基于SoSE的装备体系RMS论证方法研究

潘 星¹, 张振宇¹, 张曼丽¹, 张国忠²

(1. 北京航空航天大学可靠性与系统工程学院, 北京 100191;2. 中国船舶工业集团系统工程研究院体系创新中心, 北京 100036)

摘 要: 装备体系可靠性、维修性、保障性(reliability-maintainability-supportability,RMS)是装备体系作战效能发挥的基础。体系工程中需求开发过程从能力要求分析开始,然后进行体系结构建模并基于体系结构给出需求方案。装备体系RMS论证即是对装备体系RMS能力要求进行分析并提出RMS指标,也遵循这一过程。首先,基于SoSE需求开发过程和装备体系特点给出装备体系RMS论证框架。接着,基于质量功能展开方法给出装备体系RMS能力要求分析过程,从装备体系使命任务出发,建立装备体系RMS能力要求映射模型,并提出相应的RMS能力指标求解方法。然后,基于面向RMS的装备体系结构框架,将RMS能力分析得出的初步RMS能力指标作为输入,基于多智能体仿真技术提出美国国防部体系架构驱动的装备体系RMS仿真框架,从而通过仿真权衡论证出最终的装备体系RMS指标。最后,对典型使命任务下的航母装备体系舰载机保障过程进行了案例分析。

关键词: 体系工程; 能力分析; 质量功能展开; 可靠性、维修性、保障性; 体系架构; 多智能体仿真

0 引 言

现代战争的对抗模式已经由系统之间对抗逐渐转变为体系之间的对抗,其中装备体系可靠性、维修性、保障性(reliability-maintainability-supportability,RMS)对装备体系效能发挥提供重要作用^[1-2]。在装备论证中,片面强调装备本身技术性能和维修与保障需求,没有全面考虑到整个装备体系的RMS要求,使得装备体系在使用过程中战备完好率低、备件需求量大种类多、寿命周期费用增加等。因此,在装备体系建设时对装备体系RMS要求进行科学合理的论证是十分必要的。

国内外关于装备体系的研究已经蓬勃开展起来^[3-4],尤其是在装备体系需求工程领域^[5],研究集中在对装备体系需求分析与建模^[6-7],以及装备体系能力分析等方面^[8-9]。装备需求指为了完成作战任务,满足能力需求而对装备提出的使用需求和维修与保障需求^[10],装备论证也即是根据作战要求提出装备需求方案的过程^[11]。不同的是,装备体系论证应以体系工程方法为指导,从体系能力要求分析开始,然后进行体系结构开发并基于体系结构给出需求方案^[12-13]。装备体系能力要求是指为有效完成使命任务,对其应具备的作战能力而提出的要求^[14-15]。在装备体系能力分析基础上,通过开发装备体系结构,建立成员系统间影响关系和任务时序等模型,便可基于体系结构给出相应装备体系需求方案。根据以上分析,装备体系RMS论证完全遵循装备体系需求开发过程,针对装备体系的维修与保障要求,也应对装备体系RMS能力进行分析,并基于装备体系结构提出装备体系的RMS要求。

目前,国内学者针对装备保障已经开展了大量研究^[16],随着体系工程(system-of-systems engineering,SoSE)方法出现^[17],现有研究逐渐延伸到装备保障体系。刘彬等提出了基于美国国防部体系架构(Department of Defense Architectural Framework,DoDAF)的装备保障系统建模过程^[18];张波等提出基于DoDAF的预警探测情报保障体系结构建模方法^[19];尹丽丽等对装备保障体系进行了基于多主体的仿真建模并对其中关键技术进行了研究^[20];高龙等对装备保障体系分布式保障任务分配进行了研究,并进行了多主体仿真^[21]。

