可修系统任务分析与成功性评估模型

通过分析可修系统任务执行时间的特点、任务成功要求以及执行现场维修保障条件,在综合考虑影响任务成功性因素的基础上,给出了四种情况下的任务成功概率评估模型,前三种模型分别是任务执行现场不具备任何维修保障条件下、具备备件快速更换条件下、既具备备件快速更换又具备故障件修复的条件下,对于确定和随机任务执行时间,可修系统在规定最大任务时间内不发生故障的概率。最后一个模型是在任务执行现场既具备备件更换又具备故障件修复的条件下,对于确定和随机任务执行时间,可修系统在有无规定最大任务时间内可以发生故障但总停机时间小于规定最大停机时间的概率。最后,针对其中一个模型,给出了可修算例。     

多约束下编队随船备件配置优化方法

针对舰艇编队备件配置方案的确定需要综合考虑多项约束指标因素的特点,以编队出海执行任务准备阶段备件配置为研究背景,以舰船载荷、排水量及保障费用为约束条件,构建了以编队备件保障概率为目标函数的编队随舰备件库存优化模型,应用拉格朗日乘子法及边际效应法原理给出了编队随船备件库存模型计算及优化流程,并运用罚函数原理对保障资源约束因子进行了确定及动态调整。最后,通过案例分析验证了本文提出的方法能够为解决多约束下编队随船备件配置优化问题提供新的途径。     

面向任务的舰船编队保障模式及备件配置研究

备品备件是装备计划修理、临时修理和战场应急抢修的重要保障物资，对装备保障能力的及时形成和长久保持发挥重要作用.针对海上任务期间，舰船编队自主保障和伴随保障两种典型保障模式，以编队携行能力（总体积）为约束，装备可用度为目标函数，建立了备件配置优化模型.在相同的装备可用度指标约束下，对两种保障模式在不同维修能力下的备件配置优化方案进行了对比和分析，并采用蒙特卡罗仿真模型对计算结果进行了验证.案例结果表明：相比自主保障而言，伴随保障模式下的编队备件资源具有更高的利用率，仿真结果与解析结果误差小于4%，进一步验证了模型的正确性和可行性，研究结果能够为海上编队任务期间制定合理的保障模式和优化备件携行方案提供决策支持.     

串件拼修策略下不完全修复件时变可用度评估建模

任务期间对车间更换单元(shop replaceable unit,SRU)进行串件拼修,减少现场可更换单元(line replaceable unit,LRU)因SRU短缺造成LRU维修等待的时间,是提高装备可用度的有效途径。针对任务期间备件最终修复概率小于1、备件处于非稳态需求时传统完全可修件库存策略不合理的问题,扩展可修复备件多级管理(multi-echelon technique for recoverable item control,METRIC)理论,建立使用现场和后方基地两级SRU串件拼修对策下不完全修复件两级两层时变可用度评估模型。列举案例对比分析串件拼修对策前后装备可用度变化,分析结果表明,串件拼修能一定程度上提高装备可用度,对装备可用度提高程度与LRU最终修复概率和初始备件携带数量有关。最后,采用蒙特卡罗仿真方法对串件拼修对策下的备件保障模型进行了验证,仿真结果与解析结果误差在2%以内。     

舰艇编队保障系统的备件短缺风险研究

针对舰艇编队存在备件短缺风险的问题,提出舰艇编队保障系统的概念,给出舰艇编队使用可用度的计算方法,讨论三者之间的关系并建立数学模型。考虑实际中,执行复杂任务的舰艇编队其部件具有不同的寿命分布,替换时间差别大,不少备件维修后能够继续使用以及备件可修次数受限的情况,建立多可修备件的短缺风险计算模型及其与舰艇编队使用可用度的关系模型。最后通过实例对模型进行仿真,对降低备件短缺风险,提高舰船装备使用可用度有一定的参考价值。     

定期保障模式下舰船编队携行备件配置优化

舰船编队海上任务期间,需要制定合理的携行备件方案以提高装备的战备完好性.针对海上定期保障模式下,将多层级复杂装备结构等效为单层级,提出一种备件需求分析与配置优化的近似方法,根据系统可靠性理论,建立了多阶段任务下的装备可用度评估模型,采用基于补给周期的分段求解方法.通过算例,采用边际优化算法得到携行备件优化方案,对模型结果进行了仿真验证,结果表明:模型计算结果与仿真结果吻合,两种取整方式下的方案费效比相当,采用定期保障模式能够提高备件供应效率,进一步增强备件方案的鲁棒性.     

