裝備維修保障仿真系統評價的輸入、輸出參數

楊英杰, 張 柳, 于永利, 聶成龍

(軍械工程學院裝備指揮與管理系， 河北 石家莊 050003)

裝備維修保障仿真系統評價的輸入、輸出參數

楊英杰, 張 柳, 于永利, 聶成龍

(軍械工程學院裝備指揮與管理系， 河北 石家莊 050003)

基于仿真實體研究了裝備維修保障仿真系統的輸入影響參數；對單元體進行了分類，分析了其屬性，提出了聚合體屬性的聚合方法。從裝備維修保障能力綜合評價和維修保障系統能力評價2個角度，研究了裝備維修保障仿真系統的輸出評價參數：考慮裝備完好性和任務成功性，確定了裝備維修保障能力綜合評價參數；考慮保障目標和維修保障系統的層次性，確定了維修保障系統能力評價參數。研究理清了裝備維修保障仿真系統的輸入、輸出，為后續研究工作奠定了基礎。

維修保障；仿真系統；輸入參數；輸出參數

裝備維修保障系統的復雜性使得很難在理論上利用簡明的解析式來表達其內在的運作關系。利用仿真技術建立多分辨率仿真模型，可很好地描述裝備維修保障系統內部的邏輯和外部的交互關系，并對裝備維修保障能力進行評價與優化。張偉等[1]研發了基于HLA(Hight Level Architecture)的裝備維修保障仿真通用平臺，實現了從裝備維修保障物理系統到仿真實現的映射。但是仿真模型中的輸入影響參數眾多，存在輸入、輸出因果回溯困難，且當評價效果不理想時，如何通過調整輸入參數來獲得滿意的輸出評價結果，進而得到可行的裝備維修保障系統的方法手段，是目前亟待解決的問題。

美軍歷來重視保障評價參數研究。DoDD7730.65[2]重點研究了如何基于能力對保障性評價參數中的戰備完好性進行實時評估。1994年頒布的AFI10-602[3]定義了任務效能為EM=A0×D0，其中：A0為使用可用度;D0為使用可信度。2005年修訂的AFI10-602[4]針對空軍目前現役的各種武器裝備和功能系統，著力完善并解決了戰備完好性參數的定義、度量和計算問題。另外，美軍也非常重視保障性參數的報告與管理程序的規范化研究，AR700-138[5]重點明確了陸軍裝備(陸航飛機和導彈)戰備完好性的報告、管理等程序。

國內對單裝的各類保障性參數，包括戰備完好性、任務成功性、作戰適用性等的研究比較完善，其定義和度量在國軍標GJB451和GJB451A中已進行了明確規定。另外，針對不同層次的裝備作戰單元，也開展了一定的研究工作[6-8]，但總體來看,對仿真系統輸入、輸出參數的研究仍然不夠重視，目前的研究大多緊密結合具體研究對象，采用分析模型的較少，涉及的輸入影響參數也不多，一般在10個左右[9-11]。

本文考慮裝備維修保障仿真模型包含大量不同粒度的仿真實體，基于仿真實體構建了輸入影響參數集，基于維修保障能力概念層次與參數層次之間的關系，構建了輸出評價參數集。

1 基于仿真實體的輸入影響參數

多分辨率的裝備維修保障仿真系統涉及大量不同粒度的仿真實體，其屬性用于描述仿真實體的特征，是仿真實體所擁有的全部特征的子集，可用概念、特征參數或變量來表示。實體屬性值可對不同類型的實體進行區分，屬性值中的不確定性參數就是仿真系統的輸入影響參數。

1.1 裝備維修保障仿真單元體

借鑒文獻[12]所述的分類方法，本文將裝備維修保障系統仿真實體分為單元體和聚合體2大類。單元體是指仿真建模中分辨率最高的仿真實體，考慮實體重用的需求，按照業務活動可將裝備維修保障仿真單元體劃分為裝備指揮類單元體、裝備維修類單元體、器材保障類單元體和裝備運輸類單元體。其UML靜態結構描述如圖1所示。

