航空裝備體系保障性分析仿真運(yùn)行控制?

丁 剛 張 琳 崔利杰 王利勇

（1.空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院 西安 710051）（2.空軍工程大學(xué)裝備管理與無(wú)人機(jī)工程學(xué)院 西安 710051）（3.93920部隊(duì) 西安 710061）

1 引言

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［1］。有了系統(tǒng)模型，再借助于計(jì)算機(jī)就可以模擬系統(tǒng)和功能，這就是系統(tǒng)仿真，相當(dāng)于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)系統(tǒng)作實(shí)驗(yàn)，即系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。由于模型構(gòu)建的復(fù)雜性，很多仿真實(shí)驗(yàn)更加關(guān)注模型的設(shè)計(jì)、開發(fā)和運(yùn)行，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的運(yùn)行控制著力不夠，導(dǎo)致問(wèn)題的研究缺乏深度。因此，本文研究航空裝備體系保障性分析仿真運(yùn)行控制問(wèn)題，為航空裝備敏捷保障能力論證、驗(yàn)證、評(píng)價(jià)和優(yōu)化提供科學(xué)的手段。

2 問(wèn)題描述

GJB451A《可靠性維修性保障性術(shù)語(yǔ)》［2］中，對(duì)保障性的定義為：“裝備的設(shè)計(jì)特性和計(jì)劃的保障資源滿足平時(shí)戰(zhàn)備完好性和戰(zhàn)時(shí)利用率要求的能力”。保障性分析綜合應(yīng)用各種分析技術(shù)對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的綜合保障進(jìn)行的分析，國(guó)外稱為后勤保障分析（Logistics Support Analysis，LSA），也可稱為綜合保障分析［3］。武器裝備體系研究的根本目的是武器裝備體系優(yōu)化，核心是比較和選擇［4］。優(yōu)化選擇的目標(biāo)可以是效費(fèi)比最大、對(duì)使命任務(wù)適應(yīng)度最大、對(duì)任務(wù)變化魯棒性最強(qiáng)、獲取信息與決策優(yōu)等［5］。

實(shí)驗(yàn)輸入涉及任務(wù)裝備維修保障的全過(guò)程、全要素和全流程，這些輸入要求能夠反映裝備的使用方案、維修保障實(shí)施、資源供應(yīng)調(diào)配、維修機(jī)構(gòu)運(yùn)行等要素，主要包括裝備任務(wù)、組織架構(gòu)、裝備系統(tǒng)、保障行為和保障系統(tǒng)等五個(gè)方面；實(shí)驗(yàn)輸出反映指揮機(jī)關(guān)、保障評(píng)估機(jī)構(gòu)、保障指揮決策機(jī)構(gòu)和保障實(shí)施單位所關(guān)注的各層級(jí)能力需求，即體系任務(wù)完成能力、體系的任務(wù)支撐能力、保障系統(tǒng)的綜合保障能力和具體裝備單元的自身保障特性能力［2］；在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中主要考慮的環(huán)境擾動(dòng)包括任務(wù)擾動(dòng)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和指揮控制三個(gè)方面。面向保障性分析評(píng)估優(yōu)化的目的，從實(shí)驗(yàn)輸入因子和輸出計(jì)算出發(fā)，保障性分析仿真運(yùn)行控制重點(diǎn)解決仿真業(yè)務(wù)流程建模和推演運(yùn)行控制兩個(gè)方面的問(wèn)題，面向任務(wù)的航空裝備體系保障性分析仿真運(yùn)行控制問(wèn)題抽象描述如圖1所示。

