基于预防性维修的车辆调度优化仿真研究

毕占东，张　磊，刘义乐，张　建，王兴野

(1.装甲兵工程学院 装备试用与培训大队，北京　100072； 2.总装沈阳军代局驻长春地区军代室，长春　130033)



基于预防性维修的车辆调度优化仿真研究

毕占东1，张磊2，刘义乐1，张建1，王兴野1

(1.装甲兵工程学院 装备试用与培训大队，北京100072； 2.总装沈阳军代局驻长春地区军代室，长春130033)

摘要：以装甲车辆调度优化为研究目标，通过分析我军现行预防性维修制度的规律、种类和维修规划，采用离散型建模技术构建了基于预防性维修的装甲车辆调度模型，并结合典型案例应用Anylogic仿真软件对装甲车辆合理调度进行优化研究，为部队装甲车辆使用合理规划提供了参考依据。

关键词：维修保障；预防性维修；调度

合理的车辆调度是提高部队保障能力的重要内容之一[1]。在进行装甲车辆调度过程中，必须考虑其维修问题。预防性维修又称事先维修，是使系统保持规定的功能而采用的技术措施，对于提高复杂系统的使用效能至关重要，是保证系统具有高可靠性的必要措施，是装甲车辆维修保障的重要组成部分。本文所指装甲车辆的调度，就是在规定的单台装甲车辆最大工作量、计划任务总量、预防性维修间隔时间和预防性维修时间约束下，通过优化装甲车辆的任务权重，达到使装甲车辆取得最小任务延误时间。

装甲车辆在使用过程中，预防性维修工作是根据装甲车辆使用情况定期进行的。本文以装甲车辆的调度问题为研究对象，根据装甲车辆的使用规律及现状，基于预防性维修的原则建立装甲车辆调度模型，优化每台装甲车辆在日常训练中的任务工作量，提高其使用效率，实现装甲车辆的优化调度。

1预防性维修制度

1.1预防性维修规律

装甲车辆计划预防性修理制度就是在使用过程中，每隔一定的使用期限，强制性地进行相应种类的修理工作，达到预防事故或损伤发生，它是根据装甲车辆零件自然磨损的一般规律制定。装甲车辆零件自然磨损曲线如图1所示。

图1　装甲车辆零件自然磨损曲线

1.2预防性维修种类

装甲车辆预防性维修工作主要包括大修、中修、小修等。

1) 装甲车辆小修：各型装甲车辆小修使用期终了时进行。装甲车辆小修时，根据装甲车辆使用情况，按照小修规定范围以及三级保养内容全面检查，排除装备故障。

2) 装甲车辆中修：装甲车辆发动机使用期终了时进行。装甲车辆中修时，根据装甲车辆使用状况，按照中修范围和技术条件进行分解、鉴定、检查、修理，恢复装备功能和状态等。

3) 装甲车辆大修：装甲车辆使用期终了时进行。装甲车辆大修时，对装甲车辆进行全部分解，并根据大修技术条件进行分解、鉴定、检查和修理，并补充随车工具、备品和附件等。

1.3预防性维修间隔期及维修规划

装甲车辆的修理间隔期是指在两次修理之间，所规定的最短使用期限。装甲车辆的预防性维修间隔期判断依据主要有：

1) 装甲车辆的发动机使用期。根据装甲车辆发动机使用情况，以发动机工作小时作为计量单位，假设发动机的使用期为Xh。

2) 装甲车辆的修理间隔期。装甲车辆修理间隔以装甲车辆行驶里程作为主要计量单位，摩托小时作为辅助计量单位。假设某型装甲车辆具体预防性维修规划如图2所示。

图2　某装甲车辆修理间隔期及维修规划示意图

2基于预防性维修装甲车辆调度模型构建

装甲车辆在进行维修时，不能工作的时间称为停机时间。预防性维修的开始时间是计划安排的，或事先知道的，可充分利用非工作时间以及根据装甲车辆的使用情况，合理安排单台装甲车辆的任务量，使停机的损失降到最低限度，以达到任务落实和训练计划的合理制定，实现装甲车辆调度优化。

2.1装甲车辆调度模型构建

1) 装甲车辆预防性维修间隔期。根据预防性维修规划及维修执行策略，由图2可知，某型装甲车辆大修间隔期为2Xh，中修间隔期为Xh，小修间隔期为1/3Xh；装甲车辆在中修间隔期内将执行两次小修，同时装甲车辆在中修至大修期间，也将执行两次小修。

2) 预防性维修时间。预防性维修期间，若装甲车辆维修中存在故障，各级维修机构将对故障进行排除，具体维修时间根据车辆的具体使用情况决定。

3) 装甲车辆使用调度判断流程。装甲车辆在实际使用过程中，将根据发动机使用状况即发动机已工作时间及任务计划量来判断装甲车辆能否执行此次任务。当装甲车辆不能执行任务时，将造成相应的任务延迟。由此，可构建如图3所示的装甲车辆使用调度模型。