圖1 裝備維修保障仿真單元體分類

其中：裝備指揮類單元體是指綜合運用人力、物力、財力等裝備保障力量，對保障部隊作戰及其他軍事行動進行組織領導的實體；裝備維修類單元體是指為保持和恢復裝備良好的戰術、技術性能而執行維護、修理等技術措施的實體；器材保障類單元體是指負責武器裝備零備件的籌措、儲備、補給和管理活動的實體；裝備運輸類單元體是指為故障裝備和修竣裝備提供運力，使故障裝備、修竣裝備在空間上發生轉移的實體。

1.2 單元體屬性

根據仿真需求，可將裝備維修保障仿真單元體的屬性劃分為基本屬性、空間屬性、任務屬性、資源配置屬性和能力屬性。

基本屬性用于描述單元體基本狀態，主要包括單元體名稱、單元體標志、單元體類型及單元體指揮關系等。空間屬性主要描述單元體所具有的地理、外觀等表現特征，主要包括配置地點名稱、配置地點坐標等。任務屬性主要描述單元體的可執行任務和單元體當前所執行的具體任務，主要包括可執行任務、當前任務等。資源配置屬性描述單元體占有資源的狀況，在裝備維修保障仿真系統中，其資源配置屬性僅考慮與維修密切相關的維修人員、維修設備和維修器材。能力屬性描述單元體保障作用的大小，亦稱效能屬性。實體承擔的任務不同，其資源配置屬性和能力屬性也不同，具體如表1所示。

基本屬性和任務屬性屬于標志性屬性，其屬性取值遵循一定規則，對仿真系統分析的輸出影響較小。另外，由于裝備維修保障仿真的核心是模擬裝備維修保障業務活動，因此空間屬性對其影響有限。而資源配置屬性和能力屬性是在單元體層次上影響裝備維修保障仿真系統分析的關鍵輸入影響參數。

1.3 裝備維修保障仿真聚合體

由于進行裝備維修保障仿真時，也需要關心低分辨率實體的仿真效果，因此需要根據不同的仿真層次需求，合理確定不同粒度的仿真實體。聚合體是由若干個高分辨的仿真單元體通過一定的聚合規則而形成的低分辨率仿真實體，組成聚合體的單元體的功能可相同，也可不同。圖2為某維修隊仿真聚合體的聚合關系。

其中：箭頭為“聚合”，即下層實體聚合形成上層實體。實體聚合關系可形式化表示為P(x，y)，即實體y是實體x的一部分。圖2中，維修隊和器材組之間的聚合關系可形式化表示為P(維修隊，器材組)。需要說明的是：這種實體間的包含關系是直接包含關系，即P(x,y)→Direct_Contain(x,y)。

表1 各類單元體的資源配置屬性和能力屬性

圖2 某維修隊仿真聚合體的聚合關系

聚合關系具有可傳遞性，即若實體x直接包含實體y，實體y又直接包含實體z，則通過聚合關系的傳遞性，可得實體x包含實體z,且這種包含關系稱為間接包含關系，即Direct_Contain(x,y)∧Direct_Contain(y,z)→Contain(x,z)。同理，當實體x包含實體y，且y實體包含實體z時，則實體x包含實體z，即Contain(x,y)∧Contain(y,z)→Contain(x,z)。

1.4 聚合體屬性聚合方法

依據聚合關系的傳遞性，本文提出以各類下層實體屬性為依據的聚合體屬性聚合方法，主要有屬性類別聚合方法和屬性值聚合方法。

1.4.1 屬性類別聚合方法

聚合體屬性類別聚合方法包括與關系和并關系。

1) 與關系是指下層實體屬性類別通過“與”關系構造聚合體屬性類別。其構造對象主要是能力屬性中的平均展開時間、平均撤收時間和平均機動速度等。其形式化描述為：如果聚合體A和實體Bi存在聚合關系P(A,Bi)，則聚合體A的部分屬性類別可通過取所有子實體Bi的相應屬性類別的與集獲取，即Attribute(A)?∩Attribute(Bi)。

