航空裝備體系保障性分析仿真運行控制?

丁 剛 張 琳 崔利杰 王利勇

（1.空軍工程大學防空反導學院 西安 710051）（2.空軍工程大學裝備管理與無人機工程學院 西安 710051）（3.93920部隊 西安 710061）

1 引言

系統建模是指將一個實際系統的結構、功能、輸入輸出關系用數字模型、邏輯模型等描述出來，用對模型的研究來反映對實際系統的研究［1］。有了系統模型，再借助于計算機就可以模擬系統和功能，這就是系統仿真，相當于在實驗室內對系統作實驗，即系統的實驗研究。由于模型構建的復雜性，很多仿真實驗更加關注模型的設計、開發和運行，對實驗設計中的運行控制著力不夠，導致問題的研究缺乏深度。因此，本文研究航空裝備體系保障性分析仿真運行控制問題，為航空裝備敏捷保障能力論證、驗證、評價和優化提供科學的手段。

2 問題描述

GJB451A《可靠性維修性保障性術語》［2］中，對保障性的定義為：“裝備的設計特性和計劃的保障資源滿足平時戰備完好性和戰時利用率要求的能力”。保障性分析綜合應用各種分析技術對系統和設備的綜合保障進行的分析，國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化，核心是比較和選擇［4］。優化選擇的目標可以是效費比最大、對使命任務適應度最大、對任務變化魯棒性最強、獲取信息與決策優等［5］。

實驗輸入涉及任務裝備維修保障的全過程、全要素和全流程，這些輸入要求能夠反映裝備的使用方案、維修保障實施、資源供應調配、維修機構運行等要素，主要包括裝備任務、組織架構、裝備系統、保障行為和保障系統等五個方面；實驗輸出反映指揮機關、保障評估機構、保障指揮決策機構和保障實施單位所關注的各層級能力需求，即體系任務完成能力、體系的任務支撐能力、保障系統的綜合保障能力和具體裝備單元的自身保障特性能力［2］；在實驗設計中主要考慮的環境擾動包括任務擾動、戰場環境和指揮控制三個方面。面向保障性分析評估優化的目的，從實驗輸入因子和輸出計算出發，保障性分析仿真運行控制重點解決仿真業務流程建模和推演運行控制兩個方面的問題，面向任務的航空裝備體系保障性分析仿真運行控制問題抽象描述如圖1所示。

圖1 保障性分析仿真運行控制問題描述

3 仿真業務流程

3.1 保障業務邏輯

保障業務涵蓋“訓、管、修、供、評”裝備全流程運用，以作戰任務裝備體系為分析對象，以多階段作戰任務推進為邏輯主線，將作戰任務逐層分解映射到基本裝備單元。隨著任務時間的推進，根據任務要求轉換裝備體系執行任務。因此，保障業務流程以作戰任務想定為輸入起點，將維修保障組織機構、裝備單元維修控制、保障行為實施、保障資源使用、保障指揮等任務相關要素動態耦合，研究其涌現演化性質。在任務執行過程中，由保障系統對裝備體系中的具體裝備實施維修保障，完成維修任務，將待維修裝備轉變為技術狀況符合規定要求的裝備，并提供航材備件、油料補充、環境條件等保障資源；保障指揮部門根據裝備基本單元自身保障特性和整個保障的態勢變化情況實施保障決策和調整，裝備修復之后返回裝備單元繼續執行作戰任務，直至裝備體系任務完成。保障業務流程內部狀態變化是在某些離散時間點或量化區間上發生的，流程建模的重點在于刻畫引起體系狀態發生改變的事件以及確定與每類事件相關的邏輯關系，仿真的主線在于按照一定時間序列中各種事件的邏輯關系，觸發體系狀態的變化，從而對體系狀態進行動態寫照，探索其演化與涌現規律。

3.2 仿真業務流程

本文構建的仿真業務流程，包括典型任務執行、維修保障組織機構、裝備單元戰損/修復/預防性維修控制、保障行為實施和保障資源使用五個組成部分及其觸發關系。典型任務執行模塊是裝備執行訓練/作戰任務“訓”的描述，負責將體系作戰任務映射到裝備使用任務，逐層分解到任務科目、任務階段，輸出任務成功率、任務持續概率等任務持續性指標；維修保障組織機構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，配屬區域維修中心和區域保障中心，由前線機務組下屬技術保障組和放飛組保障任務科目的執行，由修理廠和航材庫驅動維修和供應任務的執行，輸出保障性綜合指標；裝備單元戰損/修復/預防性維修控制模塊和保障行為實施模塊是裝備故障機理和維修實施“修”的描述。裝備單元戰損/修復/預防性維修控制模塊實現裝備單元級別的維修控制，判斷裝備單元/基本裝備單元工作狀態、定檢狀態、專項工作狀態、壽命狀態等以觸發任務裝備的維修保障工作，輸出裝備RMS指標；保障行為實施模塊將保障行為抽象為保障任務，逐層分解為保障活動（ac?tive）和保障事件（event），通過某個仿真時刻發生的保障事件恢復裝備狀態、消耗資源，輸出維修流程狀態信息；保障資源使用模塊是資源調配使用“供”的描述，建立裝備維修車間-保障設施-保障工位的資源使用模型，在保障工位上觸發各類保障資源消耗和補充，輸出保障資源狀態信息；在整個業務流程各個階段輸出/計算保障性參數共同完成“評”的功能。

