考虑随机共因失效的战时装备群任务成功概率仿真评估

装备群任务成功概率评估是联合作战条件下复杂装备体系任务成功概率评估的基础。针对战时装备群任务成功概率评估问题,考虑任务时间的随机性和任务过程中敌方火力打击这一典型随机共因失效事件,采用“直接法”和“间接法”两种方法对装备群任务成功概率进行仿真评估,通过算例对两种评估方法进行了分析比较。研究结果表明,采用“直接法”得到的评估结果更加准确,但是仿真效率较低;在允许误差范围内,当随机共因失效事件参数和任务时间参数在一定范围内取值时,采用“间接法”评估装备群任务成功概率更佳。     

面向任务流程的装备体系完成任务概率仿真评估方法

为了解决传统可靠性建模方法无法刻画装备体系复杂性及对装备体系完成任务概率进行准确评估等问题,提出了一种面向任务流程的装备体系完成任务概率离散事件仿真评估方法。该评估方法中,采用过程流网方法对装备体系任务流程进行建模,并对过程流网扩展了时间和资源等元素,引入活动影响因子,梳理子任务及活动间逻辑关系。采用离散事件仿真方法建立装备体系完成任务概率仿真评估模型,生成实体执行仿真过程,将进入导致任务成功的端点的实体数量与生成的所有实体总量的比记为完成任务概率,设置仿真时钟记录实体执行每项活动的时间,求平均值记为任务平均时间。最后,以某典型陆军作战体系为例,说明所提出方法的可行性。     

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。     

基于多分辨率仿真的多状态系统任务可靠性及成功性评估方法

研究了装备系统研制早期在不同系统层次具有不完整、不确定信息条件下,系统任务可靠性及成功性的预估问题.通过逐层触发随机事件的分辨率解聚机制和重要性抽样的样本统计值修正方法,实现不同系统层次多分辨率数据的融合仿真.通过多分辨率条件下的受迫转移、失效偏倚等加速抽样方法,提高小概率事件的抽样效率,并通过修正抽样统计值,确保估计的无偏性.结合舰船系统航渡任务的算例研究,验证多分辨率仿真方法的有效性.发现该方法对于短任务时间或长任务时间,仿真效率均有不同程度的提高.基于仿真的灵敏性分析,评估了故障率、修复率及维修时间分布类型对系统可用度及任务成功性概率的影响程度.     

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。     

考虑概率型共因失效的多阶段任务系统可靠性分析模型

针对多阶段任务系统(phased-mission system, PMS)任务可靠性受概率型共因失效(probabilistic common cause failure, PCCF)影响的问题, 提出一种基于贝叶斯网络(Bayesian network, BN)的PCCF-PMS分析模型。首先, 研究基于BN的PMS表征方法, 建立不考虑共因失效的PMS基础BN模型, 即PMS-BN。其次, 构建共因空间节点, 并研究在共因空间节点影响下系统模型参数的修正方法。最后, 引入共因节点对PMS-BN模型进行扩展, 实现考虑共因失效影响的PMS可靠性量化分析。以地球同步轨道卫星的首次变轨任务为例说明所提模型的正确性, 分析结果表明, 共因失效问题对于PMS的可靠性存在显著影响。PCCF-PMS模型能够综合处理受概率型与确定型共因失效影响的PMS可靠性分析问题。所提模型适用于共因事件间呈独立、互斥、统计相关等统计关系的情况, 且网络模型规模可控。     

单测控站测控任务可靠性仿真的高效方法

Markov模型及其直接仿真法在评价单测控站条件下的测控任务可靠性时都存在计算 复杂性的问题. 将强制法与失效偏倚法相结合, 用于测控任务可靠性的仿真. 在出现初始状态的情况下使用强制法将下一状态的发生时间限制在任务时间内, 在其它非吸收状态下使用失效偏倚法提高失效转移发生的概率, 并通过似然比将结合强制法与失效偏倚法得到 的仿真样本还原为测控任务不可靠度的无偏估计量. 证明了结合强制法和失效偏倚法的方差相对直接仿真有量级上的缩减, 能保证仿真结果相对误差的有界性. 通过实例验证了结合强制法与失效偏倚法的正确性与高效性, 能有效地解决单测控站条件下测控任务的可靠性仿真.     

