面向任务的武器装备综合保障规划建模与仿真研究夏旻阎晋屯刘磊(海军装备研究院，北京100073，中国)摘要：先进的建模与仿真技术已成为提高装备战备完好性和装备保障费效比的有效手段。

本文首先介绍了武器装备保障规划的基本要素和过程，对国外当前先进的装备综合保障建模与仿真理论、方法和软件的发展进行了深入分析，在此基础上重点从任务建模、系统建模、保障资源建模以及维修活动建模等视角对装备综合保障建模与仿真方法进行了研究。

关键词：综合保障建模仿真任务剖面维修1．概述以计算机技术、通信技术与网络技术为主要标志的现代信息技术的发展，推动着新型装备向电子化、数字化、智能化发展，大型复杂的装备不断地涌现，使得装备作战效能的发挥更加依赖于装备的保障能力，装备保障问题愈来愈受到世界各国的关注。

装备综合保障是在装备的寿命周期内，为满足系统战备完好性要求，降低寿命周期费用，综合考虑装备的保障问题，确定保障性要求，进行保障性设计，规划并研制保障资源，及时提供装备所需保障资源的一系列管理和技术活动。

它的主要任务包括：以保障要求影响装备设计；确定最佳的保障性要求；获得所需的保障资源；提供经济有效的保障。

它是在装备研制时研究如何处理与保障有关问题的一门工程学科，是在装备设计中综合规划所需的保障问题，它的最终目标是，以可以承受的寿命周期费用，在装备部署部队的同时，提交与装备配套的保障资源，建立保障系统，及时形成作战能力，满足装备系统的战备完好性和任务成功性要求。

武器装备综合保障规划是在未来一定的规划期内，通过相对稳定的策略、措施和途径来充分利用为武器装备综合保障所可能投入的资源，以达到预期的武器装备综合保障目标。

武器装备综合保障规划建模与仿真研究就是用仿真的方法和手段研究装备综合保障规划，研究系统的可用性、可靠性和可维修性以及系统的效能和寿命周期费用。

2．综合保障的组成要素综合保障作为一个专业工程，包括若干组成部分。

GJB 3872给出了综合保障的9个组成部分：（1）维修规划：从确定装备维修方案到制定装备维修保障计划的工作过程。

（2）人力和人员：平时和战时使用与维修装备所需人员的数量、专业及技术等级。

（3）供应保障：规划、确定并获得备件、消耗品的过程。

（4）保障设备：使用与维修装备所需的设备，包括测试设备、维修设备、试验设备、计量与校准设备、搬运设备、拆装设备、工具等。

（5）技术资料：使用与维修装备所需的说明书、手册、规程、细则、清单、工程图样等的统称。

（6）训练与训练保障：训练装备使用与维修人员的活动与所需的程序、方法、技术、教材和器材等。

（7）计算机资源保障：使用与维修装备中的计算机所需的设施、硬件、软件、文档、人力及人员。

（8）保障设施：使用与维修装备所需的永久性和半永久性的建筑物及其配套设备。

（9）包装、装卸、存储和运输：为保证系统和设备及其保障设备、备件得到良好的包装、装卸、贮存和运输所需的程序、方法和资源等。

美军原来的“综合后勤保障”还包括设计接口要素。

所谓设计接口，一方面就是后勤保障影响设计，使得“将与后勤保障有关的完好性、作战能力、系统通用性和保障性设计参数纳入系统和设备的设计中”，从而实现系统的固有保障性；另一方面装备设计影响后勤保障设计，即后勤保障设计满足装备设计要求，使装备能得到良好的保障资源。

3．国内外研究情况3.1国外在综合保障工程领域的发展趋势3.1.1综合化随着科学技术的快速发展，各种技术相互渗透、相互影响，特别是CAD技术和IPPD的广泛应用，全面促进了现代武器装备设计、制造、维修和保障过程的综合化，出现了多学科综合设计，即充分利用多学科（各子系统）之间的相互作用所产生的协同效应获得整体性能最优的装备。

