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航空維修保障模式仿真推演關鍵問題研究*

2020-12-02 11:44崔利杰李宗璞
艦船電子工程 2020年10期
關鍵詞:數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)模型建模

丁 剛 崔利杰 張 亮 李宗璞

(1.空軍工程大學防空反導學院 西安 710051)(2.空軍工程大學裝備管理與無人機工程學院 西安 710051)

1 引言

航空維修保障模式,是為確保航空維修保障活動高效實施而形成的標準化的組織體系、運行機制和法規(guī)制度等的總稱[1]。為了系統(tǒng)、客觀、科學地反映航空維修保障模式改革試點運行效果,考慮仿真評估可以模擬現(xiàn)實動態(tài)系統(tǒng),在仿真模型上進行各種試驗,以評估和改善系統(tǒng)性能[2],且具有實施難度小、評估時間周期短、成本低的特點,便于對維修保障模式直觀復現(xiàn)、對比分析、優(yōu)化調(diào)整,提出基于任務的旅(團)級航空維修保障模式全系統(tǒng)、全要素、全流程的仿真推演。本文對航空維修保障模式仿真推演涉及的關鍵問題進行探討,為后續(xù)開展模式改革評估和決策奠定基礎。

2 航空維修保障模式仿真推演的目標與內(nèi)容

2.1 仿真推演的目標

仿真推演以航空兵旅(團)完成一定飛行訓練任務為背景,構(gòu)建維修保障模式業(yè)務相關仿真模型,推演航空兵旅(團)裝備執(zhí)行典型戰(zhàn)訓任務時驅(qū)動的維修保障業(yè)務,目標是完成維修保障能力的評估。通過開展航空裝備維修體制、維修組織結(jié)構(gòu)、維修作業(yè)分工、維修保障流程的分析與設計,維修保障資源配置與優(yōu)化、維修保障能力與保障績效評估等方面的科學研究,支撐機關決策、部隊改革試點任務。

面向以上目標,仿真推演主要解決三個方面的問題,一是航空維修保障模式科學描述問題。從系統(tǒng)工程的角度,依托標準化建模語言,在構(gòu)建航空維修保障模式的“結(jié)構(gòu)模型+流程模型”的基礎上,最終實現(xiàn)采用數(shù)學模型方法描述航空維修保障模式。二是航空維修保障模式預先驗證評估問題。探索航空維修保障模式預先運行、預先驗證、預先評估的技術(shù)手段問題。三是航空維修保障模式方案決策與優(yōu)化問題。依據(jù)綜合仿真評估結(jié)果數(shù)據(jù)結(jié)合試點實測數(shù)據(jù),建立多目標決策準則與方法,實現(xiàn)航空維修保障模式備選方案優(yōu)選。通過對模型輸入?yún)?shù)進行敏感性分析或探索性分析,找出航空維修保障模式運行的薄弱環(huán)節(jié),優(yōu)化生成更合理的航空維修保障模式方案。

2.2 仿真推演的內(nèi)容

仿真推演三個問題的解決,核心是描述維修作業(yè)分工以輔助分工優(yōu)化、體現(xiàn)維修專業(yè)劃分以輔助專業(yè)調(diào)整、刻畫維修保障機制以輔助機制完善、展現(xiàn)維修管理體系以幫助體系重塑。例如維修作業(yè)分工對“機組放飛負責、技術(shù)保障派工”如何進行描述,專業(yè)劃分對“機械、特設專業(yè)融合”如何進行體現(xiàn)等等。因此,仿真推演基本實體應當包括組織架構(gòu),裝備任務、裝備系統(tǒng)、保障系統(tǒng)、保障行為五個組成部分。仿真推演實體內(nèi)容及組成如表1所示。

表1 仿真推演實體內(nèi)容及組成

3 航空維修保障模式仿真推演模型構(gòu)建

3.1 仿真推演概念模型

表2 仿真推演概念模型及描述內(nèi)容

概念模型是為解釋問題域而建立的模型,是連接需求和仿真系統(tǒng)的橋梁,能夠解決領域?qū)<遗c技術(shù)人員之間的溝通難題,具有各方面都易于理解的描述方法和表達方式,包括假設、算法、特性、關系和數(shù)據(jù)等[3~5]。針對仿真推演的目標與內(nèi)容,從航空維修保障涉及的“人、機、料、法、環(huán)”全流程的實體與業(yè)務抽象提煉出五大類概念模型。組織是維修保障的實施起點,組織模型描述各級建制單位、維修組織和倉儲組織等實體及其能力;任務是維修保障的效能指向,任務模型描述飛行訓練任務、任務科目以及任務階段,用來驅(qū)動裝備的動用;裝備是維修保障的作用對象,裝備系統(tǒng)模型描述裝備硬件組成、結(jié)構(gòu)關系及不同粒度的硬件可靠性模型;保障系統(tǒng)模型描述維修保障仿真所需要資源及資源之間的關系,是組織的靜態(tài)能力體現(xiàn);保障行為模型描述實施維修保障的典型維修和供應活動。仿真推演概念模型及描述內(nèi)容如表2所示。