可修系统混合多任务成功概率评估模型

装备任务成功性是指装备在给定的维修保障方案下成功完成规定任务的能力,其概率度量为任务成功概率,是重要的装备保障性评估指标。可修系统是装备系统重要的组成部分,当系统执行多个子任务构成的复杂任务时,其任务成功概率不仅与系统自身的任务可靠度、固有能力有关,还与每个子任务的准备时间和执行时间、任务成功要求、维修保障能力和数量等因素有关。在充分分析多任务执行过程的特点与可修系统任务成功性影响因素的基础上,给出了一种给定维修保障方案情况下可修系统混合多任务成功概率评估模型。最后,通过一个算例来说明该模型的有效性与实用性。     

修复后性能下降的可修件的备件可用概率仿真算法

采用事件调度法的策略对装备使用与维修过程进行仿真,给出了修复后性能下降的可修件在先换新件和先换旧件两种策略下备件可用概率的仿真算法。该算法能精确计算安装在不同装备上、具有不同故障间隔时间分布、不同修复时间分布、可修次数受限的可修复部件的备件可用概率。仿真算例验证了算法的正确性。     

基于GERT网络的非等概率共因失效系统故障间隔期预测

利用泊松过程描述了系统共因失效的发生规律,并针对冲击应力下各部件失效概率不同的假设,以状态转移概率和冲击应力间隔时间为GERT网络的参数,构建了非等概率共因失效下的故障间隔期预测模型,并利用流图增益矩阵进行传递函数的快速求解。按照系统最小割集划分故障模式,将系统分解成若干个GERT子网络,并分析各自故障间隔期,以间隔时间最短的最小割集作为决定系统平均无故障时长的关键割集。与已有文献中的方法进行对比,详细讨论了本文所提方法计算非等概率共因失效系统故障间隔期的优势。最后的仿真结果表明,本文提出的模型能够正确预测系统的平均无故障时间。     

装备体系多阶段任务可靠性高效解析算法

体系作战任务可靠性的实时评估是未来作战的必然要求。为了实时计算装备体系多阶段任务可靠性,基于k/n(G)表决模型,设计了一种考虑冗余的可靠度高效解析算法。在体系结构分析及任务概述基础上,建立了冗余故障树以及由冗余故障树转化的二元决策图(binary decision diagram,BDD)模型。针对传统可靠性解析计算算法复杂度高的问题,本文利用递归算法改进了k/n(G)表决模型的计算过程,提高了计算效率。以航空装备体系远程目标打击任务为例,数值计算表明,本文的改进解析算法有效得出了体系多阶段任务可靠度计算结果,且相比传统算法运算效率得到显著提高,有利于应用到体系作战任务可靠度实时计算评估,指导任务统筹和规划。     

面向不确定多任务场景的海上联合作战装备体系贡献率评估方法

针对海上联合作战装备型种多样、体系构成复杂、能力生成涉及因素多等特点, 提出了一种面向不确定任务场景的装备体系贡献率评估方法。首先, 分析了海上联合作战装备体系结构、不确定型多任务场景组成和装备体系效能评估指标构成; 然后, 基于直觉模糊综合评估提出了面向不确定多任务场景的装备体系贡献率评估方法; 最后, 通过一个实例对体系贡献率评估方法的计算过程进行分析, 说明了本文所提方法针对海上联合作战装备体系贡献率评估的有效性。     

装备保障对象系统任务持续性模型研究

任务持续性是装备保障对象系统在规定的任务时间内和规定的保障条件下能够连续执行训练和作战任务的能力,评估保障对象系统的任务持续性对于评估装备保障系统的保障能力具有重要意义。选取任务可靠度作为装备保障对象系统的任务持续性评估参数,研究了装备保障对象分别为装备、基本作战单元和作战单元时任务可靠度的建模方法,建立了考虑维修保障和备件补充的不同层次装备保障对象系统的任务可靠度模型。算例分析表明了该模型的实用性和有效性。     

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。     

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。     

基于置信规则推理的武器装备体系贡献度评估

针对武器装备体系贡献度评估中存在任务与能力关联复杂、数据处理缺乏有效性等问题,提出了基于置信规则推理的体系贡献度评估方法。首先,搭建了体系贡献度评估框架,通过使命分解和作战体系分析建立了“任务-能力”关联矩阵,并在此基础上构建了网络化多层次的评估指标体系。然后,利用基于置信规则推理的评估方法对体系作战效能进行推理。最后,根据体系贡献度评估模型计算武器装备体系贡献度。以空中遮断作战体系为例进行分析验证,结果表明该方法有效反映了体系的涌现性,客观评估了武器装备的体系贡献度,能够为装备迭代更新、作战体系发展规划提供理论支持。