装备维修保障仿真系统评价的输入、输出参数

杨英杰, 张 柳, 于永利, 聂成龙

(军械工程学院装备指挥与管理系， 河北 石家庄 050003)

装备维修保障仿真系统评价的输入、输出参数

杨英杰, 张 柳, 于永利, 聂成龙

(军械工程学院装备指挥与管理系， 河北 石家庄 050003)

基于仿真实体研究了装备维修保障仿真系统的输入影响参数；对单元体进行了分类，分析了其属性，提出了聚合体属性的聚合方法。从装备维修保障能力综合评价和维修保障系统能力评价2个角度，研究了装备维修保障仿真系统的输出评价参数：考虑装备完好性和任务成功性，确定了装备维修保障能力综合评价参数；考虑保障目标和维修保障系统的层次性，确定了维修保障系统能力评价参数。研究理清了装备维修保障仿真系统的输入、输出，为后续研究工作奠定了基础。

维修保障；仿真系统；输入参数；输出参数

装备维修保障系统的复杂性使得很难在理论上利用简明的解析式来表达其内在的运作关系。利用仿真技术建立多分辨率仿真模型，可很好地描述装备维修保障系统内部的逻辑和外部的交互关系，并对装备维修保障能力进行评价与优化。张伟等[1]研发了基于HLA(Hight Level Architecture)的装备维修保障仿真通用平台，实现了从装备维修保障物理系统到仿真实现的映射。但是仿真模型中的输入影响参数众多，存在输入、输出因果回溯困难，且当评价效果不理想时，如何通过调整输入参数来获得满意的输出评价结果，进而得到可行的装备维修保障系统的方法手段，是目前亟待解决的问题。

美军历来重视保障评价参数研究。DoDD7730.65[2]重点研究了如何基于能力对保障性评价参数中的战备完好性进行实时评估。1994年颁布的AFI10-602[3]定义了任务效能为EM=A0×D0，其中：A0为使用可用度;D0为使用可信度。2005年修订的AFI10-602[4]针对空军目前现役的各种武器装备和功能系统，着力完善并解决了战备完好性参数的定义、度量和计算问题。另外，美军也非常重视保障性参数的报告与管理程序的规范化研究，AR700-138[5]重点明确了陆军装备(陆航飞机和导弹)战备完好性的报告、管理等程序。

国内对单装的各类保障性参数，包括战备完好性、任务成功性、作战适用性等的研究比较完善，其定义和度量在国军标GJB451和GJB451A中已进行了明确规定。另外，针对不同层次的装备作战单元，也开展了一定的研究工作[6-8]，但总体来看,对仿真系统输入、输出参数的研究仍然不够重视，目前的研究大多紧密结合具体研究对象，采用分析模型的较少，涉及的输入影响参数也不多，一般在10个左右[9-11]。

本文考虑装备维修保障仿真模型包含大量不同粒度的仿真实体，基于仿真实体构建了输入影响参数集，基于维修保障能力概念层次与参数层次之间的关系，构建了输出评价参数集。

1 基于仿真实体的输入影响参数

多分辨率的装备维修保障仿真系统涉及大量不同粒度的仿真实体，其属性用于描述仿真实体的特征，是仿真实体所拥有的全部特征的子集，可用概念、特征参数或变量来表示。实体属性值可对不同类型的实体进行区分，属性值中的不确定性参数就是仿真系统的输入影响参数。

1.1 装备维修保障仿真单元体

借鉴文献[12]所述的分类方法，本文将装备维修保障系统仿真实体分为单元体和聚合体2大类。单元体是指仿真建模中分辨率最高的仿真实体，考虑实体重用的需求，按照业务活动可将装备维修保障仿真单元体划分为装备指挥类单元体、装备维修类单元体、器材保障类单元体和装备运输类单元体。其UML静态结构描述如图1所示。

图1 装备维修保障仿真单元体分类

其中：装备指挥类单元体是指综合运用人力、物力、财力等装备保障力量，对保障部队作战及其他军事行动进行组织领导的实体；装备维修类单元体是指为保持和恢复装备良好的战术、技术性能而执行维护、修理等技术措施的实体；器材保障类单元体是指负责武器装备零备件的筹措、储备、补给和管理活动的实体；装备运输类单元体是指为故障装备和修竣装备提供运力，使故障装备、修竣装备在空间上发生转移的实体。

