基于智能建模的复杂系统全寿命周期费效分析

卫 宁

（中国船舶工业系统工程研究院，北京 100094）

基于智能建模的复杂系统全寿命周期费效分析

卫 宁

（中国船舶工业系统工程研究院，北京 100094）

在复杂系统工程中，对复杂系统全寿命周期费效情况进行分析需要有一个高效而准确的方法来对所选择的方案进行费用/性能建模和分析，以最低的全寿命周期费用实现最好的系统使用性能.通过分析工具软件对保障关系、运输时间、运输费用、维修活动、保障资源等进行智能建模的方法很好地解决了这方面的问题，使得分析结果更加合理、有效.使用智能的复杂系统全寿命周期费效分析建模工具效果最明显的是在确定费用要求的条件下优化方案，使得同等费用条件下系统可用度最大，有效解决了复杂系统全寿命周期费效情况难以准确分析的问题.

智能建模；复杂系统；全寿命周期；费效；分析

在复杂系统使用中，满足任务需求的使用效能常常伴随着高昂的维修和保障费用，这种情况主要是由于在复杂系统设计方案之间缺乏优化权衡，不能在费用和性能之间做出决策[1].为了防止上述情形发生，必须把复杂系统的使用效能与费用方案的相互影响作为决策过程的一部分来研究，进而加以改进[2].这就需要有一个高效而准确的方法来对所选择的方案进行费用/性能建模和分析，以最低的全寿命周期费用/保障费用实现最好的系统使用性能.因此，对复杂系统全寿命周期费效分析智能建模方法进行研究，是目前复杂系统工程的一个研究热点[3].

1 复杂系统全寿命周期费效分析的特点

目前由于复杂系统全寿命周期费效分析工作在复杂系统设计过程中缺乏实践，被分析对象（即复杂系统）的自动化信息化程度增加，维修保障组织规模和数量的日渐庞大，这些都给全寿命周期费效分析工作带来了很大的困难[4]，主要体现在以下几个方面：

1）复杂系统的复杂程度增加；

2）复杂系统的任务剖面更加复杂；

3）工程实际中对联合使用模式的要求导致模型更加复杂；

4） 进度紧张；

5） 费用的限制；

6）保障资源无法科学确定；

7）某些保障策略无法规划；

8）产品全寿命周期费用的优化需求；

9）缺乏经验数据和历史数据.

要解决复杂系统全寿命周期费效分析工作面临的上述问题，需要将复杂系统全寿命周期费效情况与复杂系统方案作为一个整体进行分析，需要建立详细的费用/性能模型并进行优化权衡，以最低的寿命周期费用/保障费用实现最好的系统使用性能[5].随着复杂系统复杂度的增加和维修保障组织规模的日渐庞大，费用/性能模型的建模难度也随之增加，加上在制定方案的过程中需要考虑的各种因素往往具有很强的随机性[6]，需要智能的分析软件进行复杂系统的全寿命周期费效分析.

此外，构建费用/性能模型需要多种数据，既包括复杂系统及“五性”相关数据，还包括保障组织的相关数据，这些数据来源于设计、生产、试验和使用各个环节[7]，分布在不同的信息系统和软件工具中，因此，借助智能的全寿命周期费效分析软件，进行便捷的数据交换和数据的预处理分析，才能完成对复杂系统全寿命周期费效情况的全面分析.

综上所述，传统的解析方法难以胜任上述复杂系统全寿命周期费效分析的需求，随着计算机建模和仿真技术的发展，采用智能建模的方法对复杂系统全寿命周期费效情况进行分析已经成为一种必需的技术手段和途径.因此，使用智能的复杂系统全寿命周期费效分析建模工具，结合复杂系统的实际使用情况开展复杂系统全寿命周期费效分析工作，是针对复杂系统全寿命周期费效情况难以准确分析问题的有效解决方法.

