地空导弹武器后勤保障系统效能评估方法研究

谢轶牛中兴（ 江南机电设计研究所，贵州 贵阳，550009； 北京航天极峰科技有限公司，北京，00039）

地空导弹武器后勤保障系统效能评估方法研究

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（1 江南机电设计研究所，贵州 贵阳，550009；2 北京航天极峰科技有限公司，北京，100039）

开展地空导弹武器后勤保障系统效能评估的研究对于地空导弹武器后勤保障系统的建设、优化和评估具有十分重要的地位。可用性是评估后勤保障系统效能的重要评价参数，本研究提出两种度量可用性的方法：解析方法和仿真方法，结合这两种方法分析了国外常用的保障系统效能评估软件Simlog和Simlox的特点和应用。

地空导弹武器；后勤保障系统效能；解析；仿真；Simlog；Simlox

地空导弹武器是国土防空的重要武器装备，常年担负战备值班任务，要求其随时处于良好的战备状态，其后勤保障系统效能的运用与发挥直接影响着武器装备的战斗力。因此，地空导弹武器的后勤保障系统的效能分析与评估受到高度重视与关注。对地空导弹武器的后勤保障系统效能进行全面、客观、准确的评估，从而可以正确指导地空导弹部队的后勤保障能力建设。

地空导弹武器的后勤保障系统是由经过综合和优化的后勤保障要素构成的总体。其中后勤保障要素不仅包括各项保障资源（人员、备件、工具、设备、设施、技术资料及经费等），而且包括组织机构、规章制度等管理因素。因此，后勤保障系统也可以说是由地空导弹武器保障所需的物资资源、人力资源、信息资源以及管理手段等要素组成的系统，它是由硬件、软件、人员及其管理组成的复杂系统。地空导弹武器后勤保障系统的工作目标是在有限的后勤保障资源条件下，最大限度保证任务的成功。

后勤保障系统效能是后勤保障系统本身所蕴藏的作用或在一定条件下后勤保障人员运用后勤保障系统执行保障任务所发挥出来符合需要的作用。其中，可用性是评估后勤保障系统效能的重要评价参数。地空导弹武器后勤保障系统的可用性是指地空导弹武器在任意随机时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度。其度量指标是可用度，即需要开始执行任务的任意时刻，地空导弹武器在任务开始时处于能工作和可使用状态的程度的一种度量。

通常评估地空导弹武器后勤保障系统的可用性一般采用两种方法：一种是通过解析的方法求解，另一种是通过仿真的方法求解。下面具体介绍这两种方法。

1 解析方法

1.1 解析方法概述

解析法即是用函数的方法构建模型，从而切得最优解的方法的统称。地空导弹武器后勤保障系统效能评估的可用度解析方法是指利用地空导弹武器的可靠性、维修性、保障性等参数，建立针对地空导弹武器的可用度数学模型，运用数学工具求解最终得到其可用度。

解析法的优点主要有：①函数关系清楚，变量间关系简捷明了，便于分析计算；②容易从自变量的值求出其对应的函数值；③便于研究函数的性质。

解析法的缺点主要有：①需要通过计算，才能得到所需结果；②变量之间的函数关系不易发现；③求解繁琐，计算量较大。

图1 地空导弹武器后勤保障系统仿真模型框架

1.2 可用度的解析算法

根据《GJB451-90》，使用可用度表征产品当需要时能够正常工作的程度，其常用的参数和度量方法为：产品的能工作时间与能工作时间、不能工作时间的和之比。

其中，UT包括工作时间、不工作时间（能工作）、待命时间等；DT包括预防性和修复性维修时间、管理和保障资源延误时间。

根据以上定义，结合地空导弹武器执行任务的特点，提出度量后勤保障系统效能的重要评估参数——使用可用度。使用可用度是利用地空导弹武器准备完成任务时的时间比例来度量。在此之前，先介绍MUT和MDT两个参数的概念。

MUT（Mean Up Time）平均工作时间是指在地空导弹武器整修和失效之前没有中断任务能够工作的平均时间。MUT可以等效为MTBF或MTTF。

MDT（Mean Down Time）平均空闲时间是指地空导弹武器不可用或者不能执行任务的平均时间。MDT的计算很复杂，它意味着在出现故障之后的空闲时间必须考虑所有的后勤管理因素。它依赖于很多参数比如管理时间、更换产品时的后勤时间、储存和修复时间、在不同地点缺货条件下的存储数量和概率、平均更换时间、维修和补充订货的平均时间等等，这些参数组成了平均空闲时间。

因此，可用度的公式如下：

式中：

2 仿真方法

2.1 仿真方法概述

仿真是一门利用计算机并通过建立模型进行科学实验的技术。它具有经济、可靠、实用、安全、灵活、可多次重复使用的优点，已成为对系统进行分析、设计、试验和评估的有效方法，广泛应用于军事和非军事领域，并具有十分广阔的仿真前景。

由于现实中面临的各种实际系统往往都是包括变量随机因素的动态的复杂系统。对这些系统很难采用传统方法建立数学模型，分析求解。另一方面是由于系统仿真方法具有可控性、无破坏性、安全、不受外界条件的限制等优点，它能通过建立逼真的仿真模型和在计算机上反复的仿真试验，对复杂问题进行综合分析和比较，从而为科学决策提供可靠的依据。

仿真方法主要适用于解决一下问题：

1）难以用数学公式表示的系统，或者没有建立和求解数学模型的有效方法。

2）虽然可以用解析的方法解决问题，但数学的分析与计算过于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行的求解方法。

