多阶段任务系统的备件保障度模型研究

多阶段任务系统是指系统在连续完成多个阶段任务过程中,任务成功与部件的关系不断变化的系统.定义了任务结构函数来表示任务成功与部件关系,同时给出了多阶段任务系统的备件保障度模型,该模型可以计算任意任务结构函数变化的多阶段系统的备件保障度,为任务前确定备件携行量提供决策依据.在该模型的基础上,给出了一个计算k阶段变化的k/N系统备件保障度的实例.     

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。     

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。     

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。     

有限备件条件下系统任务成功概率的求解算法

给出部件失效服从负指数分布的任意结构系统在有限备件组合方案下的任务成功概率求解算法，该算法可以在已知系统结构函数、系统初始状态以及工作时间的条件下，计算给定备件组合方案后系统完成任务的成功概率．为维修保障指挥提供决策依据。     

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。     

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。     

编队防空系统任务可用度评估与保障方案优化

装备备件的配置方案是影响装备系统可用度的关键因素之一.以舰艇编队执行出航任务为应用背景, 根据海上装备任务保障的特点,以经典METRIC多级库存模型为理论基础,建立了具有两级备件供应保障机制下的海上编队防空系统装备在任务周期内的可用度评估模型.对给定的出航任务, 权衡装备系统可用度与保障费用之间的关系,采用边际效应分析方法对系统备件保障方案进行了优化.其优化结果符合具有两级供应保障条件下的备件配置规律,能够为部队装备保障人员制定合理的保障方案提供决策依据.     

基于任务的k/n(G)系统舰船备件需求预测

针对k/n(G)系统在事后维修与任务后检修相结合条件下的舰船备件需求预测问题,在备件寿命服从指数分布的条件下,首先建立了k/n(G)系统的备件需求预测模型,并给出了备件需求特征。然后,基于方便理解和简便计算的需要,以伽马型单部件需求为基础,给出了备件需求模型的工程解释和近似计算方法,并对近似算法的精度进行了验证。结果表明,备件需求模型可以更好地描述k/n(G)系统在一次海上任务期内的备件需求,近似算法具有较高的精度,可以为舰船装备备件配置问题提供参考。     

面向任务的备件库存供应能力建模与仿真

基于备件库存在装备保障中的重要作用,提出了备件延期交货量、无延期交货概率、平均等待时间及短缺风险四个新的、能反映库存供应能力的指标,并建立了基于备件需求率的指标模型。在此基础上,利用Mento-Carlo法、数理统计、计算机仿真等理论建立了一种面向任务的备件库存供应能力仿真模型。实例表明该仿真模型能实现对库存供应能力指标的仿真,仿真结果不仅可以定量分析影响备件库存供应能力的因素,还可为确定合理备件库存策略,提高武器装备的保障能力提供决策依据。     

基于任务可靠性的多阶段系统设备投入策略优化模型

为保证多阶段任务系统的高可靠性,在执行各阶段任务的过程中不仅会设置设备备份,同时也会设置复杂的任务执行方案备份.本文通过研究多阶段系统在各阶段的可执行任务状态空间、状态转移关系以及各阶段之间的状态影射关系,构建了该类系统的Markov可靠性模型.并以各阶段初的设备投入策略作为决策变量,系统的任务可靠性作为优化目标,设备投入工时作为约束条件构建了多阶段系统的设备投入策略优化模型.算例分析表明,本文模型利于对多阶段系统开展可靠性分析与系统的设备投入策略分析.     

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。     

空间探测相控阵雷达系统中的任务规划算法

针对空间探测相控阵雷达系统,提出了一种观测任务规划算法。首先,建立了观测任务模型和观测任务资源占用模型;其次提出一种多任务并行截止期越早越优先(multi-task parallel earliest deadline first,MTPEDF)调度算法来解决观测任务规划,该算法综合考虑雷达的搜索任务与跟踪任务来进行系统资源的分配。对于跟踪任务,算法结合目标的过境时间以及当前系统的负载情况,以此来确定雷达对该目标的观测时间段;最后给出了算法的评估方法。利用在轨的2 886个空间目标进行仿真验证,仿真结果表明算法可以较好地利用系统时间资源,合理安排雷达观测任务。     

基于路集的多阶段任务系统可靠性分析模型

提出了一种基于路集的多阶段任务系统可靠性分析模型,将模型推广到更为一般的任意结构系统。该模型考虑了部件的工作配置关系,把多阶段任务系统的可靠性分析转化为系统的状态转移概率。同时给出了系统状态转移概率求解算法,最后给出了一个应用实例。     

基于MCSP的舰艇训练模拟系统可靠性分配研究

可靠性分配是舰艇训练模拟系统可靠性工程的重要环节。针对系统的使命任务,规划了系统的寿命剖面和任务剖面,建立了系统的任务可靠性模型。按照规定的任务可靠性指标,采用多因子系数专家评分方法将全系统的任务可靠性指标分配到各分系统或设备层面,得到初步分配结果。然后,依据任务可靠性模型预计系统的任务成功概率(MCSP),比照系统规定的任务可靠性指标,进行迭代修正计算,最终得到了满足规定要求的可靠性分配优化结果。     

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。     

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。     

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。