周廣慶 王 睿

(91315部隊(duì)1) 大連 116041)(海軍工程大學(xué)兵器工程系2) 武漢 430033)

1 引言

魚(yú)雷裝備是海軍的主戰(zhàn)武器裝備,其作戰(zhàn)性能是制約戰(zhàn)斗力的重要因素。魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程是將魚(yú)雷裝備由從儲(chǔ)存狀態(tài)經(jīng)分解、測(cè)試、組裝等一系列保障環(huán)節(jié)后轉(zhuǎn)化為一級(jí)戰(zhàn)斗使用狀態(tài)的過(guò)程,其目的主要是確保魚(yú)雷裝備的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)性能的可靠性。該過(guò)程包含多個(gè)保障環(huán)節(jié),涉及多個(gè)保障專(zhuān)業(yè),保障過(guò)程復(fù)雜。由于保障設(shè)備配置不合理,個(gè)別保障環(huán)節(jié)往往成為制約技術(shù)準(zhǔn)備保障效率的瓶頸。因此,在技術(shù)準(zhǔn)備作業(yè)的作業(yè)組織、保障方案擬制等工作中,需要對(duì)技術(shù)保障部隊(duì)完成魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備任務(wù)的能力和各保障環(huán)節(jié)保障設(shè)備配置的合理性進(jìn)行評(píng)估。

目前,對(duì)裝備技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程進(jìn)行分析的研究很少,主要是基于導(dǎo)彈裝備,多數(shù)研究是利用交叉網(wǎng)絡(luò)作業(yè)法[1]和網(wǎng)絡(luò)作業(yè)圖[2～3]等方法對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)分析,建模過(guò)程復(fù)雜,分析難度大。由于魚(yú)雷的技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜、隨機(jī)動(dòng)態(tài)離散事件系統(tǒng),保障環(huán)節(jié)之間相互依存,相互制約,各保障環(huán)節(jié)的保障時(shí)間隨機(jī)波動(dòng),靜態(tài)的分析方法很難有效對(duì)其進(jìn)行建模,需要通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行假設(shè)來(lái)簡(jiǎn)化上述隨機(jī)因素,利用這些方法難以對(duì)技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。

本文提出運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真方法對(duì)魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程進(jìn)行研究。在對(duì)魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程分析的基礎(chǔ)上,以美國(guó)Imagine That公司研制的離散事件仿真軟件(EXTEND)為仿真平臺(tái),建立了該保障過(guò)程的仿真模型。通過(guò)從系統(tǒng)整體、保障環(huán)節(jié)、裝備實(shí)體等角度出發(fā)進(jìn)行多層面的仿真分析,可以得到規(guī)定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)準(zhǔn)備完成的裝備數(shù)量、規(guī)定任務(wù)需要的準(zhǔn)備時(shí)間、各保障環(huán)節(jié)的排隊(duì)長(zhǎng)度、裝備實(shí)體的技術(shù)準(zhǔn)備周期等技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程的一些重要指標(biāo),進(jìn)而評(píng)價(jià)該保障系統(tǒng)的保障能力和保障資源配置的合理性,找出制約技術(shù)準(zhǔn)備效率的瓶頸,并加以改進(jìn),從而達(dá)到提高魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備能力的目的。

2 魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程分析

魚(yú)雷裝備實(shí)體從儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)開(kāi)始,在運(yùn)抵技術(shù)準(zhǔn)備陣地后,由魚(yú)雷技術(shù)保障部隊(duì)在拆解服務(wù)臺(tái)將其拆解成動(dòng)力段、控制段、引信段三個(gè)待檢段,各待檢段被分送到相應(yīng)檢測(cè)服務(wù)臺(tái)利用檢測(cè)儀進(jìn)行檢查、測(cè)試,檢測(cè)合格段進(jìn)入組裝服務(wù)臺(tái)等待組裝,不合格段則進(jìn)入修理服務(wù)臺(tái)進(jìn)行檢修,修理完畢后重新進(jìn)行檢測(cè)。組裝完畢后進(jìn)行燃料加注和電池充電,最后經(jīng)過(guò)綜合測(cè)試合格后交付作戰(zhàn)使用單位。魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程如圖1所示。

圖1 魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程

由圖1可見(jiàn),各技術(shù)準(zhǔn)備保障環(huán)節(jié)成串行關(guān)系,緊密聯(lián)系,相互依存。若任一保障環(huán)節(jié)保障能力有限,都將制約整個(gè)技術(shù)準(zhǔn)備的保障效率。而在各保障環(huán)節(jié)中,保障設(shè)備的配置是決定該保障環(huán)節(jié)保障能力的關(guān)鍵。