3）希望能在较短的时间内观察到系统发展的全过程，以估计某些参数对系统行为的影响。

4）难以在实际环境中进行实验和观察时，计算机仿真是唯一可行的方法，例如太空飞行的研究。

5）需要对系统或过程进行长期运行比较，从大量方案中寻找最优方案。

2.2 可用度的仿真算法

地空导弹武器的后勤保障系统仿真模型的建模对象是地空导弹武器和与之匹配的后勤保障系统，以地空导弹武器的任务作为仿真过程中离散事件发生的驱动，根据地空导弹武器故障分解结构来模拟导弹的故障发生过程并根据地空导弹的后勤保障系统来模拟地空导弹武器的后勤保障过程，通过模拟实际过程中地空导弹武器的运行、故障和维修等活动来采集每个时刻地空导弹武器的状态，收集并处理每个时刻的状态最后对地空导弹武器的可用度做出评价。

因此，采取一定的仿真策略，建立地空导弹武器的后勤保障系统仿真模型，其框架如图 1所示。

计算地空导弹武器在第i次仿真中各时刻的可用度：

式中：

式中：

3 专业软件

目前国外的后勤保障系统效能评估软件主要有SIMLOG和SIMLOX，SIMLOG主要运用解析的方法来计算地空导弹武器的可用度；SIMLOX主要运用仿真的方法。

3.1 SIMLOG

SIMLOG是Airbus集团的全资子公司APSYS研发的一款基于模型的综合后勤保障性分析软件，是一个专门针对复杂系统的可维护性、可操作性与经济性的建模分析优化软件。通过建立系统的备件模型、组织模型、站点及装备的可靠性模型、系统结构模型，定义任务、综合保障的目标和任务，可以分别按照站点和备件产品来计算系统的可靠性和可用性，也可以进行备件优化，任务仿真、维护指标分配，制定最优的综保策略。通过建立研制及运维费用树，分析装备全生命周期费用，达到费效比优化的目的。SIMLOG软件框架如图 2所示。

关于可用度的计算，SIMLOG提供了五种不同体制下的可用度算法，下面分别进行介绍。

图2 SIMLOG软件框架

3.1.1 稳定状态体制下的使用可用度评估

稳定状态是指当时间趋于无穷的状态，系统的RAM计算参数都是在稳定状态的体制下计算得到的，其使用可用度计算公式为：

3.1.2 完全暂时状态体制下的使用可用度评估

完全暂时状态考虑了保障组织的维修策略和维修时间，并且没有备件供应，其使用可用度计算公式为：

式中：T—任务时间

3.1.3 平均暂时状态体制下的使用可用度评估

平均暂时状态考虑了保障组织的维修策略，计算可用度是取时间间隔［0，T］的平均值，其使用可用度计算公式为：

3.1.4 独立暂时状态体制下的使用可用度评估

独立暂时状态不考虑外场存有备件，并且也没有备件供应，其使用可用度计算公式为：

3.1.5 标准暂时状态体制下的使用可用度评估

标准暂时状态考虑了外场存有备件，但是没有备件供应，其使用可用度计算公式为：

3.2 SIMLOX

SIMLOX是由瑞典系统与后勤工程公司（SYSTECON）开发的模型。它是基于蒙特卡洛、资源排队论和系统工程的装备使用与保障仿真分析工具，它可以用来解决与维修保障相关的问题，如分析有限的保障资源、维修策略、装备自身RMS水平、保障组织等对装备任务的完成产生怎样的影响以及计算维修保障计划和系统可用度等。它是能够在备选的后勤保障组织、系统设计参数、维修策略、库存策略、商业利益等问题之间进行权衡的研究与决策工具。SIMLOX软件框架如图 3所示。

SIMLOX用于分析有限的维修保障资源如何对任务的完成产生影响。最初SIMLOX只是作为OPUS10备件优化的补充，用于评估配置资源的可持续性和能力评估，现在它可用于能力评估、投资评估等各种系统。其主要特点是：

1）采用动态蒙特卡洛仿真模型，对装备实际运行环境和保障体系进行仿真，以实现在装备正式运行前，发现问题和缺陷、瓶颈，并进行更正。

2）它模拟并分析复杂的使用和保障方案，提供了与设计输出、保障工程、供应链和使用分析的接口，同时支持对战备完好性和系统使用保障的相关投资之间的定量权衡。

3）通用的建模参数特性和开放的数据库，能够对多种类型系统配合使用、多种比率、多个地点进行评估。

4）输出数据文件可以得到大量的效能指标。如使用可用性，任务时间，重要资源短缺等。

3.3 两款软件的对比

SIMLOG和SIMLOX两款软件的对比，见表1。

表1 两款软件的比较

图3 SIMLOX软件框架

4 结束语

针对地空导弹武器后勤保障系统效能中的可用度提出了两种度量的方法，一种是解析算法，依据地空导弹武器RMS参数和后勤保障系统的配置建立可用度的数学模型，SIMLOG软件是典型的以解析算法为核心的保障系统效能评估软件；另一种是仿真算法，通过蒙特卡洛仿真以及对任务、装备、保障系统的建模来评估地空导弹武器的可用度，SIMLOX软件是典型的以仿真方法为核心的保障系统效能评估软件。通过对地空导弹武器的可用度进行评估能够反映后勤保障系统的效能，具有全面、客观和可操作性强等特点，为进行后勤保障系统优化和改进提供了重要基础。

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谢轶（1978—），贵州毕节人，高级工程师，从事综合管理工作。