1.2 单元体属性

根据仿真需求，可将装备维修保障仿真单元体的属性划分为基本属性、空间属性、任务属性、资源配置属性和能力属性。

基本属性用于描述单元体基本状态，主要包括单元体名称、单元体标志、单元体类型及单元体指挥关系等。空间属性主要描述单元体所具有的地理、外观等表现特征，主要包括配置地点名称、配置地点坐标等。任务属性主要描述单元体的可执行任务和单元体当前所执行的具体任务，主要包括可执行任务、当前任务等。资源配置属性描述单元体占有资源的状况，在装备维修保障仿真系统中，其资源配置属性仅考虑与维修密切相关的维修人员、维修设备和维修器材。能力属性描述单元体保障作用的大小，亦称效能属性。实体承担的任务不同，其资源配置属性和能力属性也不同，具体如表1所示。

基本属性和任务属性属于标志性属性，其属性取值遵循一定规则，对仿真系统分析的输出影响较小。另外，由于装备维修保障仿真的核心是模拟装备维修保障业务活动，因此空间属性对其影响有限。而资源配置属性和能力属性是在单元体层次上影响装备维修保障仿真系统分析的关键输入影响参数。

1.3 装备维修保障仿真聚合体

由于进行装备维修保障仿真时，也需要关心低分辨率实体的仿真效果，因此需要根据不同的仿真层次需求，合理确定不同粒度的仿真实体。聚合体是由若干个高分辨的仿真单元体通过一定的聚合规则而形成的低分辨率仿真实体，组成聚合体的单元体的功能可相同，也可不同。图2为某维修队仿真聚合体的聚合关系。

其中：箭头为“聚合”，即下层实体聚合形成上层实体。实体聚合关系可形式化表示为P(x，y)，即实体y是实体x的一部分。图2中，维修队和器材组之间的聚合关系可形式化表示为P(维修队，器材组)。需要说明的是：这种实体间的包含关系是直接包含关系，即P(x,y)→Direct_Contain(x,y)。

表1 各类单元体的资源配置属性和能力属性

图2 某维修队仿真聚合体的聚合关系

聚合关系具有可传递性，即若实体x直接包含实体y，实体y又直接包含实体z，则通过聚合关系的传递性，可得实体x包含实体z,且这种包含关系称为间接包含关系，即Direct_Contain(x,y)∧Direct_Contain(y,z)→Contain(x,z)。同理，当实体x包含实体y，且y实体包含实体z时，则实体x包含实体z，即Contain(x,y)∧Contain(y,z)→Contain(x,z)。

1.4 聚合体属性聚合方法

依据聚合关系的传递性，本文提出以各类下层实体属性为依据的聚合体属性聚合方法，主要有属性类别聚合方法和属性值聚合方法。

1.4.1 属性类别聚合方法

聚合体属性类别聚合方法包括与关系和并关系。

1) 与关系是指下层实体属性类别通过“与”关系构造聚合体属性类别。其构造对象主要是能力属性中的平均展开时间、平均撤收时间和平均机动速度等。其形式化描述为：如果聚合体A和实体Bi存在聚合关系P(A,Bi)，则聚合体A的部分属性类别可通过取所有子实体Bi的相应属性类别的与集获取，即Attribute(A)↔∩Attribute(Bi)。

2) 并关系是指下层实体属性类别通过“并”关系构造聚合体属性类别。其构造对象主要是不同类别的下层实体的资源配置属性和特有的能力属性，如维修类单元体能力属性中的修理时间概率分布及特征值。其形式化描述为：如果聚合体A和实体Bi存在聚合关系P(A,Bi)，则聚合体A的部分属性类别可以通过取所有子实体Bi的相应属性类别的并集获取，即Attribute(A)↔∪Attribute(Bi)。