3.2 仿真推演數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)建模是為了詳細說明信息系統(tǒng)需求而進行的描述系統(tǒng)信息結(jié)構(gòu)和捕獲業(yè)務規(guī)則的過程,其目的是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有效信息[6]。推演數(shù)據(jù)模型構(gòu)建包括數(shù)據(jù)表模型設計和數(shù)據(jù)交互模型設計。

3.2.1 數(shù)據(jù)表模型

從航空維修保障模式概念模型出發(fā),數(shù)據(jù)模型分為五大類,包括組織數(shù)據(jù)模型、任務數(shù)據(jù)模型、裝備數(shù)據(jù)模型、保障系統(tǒng)模型和保障行為模型。組織數(shù)據(jù)模型表存儲組織機構(gòu)、組織下轄裝備、人員和資源等數(shù)據(jù),包括組織機構(gòu)表、組織裝備表、組織人員表、組織資源表,組織數(shù)據(jù)模型如圖1所示。

任務數(shù)據(jù)模型中,日常訓練任務由不同的飛行科目組成,飛行科目分解為若干飛行階段,任務飛機按照一定的出動策略來選派。因此,任務數(shù)據(jù)模型表存儲任務基本信息、組成任務的科目、組成科目的階段和飛機出動策略等數(shù)據(jù),包括任務數(shù)據(jù)表、科目數(shù)據(jù)表、階段數(shù)據(jù)表和出動策略數(shù)據(jù)表等。任務數(shù)據(jù)模型如圖2所示。

裝備數(shù)據(jù)模型中,以任務飛機為建模對象,抽取觸發(fā)維修保障裝備行為的關鍵屬性項,關聯(lián)與飛機對應的專責制放飛小組和派工制的技術(shù)保障小組。飛機結(jié)構(gòu)建模粒度隨著仿真推演層次深入與范圍擴大而不斷更新。數(shù)據(jù)模型表存儲飛機基本信息、構(gòu)成飛機的系統(tǒng)、組成系統(tǒng)的構(gòu)件和系統(tǒng)(構(gòu)件)的保障性信息等數(shù)據(jù),包括飛機數(shù)據(jù)表和飛機結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表等。裝備數(shù)據(jù)模型如圖3所示。

圖1 組織數(shù)據(jù)模型

圖2 任務數(shù)據(jù)模型

圖4 保障行為數(shù)據(jù)模型

保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型表存儲保障系統(tǒng)的裝備車間屬性、車間保障設施、保障設施工位、工位配置人員、工位設備、消耗的備品備件、使用的四站裝備、消耗的備品備件、放飛機組信息、技術(shù)保障組信息以及保障資料等數(shù)據(jù),包括裝備車間數(shù)據(jù)表、保障設施數(shù)據(jù)表、保障工位數(shù)據(jù)表、保障人員數(shù)據(jù)表、保障設備數(shù)據(jù)表、四站裝備數(shù)據(jù)表、備品備件數(shù)據(jù)表、放飛小組表、技術(shù)保障小組表、保障資料數(shù)據(jù)表等。

保障行為數(shù)據(jù)模型中,將維修保障分為維修和供應兩種行為,包括預防性維修、修復性維修和戰(zhàn)損搶救搶修三種工作。保障行為數(shù)據(jù)模型表包括保障任務表、保障活動表和保障事件表,保障任務表存儲保障任務基本信息、組成任務的保障活動以及事件。保障行為數(shù)據(jù)模型如圖4所示。

3.2.2 數(shù)據(jù)關系模型

數(shù)據(jù)關系模型是一組關系模式的集合,關系模型將實體、屬性和聯(lián)系轉(zhuǎn)換為關系模式,在轉(zhuǎn)化過程中,遵循文獻[7~9]提出的基本原則。在數(shù)據(jù)表模型的基礎上,建立數(shù)據(jù)之間的訪問關系模型,包括建立組織數(shù)據(jù)、任務數(shù)據(jù)、裝備數(shù)據(jù)、保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)和保障行為數(shù)據(jù)之間的交互與訪問模型。