圖1 保障性分析仿真運(yùn)行控制問(wèn)題描述

3 仿真業(yè)務(wù)流程

3.1 保障業(yè)務(wù)邏輯

保障業(yè)務(wù)涵蓋“訓(xùn)、管、修、供、評(píng)”裝備全流程運(yùn)用，以作戰(zhàn)任務(wù)裝備體系為分析對(duì)象，以多階段作戰(zhàn)任務(wù)推進(jìn)為邏輯主線，將作戰(zhàn)任務(wù)逐層分解映射到基本裝備單元。隨著任務(wù)時(shí)間的推進(jìn)，根據(jù)任務(wù)要求轉(zhuǎn)換裝備體系執(zhí)行任務(wù)。因此，保障業(yè)務(wù)流程以作戰(zhàn)任務(wù)想定為輸入起點(diǎn)，將維修保障組織機(jī)構(gòu)、裝備單元維修控制、保障行為實(shí)施、保障資源使用、保障指揮等任務(wù)相關(guān)要素動(dòng)態(tài)耦合，研究其涌現(xiàn)演化性質(zhì)。在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，由保障系統(tǒng)對(duì)裝備體系中的具體裝備實(shí)施維修保障，完成維修任務(wù)，將待維修裝備轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)狀況符合規(guī)定要求的裝備，并提供航材備件、油料補(bǔ)充、環(huán)境條件等保障資源；保障指揮部門根據(jù)裝備基本單元自身保障特性和整個(gè)保障的態(tài)勢(shì)變化情況實(shí)施保障決策和調(diào)整，裝備修復(fù)之后返回裝備單元繼續(xù)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，直至裝備體系任務(wù)完成。保障業(yè)務(wù)流程內(nèi)部狀態(tài)變化是在某些離散時(shí)間點(diǎn)或量化區(qū)間上發(fā)生的，流程建模的重點(diǎn)在于刻畫引起體系狀態(tài)發(fā)生改變的事件以及確定與每類事件相關(guān)的邏輯關(guān)系，仿真的主線在于按照一定時(shí)間序列中各種事件的邏輯關(guān)系，觸發(fā)體系狀態(tài)的變化，從而對(duì)體系狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)寫照，探索其演化與涌現(xiàn)規(guī)律。

3.2 仿真業(yè)務(wù)流程

本文構(gòu)建的仿真業(yè)務(wù)流程，包括典型任務(wù)執(zhí)行、維修保障組織機(jī)構(gòu)、裝備單元戰(zhàn)損/修復(fù)/預(yù)防性維修控制、保障行為實(shí)施和保障資源使用五個(gè)組成部分及其觸發(fā)關(guān)系。典型任務(wù)執(zhí)行模塊是裝備執(zhí)行訓(xùn)練/作戰(zhàn)任務(wù)“訓(xùn)”的描述，負(fù)責(zé)將體系作戰(zhàn)任務(wù)映射到裝備使用任務(wù)，逐層分解到任務(wù)科目、任務(wù)階段，輸出任務(wù)成功率、任務(wù)持續(xù)概率等任務(wù)持續(xù)性指標(biāo)；維修保障組織機(jī)構(gòu)模塊是裝備管理使用邏輯“管”的描述，以前線裝備保障群為中心，配屬區(qū)域維修中心和區(qū)域保障中心，由前線機(jī)務(wù)組下屬技術(shù)保障組和放飛組保障任務(wù)科目的執(zhí)行，由修理廠和航材庫(kù)驅(qū)動(dòng)維修和供應(yīng)任務(wù)的執(zhí)行，輸出保障性綜合指標(biāo)；裝備單元戰(zhàn)損/修復(fù)/預(yù)防性維修控制模塊和保障行為實(shí)施模塊是裝備故障機(jī)理和維修實(shí)施“修”的描述。裝備單元戰(zhàn)損/修復(fù)/預(yù)防性維修控制模塊實(shí)現(xiàn)裝備單元級(jí)別的維修控制，判斷裝備單元/基本裝備單元工作狀態(tài)、定檢狀態(tài)、專項(xiàng)工作狀態(tài)、壽命狀態(tài)等以觸發(fā)任務(wù)裝備的維修保障工作，輸出裝備RMS指標(biāo)；保障行為實(shí)施模塊將保障行為抽象為保障任務(wù)，逐層分解為保障活動(dòng)（ac?tive）和保障事件（event），通過(guò)某個(gè)仿真時(shí)刻發(fā)生的保障事件恢復(fù)裝備狀態(tài)、消耗資源，輸出維修流程狀態(tài)信息；保障資源使用模塊是資源調(diào)配使用“供”的描述，建立裝備維修車間-保障設(shè)施-保障工位的資源使用模型，在保障工位上觸發(fā)各類保障資源消耗和補(bǔ)充，輸出保障資源狀態(tài)信息；在整個(gè)業(yè)務(wù)流程各個(gè)階段輸出/計(jì)算保障性參數(shù)共同完成“評(píng)”的功能。

