基于蒙特卡洛仿真的阻攔索輔助維修決策

孫明軍，糜玉林

(海軍航空工程學(xué)院， 山東 煙臺(tái) 264001)

【后勤保障與裝備管理】

基于蒙特卡洛仿真的阻攔索輔助維修決策

孫明軍，糜玉林

(海軍航空工程學(xué)院， 山東 煙臺(tái) 264001)

在分析阻攔裝置組成結(jié)構(gòu)及其維修保障特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)歷史著艦位置的記錄和對(duì)阻攔索使用維護(hù)記錄的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，基于蒙特卡洛仿真建立阻攔索輔助維修決策模型。仿真結(jié)果表明：所建模型在一定程度上能夠保證阻攔索高的任務(wù)可靠性和利用率，可為阻攔索的使用維修提供一種可行的輔助決策手段。

阻攔索；任務(wù)可靠性；蒙特卡洛仿真；輔助維修決策

阻攔索是航空母艦阻攔裝置的關(guān)鍵件，其作用是阻攔艦載機(jī)著艦滑行，使艦載機(jī)在飛行甲板的有限距離內(nèi)安全停住。在阻攔過(guò)程中阻攔索受力狀況惡劣，可靠性要求高。阻攔索的可靠程度直接關(guān)系到著艦飛機(jī)的安全性以及阻攔裝置的可靠性，一旦發(fā)生阻攔索破斷將造成災(zāi)難性后果[1]。

當(dāng)前常見的維修方式主要有事后維修、定期預(yù)防性維修和狀態(tài)監(jiān)控維修[2-3]，考慮到阻攔索故障后果的嚴(yán)重性，阻攔索的維修方式主要采用定期預(yù)防性維修和狀態(tài)監(jiān)控維修相結(jié)合的維修方式。

文獻(xiàn)[4]提出隨著裝備訓(xùn)練或執(zhí)行任務(wù)的不斷增多，裝備使用頻率越來(lái)越高，定期預(yù)防性維修周期在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，往往會(huì)與裝備的訓(xùn)練或執(zhí)勤任務(wù)相沖突，從而導(dǎo)致過(guò)維修或者維修不足的情況，最終無(wú)法充分發(fā)揮預(yù)防性維修的作用，或?qū)е氯肆ξ锪Φ睦速M(fèi)。

針對(duì)上述問(wèn)題，本研究首先分析阻攔裝置結(jié)構(gòu)組成及其維修保障方式，通過(guò)歷史著艦位置的記錄信息和阻攔索的使用維護(hù)記錄信息，采用蒙特卡洛仿真方法分析阻攔裝置在當(dāng)前狀態(tài)下是否具有執(zhí)行下次任務(wù)的能力即任務(wù)可靠性，進(jìn)行是否進(jìn)行阻攔索維修的輔助決策，實(shí)現(xiàn)阻攔索保持較高的任務(wù)可靠性和利用率。

1 阻攔裝置分析

1) 阻攔裝置組成分析

某型航母的阻攔裝置由4套阻攔索裝置組成，相應(yīng)在飛行甲板上布置了4道阻攔索。

用S來(lái)表示阻攔裝置，則有

S={Z1,Z2,Z3,Z4}

(1)

其中Zi(i=1,2,…,4)表示阻攔裝置的第n道阻攔索。通過(guò)阻攔索的使用維護(hù)記錄信息可知第i道阻攔索當(dāng)前使用次數(shù)為Ni(i=1,2,…,4)。

2) 阻攔索維修方式

當(dāng)前阻攔索的維修方式主要采用定期預(yù)防性維修和狀態(tài)監(jiān)控維修相結(jié)合的維修方式。

① 狀態(tài)監(jiān)控維修

通過(guò)監(jiān)控檢測(cè)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)某種故障征兆,即進(jìn)行維修。比如：阻攔索發(fā)生扭結(jié)時(shí)，更換阻攔索。

