基于智能建模的復雜系統全壽命周期費效分析

衛 寧

（中國船舶工業系統工程研究院，北京 100094）

基于智能建模的復雜系統全壽命周期費效分析

衛 寧

（中國船舶工業系統工程研究院，北京 100094）

在復雜系統工程中，對復雜系統全壽命周期費效情況進行分析需要有一個高效而準確的方法來對所選擇的方案進行費用/性能建模和分析，以最低的全壽命周期費用實現最好的系統使用性能.通過分析工具軟件對保障關系、運輸時間、運輸費用、維修活動、保障資源等進行智能建模的方法很好地解決了這方面的問題，使得分析結果更加合理、有效.使用智能的復雜系統全壽命周期費效分析建模工具效果最明顯的是在確定費用要求的條件下優化方案，使得同等費用條件下系統可用度最大，有效解決了復雜系統全壽命周期費效情況難以準確分析的問題.

智能建模；復雜系統；全壽命周期；費效；分析

在復雜系統使用中，滿足任務需求的使用效能常常伴隨著高昂的維修和保障費用，這種情況主要是由于在復雜系統設計方案之間缺乏優化權衡，不能在費用和性能之間做出決策[1].為了防止上述情形發生，必須把復雜系統的使用效能與費用方案的相互影響作為決策過程的一部分來研究，進而加以改進[2].這就需要有一個高效而準確的方法來對所選擇的方案進行費用/性能建模和分析，以最低的全壽命周期費用/保障費用實現最好的系統使用性能.因此，對復雜系統全壽命周期費效分析智能建模方法進行研究，是目前復雜系統工程的一個研究熱點[3].

1 復雜系統全壽命周期費效分析的特點

目前由于復雜系統全壽命周期費效分析工作在復雜系統設計過程中缺乏實踐，被分析對象（即復雜系統）的自動化信息化程度增加，維修保障組織規模和數量的日漸龐大，這些都給全壽命周期費效分析工作帶來了很大的困難[4]，主要體現在以下幾個方面：

1）復雜系統的復雜程度增加；

2）復雜系統的任務剖面更加復雜；

3）工程實際中對聯合使用模式的要求導致模型更加復雜；

4） 進度緊張；

5） 費用的限制；

6）保障資源無法科學確定；

7）某些保障策略無法規劃；

8）產品全壽命周期費用的優化需求；

9）缺乏經驗數據和歷史數據.

要解決復雜系統全壽命周期費效分析工作面臨的上述問題，需要將復雜系統全壽命周期費效情況與復雜系統方案作為一個整體進行分析，需要建立詳細的費用/性能模型并進行優化權衡，以最低的壽命周期費用/保障費用實現最好的系統使用性能[5].隨著復雜系統復雜度的增加和維修保障組織規模的日漸龐大，費用/性能模型的建模難度也隨之增加，加上在制定方案的過程中需要考慮的各種因素往往具有很強的隨機性[6]，需要智能的分析軟件進行復雜系統的全壽命周期費效分析.

此外，構建費用/性能模型需要多種數據，既包括復雜系統及“五性”相關數據，還包括保障組織的相關數據，這些數據來源于設計、生產、試驗和使用各個環節[7]，分布在不同的信息系統和軟件工具中，因此，借助智能的全壽命周期費效分析軟件，進行便捷的數據交換和數據的預處理分析，才能完成對復雜系統全壽命周期費效情況的全面分析.

綜上所述，傳統的解析方法難以勝任上述復雜系統全壽命周期費效分析的需求，隨著計算機建模和仿真技術的發展，采用智能建模的方法對復雜系統全壽命周期費效情況進行分析已經成為一種必需的技術手段和途徑.因此，使用智能的復雜系統全壽命周期費效分析建模工具，結合復雜系統的實際使用情況開展復雜系統全壽命周期費效分析工作，是針對復雜系統全壽命周期費效情況難以準確分析問題的有效解決方法.

2 復雜系統全壽命周期費效分析智能建模工具

針對復雜系統全壽命周期的費效分析評估工具，其復雜系統模型和費用模型完全由用戶確定，最終為用戶提供評估結果和優化方案建議.軟件運用智能建模的方法，將費用與復雜系統的任務進行結合，針對復雜系統的使用特性，對其總體方案進行評估，仿真評估效果非常理想.

