航天装备体系建模与仿真技术研究

航天装备体系化是信息化战争发展的必然趋势,仿真是分析评价这种复杂系统的最好的方法之一。本文从装备和体系两个层次进行建模仿真,根据航天装备的功能特征,确定其效能指标,建立效能分析模型,并进行了仿真分析;基于Agent技术建立了航天装备体系仿真框架,实现了航天装备体系的优化与评价。     

云边端架构的装备精确维修平行仿真系统

针对装备精确维修需求,在前期装备平行仿真相关研究成果基础上,优化完善了装备剩余寿命预测平行仿真算法,提出并设计了“云–边–端”架构的装备精确维修平行仿真系统。该系统在装备现场采集装备状态数据,边缘设备进行预处理,进而在云端由与实装平行运行的仿真模型,动态预测装备剩余寿命,并将预测结果应用于装备维修方案的制定与推演,为装备精确维修提供支撑。     

基于平行执行的装备体系涌现行为导向性方法

装备体系作战能力是指装备系统之间交互作用而在宏观层面表现出来的一种体系行为。装备系统间微观层面交互关系及其相互影响的复杂性,为体系作战能力的生成带来了巨大的不确定性。引导在体系层面上生成的涌现行为为体系目标的实现而服务是体系工程研究的一个关键问题。借鉴平行执行方法,提出了一种体系作战能力导向涌现的可行方法,将平行执行方法与系统交互行为及关系分析结合在一起,能够有效支撑体系作战能力的生成与发展,为在现有技术手段下探索新的武器装备体系建设提供参考。     

建模与仿真技术的若干问题探讨

提出建模与仿真的概念模型、技术特征、仿真数据库／模型库、仿真平台体系结构、综合自然环境建模与仿真、虚拟技术等若干问题，并对此进行探讨。     

具有学习效应的平行机排序问题

针对具有学习效应的平行机排序模型,讨论了两类问题。在这一模型中,工件的实际加工时间不仅与其所在排序中的位置有关并且与其本身的学习率有关,对于在同一台机器上加工的工件,工件随位置的靠后其实际的加工时间减少。第1类问题的目标函数是极小化提前与延误的加权和;第2类问题的目标函数是极小化提前与误工工件数的加权和。对这两类问题分别给出了多项式算法。     

加工时间线性递减的平行机排序问题

主要讨论了具有两台处理机的平行机排序问题和每批恰为k个工件的串行工件同时加工排序的平行机排序问题。在这两个问题中,工件加工时间均为开工时间的线性递减函数,目标函数为极小化总完工时间。对于第一个问题,证明了其最优排序可由工件按基本加工时间不减排列得到,由此得出其最优算法,并指出了该结论对于加工时间随开工时间线性递增的情况并不成立。对于第二个问题,根据其与第一个问题在某些性质上的相似性,给出了其最优算法。最后指出所讨论的两个问题的结论均可推广到m台处理机的情况。     

利用ADAMS仿真技术处理俯仰机构欠载问题

针对喷浆机器人在低于额定电压场合下工作时,存在俯仰机构初始上仰困难的问题,理论分析了电压降低导致俯仰机构上仰欠载的原因,并利用ADAMS仿真分析,验证了最大载荷工作点位置,在喷浆机器人设计中改进了俯仰油缸液压驱动系统,实践证明效果良好。     

雷达系统仿真技术的进展

简述雷达系统仿真的重要性及发展现状;着重介绍美国罗姆空军发展中心研制的交互式雷达环境仿真模型的功能、特点和应用。     

新一代的电站仿真技术

回顾了近三十年来电站仿真环境与技术的三个不同发展历程,进而展望了电站仿真环境与技术进一步发展的趋势：基于Web的仿真,分布交互式仿真以及基于Web的分布交互仿真,阐述了这些仿真环境与技术以及虚拟现实技术在基于Web的分布交互仿真中的应用。分析认为：这些技术以及它们的集成,将是开发新一代电站仿真系统的主要技术手段。     

复杂产品开发的仿真技术

复杂产品不仅组成复杂和功能复杂,而且行为复杂。为了快速、高质量和低成本的开发复杂产品,在复杂产品开发的早期能有效、全面地考虑产品的使用行为、制造行为、维护行为和销毁行为的要求,仿真技术是必须的。系统地介绍了先进的产品开发理论与技术,给出了仿真技术应用于复杂产品开发的特点,分析了复杂产品开发的仿真技术应用现状,探讨了面向复杂产品开发的仿真支撑环境。     

多核并行计算技术在景象匹配仿真中的应用

随着计算机技术向多处理器以及多核的架构发展,以OpenMP和线程构建模块（thread building blocking, TBB）为代表的多核处理器并行计算平台的应用得到重视。对多核并行计算技术在建模仿真领域的应用进行了初步探讨,以景象匹配仿真计算为例,基于OpenMP和TBB并行计算平台构建了一个景象匹配评估平台,对不同的景象匹配算法效率进行评估。对多核并行计算技术及其在景象匹配仿真算法中的应用进行了详细介绍,并通过仿真实验验证多核并行计算技术能够大大提高景象匹配评估平台的运行效率,从而有效地支持对导弹真实景象匹配制导系统相关算法进行验证和研究。     

