresting cable.

arresting cable; mission reliability; Monte Carlo simulation; auxiliary maintenance decision

2017-04-19；

：2017-05-21

孫明軍(1992—)，男，碩士研究生，主要從事軟件開發(fā)及信息管理技術研究。

10.11809/scbgxb2017.09.031

format:SUN Mingjun， MI Yulin.Auxiliary Maintenance Decision of Arresting Cable Based on Monte Carlo Simulation[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(9):148-150.

V271.492

：A

2096-2304(2017)09-0148-03

本文引用格式：孫明軍，糜玉林.基于蒙特卡洛仿真的阻攔索輔助維修決策[J].兵器裝備工程學報，2017(9):148-150.