② 定期預(yù)防性維修

3) 阻攔任務(wù)分析

阻攔任務(wù)按批次進(jìn)行，每批次由不同的飛機(jī)架次組成，在批次阻攔任務(wù)內(nèi)，艦載機(jī)依次著艦，要求在每個(gè)批次內(nèi)阻攔索能夠連續(xù)安全無(wú)故障的執(zhí)行阻攔任務(wù)。

以阻攔索為研究對(duì)象，針對(duì)給定的訓(xùn)練任務(wù)計(jì)劃和預(yù)防性維修周期進(jìn)行分析，如圖1所示。

圖1 問(wèn)題描述示意圖

從圖1可以看出，預(yù)防性維修工作落入任務(wù)執(zhí)行期間(如圖1中的P1就落在任務(wù)3批次執(zhí)行過(guò)程中)，艦載機(jī)不能按計(jì)劃正常著艦。

4) 任務(wù)可靠度定義

阻攔索的任務(wù)可靠度為阻攔索執(zhí)行完阻攔任務(wù)后阻攔索沒有超出定期預(yù)防性維修次數(shù)的概率，其計(jì)算式為：

(2)

其中：N為仿真次數(shù)；n為未達(dá)到定期預(yù)防性維修的次數(shù)。

2 阻攔任務(wù)可靠度仿真分析

2.1 阻攔事件概率模型

某型航母上有4道阻攔索，艦載機(jī)經(jīng)航母上的著艦引導(dǎo)官通過(guò)光學(xué)助降裝置或全天候電子助降裝置引導(dǎo)沿正確而穩(wěn)定的下滑航線著艦，著艦點(diǎn)一般為第2或第3根阻攔索前。因此2道、3道阻攔索執(zhí)行阻攔事件的概率高。由歷史著艦位置的記錄信息可知，第i道阻攔索執(zhí)行阻攔次數(shù)為NAi(i=1,2,…,4)，則任一次艦載機(jī)著艦落在第i道阻攔索的概率為：

(3)

2.2 阻攔任務(wù)可靠度仿真流程

用蒙特卡羅方法[5-8]，對(duì)執(zhí)行阻攔任務(wù)的阻攔索進(jìn)行隨機(jī)抽樣，根據(jù)各阻攔索當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行仿真，最后統(tǒng)計(jì)分析其任務(wù)可靠度，通過(guò)與設(shè)定的可靠度閾值進(jìn)行比較決定是否采取維修活動(dòng)。如果需要維修，首先對(duì)當(dāng)前到達(dá)定期預(yù)防性維修次數(shù)多的阻攔索進(jìn)行任務(wù)前更換，再與設(shè)定的可靠度閾值進(jìn)行比較判斷，直到達(dá)到設(shè)定的可靠度閾值要求。本文可靠度閾值設(shè)定為0.95，具體仿真流程如圖2所示。

圖2 仿真流程

3 輔助維修決策仿真實(shí)例

針對(duì)阻攔任務(wù)為5架次情況下，阻攔索需要維修和不需要維修兩種情況進(jìn)行分析。

1) 達(dá)到可靠度閾值要求

各阻攔索歷史著艦次數(shù)、阻攔索的使用次數(shù)和定期預(yù)防性維修次數(shù)如表1所示(數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理)。

表1 需要維修時(shí)各阻攔索信息

現(xiàn)對(duì)各阻攔索執(zhí)行阻攔任務(wù)進(jìn)行1 000次仿真，按第1節(jié)介紹的任務(wù)可靠度公式算出其任務(wù)可靠度。取100次任務(wù)可靠度仿真結(jié)果如圖3所示，部分結(jié)果如表2所示。

通過(guò)仿真結(jié)果可以得到任務(wù)可靠度為0.9653，大于可靠度閾值0.95，達(dá)到可靠度閾值要求，因此不需進(jìn)行維修。

圖3 需要維修時(shí)任務(wù)可靠度仿真結(jié)果

序號(hào)達(dá)到定期預(yù)防性維修次數(shù)仿真次數(shù)任務(wù)可靠度138.000010000.9620234.000010000.9660330.000010000.9700426.000010000.9740536.000010000.9640635.000010000.9650…………平均值34.680010000.9653