4 仿真運(yùn)行控制

仿真實(shí)驗(yàn)一般包括仿真模型組件開發(fā)、仿真想定編輯、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析、仿真運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)記錄與回放及仿真運(yùn)行支撐中間件等工具集［3］。文獻(xiàn)［4～6］對(duì)仿真運(yùn)行控制工具、仿真引擎設(shè)計(jì)和仿真開發(fā)環(huán)境相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了較為深入研究。仿真運(yùn)行控制是整個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中起關(guān)鍵作用的部分，負(fù)責(zé)整個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)的部署及管理，用于將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的仿真模型部署到各個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成一個(gè)分布式仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)各個(gè)仿真模型進(jìn)行初始化、控制仿真模型的運(yùn)行、運(yùn)行過(guò)程中監(jiān)視模型的內(nèi)部信息和計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)信息［7］。本文對(duì)仿真運(yùn)行控制的研究包括過(guò)程控制因子配置、階段運(yùn)行控制設(shè)計(jì)和業(yè)務(wù)流程推進(jìn)控制三部分。

4.1 過(guò)程控制因子配置

控制因子配置是對(duì)仿真運(yùn)行過(guò)程中各種可控因子和不可控因子的輸入及輸出設(shè)置，是對(duì)整個(gè)仿真過(guò)程進(jìn)行控制的手段?？煽匾蜃右话惆ǚ抡孢\(yùn)行過(guò)程中的計(jì)時(shí)機(jī)制、觸發(fā)機(jī)制、運(yùn)行次數(shù)、參數(shù)變化、實(shí)驗(yàn)類型、人為輸入和監(jiān)控設(shè)置等；不可控因子一般包括任務(wù)擾動(dòng)、戰(zhàn)損輸入、環(huán)境變化等。保障性推演基礎(chǔ)控制因子配置包括仿真參數(shù)設(shè)置、仿真實(shí)驗(yàn)類型設(shè)置、人為因素設(shè)置和仿真監(jiān)控設(shè)置四個(gè)組成部分。其中，仿真參數(shù)設(shè)置包括時(shí)間機(jī)制、隨機(jī)數(shù)種子、退出條件、運(yùn)行次數(shù)、展示模式和仿真資源要求等；仿真實(shí)驗(yàn)類型設(shè)置包括實(shí)驗(yàn)次數(shù)、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)、變參數(shù)實(shí)驗(yàn)、比較實(shí)驗(yàn)、靈敏度實(shí)驗(yàn)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)等；人為因素設(shè)置包括人在環(huán)控制、人為決策、人機(jī)交互和指揮控制等；仿真監(jiān)控設(shè)置包括模型狀態(tài)快照、運(yùn)行回放和人在環(huán)監(jiān)控等。

4.2 階段運(yùn)行控制設(shè)計(jì)

推演運(yùn)行按照時(shí)間線劃分為仿真準(zhǔn)備階段、仿真運(yùn)行階段和仿真完成階段。仿真運(yùn)行階段觸發(fā)航空裝備體系保障性分析裝備任務(wù)和維修保障任務(wù)，分為任務(wù)下達(dá)、任務(wù)準(zhǔn)備、任務(wù)執(zhí)行和任務(wù)結(jié)束四個(gè)模塊。維修保障任務(wù)的實(shí)施在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中只觸發(fā)修復(fù)性維修工作和戰(zhàn)損維修工作，任務(wù)結(jié)束之后觸發(fā)預(yù)防性維修工作，在線維修只適用于連續(xù)任務(wù)和任務(wù)結(jié)束時(shí)間不確定可擴(kuò)展任務(wù)。表1為仿真準(zhǔn)備階段任務(wù)下達(dá)模塊主要控制項(xiàng)，包括仿真派發(fā)、數(shù)據(jù)初始化、沖突檢查、保障優(yōu)先級(jí)確定和仿真狀態(tài)等，主要功能是完成仿真開始前裝備任務(wù)的自動(dòng)派發(fā)和任務(wù)時(shí)間沖突檢查。

表2為仿真運(yùn)行階段任務(wù)準(zhǔn)備模塊主要控制項(xiàng)，包括任務(wù)設(shè)置、數(shù)據(jù)記錄、運(yùn)行約束和仿真狀態(tài)等。主要功能是完成仿真運(yùn)行時(shí)裝備任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置、任務(wù)裝備構(gòu)型記錄、任務(wù)-科目-階段-剖面映射信息記錄、任務(wù)裝備執(zhí)行狀態(tài)記錄等工作。

表1 仿真準(zhǔn)備階段任務(wù)下達(dá)模塊主要控制項(xiàng)

表2 仿真運(yùn)行階段任務(wù)準(zhǔn)備模塊主要控制項(xiàng)

