装备保障效能仿真评估中的任务问题研究

2018-10-23黄之杰吴潇洁

计算机与数字工程 2018年10期

李康黄之杰吴潇洁朱倩

（1.95877部队酒泉 735300）（2.空军勤务学院航空四站系徐州 221000）

1 引言

装备保障效能评估的目的在于通过研究装备保障过程以及设施设备、备品备件等资源力量，评估装备的实际保障能力，了解影响装备保障能力发挥的主要因素，并通过优化资源配置、改进保障方式等措施提高装备保障效能。目前，对装备保障效能的研究有很多，如文献［1］在考虑了新型装甲装备保障能力评估特殊性的基础上，应用网络分析法建立了装备保障能力评估的ANP模型，文献［2］将层次分析法与模糊理论相结合，构建了装备保障指挥信息系统指挥控制效能评估模型，文献［3］研究了粗糙集和神经网络组合模型，构建了基于组合神经网络的装备效能评估模型，这些文献虽然运用不同的方法对装备的效能进行了分析研究，但多将重点放在装备自身因素上，对评估指标的提出与建立依据没有较为深入的研究，指标的确定对主观因素依赖较大，缺乏充分的论证和数据材料支撑，并且未综合考虑实际保障过程以及保障资源等对装备执行任务的影响。文献［4］从任务驱动的角度建立了舰炮保障能力综合仿真模型，文献［5］建立了面向任务的装甲装备保障效能参数体系和评估模型框架，文献［6］提出了一种基于任务牵引法的任务系统建模方法，对装备保障仿真中的任务建模进行了初步研究，文献［7］则从任务建模、系统建模、保障资源建模、使用与维修活动建模等方面建立了装备保障仿真模型框架，以上文献将仿真建模方法运用到装备评估工作中，在评估过程中都对任务问题进行了研究，但研究重点多针对某一类装备或具体任务，未对仿真执行过程中的任务生成与执行问题等进行详细的描述。本文在上述研究的基础上，将仿真实施过程中的任务分为固定任务、持续任务、扩展任务、随机任务和再生任务五种模式，从任务建模、任务模式与触发方式和任务执行过程三个方面对装备保障效能仿真评估中的任务问题进行了探讨研究。

2 任务建模

在装备保障仿真建模中，任务是仿真运行的主要驱动引擎，其在任务单元中是根据任务剖面执行的。任务建模以任务或装备的使用想定、使用方案为描述对象［7］，根据任务元素的属性信息（任务元素及其属性是任务分析的结果）建立，主要包括任务表示、任务类型、任务时间和任务规模等内容（任务模型组成如图1所示），其与装备实际保障过程的相近程度直接影响仿真结果的可信性。

图1 任务模型

3 任务模式与触发方式

3.1 任务模式

在仿真实施过程中，可以将任务分为五种模式：固定任务、持续任务、扩展任务、随机任务和再生任务。

固定任务在执行中以单个任务为基础制定任务计划，并按照任务剖面中定义的数据来独立地重复执行多次，各次任务之间完全相同，每个预先设定的任务至多引起一个任务进程。

持续任务也以单个任务为基础制定任务计划。持续任务执行过程中，会修复或用其它系统取代异常系统，该模式不会因为异常而终止执行或取消任务，如果任务中装备数目低于任务规定的最低数目，那么此任务在仿真执行过程中将被挂起，直到可用装备数目满足预设数量时才继续执行任务。

扩展任务与持续任务相类似，两者的唯一不同之处在于任务完成时间的计算方法。持续任务有固定的长度，并且在达到任务规定的日历时间后就会停止，而扩展任务没有固定长度，它会在所有任务时间被执行完成后才会停止。如果任务被挂起一段时间，则会通过延长任务长度来补偿该段任务时间。

随机任务每次在重复执行时的周期不同，发生的数量和开始时间都是随机的，且随机任务的结果统计以随机任务区间作为分组来统计。

再生任务在规定的时间内自动产生一系列的任务进程（子任务）。

如图2所示，假设预设任务时间为t，t1时刻装备发生故障，至t2时刻通过维修或更换等方式得到修复。对于固定任务，在任务周期t内，由于t1时刻发生故障，则仿真时认为该次任务失败；对于持续任务，装备在t2时刻修复后，将会继续执行任务至t时刻，即装备实际执行任务时间为t-t2+t1；对于扩展任务，装备从故障至修复所消耗的时间为t2-t1，为满足任务周期t，仿真时会向后延续t2-t1的长度来补偿所消耗的任务时间。

图2 固定任务、持续任务与扩展任务对比

3.2 任务触发方式

从任务执行区域的角度分析，任一任务都可以被划分为图3中三个阶段：出发、执行和返回［8］。任务通常是从出发阶段开始，直到其到达任务区域，然后转换为执行状态，任务执行结束后开始准备返回部署点，返回部署点的过程中属于返回阶段。在不同的阶段所花费的时间可以通过各阶段时间所占整个任务时间的百分比进行描述［9］，任一阶段耗时百分比都可以为0，但整个阶段百分比之和必须为1。出发和执行过程中可能会发生异常中断的情况，系统由于故障或损伤而被异常中止造成的部分或整个任务阶段任务时间减少的程度取决于故障或损伤发生的时间。