面向任务的舰船装备备件利用率计算模型

针对舰船装备远航任务时间长、远离岸基且备件难以及时得到补给的现实，系统研究了面向任务的舰船装备备件利用率计算问题。首先，对单元级备件利用率的计算方法进行了分析，建立了单元级备件利用率模型。其次，基于上述基础，按照备件短缺时是否会引起系统停止工作的标准，把备件分为关键单元(会引起系统停机)和非关键单元(不会引起系统停机),将复杂装备系统近似为串联系统，按照任务成功或失败两种情况研究了任务过程中系统级备件利用率计算模型。然后，以任务成功率为指标约束，建立了远航任务装备系统级备件利用率的计算模型。案例计算与仿真分析表明，所提模型能够满足工程应用要求，可为装备保障部门制定远航任务备件配置方案提供理论支撑。     

面向动态任务的作战单元两等级两层级可修复备件优化

针对作战单元执行任务前备件保障方案制定难的问题,在对作战任务和备件保障系统分析的基础上,对可修复备件控制多级技术（multi-echelon technique for recoverable item control, METRIC）经典模型进行了扩展,提出了作战任务和保障能力动态变化条件下的作战单元两等级两层级任务成功性评估模型。以备件购置费用为优化目标函数,作战单元任务成功性为约束条件,建立了基于作战单元任务成功性的备件优化模型,运用边际效应方法给出了优化模型的求解方法。通过应用实例给出了相应的备件优化方案和优化备件方案下的作战单元任务成功性评估曲线。该模型可为装备保障指挥人员根据作战任务和保障环境制定备件保障方案提供一定的决策支持。     

基于多智能体仿真的舰船动力系统航渡任务成功性研究

通过对舰船航渡任务过程的分析,得到了动力系统航渡阶段任务成功性的定义、判断准则和可靠性框图,建立了系统加权邻接矩阵;根据对设备故障类型的分析,得出了不同性质的设备故障对舰船航行的影响,建立了舰船动力系统航渡任务成功性的判断模型;结合典型示例,运用多智能体的方法和思路对动力系统航渡过程和设备故障情况进行了仿真,得到了任务成功率以及相关结论。为开展舰上其他系统对应研究提供了借鉴和依据,并为全舰以及编队的任务成功性和效能研究、故障维修中的备品备件需求等打下了基础。     

基于有限备件的战备完好性模型

针对舰船装备远海执行战备任务期间备件补给困难的现实,系统研究了基于有限携行备件的装备战备完好性建模方法与计算问题。首先,探讨了有限备件情形下的单部件战备完好性模型,给出了适合于工程应用的近似计算算法;其次,研究了基于有限备件的系统战备完好性模型,重点给出了备件共用情形下的串联、并联、表决系统的战备完好性算法,并给出系统战备完好性计算流程;最后,通过仿真分析说明,工程实际中常用的稳态可用度计算方法不适用于舰船装备远海执行任务情形下的战备完好性计算,并且分析验证了给出的单部件及备件共用情形下系统的战备完好性近似算法精度较高,可用于舰船装备战备完好性评估。     

串联系统备件满足率分配及配置优化

备件作为装备维修保障的重要物质资源,装备研制单位需要将使用方提出的备件满足率要求进行合理分配,为合理制定备件配置方案提供输入,已成为目前装备研制阶段急需解决的重要问题之一.针对备件满足率只有统计定义的问题,论文研究了单备件满足率和串联系统备件满足率的概率性质,给出了其概率模型,揭示了备件满足率的内涵和工程意义.在此基础之上,以串联系统备件满足率的概率模型为基础,研究了系统备件满足率的两种分配方法,即线性代数分配模型和以备件总重量最小为目标的备件配置优化模型,为合理制定串联系统备件保障方案提供了理论依据.     

基于记忆辅助动态UMDA的UCAV编队动态目标分配

针对无人作战飞机编队对地攻击过程中的动态目标分配问题,建立了针对联合目标的武器目标分配（weapon target assignment, WTA）模型,反映攻击方攻击意图及对目标内在关系的理解。提出基于记忆辅助的动态单变量分布估计算法（memory enhanced dynamic univariate marginal distribution algorithm, MDUMDA）对问题进行动态寻优,利用概率模型对动态寻优过程中的历史信息加以记忆和利用。仿真结果表明,所建立的WTA模型是合理的,MDUMDA能够有效求解动态WTA问题,其性能明显优于随机迁移算法。     