参照《中国矿产地质志(江西卷)》(2015)[1]：区内基底地层主要有青白口系周潭岩组(Pt31bz.)，南华系万源岩组(Nh1w.)、上施组(Nh1s)、洪山组(Nh2Z1h)。周潭岩组为一套次深中深变质海泥砂质浊积岩建造，南华系为一套浅海-次深海中深变质火山碎屑岩-泥砂质夹硅铁质-碳酸盐岩建造，均受区域变质作用形成低绿片岩相，主要岩性有变粒岩、片岩、千枚岩、片麻岩等。区域盖层较新，有白垩系石溪组(K2s)、茅店组(K2m)、周田组(K2z)、河口组(K2h)及第三系新余组和头陂组，均为内陆盆地砾岩、砂砾岩、砂岩与粉砂岩、泥岩沉积。第四系为现代河流冲积相及残坡堆积。

以上研究主要针对装备保障体系,没有从装备体系的层面对其RMS进行研究。本文以装备体系为研究对象,以装备体系保障为中心对装备体系RMS论证方法进行了研究,给出了基于质量功能展开(quality function deployment,QFD)的装备体系RMS能力要求分析方法,并将分析得出的RMS指标用于装备体系结构开发和RMS仿真,通过DoDAF驱动的多智能体RMS仿真来论证RMS指标。最后对航母装备体系典型任务下的舰载机保障过程进行了案例分析。

1 装备体系RMS 论证框架

装备体系RMS论证属于装备体系需求分析的范畴。在SoSE中,体系需求开发过程包括能力目标转化、体系结构开发和提出需求方案3个基本步骤^[12]。基于SoSE的需求分析过程,结合现有武器装备的RMS论证程序^[22],以装备体系使命需求为依据,按照“自顶向下”的分解原则对装备体系进行使命任务需求分解,建立装备体系RMS论证框架,如图1所示。

图1 装备system-of-systems RMS论证框架
Fig.1 Demonstration framework of equipment system-of-systems RMS

依据以上框架,装备体系RMS论证基本步骤为:首先对装备体系能力要求进行分析,基于装备体系使命想定,对装备体系RMS能力要求进行分析,形成初步的RMS参数和指标作为装备体系RMS论证的基础;其次,进行装备体系结构分析,针对装备体系维修与保障要求,面向装备体系保障活动进行体系结构建模和分析,在RMS能力要求分析基础上形成装备体系RMS初步要求;最后,生成需求方案,基于体系结构对装备体系RMS要求进行细化并进行仿真权衡,从而形成最终的装备体系RMS要求。由于需求方案生成方法主要采用RMS仿真分析,仿真模型又依赖于装备体系结构模型,因此本文后面章节中,重点针对其中RMS能力要求分析,及装备体系结构建模和RMS仿真进行重点阐述。

2 基于QFD 的装备体系RMS 能力要求分析

2.1 装备体系需求分析框架

采用基于能力的需求分析方法来开展装备体系论证,其出发点在于:在能力层面考察装备体系作战需求时,能力要求作为使命任务的内在需求,具有相对稳定性,当使命任务需求发生变化时,能力需求可部分调整以适应变化^[8,11]。基于能力的装备体系需求分析框架如图2所示。

图2 基于能力的体系需求分析框架
Fig.2 Capability-based equipment system of systems requirements analysis framework

2.2 装备体系RMS 能力要求映射模型

(2) 装备体系RMS仿真建模。根据SV确定智能体类型,根据OV建立相关智能体在其生命周期类的活动模型,由CV得出的装备体系RMS能力指标为智能体仿真提供参数输入;

图3 装备体系RMS能力要求映射模型
Fig.3 Equipment system-of-systems RMS capability requirements mapping model

航母装备体系作战想定为舰载机攻击敌方海岸军事阵地,需要用到的成员系统主要包括:指挥控制系统、舰船武器系统、预警探测系统以及综合保障系统,装备体系中各个成员系统之间逻辑关系可以运用高层概念图(OV₁)来描述,如图7所示。

(1) 最顶层的战略需求来源于战略规划;