2) 未達(dá)到可靠度閾值要求

各阻攔索歷史著艦次數(shù)、阻攔索的使用次數(shù)和定期預(yù)防性維修次數(shù)如表3所示(數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理)。

現(xiàn)對(duì)各阻攔索執(zhí)行阻攔任務(wù)進(jìn)行1 000次仿真，按第1節(jié)介紹的任務(wù)可靠度公式算出其任務(wù)可靠度。取100次任務(wù)可靠度仿真結(jié)果如圖4所示。

表3 不需要維修時(shí)各阻攔索信息

圖4 不需要維修時(shí)任務(wù)可靠度仿真結(jié)果

通過(guò)仿真結(jié)果可以得到任務(wù)可靠度為0.851 2，小于可靠度閾值0.95，未達(dá)到可靠度閾值要求，因此需要進(jìn)行維修。

根據(jù)仿真結(jié)果，統(tǒng)計(jì)出各阻攔索在任務(wù)期間到達(dá)定期預(yù)防性維修次數(shù)，結(jié)果如表4所示。

表4 到達(dá)定期預(yù)防性維修次數(shù)

由表4可以看出，第2道阻攔索是當(dāng)前任務(wù)期間到達(dá)定期預(yù)防性維修次數(shù)最多的阻攔索，故對(duì)其進(jìn)行維修，維修后Z2的累計(jì)使用次數(shù)為0，第2道阻攔索維修后任務(wù)可靠度為0.984 7，大于可靠度閾值0.95，達(dá)到可靠度閾值要求，因此其他阻攔索不需要在任務(wù)前維修。

4 結(jié)論

基于蒙特卡洛仿真的輔助維修決策分析模型，綜合考慮了阻攔裝置組成結(jié)構(gòu)及其維修保障的特點(diǎn)，通過(guò)歷史著艦位置的記錄和對(duì)阻攔索使用維護(hù)記錄的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)為阻攔索的使用維修提供輔助決策，該方法通過(guò)部隊(duì)實(shí)際檢驗(yàn)，在一定程度上能實(shí)現(xiàn)阻攔索保持較高的任務(wù)可靠性和利用率。

為進(jìn)一步完善輔助維修決策分析模型，要注意歷史數(shù)據(jù)的積累。通過(guò)不斷積累的艦載機(jī)著艦位置歷史數(shù)據(jù)，然后對(duì)這些歷史數(shù)據(jù)分析、處理，可以得到更為準(zhǔn)確地輔助維修決策分析模型，為決策提供技術(shù)支持。

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(責(zé)任編輯唐定國(guó))

AuxiliaryMaintenanceDecisionofArrestingCableBasedonMonteCarloSimulation

SUN Mingjun， MI Yulin

(Naval Aeronautical and Astronautical University， Yantai 264001， China)

Basing on analyzing the structure and characteristics of maintenance support of arresting cable, through the historical records of landing position and arresting cable real-time monitoring maintenance records and Monte Carlo simulation, a decision model of auxiliary maintenance of arresting cable is established.The simulation results show that the model can guarantee the reliability and utilization of the arresting cable to a certain extent, and can provide a feasible auxiliary decision-making means for the maintenance and use of the arresting cable.

arresting cable; mission reliability; Monte Carlo simulation; auxiliary maintenance decision

2017-04-19；

：2017-05-21

孫明軍(1992—)，男，碩士研究生，主要從事軟件開發(fā)及信息管理技術(shù)研究。

10.11809/scbgxb2017.09.031

format:SUN Mingjun， MI Yulin.Auxiliary Maintenance Decision of Arresting Cable Based on Monte Carlo Simulation[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(9):148-150.

V271.492

：A

2096-2304(2017)09-0148-03

本文引用格式：孫明軍，糜玉林.基于蒙特卡洛仿真的阻攔索輔助維修決策[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(9):148-150.