基于PERT网络的机群保障任务时间成本优化

针对保障任务时间成本优化问题,建立了机群保障任务的计划评审技术图,假设保障活动工期服从指数分布,任务成本函数为不连续函数,建立机群保障任务时间成本的优化问题模型,采用蚁群算法和蒙特卡罗仿真技术设计求解方法,研究过程中采用不同的参数设置和实验数据对模型进行验证,验证结果表明所建模型有较好的计算结果和合理的计算时间。     

面向任务的备件保障评估通用模型研究

多级备件库存是装备普遍保障模式,针对任务期备件需求处于动态变化的特点,在综合考虑备件报废、维修、运输等因素下,提出了面向任务的任意保障等级备件时变可用度模型。首先,分析了备件维修运输供应渠道;其次,结合动态帕尔母定理,对可修复备件多级控制技术理论进行扩展,构建备件动态维修运输供应模型;最后,根据供应渠道概率分布类型,建立装备时变可用度模型。同时,通过案例分析了装备可用度随时间变化规律,且案例结果与验证模型结果基本一致,模型可为保障决策者制定任务期备件方案提供参考。     

合成部队多阶段作战任务成功概率仿真评估

考虑战场环境和战时装备维修保障评估合成部队多阶段作战任务成功概率, 对于辅助合成部队作战任务规划和装备维修保障决策具有重要的现实意义。在分析合成部队装备和合成部队装备维修保障模式的基础上, 构建了战时合成部队多阶段任务剖面; 通过对合成部队作战过程的分析, 提出了战时合成部队各阶段任务成功要求; 充分考虑合成部队多作战单元任务的协同性、合成部队装备的多样性及其战时随机共因失效(random common cause failure, RCCF)、战场环境下敌方火力打击和阶段任务时间的随机性、换件修理时间的不确定性等复杂因素, 利用蒙特卡罗仿真(Monte Carlo simulation, MCS)原理给出了合成部队多阶段作战任务成功概率评估的详细仿真流程, 并通过算例进行仿真和结果分析。研究结果表明:本文模型可用于合成部队多阶段作战任务成功概率评估和战斗阶段持续时间优化, 并为战时合成部队备件携行方案优化奠定了模型基础。     

考虑时间相关故障的多状态系统可靠性与任务成功性仿真评估方法

针对考虑时间相关故障、多状态性能输出、系统冗余储备等因素的系统可靠性与任务成功性评估问题使用解析法难以建模求解, 而一般仿真方法又存在抽样效率慢和估值精度低的问题, 提出具有时间相关故障抽样与统计方差减小相结合的蒙特卡罗仿真评估方法。首先，设计了非指数剩余分布抽样的数值计算方法, 实现了时间相关故障的随机事件抽样。其次，在此基础上结合受迫转移、失效偏倚等方差减小方法, 提高了小概率事件的仿真抽样效率, 改善了仿真评估方法的估值精度。最后，通过舰船航渡任务的算例, 验证了该方法对评估复杂系统行为和故障机制条件下系统可靠性及任务成功性的合理性和有效性。     

基于动态进化算法的多阶段备件供应优化决策

由于实际备件保障工作中备件需求以间歇性需求为主,备件供应通常为多阶段的动态优化。针对以上问题,构建了多阶段备件供应数学模型。为求解动态优化模型,提出了一种元启发式动态进化算法。首先,在经典差分进化算法中增加了环境变化检测算子和环境变化响应策略,使得差分进化算法能够解决环境变化的动态优化问题。其次,提出了自适应莱维飞行策略,使得算法在环境发生变化时仍能保持良好的全局搜索能力和局部寻优能力。算例表明,所提出的动态自适应差分算法能够求得模型的最优可行解,且算法的分布性和收敛性均得到了很大的提升。     

资源约束的拼件维修模型与粒子群求解算法

为了获得最优的装备作战单元的拼件维修方案与任务分配方案, 建立了一种同时优化拼件维修方案与任务分配方案的非线性规划模型, 模型中同时考虑了不同任务对武器系统的具体需求、武器系统的客观情况、维修资源约束, 可以最大化地协调任务、装备群与维修资源之间的矛盾, 所以更加贴合实际. 设计了基于粒子群算法的求解算法, 包括算法框架、粒子的表示、初始化、适应度函数、更新方法等. 最后, 应用该粒子群算法对具体实例进行了求解, 分析表明模型与算法可以有效地优化任务分配方案与拼件维修方案, 提高装备作战单元任务成功概率, 为决策者制定决策提供指导.