3 基于EXTEND的魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備仿真建模

魚(yú)雷及其各段部件驅(qū)動(dòng)著整個(gè)魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程的進(jìn)行,因此,魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程是典型的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。本文基于離散事件仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)EXT END對(duì)魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程進(jìn)行仿真建模。EXT END以Modl-c為仿真語(yǔ)言,支持離散事件仿真、連續(xù)事件仿真和混合事件仿真,通過(guò)對(duì)軟件中各模塊的組合連接構(gòu)建仿真模型[4]。同時(shí),EXTEND支持層次化建模,使仿真模型更加簡(jiǎn)潔易懂。魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程主要包括到達(dá)模型、拆解模型、檢測(cè)模型、組裝模型、加注充電模型。

1)到達(dá)模型

魚(yú)雷裝備實(shí)體和燃料實(shí)體從儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)到技術(shù)準(zhǔn)備陣地的過(guò)程是單個(gè)隨機(jī)到達(dá)的,相鄰兩個(gè)實(shí)體之間的時(shí)間間隔服從隨機(jī)分布。

2)拆解模型

圖2 拆解過(guò)程仿真模型

魚(yú)雷裝備在進(jìn)入拆解服務(wù)臺(tái)后首先進(jìn)入拆解隊(duì)列進(jìn)行排隊(duì),若拆解設(shè)備空閑,則將魚(yú)雷總體拆解為動(dòng)力段、控制段和引信段,否則在隊(duì)列等待,排隊(duì)規(guī)則為先到先服務(wù)(FIFO),拆解服務(wù)時(shí)間服從于隨機(jī)分布,魚(yú)雷裝備在拆解過(guò)程仿真模型如圖2所示。

圖3 檢測(cè)過(guò)程仿真模型

3)檢測(cè)模型

在檢測(cè)過(guò)程中,不合格部件或裝備將被送去維修,維修完畢后將被重新檢測(cè),檢測(cè)合格后進(jìn)入下一步技術(shù)準(zhǔn)備活動(dòng),整體檢測(cè)合格后,魚(yú)雷裝備實(shí)體離開(kāi)技術(shù)保障陣地,各檢測(cè)臺(tái)的技術(shù)檢測(cè)持續(xù)時(shí)間服從隨機(jī)分布。檢測(cè)服務(wù)過(guò)程和故障件檢修排隊(duì)服務(wù)規(guī)則為先到先服務(wù)(FIFO),魚(yú)雷檢測(cè)過(guò)程仿真模型如圖3所示。整個(gè)技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程共有動(dòng)力段、控制段、引信段和整體檢測(cè)4個(gè)檢測(cè)臺(tái)。裝備的狀態(tài)Sj根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)服從經(jīng)驗(yàn)分布,j=1,2,3分別為動(dòng)力段、控制段、引信段,j=4為魚(yú)雷總體,裝備的狀態(tài)Sj如式(1)所示。

其中Pj為j#檢測(cè)臺(tái)檢測(cè)軍械裝備不合格的概率,Sj=1表示裝備合格,Sj=0表示裝備不合格。

4)組裝模型

在組裝過(guò)程中,檢測(cè)合格的動(dòng)力段、控制段和引信段進(jìn)入組裝服務(wù)臺(tái)組裝為魚(yú)雷總體,排隊(duì)規(guī)則為先到先服務(wù)(FIFO),組裝服務(wù)時(shí)間服從于隨機(jī)分布,魚(yú)雷裝備組裝過(guò)程仿真模型如圖4所示。

圖4 組裝過(guò)程仿真模型

5)加注充電模型

加注充電過(guò)程與組裝模型有些類(lèi)似,主要是將燃料與魚(yú)雷總體進(jìn)行組裝,并進(jìn)行燃料加注服務(wù)和充電服務(wù),排隊(duì)規(guī)則為先到先服務(wù)(FIFO),加注充電服務(wù)時(shí)間服從于隨機(jī)分布,具體模型不再詳述。

將上述模型進(jìn)行層次化集成,并按照魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備的實(shí)際的作業(yè)過(guò)程關(guān)系,建立了魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程仿真模型,如圖5所示。