仿真運(yùn)行階段任務(wù)執(zhí)行模塊主要控制項(xiàng)、仿真運(yùn)行階段任務(wù)執(zhí)行模塊裝備故障和修復(fù)性維修啟動(dòng)主要控制項(xiàng)、仿真運(yùn)行階段任務(wù)結(jié)束模塊裝備預(yù)防性維修啟動(dòng)主要控制項(xiàng)此處不再贅述。各仿真階段運(yùn)行控制中除了觸發(fā)以上裝備任務(wù)和維修保障任務(wù)外，還涉及保障資源在維修活動(dòng)中的消耗、轉(zhuǎn)移、調(diào)配控制，維修站點(diǎn)之間的保障關(guān)系、訂貨周期、運(yùn)輸策略、備件響應(yīng)等的控制。

4.3 業(yè)務(wù)流程推進(jìn)控制

業(yè)務(wù)流程推進(jìn)控制包括裝備預(yù)防性維修任務(wù)、修復(fù)性/搶修維修任務(wù)和備件供應(yīng)任務(wù)控制等。

4.3.1 預(yù)防性維修任務(wù)

裝備預(yù)防性維修任務(wù)在作戰(zhàn)/作訓(xùn)任務(wù)結(jié)束后進(jìn)行，依照維修任務(wù)隊(duì)列順序，以維修工位為載體實(shí)施，維修小組發(fā)現(xiàn)潛在故障后，調(diào)配使用備件完成維修活動(dòng)。預(yù)防性維修任務(wù)執(zhí)行主體是各級(jí)維修組織，維修過(guò)程在維修工位上進(jìn)行，保障資源的消耗也通過(guò)維修工位觸發(fā)。預(yù)防性維修任務(wù)業(yè)務(wù)流程控制如圖2所示。

圖2 預(yù)防性維修任務(wù)業(yè)務(wù)流程控制

達(dá)到預(yù)防性維修的LRU/SRU維修任務(wù)主要區(qū)分換件維修、原件維修和一般的保養(yǎng)業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)流程進(jìn)一步劃分為需要備件的維修和不需要備件的維修，需要備件的維修通過(guò)與同級(jí)器材倉(cāng)庫(kù)的交互完成。

4.3.2 修復(fù)性/搶修維修任務(wù)

裝備修復(fù)性/搶修任務(wù)在作戰(zhàn)/作訓(xùn)任務(wù)期間或任務(wù)結(jié)束后進(jìn)行，依照維修任務(wù)隊(duì)列順序，以維修工位為載體實(shí)施，裝備隨機(jī)故障或戰(zhàn)損故障后，調(diào)配使用備件完成維修活動(dòng)。修復(fù)性/搶修任務(wù)執(zhí)行主體是各級(jí)維修組織，維修過(guò)程在維修工位上進(jìn)行，保障資源的消耗同樣通過(guò)維修工位觸發(fā)。修復(fù)性/搶修任務(wù)業(yè)務(wù)流程控制如圖3所示。

圖3 修復(fù)性/搶修維修任務(wù)業(yè)務(wù)流程控制

4.3.3 備件供應(yīng)任務(wù)

備件供應(yīng)任務(wù)由維修組織和器材倉(cāng)庫(kù)產(chǎn)生需求，根據(jù)維修組織的備件供應(yīng)申請(qǐng)向其提供被動(dòng)備件供應(yīng)，依據(jù)固定時(shí)間間隔向器材倉(cāng)庫(kù)提供主動(dòng)備件補(bǔ)充。選取備件時(shí)通過(guò)備件和故障件名稱和型號(hào)進(jìn)行確定，當(dāng)倉(cāng)庫(kù)備件儲(chǔ)存量低于預(yù)警值時(shí)，啟動(dòng)補(bǔ)充需求，申請(qǐng)上級(jí)倉(cāng)庫(kù)調(diào)運(yùn)。

5 結(jié)語(yǔ)

裝備保障系統(tǒng)是裝備作戰(zhàn)能力發(fā)揮、保持和持續(xù)改進(jìn)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)［8］。本文面向保障性分析評(píng)估優(yōu)化的目標(biāo)，研究了仿真運(yùn)行控制中“仿真業(yè)務(wù)流程”和“仿真運(yùn)行控制”兩個(gè)方面問(wèn)題。針對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)象，從任務(wù)裝備保障業(yè)務(wù)邏輯出發(fā)，構(gòu)建了仿真推進(jìn)業(yè)務(wù)流程；在仿真業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了仿真運(yùn)行控制方法。本文對(duì)保障性分析問(wèn)題研究的深入推進(jìn)具有重要意義，為后續(xù)開展保障性評(píng)估優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。