全寿命过程装备准备时间验证费用优选模型*

冯　星　于永利　徐　英　杨英杰

(军械工程学院　石家庄　050003)



全寿命过程装备准备时间验证费用优选模型*

冯星于永利徐英杨英杰

(军械工程学院石家庄050003)

摘要在全寿命阶段装备准备时间验证的工程实践中,面临验证方法多,选择困难的问题。针对这一现实需求,在全面分析装备研制过程中各寿命阶段技术状态和验证方法性质、特点的基础上,提出了各种验证方法验证时的资源需求。结合验证工作的实际,分析了验证的约束参数和目标参数,并以验证经费最小为优化目标,研究建立了约束参数和目标参数的关系模型,算例分析表明,该模型可以为全寿命过程装备准备时间验证方法的选取提供决策依据。

关键词装备准备时间; 验证方法; 全寿命过程

Cost Optimization Model for Equipment Setup Time Demonstration in Life Cycle Process

FENG XingYU YongliXU YingYANG Yingjie

(Ordnance Engineering College, Shijiazhuang050003)

AbstractIn the engineering practice, the equipment setup time demonstration in life cycle process is facing the problem of multiple choice difficulties. Aiming at these practical demands, the resource requirements of different demonstration methods are proposed on the basis of comprehensive analysis the different characteristics of equipment technical state in each life stage and the demonstration methods, then combining with demonstration practice, the constraint parameters and the target parameters are analyzed and their relationship model is established. Numerical example shows that this relationship model can provide reference to demonstration method selecting of equipment setup time demands demonstration in life cycle process.

Key Wordsequipment setup time, demonstration method, life cycle process

Class NumberF403.7

1引言

装备准备时间(Equipment Setup Time)指在规定的条件下,从接到作战任务开始,按照技术准备的过程,完成装备的任务前检查、安装、测试等工作,到能开始执行任务的时间[1],体现了装备能够快速投入使用或作战的能力。作为装备保障性要求的重要组成部分[2],装备准备时间是研制总要求中规定的重要保障性参数。如:导弹的发射前准备准备时间、火炮的射击和行军前准备时间、燃油加注时间等。目前验证这类参数的常用方法有七种,在“十五”课题“武器装备RMS要求验证技术”[3~5]]和《型号可靠性维修性保障性技术规范》[6~7]中,根据不同验证方法的性质、特点,给出了各种验证方法可用的判断条件。然而,在装备研制的各寿命阶段选择哪种验证方法,使其既可以满足验证要求,又可以最大限度的节约费用,却没有给出明确的定量评价方法。针对上述问题,本文在详细分析装备各寿命阶段技术状态特点和验证方法性质、特点的基础上,依据验证任务,分析了装备准备时间验证过程中的约束参数和目标参数,并以节约验证费用为优化目标,研究建立了约束参数和目标参数的关系模型,为验证人员在各寿命阶段准备时间验证方法的选取提供决策依据。

2装备各寿命阶段技术状态分析

从全寿命角度看,装备的整个寿命周期可分为论证、方案设计、工程研制、设计定型、生产定型、生产、使用、退役八个阶段[8]。论证阶段的主要任务是论证装备的战术技术指标和初步技术方案,此阶段只有装备的概念,通常不开展验证工作;方案阶段的主要任务是方案选择和对已经选定的方案进行功能分析和分配,确定分系统和设备的定性、定量要求,并进行系统的初步设计和初样机的研制性试验,定好研制合同或《研制任务书》,此阶段有装备的原理样机;工程研制阶段主要工作是进行详细的工程设计、完成生产所需的成套图纸,修改初样机,形成生产型样机,对分系统和设备进行试验和评价,此阶段有装备的工程模型和研制样机;设计定型阶段的主要工作是编制设计定型试验大纲,清理各类技术问题,对装备设计方案进行全面考核,此阶段有正样机;生产定型阶段的主要工作是对已通过设计定型的装备,在使用环境条件下对装备的战术技术性能和使用适用性等进行实地考核,提出改进设计意见,编制部队使用大纲,此阶段有小批量产品;生产、使用阶段都有大批量产品,这时装备准备时间验证通常采用实装试验的验证方法;退役阶段的主要工作是组织好退役装备的处理和技术总结,通常不开展验证工作。因此本文所研究的装备准备时间验证费用优选模型,主要针对方案设计、工程研制、设计定型、生产定型这四个阶段。

