考虑期望体系效能衰减的舰艇编队等级修理计划优化

舰艇编队等级修理计划优化直接关系到各类战训任务的有效完成和修理经费的科学使用。基于“定期与'双控’相结合”修理模式, 考虑舰艇编队的体系化运用、舰艇效能衰减特性以及决策者期望和偏好, 运用前景理论综合构建舰艇编队期望体系效能模型, 进而以体系效能价值函数最大为目标, 以修理工期、跨期修理、修理经费、装备效能、在航率等为约束条件, 系统构建面向舰艇编队的等级修理计划优化模型, 最后运用基于混合编码的粒子群优化算法对模型进行求解。结果表明, 该方法相对传统的计划编制方法, 舰艇编队体系效能和分项效能更高, 舰艇使用与修理之间的关系协调更好, 对于科学编制舰艇编队等级修理计划, 确保舰艇编队战训任务有效完成能够提供有力的技术支撑。     

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。     

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.     

K/N(G)冗余结构下随舰备件配置方案

针对舰船编队在航无补给的情况,对经典可修复备件多级管理(multi-echelon technology for recoverable item control,METRIC)模型进行了扩展,建立了舰船出航期间设备冗余和外场更换件冗余系统任务成功概率评估模型及备件优化模型。针对任务期间舰船设备和外场更换件最小工作数量随时间变化、编队任务成功概率难求的问题,采用超几何分布和二项分布结合的方法求取装备的瞬时可用度,进而求得舰船编队的任务成功概率。以任务成功概率为优化目标,备件总费用为约束条件,基于边际算法计算了备件方案。通过实例分析了在航编队任务成功概率随时间的变化曲线,曲线变化趋势与实际情况相符。     

基于GA的编队水下多目标防御火力分配研究

结合舰艇编队对鱼雷防御作战的特点,建立了舰艇编队水下多目标防御火力优化分配模型.为了获得全局最优解,将遗传算法(GA)用于水下多目标防御火力分配优化研究中,给出了基于遗传算法的模型求解方法和步骤.经过实例分析与计算机MATLAB仿真实现,得出编队抗击水下多目标的最优策略,取得了良好的目标分配效果,可为舰艇编队对水下多目标防御作战指挥自动化决策提供科学的参考.     

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。     

自适应差分进化算法求解多平台多武器-目标分配问题

针对水面舰艇编队防空反导作战中的武器-目标分配问题,建立了编队防空火力分配模型,将自适应差分进化算法应用到模型的求解与仿真中,并根据参数优化,改善了问题求解的收敛特性。针对模型求解的特殊要求,采用适当的编码方案,使种群个体编码满足约束条件,利用混沌序列初始化种群,加强种群的搜索多样性,变异、交叉参数的动态自适应策略和混沌序列扰动避免算法陷入局部最优等方法对算法进行优化改进,较方便快捷地解决了多平台多类型武器-目标分配问题。实例证明,该方法能够获得满意的结果,与其他智能算法相比,在优化性能上有较大改进。     

舰艇编队的舰载装备协同问题研究

舰艇编队是现代海战主要采用的对抗形式之一，本文应用可靠性理论研究了舰艇编队的舰载装备协同问题。首先，利用可靠度概念给出了舰艇编队的舰载装备协同质量的量化方法；然后，建立了有限资源约束下的最大舰载装备协同质量的舰艇编队模型，并给出了基于遗传算法的模型求解算法。大量仿真计算表明了所建模型与算法的有效性。     

具备有限维修能力的舰船编队保障方案优化

以舰船编队维修保障资源优化为研究背景,在VARI-METRIC理论基础上,拓展了“无限维修总体”的假设条件,根据M/M/c排队论,建立了有限维修能力约束下的舰船装备可用度评估模型。以保障费用为优化目标,在装备可用度指标约束下,采用边际优化算法,对出航前舰船编队维修保障资源进行综合优化。通过任务想定,给出了优化结果,并对其进行了分析,结果较为合理。研究结论能够为装备保障管理人员制定保障方案提供决策支持。     

空间和费用约束条件下的随船备件配置优化方法

通过分析舰艇海上器材保障模式,依据装备的层次分解结构、舰艇的备件更换修理能力,在根据备件的故障率确定备件需求的基础上,以系统的备件不短缺概率为优化目标,考虑备件总经费和仓库空间的约束,建立了基于边际分析法的备件配置优化模型。实例优化结果显示,携带舰艇车间可更换单元,在相同的备件存储空间和体积约束下,可以显著提高舰艇装备的战备完好性。     

基于HTLBO算法的舰载机机群机库维修任务调度

舰载机机库维修能力是制约舰载机机群可用度乃至出动、作战能力的关键要素, 为提升舰载机机库维修效率并减轻传统人工制定维修计划的负担, 研究了舰载机机群机库维修任务调度方法。首先, 系统分析了舰载机机群机库维修任务调度的作业流程模式, 基于维修资源约束, 面向实际维修任务需求, 提出了将舰载机机群波次可用度指标和机库维修人员负载均衡性指标作为分层优化目标, 建立了舰载机机群机库维修任务调度模型。其次, 将模型抽象为多技能资源受限项目调度问题, 提出了基于资源约束推进的串行调度机制, 并设计了混合教与学优化算法。最后, 通过设计仿真案例和算法对比, 验证了模型和算法的可行性与有效性, 所提出的混合教与学算法具备更好的收敛速度和优化性能, 有一定的工程借鉴意义。     

差异化定价策略下的远洋洲际班轮航速与航线配船优化

针对远洋洲际集装箱班轮航速与航线配船优化问题,在考虑集装箱货物时间价值的基础上,通过分析在往返两个长航段上船舶航速变化对货物运输时间的影响,构造了对即期市场客户随航速变化的差异化定价函数,以船公司周利润最大化为目标,构建了集装箱班轮航速与航线配船混合整数非线性规划模型,设计离散化求解算法.算例验证了模型和算法的有效性和适用性.结果表明,差异化定价策略下的航速与航线配船优化,不仅可以降低客户集装箱货物的时间成本,而且也能够明显地增加船公司的运输收益.此外,使最优航速阶梯型下降的燃油价格阈值会随着收益增量比例系数的提高而增大.研究结论可以为船公司航线配船决策提供科学的参考.     