面向并行Agent仿真的合成基准测试模型

为了评估并行仿真算法的性能,需要建立一个基准测试模型。针对并行Agent仿真研究领域中缺乏一种与应用无关的基准测试模型这一问题,在借鉴并行离散事件仿真中经典的合成测试模型PHOLD设计思想的基础上,根据基于Agent仿真的特点,提出面向并行Agent仿真的合成基准测试模型,利用该模型可以方便地合成符合不同应用特点的计算负载,去除与应用相关的因素对性能分析的影响,能够为不同的并行Agent仿真研究者提供一个公共的测试基准。最后,采用该模型从实验层次上分析了Agent计算粒度、所采用的处理器数目等因素对并行Agent仿真加速比的影响。     

情报驱动的平行仿真实体动态生成方法

针对战场态势信息不完备、不精准条件下平行仿真实体模型匹配不精准等难题,提出了情报驱动的平行仿真实体动态生成方法。首先,建立了一套平行仿真实体的组件化模型体系,提出基于元数据的模型描述方法。然后,提取实时情报的运行状态特征数据,建立战场实体行为规则,基于行为规则实现仿真模型与情报数据间动态匹配。在此基础上,建立平行仿真实体模型组件间信息交互关系表,采用仿真中间件实时更新组件间信息交互关系,并动态加载组件描述信息与组件执行体,实现平行仿真实体动态生成。最后,以某区域联合作战为例,利用所提方法动态匹配和组合平行仿真实体模型组件,验证了所提方法的有效性。     

基于智能化分配算法的计算机负荷并行处理技术

针对计算机负荷并行处理的高效稳定和最优化问题,提出了一种智能化任务分配算法.该算法智能化地选择各节点状态和启动策略,将总负荷分配到合适的节点,以使得通信和处理开销最小、负荷均衡,从而使并行处理系统的整体性能达到曩佳,成本最低.仿真结查表明,该算法对那些包含少量或适度数量的子处理器网络来说,更为有效和稳定.     

基于DoDAF的装备体系任务建模与仿真

装备体系任务建模与仿真是对装备体系进行模型验证和分析的基础。以四元组（目标,装备,活动,关系）为基础,建立了装备体系任务的描述模型,并基于美国国防部体系结构框架（Department of Defense Architecture Framework, DoDAF）,提出了基于活动建模的装备体系任务静态模型建模方法和采用IDEF3语言来建立装备体系任务仿真模型的方法以及其具体建模步骤。最后以航母体系的典型任务为例,对上述建模与仿真方法进行应用,证明了所提方法的有效性。     

基于时间Petri网的装备体系可靠性建模与仿真

针对装备体系规模大、层次多、成员彼此分离、不断演化的特点,以及体系可靠性预计与分配困难的问题,在充分研究体系内涵的基础上,结合美国国防部体系结构框架（Department of Defense Architecture Framework, DoDAF）和流程分析研究方法,提出了一种基于时间Petri网流程分析的装备体系可靠性建模与分析方法,详细分析了体系结构和使用流程的建模过程,构建了装备体系的可靠性计算模型。以某机场航空保障体系为例,说明了基于流程的体系可靠性建模分析的详细过程,通过ExSpect（Executable Specification Tool）仿真软件,得出了装备体系流程的执行时间和可靠度仿真结果。     

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,能够为深入推进装备单元保障性仿真评估奠定基础,为高效、准确地实施装备体系维修保障能力评价、控制、统筹和优化提供支撑。     

装备维修保障仿真系统灵敏度分析与参数优化

针对装备维修保障仿真系统的灵敏度分析与参数优化问题,提出了基于仿真实验手段的应用研究框架。在分析装备维修保障仿真系统建模方法的基础上,提出了基于仿真实体的输入参数确定方法;从战备完好、任务成功以及维修保障系统级等多角度分析明确了输出评价参数;研究了基于分支定界法的关键输入参数筛选方法和基于正交表的输入参数抽样实验设计方法;研究了基于极差分析和方差分析的灵敏度分析方法原理,并提出了一种基于方差分析的输入参数优化方法。最后利用开发的灵敏度分析工具进行了算例验证,表明所提方法具有很好的工程实用价值。     

地震救援·恢复·重建的组织技术及理论模式

针对地震救援恢复重建这一开放的复杂巨系统,探究其结构、环境、功能与演化,分析系统特征、研判整体涌现;运用系统工程方法组织管理地震救援恢复重建系统,采用Hall三维结构体系从进度、逻辑与专业三个维度对地震救援恢复重建系统工程进行集成分析,应用综合集成方法及其研讨厅从微观和宏观两个层面实践地震救援恢复重建系统工程;根据震灾救援、震后恢复和灾后重建系统分别展现的应急、并行和全面的特征,从理论上构筑震灾救援的情景应对模式、震后恢复的统筹优选模式和灾后重建的综合集成模式,结合系统工程方法,指导一类专业技术手段的运用,从各专项领域有效解决地震救援恢复重建系统问题.     

装备基本任务单元可用度Petri网仿真模型及应用

提出了装备基本任务单元可用度建模方法,建立了基于使能延迟机制的Petri网理论模型。基于ExSpect(executable specification tool)仿真语言的托肯时间戳延迟机制,通过模型转换建立了基本任务单元可用度分析仿真模型。应用模型研究了作战任务要求和维修力量配置对基本任务单元可用度的影响,分析了基本任务单元与单装可用度分析的差异,揭示了导致不同层次可用度综合差异的内在机理。结果表明,模型形象、直观,物理意义明确,具有通用性和可拓展性,是装备基本任务单元可用度分析的有力工具。