航空装备体系保障性分析仿真运行控制∗

丁 刚 张 琳 崔利杰 王利勇

（1.空军工程大学防空反导学院 西安 710051）（2.空军工程大学装备管理与无人机工程学院 西安 710051）（3.93920部队 西安 710061）

1 引言

系统建模是指将一个实际系统的结构、功能、输入输出关系用数字模型、逻辑模型等描述出来，用对模型的研究来反映对实际系统的研究［1］。有了系统模型，再借助于计算机就可以模拟系统和功能，这就是系统仿真，相当于在实验室内对系统作实验，即系统的实验研究。由于模型构建的复杂性，很多仿真实验更加关注模型的设计、开发和运行，对实验设计中的运行控制着力不够，导致问题的研究缺乏深度。因此，本文研究航空装备体系保障性分析仿真运行控制问题，为航空装备敏捷保障能力论证、验证、评价和优化提供科学的手段。

2 问题描述

GJB451A《可靠性维修性保障性术语》［2］中，对保障性的定义为：“装备的设计特性和计划的保障资源满足平时战备完好性和战时利用率要求的能力”。保障性分析综合应用各种分析技术对系统和设备的综合保障进行的分析，国外称为后勤保障分析（Logistics Support Analysis，LSA），也可称为综合保障分析［3］。武器装备体系研究的根本目的是武器装备体系优化，核心是比较和选择［4］。优化选择的目标可以是效费比最大、对使命任务适应度最大、对任务变化鲁棒性最强、获取信息与决策优等［5］。

实验输入涉及任务装备维修保障的全过程、全要素和全流程，这些输入要求能够反映装备的使用方案、维修保障实施、资源供应调配、维修机构运行等要素，主要包括装备任务、组织架构、装备系统、保障行为和保障系统等五个方面；实验输出反映指挥机关、保障评估机构、保障指挥决策机构和保障实施单位所关注的各层级能力需求，即体系任务完成能力、体系的任务支撑能力、保障系统的综合保障能力和具体装备单元的自身保障特性能力［2］；在实验设计中主要考虑的环境扰动包括任务扰动、战场环境和指挥控制三个方面。面向保障性分析评估优化的目的，从实验输入因子和输出计算出发，保障性分析仿真运行控制重点解决仿真业务流程建模和推演运行控制两个方面的问题，面向任务的航空装备体系保障性分析仿真运行控制问题抽象描述如图1所示。

图1 保障性分析仿真运行控制问题描述

3 仿真业务流程

3.1 保障业务逻辑

保障业务涵盖“训、管、修、供、评”装备全流程运用，以作战任务装备体系为分析对象，以多阶段作战任务推进为逻辑主线，将作战任务逐层分解映射到基本装备单元。随着任务时间的推进，根据任务要求转换装备体系执行任务。因此，保障业务流程以作战任务想定为输入起点，将维修保障组织机构、装备单元维修控制、保障行为实施、保障资源使用、保障指挥等任务相关要素动态耦合，研究其涌现演化性质。在任务执行过程中，由保障系统对装备体系中的具体装备实施维修保障，完成维修任务，将待维修装备转变为技术状况符合规定要求的装备，并提供航材备件、油料补充、环境条件等保障资源；保障指挥部门根据装备基本单元自身保障特性和整个保障的态势变化情况实施保障决策和调整，装备修复之后返回装备单元继续执行作战任务，直至装备体系任务完成。保障业务流程内部状态变化是在某些离散时间点或量化区间上发生的，流程建模的重点在于刻画引起体系状态发生改变的事件以及确定与每类事件相关的逻辑关系，仿真的主线在于按照一定时间序列中各种事件的逻辑关系，触发体系状态的变化，从而对体系状态进行动态写照，探索其演化与涌现规律。

3.2 仿真业务流程

本文构建的仿真业务流程，包括典型任务执行、维修保障组织机构、装备单元战损/修复/预防性维修控制、保障行为实施和保障资源使用五个组成部分及其触发关系。典型任务执行模块是装备执行训练/作战任务“训”的描述，负责将体系作战任务映射到装备使用任务，逐层分解到任务科目、任务阶段，输出任务成功率、任务持续概率等任务持续性指标；维修保障组织机构模块是装备管理使用逻辑“管”的描述，以前线装备保障群为中心，配属区域维修中心和区域保障中心，由前线机务组下属技术保障组和放飞组保障任务科目的执行，由修理厂和航材库驱动维修和供应任务的执行，输出保障性综合指标；装备单元战损/修复/预防性维修控制模块和保障行为实施模块是装备故障机理和维修实施“修”的描述。装备单元战损/修复/预防性维修控制模块实现装备单元级别的维修控制，判断装备单元/基本装备单元工作状态、定检状态、专项工作状态、寿命状态等以触发任务装备的维修保障工作，输出装备RMS指标；保障行为实施模块将保障行为抽象为保障任务，逐层分解为保障活动（ac⁃tive）和保障事件（event），通过某个仿真时刻发生的保障事件恢复装备状态、消耗资源，输出维修流程状态信息；保障资源使用模块是资源调配使用“供”的描述，建立装备维修车间-保障设施-保障工位的资源使用模型，在保障工位上触发各类保障资源消耗和补充，输出保障资源状态信息；在整个业务流程各个阶段输出/计算保障性参数共同完成“评”的功能。

