任務(wù)驅(qū)動(dòng)的艦船RMS仿真技術(shù)研究

榮里，喻世軼

（1.海軍工程大學(xué)艦船綜合試驗(yàn)訓(xùn)練基地；2.海軍工程大學(xué)基礎(chǔ)部，湖北 武漢 430000）

1 研究目的與意義

艦船是一個(gè)大型、可維修、復(fù)雜的武器系統(tǒng)。近年來，隨著大量新興技術(shù)的采用，艦船系統(tǒng)的復(fù)雜性逐漸增加，而且，艦船的應(yīng)用越來越多樣化，這就要求艦船做好承擔(dān)各種任務(wù)的準(zhǔn)備，及時(shí)、圓滿地完成各項(xiàng)任務(wù)。艦船在執(zhí)行故障修理任務(wù)時(shí)，應(yīng)能迅速修理；為了提高艦船在完成任務(wù)時(shí)的作業(yè)效率，降低故障率，有必要在設(shè)計(jì)和建造過程中對艦船的可靠性、變形性和安全性進(jìn)行優(yōu)化。

然而，艦船系統(tǒng)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，設(shè)備和部件種類繁多，都是很小的產(chǎn)品。因此，艦船系統(tǒng)的RMS仿真是復(fù)雜的任務(wù)。解決這些復(fù)雜的問題不能僅僅依靠以往的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)學(xué)分析。模擬計(jì)算機(jī)作為一種先進(jìn)技術(shù)。系統(tǒng)狀態(tài)和時(shí)變模式的仿真工具，通過對實(shí)際系統(tǒng)的仿真，通過對仿真過程的觀察和統(tǒng)計(jì)，得到仿真系統(tǒng)的參數(shù)和基本特性，以評價(jià)和推斷系統(tǒng)的實(shí)際參數(shù)和性能，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)工程領(lǐng)域，由于其良好的管理性、非破壞性、安全可靠、不受外界條件影響、重復(fù)性，對于艦船系統(tǒng)來說，利用計(jì)算機(jī)仿真模型來解決動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的影響范圍廣、復(fù)雜性和隨機(jī)性等問題，是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢。

1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

大型復(fù)雜設(shè)備RMS模型的仿真在我國是一個(gè)比較晚的過程，從20世紀(jì)80年代開始在設(shè)備設(shè)計(jì)中得到研究和發(fā)展。在可靠性和維修性的研究中，為了解決一些安全問題，在初步設(shè)計(jì)中，模擬RMS的發(fā)展與國外的發(fā)展有很大的不同，近年來，國內(nèi)研究最多的領(lǐng)域包括：“P0-2”反車輛地雷裝備指數(shù)，p224裝備單位成本，“戰(zhàn)斗效率”和“非殺傷人員地雷評估結(jié)果”。用于測試和分析0×2作戰(zhàn)性能和戰(zhàn)備狀態(tài)可靠性的設(shè)備。

目前，評估和分析正在進(jìn)行中。與此同時(shí)，越來越多的型號被用于滿足各種技術(shù)需求。以曹雪河為例，采用基于agent的事件仿真方法對系統(tǒng)的RMS模型進(jìn)行仿真，為了探索仿真領(lǐng)域，張文進(jìn)進(jìn)一步闡述了設(shè)備供應(yīng)模式的總體框架，徐國勇創(chuàng)建了綜合RMS模型，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的全面運(yùn)行。陳永祥重點(diǎn)研究了RMS，并提出了一系列建議。用于作戰(zhàn)目的，并使用unm5開發(fā)了一個(gè)仿真模型。研究艦船RMS仿真提供了不同的思路，很多情況下，相關(guān)的軟件系統(tǒng)正在開發(fā)中。我國目前擁有龐大而復(fù)雜的RMS仿真研發(fā)系統(tǒng)，雖然落后于其他國家，但經(jīng)過一段時(shí)間的研究和探索，我們也針對特定的專業(yè)領(lǐng)域開發(fā)了專門的RMS仿真系統(tǒng)。

由于貫徹落實(shí)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)武器可靠性和維修工作的通知》《武器裝備維修條例》以及以下主要文件和標(biāo)準(zhǔn)，作為軍事目標(biāo)，2+31在我國裝備研制過程中繼續(xù)模擬RMS。這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）建立大型復(fù)雜系統(tǒng)和設(shè)備；（2）建立大規(guī)模集成系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)RMS系統(tǒng)；（3）實(shí)現(xiàn)了大型集成系統(tǒng)和設(shè)備的RMS分析系統(tǒng)；（4）大型集成系統(tǒng)和RMS設(shè)備的連續(xù)測試；（5）加強(qiáng)對大型綜合系統(tǒng)和裝備的綜合保障；（6）為大型集成系統(tǒng)和設(shè)備開發(fā)人力資源；（7）公司在技術(shù)研究和科學(xué)交流方面做得很好。

國家，盡管在開發(fā)大規(guī)模綜合系統(tǒng)和設(shè)備方面取得了重大進(jìn)展，但在下列領(lǐng)域仍然存在重大挑戰(zhàn)：

（1）RMS管理缺陷；（2）RMS系統(tǒng)的缺點(diǎn)；（3）RMS項(xiàng)目很難實(shí)現(xiàn)；（4）RMS驗(yàn)證不足；（5）技術(shù)實(shí)踐。