該軟件是進行復雜系統系統全壽命周期費用分析和費效比評估的智能化工具，軟件內嵌了標準的費用分解模型，也支持用戶自定義費用分解模型，能夠記憶并幫助用戶進行費用分解.該軟件可用于復雜系統系統全壽命周期費用模型的建立和費用分析，在費用分析的同時考慮產品的壽命時間、使用特性等，可以針對復雜系統和各級保障組織進行智能建模，其費用敏感性分析結果可以用于費用模型的調整和費效比評估，對整個復雜系統方案的評估至關重要.

例如：多家公司具備某復雜系統的研制能力，其中兩家公司決定在維修、檢查規劃與保障規劃上開展緊密的合作.針對這種情況，利用全壽命周期費用分析工具進行壽命周期費用和整體方案評估：

1）使用該軟件對這兩家公司采用聯合保障組織能產生多大的經濟效益進行評估；

2）使用該軟件對多家競標公司的全壽命周期費用進行分析和評估；

3）使用該軟件計算初始保障資源，包括對該復雜系統的保障資源分類和分配方案進行評估.

圖1 智能建模后生成的費效曲線圖Fig.1 Cost effectiveness curve after intelligent modeling

該軟件的智能算法能夠計算初始保障資源規劃.該軟件計算的核心結果是費效曲線，如圖1所示.縱坐標為復雜系統的效能指標，橫坐標為壽命保障費用.費效曲線上的每一個點均對應一種智能建模得到的保障資源模型.選定曲線上的任一點，可得到在同等費用條件下能達到的最大使用可用度，并生成對應的方案的評估結果.

通過該軟件工具可以計算出許多針對系統的費用指標，如圖2所示.主要包括LSC（壽命保障費用）、CI（總投資）、CN（總年費用現值）、EBO（期望備件后訂貨數）、WT（平均等待時間）、ROS（備件短缺風險）、MDT（平均停機時間）、A（使用可用度）、NOR（不可用系統數量）等，這些指標可與系統已建模型進行智能化互動.

圖2 與模型進行智能化互動的費用指標Fig.2 Intelligent interaction with the model of the cost index

3 復雜系統全壽命周期費效分析智能建模方法

利用該軟件工具進行智能建模是以填表方式進行的，軟件中共有50多張輸入表單.這些表單綜合描述了復雜系統及其各項費用.這里的各項費用涵蓋了保障組織、維修活動等方方面面數據，以滿足智能建模的需要.進行智能建模時表單的數量可以靈活調整，既可依據初始化的表單建模，也可根據實際情況增減，能夠記憶并幫助用戶進行裁剪.該軟件工具的輸出包括費效曲線和40余種報告.壽命保障費用的智能化模型構成如圖3所示.

利用該軟件工具進行智能建模時需要對復雜系統的執行任務情況進行描述，通過復雜系統的利用率因子來描述其任務情況.

圖3 壽命保障費用的智能化模型構成Fig.3 Intelligent model of life support cost

利用該軟件工具進行智能建模時需要描述保障組織的類別、保障組織間的保障關系、運輸時間、運輸費用等.保障組織按是否具有存儲設施和修復設施來劃分類別；運輸時間描述了故障件/備件在保障組織之間傳遞所需的時間；運輸費用描述了向上級保障組織運送故障件或者向下級保障組織運送備件所需的費用.

利用該軟件工具對維修活動進行智能建模時，需要描述的內容包括維修類別、維修地點、維修時間、維修費用等.維修活動包括了預防性維修和修復性維修.維修活動與備件需求關系密切.當維修需求輸入保障組織時，保障組織根據其維修能力對該需求進行處理.例如采取換件維修時，更換下來的故障件會產生維修需求并沿著保障組織自下向上傳播，直到所有維修需求被滿足為止.

利用該軟件工具在對備件供應方案進行智能建模時，需要描述的內容包括備件的存儲地點、存儲數量、再訂購地點以及再訂購數量等.

保障資源是實施復雜系統維修的物質基礎和重要保證，無論是平時訓練還是戰時搶修，保障資源都占據著十分重要的地位.利用該軟件工具對保障資源進行智能建模時，需要描述的內容包括保障資源的部署地點、數量及投資費用等.