2) 并關系是指下層實體屬性類別通過“并”關系構造聚合體屬性類別。其構造對象主要是不同類別的下層實體的資源配置屬性和特有的能力屬性，如維修類單元體能力屬性中的修理時間概率分布及特征值。其形式化描述為：如果聚合體A和實體Bi存在聚合關系P(A,Bi)，則聚合體A的部分屬性類別可以通過取所有子實體Bi的相應屬性類別的并集獲取，即Attribute(A)?∪Attribute(Bi)。

1.4.2 屬性值聚合方法

聚合體的屬性值通常可通過某種關系調用下層實體的相關屬性值獲取。屬性值聚合方法主要有并關系、取決關系和函數關系。

1) 并關系是指某一屬性值可通過取其多個屬性值的并集獲取，主要存在于聚合體和下層實體的任務屬性值間，可表示為：聚合體的屬性值為子實體的屬性值之并，如聚合體的可執行任務等于所有子實體可執行任務的并集。其形式化描述為：如果聚合體A和實體Bi存在聚合關系P(A,Bi)，則A的部分屬性可通過取其所有子實體Bi的屬性值的并集獲取，即Attribute(A)=∪Attribute(Bi)。

2) 取決關系是指某一屬性值的取值范圍取決于另一屬性值，主要存在于聚合體和下層實體的空間屬性值間，可表示為：聚合體空間屬性取決于子實體的空間屬性，如聚合體空間屬性中的配置地域屬性值取決于子實體的配置地域屬性值。其形式化描述為：如果聚合體A和實體Bi存在聚合關系P(A,Bi)，則A的部分屬性值取決于所有子實體Bi的部分屬性值，即Attribute(A)?Attribute(Bi)。

3) 函數關系是指父實體的某一屬性值可通過調用子實體的相關屬性值并通過某種函數關系式計算獲取，主要有和關系、加權平均關系和最大/最小關系。

(1) 和關系主要存在于聚合體和下層實體中表示數量的資源配置屬性值之間，可表示為：聚合體的相關屬性值等于子實體的相關屬性值之和，如器材類聚合體中各類器材資源數量等于子實體中各類器材資源數量之和。其形式化描述為：如果聚合體A和實體Bi存在聚合關系P(A,Bi)，則A的部分屬性可以通過取其所有子實體Bi的屬性值之和獲取，即Attribute(A)=∑Attribute(Bi)。

(2) 加權平均關系主要存在于聚合體和下層實體中表示時間特性的能力屬性值之間，可表示為：聚合體的相關屬性值等于子實體的相關屬性值的加權平均值，如維修類聚合體中平均維修服務時間等于所有維修類子實體的平均維修服務時間的加權平均值。其形式化描述為：如果聚合體A是實體Bi存在聚合關系P(A,Bi)，則A的部分屬性通過取其所有子實體Bi的屬性值的加權平均獲取，即Attribute(A)=∑Attribute(Bi)×ri。其中：ri為各子實體維修任務的分攤率。

(3) 最大/最小關系主要存在于聚合體和下層實體表述時間、速度的能力屬性間，可表示為：父實體的屬性值為所有子實體的屬性值的最大/最小值，如聚合體的平均展開時間為所有子實體的平均展開時間的最大值。其形式化描述為：如果聚合體A和實體Bi存在聚合關系P(A,Bi)，則A的部分屬性可以通過取其所有子實體Bi的屬性值的最大/最小值獲取，即Attribute(A)=max/min(Attribute(Bi))。

2 裝備維修保障輸出評價參數

輸出評價參數為需要明確的評價目標。本文考慮戰備完好性和任務成功性來確定裝備維修保障能力綜合評價參數，基于不同保障目標和維修保障系統的層次性確定維修保障系統能力評價參數。

2.1 參數體系框架

不同層次的裝備維修保障系統，其維修保障能力評價參數也不盡相同。維修保障能力概念層次與參數層次間的關系如圖3所示。可見：能力層次與評價參數層次之間具有一一映射關系，在確定各層次的維修保障能力評價參數時，應從不同的視角全面考慮參數的類型。