(2) 战略层是由装备建设高层决策部门根据战略需求所提出明确的使命要求;

(3) 任务层是由实现具体的战略规划所要完成的关键任务清单所组成;

(4) 能力需求层是根据关键任务清单所获取到的RMS能力需求组成;

(5) 能力层是由RMS能力需求所转化而成的RMS能力组成;

20世纪40年代，美国成为第一个建立起独立董事制度的国家，此后，其他国家纷纷引入，我国引入独董制度晚于美国50年。直至2001年我国证监会才公布了新中国第一个有关独董制度的文件；之后五年公布的新《公司法》确立了独立董事在公司治理中的法律地位；2007年保监会公布了 《保险公司独立董事管理暂行办法》。从此，我国独董制度才逐渐趋于完善。独立董事制度的核心就是独立性。 独立性包括以下四个方面：

(6) 能力指标层是由通过RMS能力分解所得到的RMS能力指标所组成;

(7) 能力方案层由所提供的RMS能力备选方案构成,是整个分析过程的最终目标。

结合装备论证过程和上述装备体系需求分析框架,面向装备体系维修与保障要求,可建立基于QFD的装备体系RMS能力分析框架,通过装备体系作战任务到RMS能力,再到能力指标分解,得到初步的装备体系RMS参数与指标,用于后续装备体系结构开发以及RMS仿真,以便于论证出详细的装备体系RMS指标。

1）采用了紫外湿式催化氧化+EM菌生化脱氮处理工艺，出水效果较好，可以达到GB 16889—2008表3排放标准。

2.3 装备体系RMS 能力要求的求解

2.3.1 能力要求的获取与分析

（1）聚类挖掘算法，聚类分析是一种典型的统计学方法，是一种同数据库技术相结合形成的现代化数据挖掘最为常用的技术之一。其主要的思想是在给定的是一个初始化数据集中，搜索数据对象之间是否存在有价值联系。在电子商务活动中，可以利用聚类分析算法来发现客户群中不同特点的群组，从而针对不同的特征群组来优化商品上下架、推广的时间和位置，已提高商品销售量。

基于能力的需求分析方法,图3建立装备体系RMS能力映射模型为细化作战任务需求到RMS能力要求的分析提供了基于QFD方法的分析框架。具体过程包括:

(1) 明确需求来源为“顾客”(装备在作战与维修与保障任务中的相关人员),进行分类并明确各个“顾客”之间的相对重要度。在QFD方法中通常采用专家打分法、简单加权平均法、主成分分析法和层次分析法等进行定量化计算。

式中,R _i 为第i 项的相关系数(一次相关系数);r _ij 为第j 项与第i 项的关系分值。

莲花山公园可进入性是一个综合性概念，故其影响因素也是多方面的，单一的无障碍设施设备无法弥补缺失的无障碍服务和管理，所以城市公园可进入性需要多方协同合作，在建设初期就将无障碍环境建设考虑进来，后期管理和服务运营也要充分考虑残障人士的现实需求；同时，公园可进入性也应该是一个不断发展和完善的概念，没有一蹴而就的文明，对残障人士等特殊人群的关怀永无止境.

表1 能力需求获取的展开表
Table 1 Expansion table for capacity requirement acquisition

注:◎、△、○表示作战任务与能力需求之间的关系;◎、△、○=9∶3∶1,而空格则表示它们之间没有明显的关系。

(3) 根据现有装备体系能力对所获取的能力需求进行比较分析,明确能力的不足和冗余等问题,将其转化成为真正所需要分析的能力,即能力列表,并在体系能力需求和能力之间、能力与能力指标之间分别建立质量屋,并进行求解。

