航空地面电源车战备完好性评价建模仿真

李 康，黄之杰，朱 倩

(1.空军勤务学院 学员一大队，江苏 徐州 221000； 2.空军勤务学院 航空四站系，江苏 徐州 221000)

● 装备保障EquipmentSupport

航空地面电源车战备完好性评价建模仿真

李 康1，黄之杰2，朱 倩2

(1.空军勤务学院 学员一大队，江苏 徐州 221000； 2.空军勤务学院 航空四站系，江苏 徐州 221000)

为科学有效地评价航空地面电源车的战备完好性，从分析影响其战备完好性的主要因素入手，以战备完好率和使用可用度为评价参数，运用蒙特卡洛抽样、数理统计、离散事件和排队论等理论，建立面向任务的航空地面电源车战备完好性评价模型，依托SIMLOX仿真平台对模型的可行性进行检验。结果表明，该模型的输出结果合理可信，能够反映影响战备完好性的主要因素。

航空地面电源车；战备完好性；建模仿真

作为装备可靠性、维修性和保障性的综合评估参数与总体指标，战备完好性主要描述装备(系统)在预计使用条件下，能够承担和完成预设任务的能力，是衡量装备(系统)保障力的重要指标，是装备可用性、保障性及在编实力等因素的函数[1]。航空地面电源车是直接为飞机通电检查或启动而服务的地面保障装备，其战备完好性对于飞机能否正常完成飞行训练与作战任务至关重要。目前，较少有专家学者对航空地面电源车的战备完好性展开研究，致使无法评判其战备完好性的好坏，这对航空地面电源车的使用管理工作带来诸多不便。基于此，本文对给定任务剖面下航空地面电源车的战备完好性进行研究，以便找出影响其完成任务的主要因素，对有限经费与资源条件下关键备件的优化配置具有重要意义。

1 航空地面电源车战备完好性评价参数

对装备战备完好性的评价，由于其类型、任务范围和使用特点等影响因素的不同，其表征参数也不尽相同[2]。根据航空地面电源车的使用保障特点，本文选取战备完好率和使用可用度作为其战备完好性的评价参数。

1.1战备完好率

战备完好率表示当需要武器装备(系统)投入作战时，装备(系统)能够执行任务的概率[3]。从任务角度考虑，战备完好率可表示为：在任务及维修保障资源既定的条件下，装备(系统)能够执行的任务数占总任务数的比值，即

(1)

1.2使用可用度

使用可用度是与装备能工作时间和不能工作时间有关的一种可用性参数，表示装备服役后，在某种既定的使用环境下，能工作时间与预期总工作时间的比值，其具体表达式为[4]

(2)

对于航空地面电源车而言，其不能工作时间主要由修复性维修时间、预防性维修时间、管理延误时间和保障延误时间组成，其服役后总日历时间构成如图1所示。

图1 航空地面电源车总日历时间构成

由图1可知，以时间表示的使用可用度AO的计算模型为[5]

(3)

在不考虑非工作时间情况下与任务时间相联系，那么预期总工作时间可以表示总任务时间，能工作时间则可表示装备完成任务的时间。从这个层面上讲，使用可用度AO可以表示为[6]

(4)

1.3战备完好率与使用可用度的关系[7]

从上述分析来看，战备完好率与使用可用度两个评价参数都是时间的函数，均表示装备在需要时能够使用的能力，区别在于所考虑的时间不同。使用可用度与装备能工作时间和不能工作时间有关，而战备完好率则考虑总日历时间，其基本假设是：装备在执行任务时，如果未发生故障，则可以继续执行下次任务；如果装备发生了故障，但维修时间不超过再次执行任务前的时间间隔，则也认为装备处于完好状态。由于单独考虑装备再次执行任务前所允许的修复概率，所以战备完好率的数值一般大于使用可用度。