3.3 仿真推演評估指標模型

為達成仿真推演的目標,完成評估優(yōu)化并提出決策建議,構(gòu)建飛機維修保障模式評估指標模型尤為重要,應綜合考慮作戰(zhàn)和訓練需求、維修質(zhì)量安全要求,兼顧維修保障人力使用效益,系統(tǒng)、客觀、科學地反映維修保障模式運行情況。按照仿真計算可達、戰(zhàn)訓任務牽引、保證維修質(zhì)量、促進效益提升和裝備狀態(tài)可見的思路,參照文獻[10~12]的指標構(gòu)建邏輯與原則確定仿真推演評估指標模型。通過對航空兵旅(團)裝備使用與保障過程的模擬,針對仿真推演輸出的指標數(shù)據(jù),對比、分析、確定敏感性指標,為評估保障能力提供支撐。仿真推演評估指標模型如圖5所示。

仿真推演評估指標模型由戰(zhàn)訓保障指標、維修質(zhì)量指標、維修保障指標和裝備基礎指標四大類構(gòu)成,戰(zhàn)訓保障能力指標反映戰(zhàn)訓保障能力和保障人機比;維修質(zhì)量指標反映維修責任問題和故障預防能力;維修保障指標反映維修效率、專業(yè)工作均衡性和人員利用率;裝備基礎指標反映裝備狀態(tài)和裝備RMS水平。通過指標的綜合分析,可以挖掘影響航空裝備保障能力和保障效能的瓶頸因素并探索解決方案,優(yōu)化部隊裝備維修保障模式。

4 航空維修保障模式仿真推演平臺設計

4.1 仿真推演平臺技術(shù)要求

仿真推演平臺應針對航空兵旅(團)裝備維修保障模式,開發(fā)維建模仿真模塊、仿真推演計算模塊、仿真分析評估模塊、仿真可視化模塊和仿真支撐管理模塊。建模仿真模塊,應支持仿真推演概念模型和實驗模型構(gòu)建,具備任務系統(tǒng)、組織系統(tǒng)、裝備系統(tǒng)、保障系統(tǒng)、保障行為過程建模能力;仿真推演計算模塊,應具有執(zhí)行大規(guī)模仿真計算的能力,支持仿真進程控制、仿真參數(shù)調(diào)整;仿真分析評估模塊,應具有保障模式評估能力,支撐指標統(tǒng)計和分析評估等功能;仿真可視化模塊,應具備保障模式三維可視化演示能力,支撐航空裝備保障業(yè)務場景建模、仿真場景監(jiān)控等功能;仿真支撐管理模塊,應具備維修保障模式設計能力,支撐實驗設計和模式方案管理,應至少具備三個以上模式方案管理能力。

圖5 仿真推演評估指標模型

4.2 仿真推演平臺功能要求

仿真推演平臺應借助于分布式計算機和高速網(wǎng)絡平臺,以仿真推演模型為核心,對裝備維修保障模式、運行過程及運行結(jié)果進行建模、推演和分析,以評價和優(yōu)化裝備維修保障組織機構(gòu)、人員、維修器材、設備等方面對裝備保障能力的影響。根據(jù)上述仿真技術(shù)要求,推演平臺功能模塊至少包括保障模式建模仿真模塊、保障模式仿真推演計算模塊、保障模式仿真分析評估模塊、保障模式仿真可視化模塊和保障模式仿真支撐管理模塊等。

以航空裝備維修保障模式建模仿真模塊為例,提供組織建模工具、裝備任務建模工具、裝備系統(tǒng)建模工具、保障系統(tǒng)建模工具和保障行為建模工具,應能夠支持組成關系圖、列表、流程圖等模型要素的構(gòu)建,能夠靈活表達仿真實體的屬性、行為、關系、交互及規(guī)則等,能夠?qū)碗s保障行為進行完整定義。

5 結(jié)語

航空維修保障模式仿真推演是維修保障模式評估優(yōu)化的重要定量方法,本文首先明確了航空維修保障模式仿真推演的目標與主要內(nèi)容;其次,沿著“模型-數(shù)據(jù)-指標”的思路,著重構(gòu)建了航空維修保障模式仿真推演的概念模型、數(shù)據(jù)模型和評估指標模型;最后,提出了航空維修保障模式仿真推演平臺的技術(shù)要求和功能要求,這些關鍵問題的探討和深入分析,為后續(xù)開展航空維修保障模式改革評估與決策優(yōu)化奠定了一定的基礎。

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