2 复杂系统全寿命周期费效分析智能建模工具

针对复杂系统全寿命周期的费效分析评估工具，其复杂系统模型和费用模型完全由用户确定，最终为用户提供评估结果和优化方案建议.软件运用智能建模的方法，将费用与复杂系统的任务进行结合，针对复杂系统的使用特性，对其总体方案进行评估，仿真评估效果非常理想.

该软件是进行复杂系统系统全寿命周期费用分析和费效比评估的智能化工具，软件内嵌了标准的费用分解模型，也支持用户自定义费用分解模型，能够记忆并帮助用户进行费用分解.该软件可用于复杂系统系统全寿命周期费用模型的建立和费用分析，在费用分析的同时考虑产品的寿命时间、使用特性等，可以针对复杂系统和各级保障组织进行智能建模，其费用敏感性分析结果可以用于费用模型的调整和费效比评估，对整个复杂系统方案的评估至关重要.

例如：多家公司具备某复杂系统的研制能力，其中两家公司决定在维修、检查规划与保障规划上开展紧密的合作.针对这种情况，利用全寿命周期费用分析工具进行寿命周期费用和整体方案评估：

1）使用该软件对这两家公司采用联合保障组织能产生多大的经济效益进行评估；

2）使用该软件对多家竞标公司的全寿命周期费用进行分析和评估；

3）使用该软件计算初始保障资源，包括对该复杂系统的保障资源分类和分配方案进行评估.

图1 智能建模后生成的费效曲线图Fig.1 Cost effectiveness curve after intelligent modeling

该软件的智能算法能够计算初始保障资源规划.该软件计算的核心结果是费效曲线，如图1所示.纵坐标为复杂系统的效能指标，横坐标为寿命保障费用.费效曲线上的每一个点均对应一种智能建模得到的保障资源模型.选定曲线上的任一点，可得到在同等费用条件下能达到的最大使用可用度，并生成对应的方案的评估结果.

通过该软件工具可以计算出许多针对系统的费用指标，如图2所示.主要包括LSC（寿命保障费用）、CI（总投资）、CN（总年费用现值）、EBO（期望备件后订货数）、WT（平均等待时间）、ROS（备件短缺风险）、MDT（平均停机时间）、A（使用可用度）、NOR（不可用系统数量）等，这些指标可与系统已建模型进行智能化互动.

图2 与模型进行智能化互动的费用指标Fig.2 Intelligent interaction with the model of the cost index

3 复杂系统全寿命周期费效分析智能建模方法

利用该软件工具进行智能建模是以填表方式进行的，软件中共有50多张输入表单.这些表单综合描述了复杂系统及其各项费用.这里的各项费用涵盖了保障组织、维修活动等方方面面数据，以满足智能建模的需要.进行智能建模时表单的数量可以灵活调整，既可依据初始化的表单建模，也可根据实际情况增减，能够记忆并帮助用户进行裁剪.该软件工具的输出包括费效曲线和40余种报告.寿命保障费用的智能化模型构成如图3所示.

利用该软件工具进行智能建模时需要对复杂系统的执行任务情况进行描述，通过复杂系统的利用率因子来描述其任务情况.

图3 寿命保障费用的智能化模型构成Fig.3 Intelligent model of life support cost

利用该软件工具进行智能建模时需要描述保障组织的类别、保障组织间的保障关系、运输时间、运输费用等.保障组织按是否具有存储设施和修复设施来划分类别；运输时间描述了故障件/备件在保障组织之间传递所需的时间；运输费用描述了向上级保障组织运送故障件或者向下级保障组织运送备件所需的费用.

利用该软件工具对维修活动进行智能建模时，需要描述的内容包括维修类别、维修地点、维修时间、维修费用等.维修活动包括了预防性维修和修复性维修.维修活动与备件需求关系密切.当维修需求输入保障组织时，保障组织根据其维修能力对该需求进行处理.例如采取换件维修时，更换下来的故障件会产生维修需求并沿着保障组织自下向上传播，直到所有维修需求被满足为止.

利用该软件工具在对备件供应方案进行智能建模时，需要描述的内容包括备件的存储地点、存储数量、再订购地点以及再订购数量等.