1.4.2 属性值聚合方法

聚合体的属性值通常可通过某种关系调用下层实体的相关属性值获取。属性值聚合方法主要有并关系、取决关系和函数关系。

1) 并关系是指某一属性值可通过取其多个属性值的并集获取，主要存在于聚合体和下层实体的任务属性值间，可表示为：聚合体的属性值为子实体的属性值之并，如聚合体的可执行任务等于所有子实体可执行任务的并集。其形式化描述为：如果聚合体A和实体Bi存在聚合关系P(A,Bi)，则A的部分属性可通过取其所有子实体Bi的属性值的并集获取，即Attribute(A)=∪Attribute(Bi)。

2) 取决关系是指某一属性值的取值范围取决于另一属性值，主要存在于聚合体和下层实体的空间属性值间，可表示为：聚合体空间属性取决于子实体的空间属性，如聚合体空间属性中的配置地域属性值取决于子实体的配置地域属性值。其形式化描述为：如果聚合体A和实体Bi存在聚合关系P(A,Bi)，则A的部分属性值取决于所有子实体Bi的部分属性值，即Attribute(A)⊆Attribute(Bi)。

3) 函数关系是指父实体的某一属性值可通过调用子实体的相关属性值并通过某种函数关系式计算获取，主要有和关系、加权平均关系和最大/最小关系。

(1) 和关系主要存在于聚合体和下层实体中表示数量的资源配置属性值之间，可表示为：聚合体的相关属性值等于子实体的相关属性值之和，如器材类聚合体中各类器材资源数量等于子实体中各类器材资源数量之和。其形式化描述为：如果聚合体A和实体Bi存在聚合关系P(A,Bi)，则A的部分属性可以通过取其所有子实体Bi的属性值之和获取，即Attribute(A)=∑Attribute(Bi)。

(2) 加权平均关系主要存在于聚合体和下层实体中表示时间特性的能力属性值之间，可表示为：聚合体的相关属性值等于子实体的相关属性值的加权平均值，如维修类聚合体中平均维修服务时间等于所有维修类子实体的平均维修服务时间的加权平均值。其形式化描述为：如果聚合体A是实体Bi存在聚合关系P(A,Bi)，则A的部分属性通过取其所有子实体Bi的属性值的加权平均获取，即Attribute(A)=∑Attribute(Bi)×ri。其中：ri为各子实体维修任务的分摊率。

(3) 最大/最小关系主要存在于聚合体和下层实体表述时间、速度的能力属性间，可表示为：父实体的属性值为所有子实体的属性值的最大/最小值，如聚合体的平均展开时间为所有子实体的平均展开时间的最大值。其形式化描述为：如果聚合体A和实体Bi存在聚合关系P(A,Bi)，则A的部分属性可以通过取其所有子实体Bi的属性值的最大/最小值获取，即Attribute(A)=max/min(Attribute(Bi))。

2 装备维修保障输出评价参数

输出评价参数为需要明确的评价目标。本文考虑战备完好性和任务成功性来确定装备维修保障能力综合评价参数，基于不同保障目标和维修保障系统的层次性确定维修保障系统能力评价参数。

2.1 参数体系框架

不同层次的装备维修保障系统，其维修保障能力评价参数也不尽相同。维修保障能力概念层次与参数层次间的关系如图3所示。可见：能力层次与评价参数层次之间具有一一映射关系，在确定各层次的维修保障能力评价参数时，应从不同的视角全面考虑参数的类型。

图3 维修保障能力概念层次与参数层次间的关系

本文将从2个层次提出评价参数：针对保障对象提出装备维修保障能力综合评价参数；针对保障系统提出维修保障系统能力评价参数。从评价参数和评价对象2个方面构建装备维修保障输出评价参数体系框架。其中：评价对象包括单装、装备基本作战单元和装备作战单元。由于在GJB1909系列标准中已给出了较为完备的单装评价参数体系，且本文的研究对象是成建制的装备维修保障系统，所以研究的重点为装备基本作战单元和装备作战单元。

2.2 装备维修保障能力综合评价参数

装备维修保障仿真分析与评价的最终目的是验证制订的装备维修保障方案能否满足实战中维修任务的要求，从而为装备维修保障决策提供支持。因此，应从战备完好性和任务持续性2方面来提取评价装备维修保障方案是否满足维修保障任务要求的核心参数。