4 仿真运行控制

仿真实验一般包括仿真模型组件开发、仿真想定编辑、试验设计与分析、仿真运行控制、数据记录与回放及仿真运行支撑中间件等工具集［3］。文献［4～6］对仿真运行控制工具、仿真引擎设计和仿真开发环境相关问题进行了较为深入研究。仿真运行控制是整个仿真实验设计中起关键作用的部分，负责整个仿真实验的部署及管理，用于将实验系统中的仿真模型部署到各个计算机节点，构成一个分布式仿真实验系统。该系统对各个仿真模型进行初始化、控制仿真模型的运行、运行过程中监视模型的内部信息和计算机节点信息［7］。本文对仿真运行控制的研究包括过程控制因子配置、阶段运行控制设计和业务流程推进控制三部分。

4.1 过程控制因子配置

控制因子配置是对仿真运行过程中各种可控因子和不可控因子的输入及输出设置，是对整个仿真过程进行控制的手段。可控因子一般包括仿真运行过程中的计时机制、触发机制、运行次数、参数变化、实验类型、人为输入和监控设置等；不可控因子一般包括任务扰动、战损输入、环境变化等。保障性推演基础控制因子配置包括仿真参数设置、仿真实验类型设置、人为因素设置和仿真监控设置四个组成部分。其中，仿真参数设置包括时间机制、随机数种子、退出条件、运行次数、展示模式和仿真资源要求等；仿真实验类型设置包括实验次数、优化实验、变参数实验、比较实验、灵敏度实验和校准实验等；人为因素设置包括人在环控制、人为决策、人机交互和指挥控制等；仿真监控设置包括模型状态快照、运行回放和人在环监控等。

4.2 阶段运行控制设计

推演运行按照时间线划分为仿真准备阶段、仿真运行阶段和仿真完成阶段。仿真运行阶段触发航空装备体系保障性分析装备任务和维修保障任务，分为任务下达、任务准备、任务执行和任务结束四个模块。维修保障任务的实施在任务执行过程中只触发修复性维修工作和战损维修工作，任务结束之后触发预防性维修工作，在线维修只适用于连续任务和任务结束时间不确定可扩展任务。表1为仿真准备阶段任务下达模块主要控制项，包括仿真派发、数据初始化、冲突检查、保障优先级确定和仿真状态等，主要功能是完成仿真开始前装备任务的自动派发和任务时间冲突检查。

表2为仿真运行阶段任务准备模块主要控制项，包括任务设置、数据记录、运行约束和仿真状态等。主要功能是完成仿真运行时装备任务优先级设置、任务装备构型记录、任务-科目-阶段-剖面映射信息记录、任务装备执行状态记录等工作。

表1 仿真准备阶段任务下达模块主要控制项

表2 仿真运行阶段任务准备模块主要控制项

仿真运行阶段任务执行模块主要控制项、仿真运行阶段任务执行模块装备故障和修复性维修启动主要控制项、仿真运行阶段任务结束模块装备预防性维修启动主要控制项此处不再赘述。各仿真阶段运行控制中除了触发以上装备任务和维修保障任务外，还涉及保障资源在维修活动中的消耗、转移、调配控制，维修站点之间的保障关系、订货周期、运输策略、备件响应等的控制。

4.3 业务流程推进控制

业务流程推进控制包括装备预防性维修任务、修复性/抢修维修任务和备件供应任务控制等。

4.3.1 预防性维修任务

装备预防性维修任务在作战/作训任务结束后进行，依照维修任务队列顺序，以维修工位为载体实施，维修小组发现潜在故障后，调配使用备件完成维修活动。预防性维修任务执行主体是各级维修组织，维修过程在维修工位上进行，保障资源的消耗也通过维修工位触发。预防性维修任务业务流程控制如图2所示。

图2 预防性维修任务业务流程控制

达到预防性维修的LRU/SRU维修任务主要区分换件维修、原件维修和一般的保养业务。业务流程进一步划分为需要备件的维修和不需要备件的维修，需要备件的维修通过与同级器材仓库的交互完成。

4.3.2 修复性/抢修维修任务

装备修复性/抢修任务在作战/作训任务期间或任务结束后进行，依照维修任务队列顺序，以维修工位为载体实施，装备随机故障或战损故障后，调配使用备件完成维修活动。修复性/抢修任务执行主体是各级维修组织，维修过程在维修工位上进行，保障资源的消耗同样通过维修工位触发。修复性/抢修任务业务流程控制如图3所示。

图3 修复性/抢修维修任务业务流程控制

4.3.3 备件供应任务

备件供应任务由维修组织和器材仓库产生需求，根据维修组织的备件供应申请向其提供被动备件供应，依据固定时间间隔向器材仓库提供主动备件补充。选取备件时通过备件和故障件名称和型号进行确定，当仓库备件储存量低于预警值时，启动补充需求，申请上级仓库调运。

5 结语

装备保障系统是装备作战能力发挥、保持和持续改进的物质技术基础［8］。本文面向保障性分析评估优化的目标，研究了仿真运行控制中“仿真业务流程”和“仿真运行控制”两个方面问题。针对仿真实验对象，从任务装备保障业务逻辑出发，构建了仿真推进业务流程；在仿真业务流程的基础上，重点设计了仿真运行控制方法。本文对保障性分析问题研究的深入推进具有重要意义，为后续开展保障性评估优化奠定基础。