保障资源是实施复杂系统维修的物质基础和重要保证，无论是平时训练还是战时抢修，保障资源都占据着十分重要的地位.利用该软件工具对保障资源进行智能建模时，需要描述的内容包括保障资源的部署地点、数量及投资费用等.

智能建模后输出的寿命保障费用详细清单包括了寿命保障费用各组成部分的数值，包含在输出报告中，如图4所示.

该软件工具还可通过智能建模进行假设分析和敏感性分析，以确定对费效影响最大的因素，并对各种效能参数提出优化建议.

图4 智能建模后输出的寿命保障费用详细清单Fig.4 Intelligent modeling after the life of the cost of a detailed list of security costs

4 结语

在复杂系统工程中，对复杂系统全寿命周期费效情况进行分析评估是一项需要投入大量精力的工作[8].在以往的工程实践中，费用要求和可用度指标是很难同时达到的.一方面，费用和可用度没有直接的联系，确定指标时很难将两者结合起来[9]；另一方面，人为因素具有不确定性，确定最优方案时容易受到个人经验和外来因素影响，特别是对多个备选方案进行权衡时，凭借经验很难做出正确的选择[10].如果不能科学合理地确定方案，不仅要花费大量费用，还会在很大程度上影响复杂系统的完好性[11].通过分析评估工具软件进行智能建模很好地解决了这方面的问题，使得分析评估结果更加合理、有效.特别是可以在确定费用要求的条件下优化方案，使得同等费用条件下系统可用度最大，这点对于复杂系统方案确定非常有用.

[1] 王飞，魏法杰.基于价值工程原理、方法的装备价值评估研究[J].北京航空航天大学学报（社会科学版），2010，23（6）：48-51.

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[4]荣明宗．武器装备全系统、全寿命管理的一个首要问题———武器装备全寿命期的阶段划分[J]．装备指挥技术学院学报，2002，13（2）：14－17．

[5] 刘洪亮，王蓓．浅议武器装备全寿命管理[J]．军事经济学院学报，2005，12（4）：50－52．

[6] 刘晓春，陈英武.价值工程在武器装备寿命周期费用控制中的运用研究[J].价值工程，2006（10）：54-56.

[7] 倪明仿，郭小亮，张海，等．基于全寿命管理的装备资源节约战略研究[J]．资源科学，2010，32（7）：1350－1353．

[8] 姜益民，马骏.变压器的全寿命周期成本分析[J].变压器，2006，43（12）：30-35.

[9] 郭基伟，谢敬东，唐国庆.电力设备管理中的寿命周期费用分析[J].高电压技术，2003，29（4）：13-15，37.

[10]胡琦忠.工程结构全寿命周期设计理论的核心指标研究[D].杭州：浙江大学，2009.

[11]路石俊，李翔.基于盲数理论的变电站工程全寿命周期成本估算[J].电网技术，2010，34（3）：141-145.

Cost effectiveness analysis of complex system based on intelligent modeling

WEI Ning

（Systems Engineering Research Institute,Beijing 100094,China）

In the complex system engineering,as for the whole life cycle cost of complex system effect,an efficient and accurate method for cost/performance modeling and analysis of the selected scheme shall be adopted so that the best system performance is achieved with the lowest life-cycle cost.By using the analysis software,model the security relations,transportation time,transportation costs,maintenance and support resource to make the result more reasonable and effective.The most obvious effect of using the whole life cycle cost effect analysis of complex system based on intelligent modeling is to optimize the scheme under the setting cost requirements,so that the operational availability maximum is founded at the same cost.It effectively solves the problem that the cost-effectiveness of complex systems is difficult to be accurately analyzed.

intelligent modeling;complex system;whole life cycle;cost effectiveness;analysis

TU528

A

1007-2373（2017） 05-0115-04

D OI：10.14081/j.cnki.hgdxb.2017.05.019

2017-03-09

卫宁（1977-），女，高工，zhou_aaa@sina.com.

[责任编辑 杨 屹]