2 战备完好性建模仿真

2.1基本假设

为简化所建立的战备完好性仿真模型，并使模型在仿真实施时切实可行，作以下基本假设：

(1)航空地面电源车及其组成部件只有两种状态：工作与故障，且更换组件后不影响装备的正常功能。

(2)系统各功能单元之间是串联关系，故障相互独立，但只要某一个组成单元发生故障，即认为系统故障。

(3)系统及组件的故障和修复是独立进行的，各组件的寿命和维修时间服从指数分布。

(4)维修工作不考虑维修人员及其作业效率，也不考虑装(设)备的使用情况，只进行简单抽象描述。

(5)备品备件的基本类型、部署地点及数量事先已知。

2.2输入数据模型

航空地面电源车由动力系统、电控系统和变压整流系统等多个子系统组成，每个子系统至少有8个基本表征参数且又可分为众多功能单元，为解决仿真时输入数据种类多、数量大的问题，需要建立数据输入模型。该模型根据影响航空地面电源车战备完好性的主要因素，将仿真输入的数据分为设备参数和使用规则参数两类，具体包括系统结构参数(可靠性框图参数)、使用参数(装备使用率、保障组织、保障资源等)、任务参数(任务时间、任务成功点、任务结束条件等)、保障性参数、维修性参数和可靠性参数等数据模型。

2.3任务时间线及保障组织模型

任务模型以航空地面电源车的日历时间描述预期的工作阶段、任务和作业方式，并确定各工作阶段内参与任务的设备及基本配置，包括任务类型、设备预期使用率、工作阶段类型与持续时间等参数。

保障组织模型主要针对航空地面电源车的修复性维修和预防性维修而建立，该模型用于描述在既定保障条件下，装备维修、备件更换、维修设备等作业的资源需求能否得到满足，其基本逻辑关系如图2所示。

图2 保障组织模型

2.4任务可靠性及置信度模型

航空地面电源车执行任务成功与否由组件故障所引起的停机时间确定，若该时间大于所设定的允许停机时间，则认为该次任务失败，反之则任务成功。任务可靠性表示装备(系统)在既定的任务剖面内完成规定功能的能力，通常用任务可靠度R表示。任务可靠性模型为[8]

(5)

为描述其可信度，建立任务置信度模型为[1]

(6)

(7)

式中：Ru和Rd分别为置信上限和置信下限；n为仿真次数；a为显著性水平(参考已有文献，通常取0.95)，1-a为R的置信水平；μa为a的标准正态分布分位数(可通过查表获得)。

2.5蒙特卡洛(MC)统计实验及离散事件模型[9]

根据蒙特卡洛直接抽样原理，航空地面电源车各组成设备都是服从某一分布的随机变量，这里假设设备的可靠性与维修性均服从指数分布，根据收集的设备平均故障间隔时间(MTBF)和平均修复时间(MTTR)，在[0，1]内抽取随机数δ，根据式(8)、(9)预测航空地面电源车各组成设备的随机寿命T和故障修复时间Tx。

T=-MTBF×lnδ

(8)

Tx=-MTTR×lnδ

(9)

一般而言，装备(系统)的状态是时间连续状态离散的马尔科夫过程[10]，在前面的基本假设中已假设航空地面电源车只有“工作”和“故障”两种状态，因此在仿真时可以建立设备状态列表，根据相邻事件系统状态不变来确定仿真步长。

2.6仿真原理及流程

航空地面电源车战备完好性仿真以任务为驱动，运用蒙特卡洛法与排队理论，按照任务阶段顺序，模拟任务时间线中与任务有关的各种事件(任务、故障、预防性维修、修复性维修、备件配置与调配等)，统计输出装备在给定条件下执行任务的可用性、可靠性及产生影响的关键组件，仿真模型框图如图3所示。

图3 航空地面电源车战备完好性仿真模型

3 仿真实例

为验证仿真模型和算法的可行性，以某型航空地面电源车(以下称A型电源车)为例，对其战备完好性进行仿真研究。

3.1仿真数据输入

A型电源车由A-1、A-2、A-3、A-4和A-5等5个现场可更换类型(LRU)组成，其维修过程分为四站连(基层级)、航材股(中继级)和修理厂(基地级)3级。利用A型电源车实际保障与维修等数据可计算出各功能系统的故障率，具体信息见表1、表2。