3.1.2信息化利用当今快速发展的数字化通信、网络传输等信息技术来完善综合保障管理、改造现用的后勤保障体系，已成为一条必由之路，如美国的持续采办和寿命周期保障（CALS）策略、交互式电子技术手册等。

3.1.3仿真化建模仿真与虚拟现实技术在综合保障领域的应用具有广阔的前景。

它不仅可用于RMS的指标论证、方案权衡、分析与设计，还可用于RMS的试验验证与评价。

3.1.4智能化计算机技术的飞快发展促使人工智能技术在各种武器装备的发展中得到广泛应用，使各种系统具有在任务、环境等变化产生的复杂状态下靠系统自身完成规定功能的能力，实现智能化。

3.2国外综合保障建模与仿真情况以美军为例，他们不但重视在新装备研制阶段进行综合保障研究，而且注重对装备部署后的使用与维修保障进行研究、收集、分析装备使用和维修数据，对现役装备保障资源进行优化配置，已研制出一些保障资源优化分析工具和系统可靠性、维修性、保障性评估工具。

主要模型包括：（1）OPUS10：OPUS10是由瑞典系统与后勤工程公司（SYSTECON）开发的一个多功能计算机仿真模型，它可以用来解决与后勤相关的各种问题，如后勤方案、后勤费用、系统可用度等。

它是能够在备选的后勤保障机构、系统设计参数、维修策略、库存策略、商业利益等问题之间进行权衡的研究与决策工具。

（2）SIMLOX：SIMLOX模型是动态蒙特卡洛仿真模型，对装备实际运行环境和保障体系进行仿真，以实现在装备正式运行前，发现问题和缺陷、瓶颈，并进行更正。

SIMLOX模拟并分析复杂的使用和后勤保障方案，支持对战备完好性和系统使用保障的相关投资之间的定量权衡。

国外综合保障建模与仿真的特点有：（1）以对武器系统及其后勤保障系统的建模为核心；（2）以系统的可用度、寿命周期费用、资源的利用率、任务的成功率等系统总体指标作为评价系统备选方案优劣的关键参数；（3）面向复合型对象系统的建模与仿真；（4）重视模型的标准化。

3.3国内情况我国从80年代引进了国外“综合后勤保障”理论，我国的军事装备研究机构对西方各国装备综合保障研究情况进行了长期的跟踪、学习，同时结果国内装备实际进行了大量的研究，取得了较大的成绩。

由于装备综合保障是贯穿于装备研制与使用、保障全过程的重要任务，涉及装备发展的思想观念、政策法规、编制体制和运行机制以及多种技术的综合性活动，综合保障的确立和时间需要一个相当长的过程。

总体来说，综合保障在我国还处于初期阶段，发展很不平衡。

在综合保障建模方面，国内对于具体的武器装备建立了保障模型，但是还没有通用化、成熟的建模与仿真模型。

4．武器装备综合保障规划建模与仿真4.1任务建模任务建模以对装备系统的使用想定、使用方案为建模描述对象，以适当的形式表现任务的发生、任务剖面、任务内容、任务时间、任务约束、任务成功条件以及任务执行中突发事件的处理等。