這些問題嚴(yán)重阻礙了國內(nèi)RMS仿真研究的發(fā)展，需要在仿真研究中進(jìn)一步認(rèn)識、實(shí)踐。

1.2 船模仿真

本章將研究導(dǎo)致操作的艦船RMS模型。根據(jù)系統(tǒng)仿真需求和國內(nèi)外現(xiàn)有的仿真方法，確定艦船區(qū)域漁業(yè)管理組織模型的仿真需求，然后在RMS評價(jià)體系框架下，建立了任務(wù)艦MSS仿真評估指標(biāo)體系。為了選擇合適的仿真方法，提出了一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)仿真方法對船上RMS模型進(jìn)行仿真。

2 RMS模型模擬

仿真系統(tǒng)應(yīng)滿足實(shí)用性、仿真性和完整性三個(gè)要求。仿真意味著所建立的模型具有一定的真實(shí)性和動(dòng)態(tài)性。該模型充分反映了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的交互作用。因此，它從仿真艦船的短消息控制任務(wù)出發(fā)，為了仿真艦船的RMS模型，國內(nèi)外科學(xué)家提出了不同的仿真方法，考慮不同的分析需求。

國外提出的可靠性框圖、故障樹模型、馬爾可夫模型等仿真方法，在徐樹偉等國防科技大學(xué)中，gtst-dmld用于協(xié)調(diào)gtst和dmld的功能。用圖形仿真來確定艦船任務(wù)、主要技術(shù)任務(wù)和維修系統(tǒng)之間的關(guān)系，很難完全實(shí)現(xiàn)這種仿真方法所尋求的動(dòng)態(tài)關(guān)系。因此，應(yīng)該建立基于目標(biāo)的評價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)軍用標(biāo)準(zhǔn)和52個(gè)海軍符號標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)船的任務(wù)要求，確定了艦船仿真的關(guān)鍵指標(biāo)，提出了一種艦船IBC任務(wù)控制的仿真方法。

2.1 仿真艦船評估系統(tǒng)

下表列出了選擇參數(shù)和指標(biāo)時(shí)必須采用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，表中提供了詳細(xì)的艦船指標(biāo)參數(shù)和參數(shù)類型統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其目標(biāo)可以體現(xiàn)為：戰(zhàn)備良好，任務(wù)成功，維修和后勤費(fèi)用。這四個(gè)目標(biāo)反映了可靠性、改進(jìn)性和安全性。

根據(jù)下表的分析，將海上RMS仿真評估系統(tǒng)分為三個(gè)方面：任務(wù)評估指標(biāo)、任務(wù)評估指標(biāo)、任務(wù)評估指標(biāo)、主要裝備和維修資源估算。任務(wù)的完成有賴于主要裝備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如果裝備出現(xiàn)故障，充足的維修資源將直接影響裝備的及時(shí)維修。在此基礎(chǔ)上，對艦船RMS參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為RMS設(shè)計(jì)檢驗(yàn)提供理論依據(jù)。

表1

2.2 船模仿真方法的選擇

任務(wù)船仿真系統(tǒng)著重對任務(wù)可靠性等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，平均無故障時(shí)間、平均修復(fù)時(shí)間和備件資源滿意度表明：艦船設(shè)計(jì)是否滿足設(shè)計(jì)要求，這些指標(biāo)充分反映了可靠性的要求，為了模擬任務(wù)，控制船上IBC反映可靠性、修改性和保障性的要求，需要在艦船當(dāng)前任務(wù)、設(shè)備和維修信息之間建立動(dòng)態(tài)關(guān)系，以滿足rfmo的需要。因此，本文提出了一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)仿真方法，將三個(gè)系統(tǒng)與系統(tǒng)連接起來，以使所建立的模型能夠清晰地反映任務(wù)、設(shè)備、維修資源及其動(dòng)態(tài)關(guān)系。

2.3 改進(jìn)的結(jié)構(gòu)仿真方法

樹結(jié)構(gòu)是一種重要的非線性結(jié)構(gòu)，它討論了層次與分支之間的關(guān)系，也就是說，它是一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。每個(gè)元素都有一個(gè)上一個(gè)元素父節(jié)點(diǎn)：每個(gè)元素都有多個(gè)下一個(gè)元素子節(jié)點(diǎn)。例如，使用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樹和故障樹。

雖然樹結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)是層次連接的，但同一層中的節(jié)點(diǎn)是隨機(jī)的，樹結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用，如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樹、故障樹等。

雖然樹節(jié)點(diǎn)之間有層次聯(lián)系，但是，船上的CMS模型必須考慮同級節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，如果任務(wù)模型要求所有子項(xiàng)目都要完成，則認(rèn)為親子關(guān)系已經(jīng)完成，換言之，簡單地建立一個(gè)木RMS模型是不明智的。為了滿足RMS模型的要求，基于改進(jìn)結(jié)構(gòu)仿真的RMS模型包括以下四個(gè)階段：

（1）艦船構(gòu)型仿真；（2）模擬艦船任務(wù)；（3）建立艦船維修模式；（4）模擬了三種模型之間的相互作用。

3 結(jié)語

在日益復(fù)雜的海上航行環(huán)境中，本文所描述的基于RMS的艦船正在研制中，它可以有效地提高艦船的結(jié)構(gòu)性能，降低失效的可能性，因此，只有進(jìn)一步提高可靠性仿真的精度，才能滿足越來越多的要求。