基于可用度模型的故障预测与健康管理方法

为了将故障预测与健康管理(prognostics and health management, PHM)技术应用到工程实践中,提出了基于可用度模型的PHM方法。首先通过广义随机Petri网(generalized stochastic Petri nets, GSPN)和连续马尔科夫链(continuous time Markov chain, CTMC)建立基本单元的软硬件可用度模型和健康状态转换图,通过求解微分方程得到基本单元软硬件的可用度数值。然后综合软硬件之间的故障相关性建立基本单元的完整可用度模型,并利用事件调度仿真机制得到其可用度的解。最后将基本单元故障模型同通用的可修系统稳态可用度模型对比,得到“可用度-故障率-维修率”形式的PHM计算模型,并以此作为工程应用中PHM分析的有效手段。     

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。     

基于Petri网的作战单元完好性仿真

作战单元完好性是最能综合反映作战单元使用与保障任务要求的参数之一,完好性的评价参数主要有完好率和使用可用度等。在对作战单元复杂任务和完好性参数进行分析的基础上,给出完好率和使用可用度的理论公式,分别分析基本任务和复杂任务下作战单元完好性的仿真方法并给出仿真流程图,应用Petri网技术在ExSpect仿真环境下分别建立基本任务和复杂任务下作战单元完好性的仿真模型,实现对完好性的评估。最后,针对自行火炮“靶场打靶”实例进行仿真分析和评估,验证了此模型的正确性和实用性。     

基于CTMC族的多部件装备群稳态可用度建模方法

针对复杂可修装备群稳态可用度解析计算困难的问题,提出一种通过构建多个相关连续时间马尔可夫链(continuous time Markov chain,CTMC)来求解稳态可用度的方法。通过分析装备群的使用与维修特点,采用可用装备数、备件库存数、备件短缺数来刻画部件的状态,分别建立各类部件库存状态的CTMC,进而建立用于分析装备群稳态可用度的CTMC族模型;并根据各类部件的状态转移关系及转移率矩阵,在求解各类部件CTMC模型稳态概率的基础上,给出各类部件的期望备件短缺数和装备群稳态可用度算法。最后通过构建数值案例,将提出的CTMC族模型结果分别与仿真分析和多级可修产品库存控制模型的结果进行对比,验证了提出模型和算法的有效性。     

基于遗传算法的备件两级优化建模与仿真研究

针对装备备件保障中存在的配置不合理问题,提出了一种基于仿真和遗传算法的备件配置优化算法。该算法采用仿真方法建立装备使用可用度模型,并利用遗传算法实现备件的优化,实现了在满足备件保障费用约束的前提下,使装备使用可用度达到最大。给出了应用该方法的具体步骤,并通过举例验证了算法的有效性。     

面向作战单元任务的可用性建模与分析

作战单元任务期间的可用性是衡量部队战斗能力与保障能力的重要指标。把作战单元的状态分为工作状态、备件包等待状态和维修状态,考虑作战单元工作时间、备件包等待时间和维修时间均服从指数分布的基础上,给出了作战单元的瞬时可用度和稳态可用度模型。另外,考虑各个状态逗留时间为一般分布的情形下,运用更新理论建立了作战单元可用性模型,并得到了作战单元的平均稳态可用度。     

周期性检查的二部件装备可用度研究

针对周期性检查的二部件可修系统的可用度建模问题,论文假设系统故障时间和修复时间服从任意分布形式,采用完全维修策略,以递归的方法构建了该类装备可用度的计算模型,并对串联、并联和备份3种典型结构形式的可用度进行了计算和验证,计算结果表明该模型符合系统的物理规律,可以实现对二部件周期性检查装备的可用度计算,为周期性检查的复杂装备可用度计算奠定了技术基础.最后以故障/维修时间服从威布尔/正态分布的周期性检查装备为例对系统检查周期、可用度的关系进行了分析,为合理确定装备检查周期、提高装备可用度提供了很强的指导意义.     

分布式系统高可用度方案的选择

首先给出分布式系统的任务可用度与分布式互备份系统的定义。然后从任务可用度的角度出发 ,分别建立分布式互备份系统与分布式容错系统的任务可用度模型。最后 ,对分布式互备份系统和分布式容错系统的任务可用度进行比较和分析 ,得出许多有益的结论 ,它可以为分布式系统的可靠性设计与备份方案的选取提供理论依据。     

面向多阶段任务可用度的装备群维修决策模型

多种维修方式的综合应用可最大限度提高装备可用度。针对装备群的多阶段任务特点,将维修活动近似安排在任务间隔期内,认为部件以一定的概率必然出现故障,获得了阶段期望维修时间。然后充分考虑了部件的3种维修策略以及产生的延误时间,给出了任务可用度的定义。以最大化任务可用度为目的,在综合分析阶段任务分配方案及维修方式选择影响的基础上,建立了一种非线性整数规划模型。基于问题实际提出了改进遗传算法对模型进行求解,以新的多层分段染色体形式表示优化方案,并调整遗传算子的操作方法以易于算法的实现。最后给出具体实例证明了模型及算法的有效性,有利于决策人员做出合理的任务及维修活动安排。     