任务是驱动仿真中各种活动的主要力量。

对任务的建模水平将直接影响仿真系统与真实使用环境的逼真程度，直至影响到模型的仿真结果。

任务剖面是系统在完成任务这段时间内所经历的时间和环境的时序描述，其中包括任务成功或致命性故障的判断准则。

任务周期以任务作业区域思想为基础，任务周期可以划分为出发、工作、返回三个阶段，如图1所示。

一个任务总是从出发阶段开始，到达作业区域，然后进入工作阶段，直到返回基地为止。

图1 任务周期4.2系统建模系统建模是对构成装备的各个系统、部件进行保障领域视图的描述。

从保障性的观点而言，每个系统都是有许多可更换产品组成的，每个产品又是由更小的可更换部件组成，这样分解下去可以定义出一个完整的系统层次结构。

产品大致可分为六类，其关系如图2所示。

（1）现场可更换单元（LRU）（2）车间可更换单元（SRU）（3）部分可修现场可更换单元（PRU）（4）部分可修车间可更换单元（SPRU）（5）可报废单元（DU）（6）可报废部件（DP）图2 系统和产品关系图现有的仿真模型对系统的建模深度根据其用途各有不同，但一般也能达到LRU和SRU级。

通常采用可靠性建模技术作为描述手段，图3以飞机为例，给出了系统结构简单描述的示例。

对于模型而言，通用化的模型，不但需要以每个LRU/系统的可靠性参数、维修性参数作为输入条件，而且需要输入与存在逻辑联系的LRU/系统的串、并联关系，从而可以依据输入，实现系统模型的调整，能够适用于不同的机型。

图3 系统模型系统在执行任务过程中会发生故障和损伤，任务结束后系统被送到中转站去进行检修，以查明是否存在故障和损伤。

故障的系统被送去维修，维修任务同时得到建立，没有故障的系统返回工作单元里，等待下一次任务的执行，如图4。

图4 任务执行每一个系统均属于某个工作单元，一个工作单元可包括多个系统。

根据对工作单元定义的任务剖面，相应的系统去执行相应的任务。

任务、任务剖面、系统、单元关系如图5。

图5 任务、任务剖面、系统、单元关系图4.3保障资源建模4.3.1维修资源维修资源的有限性是仿真模型的核心，维修资源的供应及调度的建模是仿真中一个很关键的问题，主要涉及对各种维修资源的分类、定量、配置和优化。

维修资源建模要考虑装备使用部门的编制体制、装备的维修体制和维修策略、维修机构的级别、数量、地理位置和相互之间的关系等，特别是多级别的装备维修体制等。

维修资源主要分为维修备件、维修人员、维修设施设备、维修技术资料。

对于备件而言，可以采用库存模型，备件的周转周期是其主要的数字特征；对于维修设施设备，尤其是小比例配备的一些工具设备，由于在使用中存在着竞争使用问题，可以采用排队论模型来描述。

图6描述了维修资源调度过程。

图6 维修资源调度模型4.3.2保障组织除了维修资源外，保障资源还有保障组织。

保障组织包括车间、仓库等，统称为站点。

保障组织根据储存能力和维修能力可以划分为：（1）车间：具有产品维修能力而没有备件储存能力；（2）基地：既有备件储存能力又有产品维修能力；（3）仓库：具有备件储存能力而没有产品维修能力；（4）使用现场：既没有备件储存能力也没有产品维修能力。

4.4使用与维修活动建模对使用与维修保障活动进行建模，是综合保障仿真的最关键的一步，这一工作需要对系统中可能发生的各种类型的使用与维修活动进行描述，对不同维修保障活动中的具体维修活动、涉及的维修资源以及活动顺序等，采用过程建模方法进行描述。

将保障装备的使用与维修工作区分为各种工作类型和分解为作业步骤进行详细分析，以确定工作频度、工作间隔、工作时间，需要的备件、保障设备、保障设施、技术资料，各维修级别所需的人员数量、维修工时及技能等要求。

维修活动可以分为预防性维修和修复性维修。

武器装备需要不断地进行预防性维修，以减少故障的发生，保持其可用状态，通过修复性维修对发生故障后的武器装备进行修复，以恢复其可用状态。

这一状态如图7所示。

图7 状态转移过程这一过程就描述了武器装备的使用及维修过程，武器装备使用及维修中的一切活动都是围绕着这一状态转移过程的，是武器装备维修及可用性仿真的总体模型，是仿真运行的基本控制框架。