4 仿真運行控制

仿真實驗一般包括仿真模型組件開發、仿真想定編輯、試驗設計與分析、仿真運行控制、數據記錄與回放及仿真運行支撐中間件等工具集［3］。文獻［4～6］對仿真運行控制工具、仿真引擎設計和仿真開發環境相關問題進行了較為深入研究。仿真運行控制是整個仿真實驗設計中起關鍵作用的部分，負責整個仿真實驗的部署及管理，用于將實驗系統中的仿真模型部署到各個計算機節點，構成一個分布式仿真實驗系統。該系統對各個仿真模型進行初始化、控制仿真模型的運行、運行過程中監視模型的內部信息和計算機節點信息［7］。本文對仿真運行控制的研究包括過程控制因子配置、階段運行控制設計和業務流程推進控制三部分。

4.1 過程控制因子配置

控制因子配置是對仿真運行過程中各種可控因子和不可控因子的輸入及輸出設置，是對整個仿真過程進行控制的手段。可控因子一般包括仿真運行過程中的計時機制、觸發機制、運行次數、參數變化、實驗類型、人為輸入和監控設置等；不可控因子一般包括任務擾動、戰損輸入、環境變化等。保障性推演基礎控制因子配置包括仿真參數設置、仿真實驗類型設置、人為因素設置和仿真監控設置四個組成部分。其中，仿真參數設置包括時間機制、隨機數種子、退出條件、運行次數、展示模式和仿真資源要求等；仿真實驗類型設置包括實驗次數、優化實驗、變參數實驗、比較實驗、靈敏度實驗和校準實驗等；人為因素設置包括人在環控制、人為決策、人機交互和指揮控制等；仿真監控設置包括模型狀態快照、運行回放和人在環監控等。

4.2 階段運行控制設計

推演運行按照時間線劃分為仿真準備階段、仿真運行階段和仿真完成階段。仿真運行階段觸發航空裝備體系保障性分析裝備任務和維修保障任務，分為任務下達、任務準備、任務執行和任務結束四個模塊。維修保障任務的實施在任務執行過程中只觸發修復性維修工作和戰損維修工作，任務結束之后觸發預防性維修工作，在線維修只適用于連續任務和任務結束時間不確定可擴展任務。表1為仿真準備階段任務下達模塊主要控制項，包括仿真派發、數據初始化、沖突檢查、保障優先級確定和仿真狀態等，主要功能是完成仿真開始前裝備任務的自動派發和任務時間沖突檢查。

表2為仿真運行階段任務準備模塊主要控制項，包括任務設置、數據記錄、運行約束和仿真狀態等。主要功能是完成仿真運行時裝備任務優先級設置、任務裝備構型記錄、任務-科目-階段-剖面映射信息記錄、任務裝備執行狀態記錄等工作。

表1 仿真準備階段任務下達模塊主要控制項

表2 仿真運行階段任務準備模塊主要控制項

仿真運行階段任務執行模塊主要控制項、仿真運行階段任務執行模塊裝備故障和修復性維修啟動主要控制項、仿真運行階段任務結束模塊裝備預防性維修啟動主要控制項此處不再贅述。各仿真階段運行控制中除了觸發以上裝備任務和維修保障任務外，還涉及保障資源在維修活動中的消耗、轉移、調配控制，維修站點之間的保障關系、訂貨周期、運輸策略、備件響應等的控制。

4.3 業務流程推進控制

業務流程推進控制包括裝備預防性維修任務、修復性/搶修維修任務和備件供應任務控制等。

4.3.1 預防性維修任務

裝備預防性維修任務在作戰/作訓任務結束后進行，依照維修任務隊列順序，以維修工位為載體實施，維修小組發現潛在故障后，調配使用備件完成維修活動。預防性維修任務執行主體是各級維修組織，維修過程在維修工位上進行，保障資源的消耗也通過維修工位觸發。預防性維修任務業務流程控制如圖2所示。

圖2 預防性維修任務業務流程控制

達到預防性維修的LRU/SRU維修任務主要區分換件維修、原件維修和一般的保養業務。業務流程進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與同級器材倉庫的交互完成。

4.3.2 修復性/搶修維修任務

裝備修復性/搶修任務在作戰/作訓任務期間或任務結束后進行，依照維修任務隊列順序，以維修工位為載體實施，裝備隨機故障或戰損故障后，調配使用備件完成維修活動。修復性/搶修任務執行主體是各級維修組織，維修過程在維修工位上進行，保障資源的消耗同樣通過維修工位觸發。修復性/搶修任務業務流程控制如圖3所示。

圖3 修復性/搶修維修任務業務流程控制

4.3.3 備件供應任務

備件供應任務由維修組織和器材倉庫產生需求，根據維修組織的備件供應申請向其提供被動備件供應，依據固定時間間隔向器材倉庫提供主動備件補充。選取備件時通過備件和故障件名稱和型號進行確定，當倉庫備件儲存量低于預警值時，啟動補充需求，申請上級倉庫調運。

5 結語

裝備保障系統是裝備作戰能力發揮、保持和持續改進的物質技術基礎［8］。本文面向保障性分析評估優化的目標，研究了仿真運行控制中“仿真業務流程”和“仿真運行控制”兩個方面問題。針對仿真實驗對象，從任務裝備保障業務邏輯出發，構建了仿真推進業務流程；在仿真業務流程的基礎上，重點設計了仿真運行控制方法。本文對保障性分析問題研究的深入推進具有重要意義，為后續開展保障性評估優化奠定基礎。