基于預防性維修的車輛調度優化仿真研究

畢占東，張　磊，劉義樂，張　建，王興野

(1.裝甲兵工程學院 裝備試用與培訓大隊，北京　100072； 2.總裝沈陽軍代局駐長春地區軍代室，長春　130033)

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基于預防性維修的車輛調度優化仿真研究

畢占東1，張磊2，劉義樂1，張建1，王興野1

(1.裝甲兵工程學院 裝備試用與培訓大隊，北京100072； 2.總裝沈陽軍代局駐長春地區軍代室，長春130033)

摘要：以裝甲車輛調度優化為研究目標，通過分析我軍現行預防性維修制度的規律、種類和維修規劃，采用離散型建模技術構建了基于預防性維修的裝甲車輛調度模型，并結合典型案例應用Anylogic仿真軟件對裝甲車輛合理調度進行優化研究，為部隊裝甲車輛使用合理規劃提供了參考依據。

關鍵詞：維修保障；預防性維修；調度

合理的車輛調度是提高部隊保障能力的重要內容之一[1]。在進行裝甲車輛調度過程中，必須考慮其維修問題。預防性維修又稱事先維修，是使系統保持規定的功能而采用的技術措施，對于提高復雜系統的使用效能至關重要，是保證系統具有高可靠性的必要措施，是裝甲車輛維修保障的重要組成部分。本文所指裝甲車輛的調度，就是在規定的單臺裝甲車輛最大工作量、計劃任務總量、預防性維修間隔時間和預防性維修時間約束下，通過優化裝甲車輛的任務權重，達到使裝甲車輛取得最小任務延誤時間。

裝甲車輛在使用過程中，預防性維修工作是根據裝甲車輛使用情況定期進行的。本文以裝甲車輛的調度問題為研究對象，根據裝甲車輛的使用規律及現狀，基于預防性維修的原則建立裝甲車輛調度模型，優化每臺裝甲車輛在日常訓練中的任務工作量，提高其使用效率，實現裝甲車輛的優化調度。

1預防性維修制度

1.1預防性維修規律

裝甲車輛計劃預防性修理制度就是在使用過程中，每隔一定的使用期限，強制性地進行相應種類的修理工作，達到預防事故或損傷發生，它是根據裝甲車輛零件自然磨損的一般規律制定。裝甲車輛零件自然磨損曲線如圖1所示。

圖1　裝甲車輛零件自然磨損曲線

1.2預防性維修種類

裝甲車輛預防性維修工作主要包括大修、中修、小修等。

1) 裝甲車輛小修：各型裝甲車輛小修使用期終了時進行。裝甲車輛小修時，根據裝甲車輛使用情況，按照小修規定范圍以及三級保養內容全面檢查，排除裝備故障。

2) 裝甲車輛中修：裝甲車輛發動機使用期終了時進行。裝甲車輛中修時，根據裝甲車輛使用狀況，按照中修范圍和技術條件進行分解、鑒定、檢查、修理，恢復裝備功能和狀態等。

3) 裝甲車輛大修：裝甲車輛使用期終了時進行。裝甲車輛大修時，對裝甲車輛進行全部分解，并根據大修技術條件進行分解、鑒定、檢查和修理，并補充隨車工具、備品和附件等。

1.3預防性維修間隔期及維修規劃

裝甲車輛的修理間隔期是指在兩次修理之間，所規定的最短使用期限。裝甲車輛的預防性維修間隔期判斷依據主要有：

1) 裝甲車輛的發動機使用期。根據裝甲車輛發動機使用情況，以發動機工作小時作為計量單位，假設發動機的使用期為Xh。

2) 裝甲車輛的修理間隔期。裝甲車輛修理間隔以裝甲車輛行駛里程作為主要計量單位，摩托小時作為輔助計量單位。假設某型裝甲車輛具體預防性維修規劃如圖2所示。

圖2　某裝甲車輛修理間隔期及維修規劃示意圖

2基于預防性維修裝甲車輛調度模型構建

裝甲車輛在進行維修時，不能工作的時間稱為停機時間。預防性維修的開始時間是計劃安排的，或事先知道的，可充分利用非工作時間以及根據裝甲車輛的使用情況，合理安排單臺裝甲車輛的任務量，使停機的損失降到最低限度，以達到任務落實和訓練計劃的合理制定，實現裝甲車輛調度優化。

2.1裝甲車輛調度模型構建

1) 裝甲車輛預防性維修間隔期。根據預防性維修規劃及維修執行策略，由圖2可知，某型裝甲車輛大修間隔期為2Xh，中修間隔期為Xh，小修間隔期為1/3Xh；裝甲車輛在中修間隔期內將執行兩次小修，同時裝甲車輛在中修至大修期間，也將執行兩次小修。