3装备准备时间验证方法的资源要求分析

目前工程上常用的RMS要求验证方法有七种,不同的验证方法对资源的需求也不相同,本文根据验证方法的性质和特点,对各种验证方法验证的资源需求进行分析。

1) 检查类验证方法

检查类验证方法是指通过制定和填写装备准备时间要求核对表,对装备准备活动相关的系统进行审核、检查,必要时进行简单的测量,以确定装备准备时间是否符合设计要求。

资源需求:装备准备时间要求核对表。

2) 工程计算验证方法

工程计算验证方法是指按照订购方认可的计算、分析、评估模型和计算方法,利用装备在研制过程中的相关数据以及产品的所有相关数据,对装备准备时间进行工程计算分析或评估。

资源需求:关联装备系统的参数,工程计算经验模型,以及计算所需的软硬件。

3) 类比分析验证方法

类比分析验证方法是指将待验证装备准备时间包含的全部活动,或部分活动同现有类似装备使用过程中包含的全部活动,或部分活动进行对比分析,评估出待验证装备的准备时间。

资源需求:已通过验证的相似装备。

4) 数字仿真验证方法

数字仿真验证方法是用数学模型代替装备的实际准备活动,再将数学模型转化为仿真模型,通过模型的运行实现对装备准备时间验证的目的。

资源需求:关联装备系统的参数,适用的数字模型和将数学模型转换为仿真模型的软件,以及运行仿真程序所需的软硬件。

5) 半实物仿真验证方法

半实物仿真验证方法是指在仿真试验系统的回路中接入部分实物[9],用标准接口与半实物检测装置进行数据交换,通过半实物仿真模型的运行实现对装备准备时间的验证。

资源需求:除了数字仿真所需资源外,还需要有部分实物,以及连接实物和仿真程序所需的标准接口。

6) 演示验证方法

演示验证是指在实体模型、样机、产品上进行使用操作演示,以确定装备准备时间是否达到规定要求的一种验证方法。

资源需求:装备模型、样机或产品,以及所需的保障资源系统。

7) 现场试验验证方法

现场试验是指在装备实际使用环境或接近实际使用环境条件下,对装备进行的使用试验的一种验证方法。

资源需求:装备实物以及试验所需的各种保障资源。

4约束参数和目标参数分析

对于任意优选问题而言,其相关参数可分为两大类:约束参数和目标参数。全寿命过程装备准备时间验证方法优选所追求的目标是在完成验证任务的前提下,追求验证费用最少。

4.1约束参数分析

装备《研制任务书》会规定装备的研制周期和各阶段的研制费用,装备准备时间验证作为在各个寿命阶段进行的活动,各寿命阶段的验证费用应该包含在各阶段的研制费用中,验证时间应该包含在各寿命阶段的周期内;装备准备时间验证的目的是确认装备的准备时间是否达到研制总要求或合同要求,验证包含试验与评价两项内容,在各个寿命阶段对验证结果都会有一定的信度(精度)要求。因此,本文将的验证费用、时间和信度要求作为验证方法优选的约束参数。

4.2目标参数分析

目标参数是指在全寿命阶段或者各寿命阶段希望实现什么样的验证目标,目标不同,选取的验证方法也就不同[10]。验证人员在验证过程中,最关心的目标参数分别是费用、时间和信度[11],这三个目标随着装备研制进度的变化,目标也会不同,有时以验证费用最少为目标,有时以验证信度最高为目标,有时以验证时间最短为目标,有时也会将这三个参数综合起来作为验证目标。本文以全寿命阶段验证费用最少为目标,这里所说的验证费用,除上述分析所需的资源外,还包括验证过程中所需的操作人员,试验场地、厂房,油料等费用,我们把这些资源总和统称为验证费用。

4.3约束参数和目标参数关系模型构建

由前面的分析可以看出,在验证任务和寿命阶段确定的情况,每种验证方法所需的资源的固定的,因此验证费用也是固定的,另外,验证方法的特性决定了其验证所需的时间和验证结果的信度,本文在构建约束参数和目标参数关系模型时,认为在验证任务和寿命阶段确定的情况下,验证方法和验证的时间、费用、信度是一一对应的关系。因此,全寿命阶段验证费用最少的的计算模型可用下式表示:

(1)

s.tcijxij≤Ci

dijxij≤Di

eijxij≥Ei

xij∈{0,1}i∈{1,…,m}j∈{1,…,n}

m表示验证的寿命阶段数量;n表示验证方法数量;cij表示全寿命阶段中的第i阶段选用第j种验证方法验证时所需的费用;dij表示全寿命阶段中的第i阶段选用第j种验证方法验证时所需的时间;eij表示全寿命阶段中的第i阶段选用第j种验证方法验证时的信度;Ci表示全寿命阶段中第i阶段要求的验证费用;Di表示全寿命阶段中第i阶段要求的验证时间;Ek表示全寿命阶段中第i阶段要求的验证信度;xij表示第i阶段的是否采用第j种验证方法。

该模型的的求解可采用常见的线性规划算法,或者通过现有的线性规划软件进行计算,限于篇幅,本文不做详细介绍。

5算例分析

假设要在全寿命过程验证某型飞机的加油时间,各寿命阶段各种验证方法验证时所需的费用、时间以及验证结果的信度分别如表1~表3所示,各寿命阶段的约束参数如表4所示。

表1　各寿命阶段各种验证方法验证时所需的费用表

表2　各寿命阶段各种验证方法验证时所需的时间表

表3　各寿命阶段各种验证方法验证时验证结果的信度表

表4　各寿命阶段验证的费用、时间、信度约束表

通过上表可以看出,各寿命阶段可能用到的验证方法有七种,因此可以得到下式:

m=4,n=7

(2)

将式(2)和表4中的数据分别代入式(1),通过计算可以得到:

(3)

由式(3)可以看出验证该型飞机加油时间时,验证费用最少的验证方法如表5所示。

表5　各寿命阶段选择的验证方法对照表

6结语

本文在全面分析装备全寿命阶段技术状态的基础上,按照验证方法的性质和特点,提出了各种验证方法验证装备准备时间时的资源需求,并根据装备全寿命阶段验证工作的实际,对装备在验证过程中的约束参数和目标参数进行了深入分析,构建了全寿命阶段的验证的费用优选模型。在装备研制的各个阶段,验证人员可以在实现验证目标的同时,选择费用最少的验证方法,从而最大限度地节约验证经费,提高装备保障性验证工作的质量和效益。

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中图分类号F403.7

DOI:10.3969/j.issn.1672-9722.2016.02.015

作者简介:冯星,男,硕士研究生,研究方向:装备综合保障理论与应用。

*收稿日期:2015年8月1日,修回日期:2015年9月25日