圖5 魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程仿真模型

4 魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程仿真分析

基于魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程的仿真模型不僅使技術(shù)保障決策者可以對(duì)魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備流程有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí),而且可以通過(guò)仿真定量分析,找出保障瓶頸,對(duì)保障過(guò)程進(jìn)行調(diào)整改進(jìn),提高保障效率。本文根據(jù)部隊(duì)實(shí)際情況,提出了魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程仿真分析步驟。

4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

4.1.1 仿真運(yùn)行方式確定

由于魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程仿真模型涉及保障時(shí)間的隨機(jī)波動(dòng)等隨機(jī)因素,一次仿真試驗(yàn)只能在隨機(jī)變量抽樣值的基礎(chǔ)上得到一個(gè)結(jié)果樣本,難以對(duì)技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。因此,本文基于Monte-Carlo方法對(duì)仿真模型進(jìn)行Nrun次仿真統(tǒng)計(jì)試驗(yàn),通過(guò)結(jié)果樣本集估計(jì)相應(yīng)的評(píng)價(jià)參數(shù)。

4.1.2 仿真終止條件確定

技術(shù)保障決策者主要關(guān)心兩個(gè)問(wèn)題:一是在給定任務(wù)時(shí)間內(nèi)能夠完成技術(shù)準(zhǔn)備的魚(yú)雷的數(shù)量;二是完成給定技術(shù)準(zhǔn)備的魚(yú)雷的數(shù)量需要多少時(shí)間。仿真目的不同,仿真的終止條件也不同,對(duì)于前者仿真在達(dá)到任務(wù)時(shí)間 Tm時(shí),仿真終止,統(tǒng)計(jì)仿真結(jié)果,而對(duì)于后者則需要在完成任務(wù)數(shù)量Nm的條件下,仿真才能夠終止。針對(duì)不同保障目的,需要選擇相應(yīng)的仿真終止方式。

4.1.3 仿真評(píng)價(jià)指標(biāo)確定

為了能夠科學(xué)評(píng)價(jià)和分析技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程,本文從系統(tǒng)宏觀和保障環(huán)節(jié)、裝備實(shí)體的微觀出發(fā)進(jìn)行多層面的仿真分析,選取規(guī)定時(shí)間Tm內(nèi)技術(shù)準(zhǔn)備完成的裝備平均數(shù)量Nmr和規(guī)定完成任務(wù)數(shù)量Nm需要的平均時(shí)間Tmr作為技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程總體評(píng)價(jià)指標(biāo),其中,Nmr和Tmr的選取要根據(jù)上節(jié)的保障目的來(lái)進(jìn)行選取。選取各保障設(shè)備的平均排隊(duì)等待長(zhǎng)度Li和平均利用率ui、裝備實(shí)體的平均技術(shù)準(zhǔn)備周期Tcycle作為技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程的微觀評(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)綜合總體評(píng)價(jià)指標(biāo)和微觀評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)對(duì)魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程進(jìn)行仿真評(píng)價(jià)。

4.2 仿真結(jié)果分析

對(duì)仿真模型進(jìn)行Nrum次仿真統(tǒng)計(jì)運(yùn)行,得到規(guī)定時(shí)間Tm內(nèi)技術(shù)準(zhǔn)備完成的裝備數(shù)量Nmr等仿真統(tǒng)計(jì)結(jié)果。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析,可以將仿真總體結(jié)果與保障目標(biāo)要求進(jìn)行比較,若仿真結(jié)果不能達(dá)到要求,則通過(guò)保障設(shè)備的平均排隊(duì)等待長(zhǎng)度Li和平均利用率ui兩個(gè)微觀指標(biāo)進(jìn)行分析,對(duì)Li和ui過(guò)高的保障設(shè)備,可確定為瓶頸環(huán)節(jié),對(duì)第i號(hào)保障設(shè)備的數(shù)量進(jìn)行調(diào)整,通過(guò)增加第i號(hào)保障設(shè)備,提高該保障環(huán)節(jié)的保障效率,并根據(jù)調(diào)整好的參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的仿真評(píng)估,分析是否滿(mǎn)足要求,若仍不滿(mǎn)足則按上述方法反復(fù)進(jìn)行,直到達(dá)到保障目標(biāo)為止。