多级维修供应下不完全串件系统可用度评估

串件拼修能够在同等条件下最大限度提高装备可用度,但在装备组成结构中,并不是所有的项目都能够进行串件。为此,针对不完全串件系统,在多级维修供应模式下,根据串件拼修特点,结合可修复备件多级库存控制理论（multi-echelon theory for recoverable item control, METRIC）理论,建立了系统可用度评估模型,并研究了串件对策下最优备件方案确定流程。通过实验设计,对不同串件对策下装备的可用度进行评估,计算表明串件拼修能够进一步提高装备可用度。利用多级多层次备件库存优化工具（vary METRIC, VMETRIC)平台对模型进行验证,结果表明,本文模型结果与VMETRIC仿真结果非常吻合,证明了本文模型的正确性。     

航空装备单元维修保障仿真评估方法研究

针对航空装备维修保障的仿真评估问题,首先,以某装备单元完成典型训练任务为主线,构建装备单元维修保障业务模型、组织机构模型、装备任务模型、装备系统模型、保障系统模型和保障行为模型.其次,设计了维修保障仿真推演运行控制和计算推演框架.最后,对维修保障分析评估流程进行分析,并通过典型案例进行计算验证.通过研究,能够为深入推进...     

基于作战单元的装备综合保障仿真评估研究

针对装备综合保障仿真评估中的三个方面的问题,提出了基于装备作战单元的建模方法,说明了针对装备作战单元建立综合保障仿真评估Petri网模型的方法,并给出了两个具体的仿真流程,说明了具体系统实现的方法。最后,以某装备作战单元为例,将获取的该装备的实际保障工作相关数据,按照所建立的仿真模型的输入要求输入仿真模型,根据模型输出数据,对仿真结果进行分析评估。

Abstract：

According to the three problems in simulation of ILS evaluation, the means of modeling, the method of building Petri net model of ILS simulation to the equipment basic combat unit, and the method of building the system were put forward. Taking an equipment as an example, input the actual support data to the simulation model constructed, and then the simulation result was analyzed. It proves that the model is correct and feasible.     

基于改进粒子群优化的多目标装备保障任务规划方法

针对装备保障任务多目标规划过程中任务与资源匹配复杂、目标权重获取困难和非劣解过多等问题,建立了装备保障任务多目标规划的目标模型和约束模型,提出了一种基于改进粒子群优化的交互式多目标装备保障任务规划方法。通过离散化编码方式和任务优先排序,完成了任务与资源的匹配及任务时序的调整;通过建立目标权重调整模型,实现了根据评价结果调整目标权重的交互过程,解决了目标权重无法精确获取的问题;通过调整后的目标权重构造适应度函数获取一个相对最优解,从而避免了因过多非劣解而导致决策困难的问题。该方法能够较好地实现装备保障的精确化和高效化,在信息化条件下装备保障辅助决策及方案生成中具有重要的参考价值。     

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。     

考虑关键性的多约束下辐射干扰对消装备随舰备件配置优化方法

可用度是评估备件对装备完好性影响的重要指标,针对备件关键性对装备可用性造成影响而又难以将其考虑在内建立可用度模型的问题,以舰载通信电台辐射干扰对消装备为对象,采用对备件关键性实行专家打分的方法,将备件关键性作为备件配置优化的约束之一,建立以备件费用、备件体积、备件关键性为约束的备件配置优化模型。在备件费用、体积及关键性归一化的基础上,采用权重因子方法将多约束转化为单一约束,并给出了权重因子更新方法。列举案例,分别计算了费用约束、体积约束、关键性约束和多约束下的备件方案,并对比了装备改进前后的备件配置方案,将装备使用过程中的备件保障延伸至装备可靠性设计阶段。案例分析结果表明:备件配置方法在考虑了体积、费用等限制约束下,能同时兼顾备件关键性对装备完好性的影响;装备可靠性设计时,提高装备可靠性低的现场可更换单元(line replaceable unit, LRU)等薄弱点,能有效减少装备维修保障资源。     

基于Pareto改进VNS-MMAS的定点修理任务多目标动态调度

针对战时定点修理任务重、修理时间有限、约束复杂的问题,进行了面向定点修理的战时装备维修任务多目标动态调度研究。提出了战时定点修理装备维修任务调度军事问题,考虑修理时间窗、非遍历性等约束,构建了战时装备维修任务多目标动态调度模型。采取分步求解思路处理修理小组分配以及修理任务排序两阶段优化问题,并从状态转移规则、信息素更新规则、先验信息获取3个方面对最大最小蚂蚁系统(max-min ant system, MMAS)算法进行改进,结合变邻域搜索(variable neighborhood search, VNS)算法增强算法的局部搜索能力,设计了基于Pareto改进VNS-MMAS算法实现模型求解,并通过示例仿真验证了模型及算法的科学性与有效性。