圖3 維修保障能力概念層次與參數層次間的關系

本文將從2個層次提出評價參數：針對保障對象提出裝備維修保障能力綜合評價參數；針對保障系統提出維修保障系統能力評價參數。從評價參數和評價對象2個方面構建裝備維修保障輸出評價參數體系框架。其中：評價對象包括單裝、裝備基本作戰單元和裝備作戰單元。由于在GJB1909系列標準中已給出了較為完備的單裝評價參數體系，且本文的研究對象是成建制的裝備維修保障系統，所以研究的重點為裝備基本作戰單元和裝備作戰單元。

2.2 裝備維修保障能力綜合評價參數

裝備維修保障仿真分析與評價的最終目的是驗證制訂的裝備維修保障方案能否滿足實戰中維修任務的要求，從而為裝備維修保障決策提供支持。因此，應從戰備完好性和任務持續性2方面來提取評價裝備維修保障方案是否滿足維修保障任務要求的核心參數。

2.2.1 裝備基本作戰單元使用機制與裝備維修保障能力綜合評價參數

裝備基本作戰單元是平時使用和訓練時最小編制的作戰單位，如連或營，由多個不同類別的、在功能上存在邏輯依賴關系的裝備組成。在戰時，可根據任務要求獨立執行某一任務，或與其他裝備基本作戰單元組成最小任務單元，共同執行賦予的作戰任務。與單裝相比，其組成較為復雜，涉及不同種類的裝備，而各裝備又涉及不同種類的功能系統，且在執行任務時也要根據任務要求靈活地配置裝備的功能組成。

裝備基本作戰單元是以整體完成某一任務要求的形式遂行作戰任務，在完成某一任務要求時，其各個裝備都是任務可靠性框圖中的重要組成部分，需要各自在功能上協同、配合來完成任務。如防空旅中的導彈營，必須依賴搜索指揮車、發射制導車等相關裝備之間進行功能協同，才能有效執行防空任務。

由此可見：裝備基本作戰單元的運作機制類似于單裝的運作機制，若將整個裝備基本作戰單元看作執行某一任務的單裝，則其中的各類裝備可看作單裝中具有不同功能的功能系統，這些“功能系統”按照一定的功能可靠性框圖整體運行，若某個“功能系統”故障，則直接通過功能可靠性框圖來影響整個裝備基本作戰單元的使用。

通過上述分析可知：當面向裝備基本作戰單元選取裝備維修保障能力綜合評價參數時，應重點關注維修保障實際運作過程中裝備基本作戰單元整體的維修保障效果，從戰備完好性的角度，主要考慮戰備完好率、使用可用度和能執行任務率等；從任務持續性的角度，主要考慮任務成功概率、可信度和任務效能等。裝備基本作戰單元維修保障能力綜合評價參數如圖4所示。

圖4 裝備基本作戰單元維修保障能力綜合評價參數

2.2.2 裝備作戰單元使用機制與裝備維修保障能力綜合評價參數

裝備作戰單元可包含多個裝備基本作戰單元，甚至可包含多個低一層次的裝備作戰單元。如旅由多個營(裝備基本作戰單元)組成，軍由多個旅(裝備作戰單元)組成。

裝備作戰單元在遂行作戰任務時，其運作機制與裝備基本作戰單元完全不同，首先將本級任務劃分到底層各個最小任務單元；然后底層各個最小任務單元分別執行各自的任務；最后依據各個子任務的執行效果，通過任務邏輯框圖來判斷裝備作戰單元執行任務是否成功。因此，裝備作戰單元是按照整體的“松耦合”方式進行運轉，且不能確定其致命性故障發生的時間。