A Refueling Scheme Optimization Model for the Voyage Charter with Fuel Price Fluctuation and Ship Deployment Consideration

Due to the long operation cycle of maritime transportation and frequent fluctuations of the bunker fuel price, the refueling expenditure of a chartered ship at different time or ports of call make significant difference. From the perspective of shipping company, an optimal set of refueling schemes for a ship fleet operating on different voyage charter routes is an important decision. To address this issue, this paper presents an approach to optimize the refueling scheme and the ship deployment simultaneously with considering the trend of fuel price fluctuations. Firstly, an ARMA model is applied to forecast a time serials of the fuel prices. Then a mixed-integer nonlinear programming model is proposed to maximize total operating profit of the shipping company. Finally, a case study on a charter company with three bulk carriers and three voyage charter routes is conducted. The results show that the optimal solution saves the cost of 437,900 USD compared with the traditional refueling scheme, and verify the rationality and validity of the model.     

考虑潮汐的多港池港口船舶调度优化

针对多港池港口船舶调度优化问题,重点考虑大型船舶乘潮进出港口的影响,兼顾单向航道下进出港船舶间需保持安全航行距离、进出港时段交替条件及连续泊位靠泊限制等现实约束,以所有船舶总等待时间最小为目标,构建了混合整数线性规划模型.基于船舶调度问题的特点,提出了启发式规则,将原问题分解为五个子问题进而获得初始解,并设计了改进和声搜索算法求解.在数值实验中,将该算法的求解结果同下界对比,平均相对偏差为2.19%,且求解耗时均少于1分钟,验证了算法的有效性;将方案的求解结果同两种现行调度规则对比,不同算例规模下平均目标值优化率分别为13.30%和27.35%,可显著提高港口船舶服务效率,验证了方案的有效性.     

面向复杂航道的引航员与船舶集成调度优化

为提高复杂航道条件下港口的引航调度服务水平,本文研究了船舶和引航员调度的集成优化问题.本文考虑了潮汐、封航、安全距离以及单双向航道的对向避让等因素,以船舶延误成本和引航员调度成本最小化为目标,建立了整数规划模型.结合问题的特征,设计了一种两阶段变邻域搜索算法对模型进行求解.其中第一阶段讨论了引航员调度对于船舶延误的影响,求得了所有船舶和部分引航员调度方案的集合;第二阶段以传统调度规则得到的所有船舶和引航员的完整调度方案为初始解,使用变邻域搜索算法求解所有调度方案中最优的调度方案.最后,通过一系列数值试验验证了模型和算法的有效性.     

基于系统动力学的反导部署优化方法

地面防空兵力的优化部署是提升武器系统反导作战能力的有效途径。提出了利用系统动力学(SD)理论进行反导部署优化问题的研究,给出了反导部署优化的SD模型框架,简要分析了各模块的功能,以此为依据建立了反导部署优化的SD模型,通过仿真数据的分析得到了一些有益的结论,案例应用表明了该方法的可行性和有效性。     

基于混合航线结构的集装箱航线与空重箱运输综合优化模型

基于混合航线结构,构建双层规划模型,优化集装箱航线与空重箱运输方案. 基于遗传算法与线性规划优化算法开发改进的遗传算法求解模型. 模型以航线收益最大为目标,同时确定干线靠泊港、干线港靠泊顺序、支线港以及空重箱运输方案. 对某班轮公司亚欧航线的优化结果显示：若用4000TEU船型,需投入9艘船舶,航线的运营收益为每周19.56万美元;而若用10000TEU船型,需投入7艘船舶,航线运营收益为每周31.35万美元. 另外,对比两类船型的航线方案可以看出,随着使用船舶的大型化,轴辐式与环绕式航线成为航线主流结构,这与航运市场的实际情况相符.     

亚丁湾护航中直升机识别海盗目标路径优化模型及算法

针对舰载直升机执行伴随护航任务时查证可疑船只的路径优化问题,对直升机在选择巡逻查证路径时所面临的各种复杂情况进行了分析。文中结合可疑船只与编队的相对运动特点以及海面可疑船只威胁程度评估指标,以保障被护航编队受到的累计威胁值最小为目标,构建了直升机查证可疑船只时的路径优化模型。为提高蚁群算法的求解效率,文中将混沌映射扰动引入到信息素的全局更新过程中,从而有效降低算法陷入局部最优的概率。另外,文中对蚁群算法中状态转移规则和信息素更新等核心环节进行了优化设计,提高了算法对最优路径的搜索能力。最后,以我国海军亚丁湾护航任务为背景进行实例分析,并将其结果与遗传算法和禁忌搜索算法进行对比,验证了所建模型和算法的合理性和有效性。     

基于多目标优化决策的飞机维护计划研究

将多目标优化和偏好规划引入到飞机维护研究中.先分析了优化飞机维护安排的关键因素,并用离散事件模型表示,然后利用多目标优化获得非支配解.最后,采用多属性决策模型支持维护决策者从非支配解中选择优先的非支配解.目标函数以及偏好的不确定性用区间表示,采用偏好规划进行求解.仿真表明该方法可以提供一种有效的方法建立、更新和改善维护计划.