2.2.1 装备基本作战单元使用机制与装备维修保障能力综合评价参数

装备基本作战单元是平时使用和训练时最小编制的作战单位，如连或营，由多个不同类别的、在功能上存在逻辑依赖关系的装备组成。在战时，可根据任务要求独立执行某一任务，或与其他装备基本作战单元组成最小任务单元，共同执行赋予的作战任务。与单装相比，其组成较为复杂，涉及不同种类的装备，而各装备又涉及不同种类的功能系统，且在执行任务时也要根据任务要求灵活地配置装备的功能组成。

装备基本作战单元是以整体完成某一任务要求的形式遂行作战任务，在完成某一任务要求时，其各个装备都是任务可靠性框图中的重要组成部分，需要各自在功能上协同、配合来完成任务。如防空旅中的导弹营，必须依赖搜索指挥车、发射制导车等相关装备之间进行功能协同，才能有效执行防空任务。

由此可见：装备基本作战单元的运作机制类似于单装的运作机制，若将整个装备基本作战单元看作执行某一任务的单装，则其中的各类装备可看作单装中具有不同功能的功能系统，这些“功能系统”按照一定的功能可靠性框图整体运行，若某个“功能系统”故障，则直接通过功能可靠性框图来影响整个装备基本作战单元的使用。

通过上述分析可知：当面向装备基本作战单元选取装备维修保障能力综合评价参数时，应重点关注维修保障实际运作过程中装备基本作战单元整体的维修保障效果，从战备完好性的角度，主要考虑战备完好率、使用可用度和能执行任务率等；从任务持续性的角度，主要考虑任务成功概率、可信度和任务效能等。装备基本作战单元维修保障能力综合评价参数如图4所示。

图4 装备基本作战单元维修保障能力综合评价参数

2.2.2 装备作战单元使用机制与装备维修保障能力综合评价参数

装备作战单元可包含多个装备基本作战单元，甚至可包含多个低一层次的装备作战单元。如旅由多个营(装备基本作战单元)组成，军由多个旅(装备作战单元)组成。

装备作战单元在遂行作战任务时，其运作机制与装备基本作战单元完全不同，首先将本级任务划分到底层各个最小任务单元；然后底层各个最小任务单元分别执行各自的任务；最后依据各个子任务的执行效果，通过任务逻辑框图来判断装备作战单元执行任务是否成功。因此，装备作战单元是按照整体的“松耦合”方式进行运转，且不能确定其致命性故障发生的时间。

当面向装备作战单元选取装备维修保障能力综合评价参数时，关注的重点同样是整个装备作战单元的维修保障效果，从装备完好性的角度，主要考虑装备作战单元随时投入战斗的装备情况；从任务持续性的角度，主要考虑装备作战单元能否持续运行。通过上述运作机制的分析可知：由于在任务过程中难以确定装备作战单元的致命性故障模式及其发生时间，因而难以确定致命性故障间的任务时间和恢复功能的任务时间，以及装备作战单元的可工作或不工作状态，所以无法统计与之度量相关的参数，如使用可用度等，只能选取与致命性故障无关的综合评价参数，如装备完好率、可信度、任务成功概率等，不能选用与致命性故障密切相关的综合评价参数，如战备完好率、使用可用度等。装备作战单元维修保障能力综合评价参数如图5所示。

图5 装备作战单元维修保障能力综合评价参数

2.3 装备维修保障系统能力评价参数

面向装备维修保障系统选取能力评价参数时，应反映装备维修保障系统运行效果的各个方面。本文从保障任务完成情况、保障服务时间以及资源利用和规模满足率3个方面来选取装备维修保障系统能力评价参数。

1) 保障任务完成情况。保障任务完成情况反映维修保障系统执行任务的总体能力。保障任务完成的好坏与保障需求、保障力量的规模、保障资源的利用息息相关，是反映装备维修保障系统运行质量的关键参数。尤其是在作战或训练任务中，保障任务完成情况最能客观地反映整个维修保障系统对所属工作的执行能力。

2) 保障服务时间。保障服务时间是指装备维修保障系统从受领维修任务到完成维修任务所花费的时间，反映维修保障系统服务的及时性，主要包括后勤延误时间、维修资源运输延误时间和管理延误时间等。该类参数主要评价对时间有严格要求的维修保障任务。如在战场上，保障服务时间直接影响装备保障对象的部署、转移，故障装备功能的恢复以及任务时序的顺利推进等。