當面向裝備作戰單元選取裝備維修保障能力綜合評價參數時，關注的重點同樣是整個裝備作戰單元的維修保障效果，從裝備完好性的角度，主要考慮裝備作戰單元隨時投入戰斗的裝備情況；從任務持續性的角度，主要考慮裝備作戰單元能否持續運行。通過上述運作機制的分析可知：由于在任務過程中難以確定裝備作戰單元的致命性故障模式及其發生時間，因而難以確定致命性故障間的任務時間和恢復功能的任務時間，以及裝備作戰單元的可工作或不工作狀態，所以無法統計與之度量相關的參數，如使用可用度等，只能選取與致命性故障無關的綜合評價參數，如裝備完好率、可信度、任務成功概率等，不能選用與致命性故障密切相關的綜合評價參數，如戰備完好率、使用可用度等。裝備作戰單元維修保障能力綜合評價參數如圖5所示。

圖5 裝備作戰單元維修保障能力綜合評價參數

2.3 裝備維修保障系統能力評價參數

面向裝備維修保障系統選取能力評價參數時，應反映裝備維修保障系統運行效果的各個方面。本文從保障任務完成情況、保障服務時間以及資源利用和規模滿足率3個方面來選取裝備維修保障系統能力評價參數。

1) 保障任務完成情況。保障任務完成情況反映維修保障系統執行任務的總體能力。保障任務完成的好壞與保障需求、保障力量的規模、保障資源的利用息息相關，是反映裝備維修保障系統運行質量的關鍵參數。尤其是在作戰或訓練任務中，保障任務完成情況最能客觀地反映整個維修保障系統對所屬工作的執行能力。

2) 保障服務時間。保障服務時間是指裝備維修保障系統從受領維修任務到完成維修任務所花費的時間，反映維修保障系統服務的及時性，主要包括后勤延誤時間、維修資源運輸延誤時間和管理延誤時間等。該類參數主要評價對時間有嚴格要求的維修保障任務。如在戰場上，保障服務時間直接影響裝備保障對象的部署、轉移，故障裝備功能的恢復以及任務時序的順利推進等。

3) 資源利用和規模滿足率。資源規模的滿足率反映保障方案中資源設置的有效性，資源利用率反映保障方案中保障資源配置的合理性，2類參數過低都不利于維修保障工作的正常進行。裝備維修保障系統能力評價參數集如表2所示。

需要說明的是：1)由于在開發的仿真平臺中已假設頂層維修保障系統的器材和運力充足，故頂層維修保障系統評價參數中沒有選取器材平均響應時間和運輸平均響應時間參數；2)裝備維修保障系統是以裝備作戰單元層次為牽引逐層建立的，在不同的裝備維修保障系統層次，其維修保障對象、保障資源和承擔的保障任務不盡相同，故對不同層次的裝備維修保障系統還應選取不同的評價參數。

表2 裝備維修保障系統能力評價參數集

3 結論

裝備維修保障仿真系統評價的輸入、輸出參數研究，是基于仿真系統進行維修保障方案評價研究的重要內容之一，結合具體的裝備維修保障系統評價驗證實例，其輸入、輸出參數的分析結果就可直接用于裝備維修保障仿真系統的分析與評價，具有很強的工程實用價值。下一步將深入研究仿真實驗設計與分析方法，解決仿真想定空間確定和仿真數據分析的問題。

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(責任編輯: 王生鳳)

Input and Output Parameters of Equipment Maintenance Support Simulation System Evaluation

YANG Ying-jie, ZHANG Liu, YU Yong-li, NIE Cheng-long

(Department of Equipment Command and Administration, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

Based on simulation entity, the input impact parameter of equipment maintenance support si-mulation system is studied, the unit entity is classified, the properties are analyzed, and the polymerization method of polymer entity properties is proposed. From the two angles of integrated evaluation of equipment maintenance support ability and evaluation of maintenance support system, the output evaluation parameters of equipment maintenance support simulation system are researched: in terms of the equipment readiness and mission success, the integrated evaluation parameters of equipment maintenance support ability are determined; in terms of the different support goals and maintenance support system hierarchy, the evaluation parameters of maintenance support system are determined. The input and output of equipment maintenance support simulation system is sorted out, which lays the foundation for the further research.

maintenance support; simulation system; input parameter; output parameter

1672-1497(2015)04-0016-06

2015-01-14

軍隊科研計劃項目

楊英杰(1986-)，男，博士研究生。

E92; TP391.9

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2015.04.004