5 應(yīng)用實(shí)例

為了驗(yàn)證魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備仿真模型的有效性,以某型魚(yú)雷裝備為例,基于該仿真模型進(jìn)行實(shí)例分析。該型魚(yú)雷裝備技術(shù)保障部隊(duì)需要在3天時(shí)間內(nèi)完成60個(gè)一級(jí)雷的技術(shù)準(zhǔn)備工作。待檢魚(yú)雷總體和燃料進(jìn)入技術(shù)保障過(guò)程的間隔時(shí)間均服從于正態(tài)分布,分布參數(shù)為(60,10),保障設(shè)備的仿真輸入?yún)?shù)如表1所示。

通過(guò)仿真運(yùn)行1000次,得到仿真統(tǒng)計(jì)結(jié)果,如表2所示。

從表2可以得出,技術(shù)準(zhǔn)備平均完成數(shù)量較保障要求相差甚遠(yuǎn),通過(guò)分析各保障設(shè)備的評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)動(dòng)力段、控制段和引信段的平均等待長(zhǎng)度和平均利用率均很高,而其它設(shè)備在這兩個(gè)指標(biāo)上卻處于很低的水平,其主要原因是它們的服務(wù)時(shí)間相比其他保障設(shè)備要長(zhǎng)很多。因此,這三個(gè)保障環(huán)節(jié)是整個(gè)技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程的瓶頸,需要通過(guò)調(diào)整保障設(shè)備配置來(lái)提高保障能力。調(diào)整后的保障設(shè)備方案如表3所示。

對(duì)調(diào)整后的保障設(shè)備方案進(jìn)行1000次仿真運(yùn)算,得到該保障方案下的仿真統(tǒng)計(jì)結(jié)果,如表4所示。

表1 保障設(shè)備仿真輸入數(shù)據(jù)

表2 仿真統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表3 調(diào)整后的保障設(shè)備方案

表4 調(diào)整后的保障設(shè)備方案下的仿真統(tǒng)計(jì)結(jié)果

通過(guò)表4說(shuō)明,調(diào)整后的保障設(shè)備方案下的技術(shù)準(zhǔn)備平均完成數(shù)量為64.302,達(dá)到了預(yù)期的保障要求。從各保障環(huán)節(jié)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析,可以發(fā)現(xiàn)平均等待長(zhǎng)度均處于較低水平,而平均利用率處于較高水平,說(shuō)明各保障設(shè)備都充分發(fā)揮了各自的保障能力。無(wú)論從技術(shù)準(zhǔn)備總體目標(biāo)來(lái)看,還是從各保障環(huán)節(jié)的微觀評(píng)價(jià)指標(biāo)分析,調(diào)整后的保障設(shè)備方案都是合理的。

6 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程的特點(diǎn),提出了基于計(jì)算機(jī)仿真的方法對(duì)技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程進(jìn)行分析。該方法相比靜態(tài)的分析方法,能夠更準(zhǔn)確地描述魚(yú)雷技術(shù)準(zhǔn)備流程,通過(guò)仿真定量分析,能夠?qū)夹g(shù)準(zhǔn)備流程進(jìn)行有效評(píng)價(jià),通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)和敏感性分析,可以?xún)?yōu)化保障設(shè)備配置,提高技術(shù)保障效能。最后,通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性和實(shí)用性。由于軍械裝備技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程的相似特征,該研究方法可以應(yīng)用于導(dǎo)彈、水雷等類(lèi)似的技術(shù)保障作業(yè)系統(tǒng),根據(jù)裝備的技術(shù)保障流程可以快速構(gòu)建仿真模型,實(shí)現(xiàn)技術(shù)準(zhǔn)備優(yōu)化,提高技術(shù)準(zhǔn)備能力。

[1]邱開(kāi)蘭,張福光.交叉網(wǎng)絡(luò)作業(yè)法的導(dǎo)彈技術(shù)準(zhǔn)備流程優(yōu)化[J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào),2007,22(4):346～346

[2]彭善國(guó),等.導(dǎo)彈技術(shù)準(zhǔn)備網(wǎng)絡(luò)作業(yè)流程優(yōu)化[J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào),2005,20(5):551～555

[3]李明雨,楊萍.網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃在導(dǎo)彈批量測(cè)試中的應(yīng)用[J].兵工自動(dòng)化,2005,24(4):19～21

[4]Krahl D.EXTEND:AN INTERACTIVE SIMULATION TOOL[C]//Proceedings of the 2003 Winter Simulation Conference,2003:188～196

[5]Krahl D.THE EXTEND SIM ULA TION ENVIRONM ENT[C]//Proceedings of the 2001 Winter Simulation Conference,2001:217～225