智能建模后輸出的壽命保障費用詳細清單包括了壽命保障費用各組成部分的數值，包含在輸出報告中，如圖4所示.

該軟件工具還可通過智能建模進行假設分析和敏感性分析，以確定對費效影響最大的因素，并對各種效能參數提出優化建議.

圖4 智能建模后輸出的壽命保障費用詳細清單Fig.4 Intelligent modeling after the life of the cost of a detailed list of security costs

4 結語

在復雜系統工程中，對復雜系統全壽命周期費效情況進行分析評估是一項需要投入大量精力的工作[8].在以往的工程實踐中，費用要求和可用度指標是很難同時達到的.一方面，費用和可用度沒有直接的聯系，確定指標時很難將兩者結合起來[9]；另一方面，人為因素具有不確定性，確定最優方案時容易受到個人經驗和外來因素影響，特別是對多個備選方案進行權衡時，憑借經驗很難做出正確的選擇[10].如果不能科學合理地確定方案，不僅要花費大量費用，還會在很大程度上影響復雜系統的完好性[11].通過分析評估工具軟件進行智能建模很好地解決了這方面的問題，使得分析評估結果更加合理、有效.特別是可以在確定費用要求的條件下優化方案，使得同等費用條件下系統可用度最大，這點對于復雜系統方案確定非常有用.

[1] 王飛，魏法杰.基于價值工程原理、方法的裝備價值評估研究[J].北京航空航天大學學報（社會科學版），2010，23（6）：48-51.

[2] 吳文宣，陳祥偉，李天友，等.基于計量經濟學綜合分析法的電力設備全壽命周期成本管理[J].電力科學與技術學報，2010，25（4）：53-57.

[3] 江修波，吳文宣，陳祥偉.變壓器全壽命周期成本的建模研究[J].福州大學學報（自然科學版），2012，40（3）：357-361.

[4]榮明宗．武器裝備全系統、全壽命管理的一個首要問題———武器裝備全壽命期的階段劃分[J]．裝備指揮技術學院學報，2002，13（2）：14－17．

[5] 劉洪亮，王蓓．淺議武器裝備全壽命管理[J]．軍事經濟學院學報，2005，12（4）：50－52．

[6] 劉曉春，陳英武.價值工程在武器裝備壽命周期費用控制中的運用研究[J].價值工程，2006（10）：54-56.

[7] 倪明仿，郭小亮，張海，等．基于全壽命管理的裝備資源節約戰略研究[J]．資源科學，2010，32（7）：1350－1353．

[8] 姜益民，馬駿.變壓器的全壽命周期成本分析[J].變壓器，2006，43（12）：30-35.

[9] 郭基偉，謝敬東，唐國慶.電力設備管理中的壽命周期費用分析[J].高電壓技術，2003，29（4）：13-15，37.

[10]胡琦忠.工程結構全壽命周期設計理論的核心指標研究[D].杭州：浙江大學，2009.

[11]路石俊，李翔.基于盲數理論的變電站工程全壽命周期成本估算[J].電網技術，2010，34（3）：141-145.

Cost effectiveness analysis of complex system based on intelligent modeling

WEI Ning

（Systems Engineering Research Institute,Beijing 100094,China）

In the complex system engineering,as for the whole life cycle cost of complex system effect,an efficient and accurate method for cost/performance modeling and analysis of the selected scheme shall be adopted so that the best system performance is achieved with the lowest life-cycle cost.By using the analysis software,model the security relations,transportation time,transportation costs,maintenance and support resource to make the result more reasonable and effective.The most obvious effect of using the whole life cycle cost effect analysis of complex system based on intelligent modeling is to optimize the scheme under the setting cost requirements,so that the operational availability maximum is founded at the same cost.It effectively solves the problem that the cost-effectiveness of complex systems is difficult to be accurately analyzed.

intelligent modeling;complex system;whole life cycle;cost effectiveness;analysis

TU528

A

1007-2373（2017） 05-0115-04

D OI：10.14081/j.cnki.hgdxb.2017.05.019

2017-03-09

衛寧（1977-），女，高工，zhou_aaa@sina.com.

[責任編輯 楊 屹]