图3　装甲车辆使用调度判断流程

2.2模型中参数定义及判断关系

1) 模型中所用分析参数如表1所示。

2) 参数与模型间的逻辑关系。由表1可知：

由Ri可知，单台装甲车辆的计划任务量由其任务权重及计划任务总量决定。同时，在任务期间内，单台装甲车辆的计划任务量不应大于此段时间内限定单台装甲车辆的任务量最大值，如装甲车辆在日常使用中，要求每天的最大工作时间不超过m小时。

表1　模型中的分析参数

3案例分析

3.1仿真模型构建

假设某单位有30台装甲车辆，按要求通过构造相应的装甲车辆使用调度模型，并设置仿真运行时间为550星期(10 a)，仿真时间单元为星期。仿真运行结果如图4所示。通过仿真可对每台装甲车辆的10年内使用调度、预防性维修等情况进行跟踪。

图4　装甲车辆使用状态时间

3.2仿真优化设计及结果分析

(1) 仿真优化设计。本文借助基于OptQuest优化引擎建立的AnyLogic优化功能。OptQuest优化引擎能够在特定的约束条件下，自动找到模型的最佳参数。优化过程由同一模型不同参数的多次重复仿真构成。OptQuest引擎能够使用复杂的算法，在每次仿真过程中采用不同控制参数，找到最优参数，从而对问题进行求解。模型仿真优化如下：

定义目标函数：装甲车辆取得最小的任务延误时间；

定义优化参数：对比发现的关键性参数—装甲车辆任务权重；

定义约束：单台装甲车辆最大工作量、计划任务总量、预防性维修间隔时间、预防性维修时间；

设定优化结束条件：通过优化实验的反复迭代，搜索最小的任务延误时间。

具体优化参数如图5所示。

图5　优化实验参数设计

(2) 仿真优化结果输出。通过对该单位每台装甲车辆权重的优化，合理安排每台装甲车辆的任务量，从而减少装甲车辆在使用过程中的任务延误，实现装甲车辆的优化调度。如图6所示，通过优化，将每周该单位的任务缺省量从14 h降低到7 h。

图6　优化实验仿真结果输出

4结论与展望

本文通过研究装甲车辆预防性维修的组织与管理，得知装甲车辆的预防性维修的开始时间是计划安排的，或事先知道的。利用Anylogic仿真工具，构建装甲车辆的使用周期模型，并对装甲车辆调度进行优化分析，从而达到合理安排单台装甲车辆任务量，使停机的损失降到最低限度，达到装甲车辆训练计划的合理制定，实现装甲车辆调度的优化要求，为部队装甲车辆调度与使用提供了较好的参考依据。

本文模型主要考虑了以装甲车辆发动机使用时间为主的预防性维修过程，忽略了随机因素造成的装甲车辆故障及维修过程，这是本文需要完善及改进的方向。

参考文献：

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[2]姜桦，易正江.运输车辆调度优化的研究与实现[J].物流工程，2008，5(13)：74-77.

[3]毛昭勇，宋保维，潘光，等.预防周期不同的最佳系统预防性维修优化模型[J].火力与指挥控制，2010，35(3)：58-62.

[4]周彦，戴剑伟.仿真程序设计[M].北京：电子工业出版社，2002.

[5]闫清东，张连弟.坦克构造与设计[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

[6]王亚平，王永娟，张宁.双初速自动机结构参数匹配研究[J].兵工自动化，2015(7):86-89.

[7]宋杰，廖振强，李佳圣，等.导气与枪管浮动混合式自动机动力学特性研究[J].兵工学报，2014(6):753-761.

(责任编辑唐定国)

本文引用格式：毕占东，张磊，刘义乐，等.基于预防性维修的车辆调度优化仿真研究[J].兵器装备工程学报，2016(4):44-46.

Citation format:BI Zhan-dong, ZHANG Lei, LIU Yi-le, et al.Research on Optimization of Vehicle Scheduling Simulation Based on Preventive Maintenance[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(4):44-46.

Research on Optimization of Vehicle Scheduling Simulation Based on Preventive Maintenance

BI Zhan-dong1, ZHANG Lei2, LIU Yi-le1, ZHANG Jian1, WANG Xing-ye1

(1.Brigade of Equipment Trial and Training, Academy of Armored Forces Engineering,Beijing 100072, China；2.Military Representative Office in Changchun, Shenyang Military Representative Bureau of General Armament Department, Changchun 130033, China)

Abstract:The paper aimed at researching the optimization of armored vehicle scheduling. Through analyzing the current law, types and maintenance plan of the preventive maintenance system, the paper used discrete modeling technology to establish an armored vehicle scheduling model based on preventive maintenance. And combined with a typical case, the paper used simulation software named Anylogic to optimize the scheduling of armored vehicles, which provides references for our army to use military equipment more reasonably.

Key words:equipment support; preventive maintenance; scheduling

文章编号：1006-0707(2016)04-0044-04

中图分类号：U436.33

文献标识码：A

doi:10.11809/scbgxb2016.04.012

作者简介：毕占东(1975—)，男，讲师，主要从事武器系统与运用工程、智能材料与振动控制研究。

收稿日期：2015-09-26；修回日期：2015-11-02

【后勤保障与装备管理】