图3 任务周期划分

固定任务、持续任务、扩展任务、随机任务及再生任务的子任务在执行方式上十分类似，主要区别在于仿真执行过程中的触发方式上［10］。固定任务、持续任务及扩展任务按照任务单元的任务剖面中定义的开始时间进行创建及触发，如图4所示。

图4 固定任务、持续任务及扩展任务的触发方式

再生任务中子任务的创建和触发主要依靠同系列子任务中的前一子任务来完成的。与固定任务、持续任务及扩展任务相似的是，再生任务中的第一个子任务也是在指定时间创建和触发的，为了使再生任务中的子任务一直处于任务执行阶段，子任务之间必须有重叠［11］。在仿真执行过程中，前一子任务需要在其执行阶段结束之前触发后继任务，如图5所示。当前一任务开始其返回阶段时，下一任务将开始执行阶段。在子任务触发其后续任务之前，将检查是否符合给定的再生任务时间，一个子任务能够开始的条件是在其返回之前必须有足够的时间使其到达执行阶段，如果需要的话，最后一个子任务的返回阶段将被提前，以便在整个任务的结束时间处完成整个任务。

图5 再生任务中子任务的触发方式

可能存在的极端情况是整个任务周期内所有子任务只有出发和返回两个阶段，而没有任务执行阶段。在这种情况下，后一个子任务必须和前一子任务同时触发。当所有可用系统都处于任务过程中时，任务单元中系统的利用率是最大的［12］。

4 任务执行过程

通常来讲，装备依据每个任务单元定义的任务剖面来执行任务，其在一次任务中可能会出现故障或遭受战损，任务结束后装备将进入周转阶段，以确定是否产生了故障或遭受战损［13］。不可用装备将被送修，可用装备将被送回任务单元等待执行下一个任务，以上描述的任务过程如图6所示。

图6 任务执行过程

任务活动是在任务触发时间到来之前，任务被调用的时刻开始的。从任务调用到触发这段时间定义为任务通知阶段。系统被指派给特定任务后，将被送去执行重构或任务前准备，重构工作仅在需要的时候执行，且应在准备工作之前完成，之后是任务前准备工作，可通过需要资源的使用任务来建模。

任务前准备阶段与维修工作类似，都有资源需求，任一种所需资源的短缺都将造成任务准备的延期开始［14］。如果任务前准备工作所需的资源不可用，则准备工作将被推迟。在仿真时，默认情况下在任务准备过程中系统不会发生故障，为更加真实地模拟装备保障过程，可针对整个系统或组成系统的部件定义其在任务准备过程中的故障率，如果在任务准备过程中系统故障，其将被放弃任务准备及任务指派，并被送修。另外，系统处于准备阶段和处于任务阶段的失效率相同，系统失效后会中止任务准备和取消任务分配，并被送去维修。

当准备和分配好的系统数目能达到任务规定的最少系统数目值时，固定任务和再生任务才能开始运行。如果可用系统数目不足，任务将进入等待状态。对于再生任务，任务允许的最大延迟时间为整个再生任务时间。而持续任务总是按照规定的时间开始，如果准备就绪的系统数目少于任务规定的最少系统数目，任务将直接转入挂起状态。

任务开始执行后系统将会出现失效和故障。如果出现严重故障或损伤，系统将中止任务并返回保障站点，除非系统被消灭。如果再生任务序列中的某一任务异常中断了，那么其后续任务会在中断时刻立即开始执行（除非后继任务已经开始执行了）。图7对这种情况进行了描述。

图7 前一任务中断，后续任务触发时间提前

失效系统返回其所在单元的时间与其当前所处的阶段有关。如果任务处在执行阶段，其返回时间为常规的返回时间。如果任务处在返回阶段，其返回时间取决于剩余的返回时间。而当任务处在出发阶段时，返回时间由已用时间占预期出发时间的比重决定。这个比重乘以预期的返回时间就可以得出系统的返回时间。

如果剩余系统的数目小于任务规定的最小数目，将会引起固定任务和再生任务的异常中断。任务返回时间的计算方法与异常中断系统返回时间的计算方法相同。隶属于异常中断任务的所有系统在返回基地的过程中还可能遭受故障或失效。当剩余系统的数目低于规定的最小数目时，持续型任务将进入挂起状态而不会被取消，这一过程将持续到替换系统到来时为止。在任务挂起阶段，被分配到该任务的系统不会被释放。

任务失败指任务在达到指定的成功点之前发生了异常中断，没有出现异常中断的任务和在成功点后才出现异常中断的任务均被视为任务成功［15］。任务成功点定义为实际任务时间和规定任务时间之比。每个系统执行任务的成功或失败也会被记录下来。系统被认为失败主要是因为以下两个因素，一是在系统任务在到达成功点之前出现异常中断；二是系统所在的任务失败了。持续型任务不会出现异常中断，也就是说持续型任务的记录总是成功。

当任务结束返回部署点时，所有系统进入任务执行完的周转阶段。在周转阶段以后，系统才会被任务释放。任务周转阶段与任务准备阶段和系统维修相似，都对保障资源有需求。如果所需的资源匮乏或未配置都会使周转时间延迟，直至资源变为可用。在周转阶段以后，失效或损伤的系统将被送到规定的保障站点进行维修，至此整个任务执行过程结束。