3) 资源利用和规模满足率。资源规模的满足率反映保障方案中资源设置的有效性，资源利用率反映保障方案中保障资源配置的合理性，2类参数过低都不利于维修保障工作的正常进行。装备维修保障系统能力评价参数集如表2所示。

需要说明的是：1)由于在开发的仿真平台中已假设顶层维修保障系统的器材和运力充足，故顶层维修保障系统评价参数中没有选取器材平均响应时间和运输平均响应时间参数；2)装备维修保障系统是以装备作战单元层次为牵引逐层建立的，在不同的装备维修保障系统层次，其维修保障对象、保障资源和承担的保障任务不尽相同，故对不同层次的装备维修保障系统还应选取不同的评价参数。

表2 装备维修保障系统能力评价参数集

3 结论

装备维修保障仿真系统评价的输入、输出参数研究，是基于仿真系统进行维修保障方案评价研究的重要内容之一，结合具体的装备维修保障系统评价验证实例，其输入、输出参数的分析结果就可直接用于装备维修保障仿真系统的分析与评价，具有很强的工程实用价值。下一步将深入研究仿真实验设计与分析方法，解决仿真想定空间确定和仿真数据分析的问题。

[1] Zhang W, Qu C Z, Su J J, et al．Research of Equipment Support Simulation Federate Automatically Generating Framework[C]∥Applied Mechanicals, Mechatronics Automation & System Simulation.Switzerland：Trans Tech Publications，2012：799-802．

[2] DoDD7730.65 Department of Defense Readiness Reporting System (DRRS)[S].

[3] Air Force Instruction 10-602 Determining Logistics Support and Readiness Requirements[S].

[4] Air Force Instruction 10-602 Determining Mission Capability and Supportability Requirements[S].

[5] Department of the Army, Army AR 700-138 Army Logistics Readiness and Sustainability [S].

[6] 聂成龙.面向作战单元的综合保障模型研究[D]. 石家庄：军械工程学院, 2004.

[7] 郭霖瀚，康锐.装备基本作战单元任务持续性度量参数研究[J].航空学报, 2009,30(3)：456-461.

[8] 王东南.面向任务的维修保障能力评估建模与仿真技术研究 [D]. 长沙：国防科学技术大学, 2005.

[9] 李兴兵, 谭跃进, 杨克巍. 基于探索性分析的装甲装备体系效能评估方法[J]. 系统工程与电子技术, 2007, 29(9): 1469-1499.

[10] 徐培德, 陈俊良. 作战能力缝隙的探索性分析方法[J]. 军事运筹于系统工程, 2008, 22(6): 55-58.

[11] 沈浩, 孙琰, 卢宏峰. 战场弹药储备布局探索性分析决策方法[J]. 军械工程学院学报, 2009, 19(2): 13-17.

[12] 张彦忠.基于HLA的装备保障仿真模型研究[D].石家庄：军械工程学院，2008.

(责任编辑: 王生凤)

Input and Output Parameters of Equipment Maintenance Support Simulation System Evaluation

YANG Ying-jie, ZHANG Liu, YU Yong-li, NIE Cheng-long

(Department of Equipment Command and Administration, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

Based on simulation entity, the input impact parameter of equipment maintenance support si-mulation system is studied, the unit entity is classified, the properties are analyzed, and the polymerization method of polymer entity properties is proposed. From the two angles of integrated evaluation of equipment maintenance support ability and evaluation of maintenance support system, the output evaluation parameters of equipment maintenance support simulation system are researched: in terms of the equipment readiness and mission success, the integrated evaluation parameters of equipment maintenance support ability are determined; in terms of the different support goals and maintenance support system hierarchy, the evaluation parameters of maintenance support system are determined. The input and output of equipment maintenance support simulation system is sorted out, which lays the foundation for the further research.

maintenance support; simulation system; input parameter; output parameter

1672-1497(2015)04-0016-06

2015-01-14

军队科研计划项目

杨英杰(1986-)，男，博士研究生。

E92; TP391.9

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2015.04.004