表1 A型电源车战备完好性仿真基础数据信息

表2 A型电源车预防性维修信息

3.2仿真结果输出

根据所建立的模型及数据输入，利用SIMLOX仿真平台对A型电源车战备完好性进行仿真评估，仿真周期设置为8 760 h(365天)，任务执行设置为240次，仿真次数为20次，初始随机种子数为1 234 567 890，结果收集间隔期为24 h。仿真结果如图4—7所示。

图4 任务时间累积仿真结果

图5 任务数量累积仿真结果

图6 状态累积仿真结果

图7 备件短缺仿真结果

3.3仿真结果分析

由图4及式(4)可得A型电源车的使用可用度

由图5及式(1)可得A型电源车的战备完好率

由战备完好率和使用可用度的仿真计算结果可知，这与1.3中对战备完好性与使用可用度关系的分析是一致的，仿真结果证明所建立的A型电源车战备完好性仿真模型是可行的。

根据式(5)及仿真结果，可以计算出任务可靠度R为86.87%，取显著性水平α为0.95，则由式(6)和式(7)可得任务可靠度的置信上限和置信下限分别为94.31%和79.43%，如果已知任务规定要求，通过对比任务规定要求和任务可靠度置信上下限，即可判断A型电源车的战备完好性是否满足要求。

由图6可以看出，在整个仿真周期内，对A型电源车战备完好性影响较大的主要是预防性维修(Active PM)和装备发生故障后的备件短缺(Awaiting Items)以及周转时间(Transport),这与A型电源车的实际使用情况是相吻合的。

图7反映了具体的短缺备件名称及维修站点，例如短缺量最大的是子系统A-3下面的HJJ-100单元。整体来看，备件短缺多发生在基层级(四站连)和中继级(航材股)维修站点，这也是符合实际情况的，因为修理厂既是顶层修理站点，又是A型电源车生产单位，其备件必然是充足的。

根据以上分析，若要提高A型电源车的战备完好性，可以采取以下措施：一是提高预防性维修效率，缩短预防性维修时间；二是科学配置备件，尤其要有重点地提高基层级和中继级维修站点的备件库存种类和数量。

4 结 语

战备完好性是反映装备可靠性、维修性和保障性的总体指标之一。本文从航空地面电源车的实际使用情况出发，建立了战备完好性仿真评价模型，依托SIMLOX仿真平台，结合某型电源车的实际使用维修数据对模型的可行性进行了检验，并分析了仿真结果，找出了主要影响因素，提出了提高战备完好性的措施。模型为装备的使用管理、维修计划的制订、备品备件的配置等工作提供了有效手段，对于提高航空地面电源车的战备完好性水平具有重要意义。

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(编辑：孙协胜)

ModelingandSimulationonOperationalReadinessofAerialPowerSupplyVehicle

LI Kang1, HUANG Zhijie2, ZHU Qian2

(1.Postgraduate Training Brigade, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, China; 2.Department of Aviation Four Station, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, China)

To evaluate the operational readiness of aerial power supply vehicle scientifically and effectively, the paper firstly analyzes the influencing factors. Then, by taking readiness rate and operational availability as evaluation parameters, it establishes operational readiness evaluation model with the theory of Monte-Carlo, mathematical statistics, discrete event and queuing, and tests the feasibility of the model with the simulation platform SIMLOX. The result shows that the outcome is reasonable and credible, and it can reflect the main influencing factors.

aerial power supply vehicle; operational readiness; modeling and simulation

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2017.10.007

TP391.9

A

1674-2192(2017)10- 0024- 05

2017-05-05；

2017-06-08.

李 康(1992—)，男，硕士研究生；黄之杰(1978—)，男，副教授，硕士研究生导师.