2) 預防性維修時間。預防性維修期間，若裝甲車輛維修中存在故障，各級維修機構將對故障進行排除，具體維修時間根據車輛的具體使用情況決定。

3) 裝甲車輛使用調度判斷流程。裝甲車輛在實際使用過程中，將根據發動機使用狀況即發動機已工作時間及任務計劃量來判斷裝甲車輛能否執行此次任務。當裝甲車輛不能執行任務時，將造成相應的任務延遲。由此，可構建如圖3所示的裝甲車輛使用調度模型。

圖3　裝甲車輛使用調度判斷流程

2.2模型中參數定義及判斷關系

1) 模型中所用分析參數如表1所示。

2) 參數與模型間的邏輯關系。由表1可知：

由Ri可知，單臺裝甲車輛的計劃任務量由其任務權重及計劃任務總量決定。同時，在任務期間內，單臺裝甲車輛的計劃任務量不應大于此段時間內限定單臺裝甲車輛的任務量最大值，如裝甲車輛在日常使用中，要求每天的最大工作時間不超過m小時。

表1　模型中的分析參數

3案例分析

3.1仿真模型構建

假設某單位有30臺裝甲車輛，按要求通過構造相應的裝甲車輛使用調度模型，并設置仿真運行時間為550星期(10 a)，仿真時間單元為星期。仿真運行結果如圖4所示。通過仿真可對每臺裝甲車輛的10年內使用調度、預防性維修等情況進行跟蹤。

圖4　裝甲車輛使用狀態時間

3.2仿真優化設計及結果分析

(1) 仿真優化設計。本文借助基于OptQuest優化引擎建立的AnyLogic優化功能。OptQuest優化引擎能夠在特定的約束條件下，自動找到模型的最佳參數。優化過程由同一模型不同參數的多次重復仿真構成。OptQuest引擎能夠使用復雜的算法，在每次仿真過程中采用不同控制參數，找到最優參數，從而對問題進行求解。模型仿真優化如下：

定義目標函數：裝甲車輛取得最小的任務延誤時間；

定義優化參數：對比發現的關鍵性參數—裝甲車輛任務權重；

定義約束：單臺裝甲車輛最大工作量、計劃任務總量、預防性維修間隔時間、預防性維修時間；

設定優化結束條件：通過優化實驗的反復迭代，搜索最小的任務延誤時間。

具體優化參數如圖5所示。

圖5　優化實驗參數設計

(2) 仿真優化結果輸出。通過對該單位每臺裝甲車輛權重的優化，合理安排每臺裝甲車輛的任務量，從而減少裝甲車輛在使用過程中的任務延誤，實現裝甲車輛的優化調度。如圖6所示，通過優化，將每周該單位的任務缺省量從14 h降低到7 h。

圖6　優化實驗仿真結果輸出

4結論與展望

本文通過研究裝甲車輛預防性維修的組織與管理，得知裝甲車輛的預防性維修的開始時間是計劃安排的，或事先知道的。利用Anylogic仿真工具，構建裝甲車輛的使用周期模型，并對裝甲車輛調度進行優化分析，從而達到合理安排單臺裝甲車輛任務量，使停機的損失降到最低限度，達到裝甲車輛訓練計劃的合理制定，實現裝甲車輛調度的優化要求，為部隊裝甲車輛調度與使用提供了較好的參考依據。

本文模型主要考慮了以裝甲車輛發動機使用時間為主的預防性維修過程，忽略了隨機因素造成的裝甲車輛故障及維修過程，這是本文需要完善及改進的方向。

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(責任編輯唐定國)

本文引用格式：畢占東，張磊，劉義樂，等.基于預防性維修的車輛調度優化仿真研究[J].兵器裝備工程學報，2016(4):44-46.

Citation format:BI Zhan-dong, ZHANG Lei, LIU Yi-le, et al.Research on Optimization of Vehicle Scheduling Simulation Based on Preventive Maintenance[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(4):44-46.

Research on Optimization of Vehicle Scheduling Simulation Based on Preventive Maintenance

BI Zhan-dong1, ZHANG Lei2, LIU Yi-le1, ZHANG Jian1, WANG Xing-ye1

(1.Brigade of Equipment Trial and Training, Academy of Armored Forces Engineering,Beijing 100072, China；2.Military Representative Office in Changchun, Shenyang Military Representative Bureau of General Armament Department, Changchun 130033, China)

Abstract:The paper aimed at researching the optimization of armored vehicle scheduling. Through analyzing the current law, types and maintenance plan of the preventive maintenance system, the paper used discrete modeling technology to establish an armored vehicle scheduling model based on preventive maintenance. And combined with a typical case, the paper used simulation software named Anylogic to optimize the scheduling of armored vehicles, which provides references for our army to use military equipment more reasonably.

Key words:equipment support; preventive maintenance; scheduling

文章編號：1006-0707(2016)04-0044-04

中圖分類號：U436.33

文獻標識碼：A

doi:10.11809/scbgxb2016.04.012

作者簡介：畢占東(1975—)，男，講師，主要從事武器系統與運用工程、智能材料與振動控制研究。

收稿日期：2015-09-26；修回日期：2015-11-02

【后勤保障與裝備管理】