尿道拭子：用专用的尿道拭子于尿道口内旋转1～2周，将拭子置于无菌容器中，加入2 ml生理盐水，置于4℃冰箱待检。

建立质量屋后,通过层次分析法建立相应的判断矩阵并计算出能力需求相对重要度后,可计算得到能力需求重要度,利用公式:能力需求重要度=“顾客”权重×任务重要度×任务与能力需求关系矩阵×能力需求相对重要度。接着,计算得到各个能力需求的重要度再结合所得到的能力相关系数,利用公式:能力重要度=能力需求的重要度×能力需求与能力之间的关系矩阵×能力相关系数。根据以上计算结果即得到能力优先级列表。

2.3.2 能力指标的求解分析

能力转化为能力指标展开阶段,首要任务是根据能力需求获取与分析的结果,对具体能力列表进行分解得到相应的能力指标,然后建立能力指标体系并对其进行分析。通过质量屋发现能力及能力指标之间的相关关系,从使命任务开始,逐层分解最终得出的能力需求、能力以及能力指标,并为装备体系DoDAF建模与仿真提供指导。

在对航母装备体系RMS能力要求分析基础上,可以建立装备体系结构能力视图,并以能力为核心,通过描述活动、能力和执行者之间关系,基于图5所示体系结构框架来构建装备体系结构模型来描述装备体系保障过程。

需求情况：农业秋季用肥已经结束，需求欠佳。复合肥企业冬储政策尚未大面积释放，市场需求支撑有限，开工率较上周下降4.22个百分点至32.68%左右，较去年同期下滑9.11个百分点；下游经销商提货积极性不高，企业出货压力较大。

心血管神经症又可称为“心脏神经官能症”、“焦虑性神经官能症”，在临床中十分常见，其好发生于女性群体，尤其是更年期女性居多[1] 。本病的临床表现以心悸为主，伴有气短、情绪不宁、失眠、多梦、汗出过多、尿频等[2] ，给患者的身心健康造成严重的影响，需要积极治疗。近年来笔者自拟六子养阴煎治疗心血管神经症，取得了满意的效果，现报道如下。

(1)

(2) 通过对现有装备体系能力进行分析,根据具体的使命任务提出一系列相关的能力需求,在具体任务与所提出能力需求之间设计相应的需求展开表,再让相关的“顾客”对需求展开表进行分析并提交得到相关的能力需求,确定相应的能力需求列表,如表1所示。

其计算过程同一次相关系数,再利用二次相关系数的计算公式,即

(2)

式中,R _i 为第i 项的相关系数(一次相关系数);为所在第j 组的一次相关系数;为第i 项的二次相关系数。

假设能力分析中有能力A 、B 、C ,能力A 具有能力指标A ₁、A ₂和A ₃,能力B 具有能力指标B ₁、B ₂和B ₃,能力C 具有能力指标C _l 、C ₂和C ₃,以上能力指标的关系计算如图4所示。

图4 二次相关系数计算示例
Fig.4 Example of secondary correlation coefficient calculation

在二次相关性计算中,为了计算量最小,组数及每组包含相关项数目的确定应遵循

m ×n =N ,m ≈n

(3)

式中,m 为分组数;n 为每组包含相关项数;N 为相关矩阵包含的所有相关项数。

麦克拉伦谷位于南澳的沿海地区，距离阿德莱德约45分钟车程，自1838年起就开始酿造葡萄酒，是南澳葡萄酒产业的发源地，更是全球最老的葡萄藤种植地点之一。迄今，麦克拉伦谷是澳大利亚最大比例的有机认证和生物动力法认证的葡萄种植区域。该地拥有超过40种的独特地质结构，地质年龄跨度从不到1万年到6亿5千多万年前。而当地的葡萄酒酒庄，绝大部分是小规模精品经营，孕育了多个蜚声国际的品牌如d'Arenberg、Fox Creek、Hardys Wines及Wirra Wirra等。

(2) 能力-能力指标质量屋的构建。能力-能力指标展开的重点和关键,是建立能力-能力指标的质量屋,通过该质量屋可以帮助发现能力及能力指标之间的相关关系。

(3) 体系能力-能力指标质量屋的求解分析可借鉴对能力获取的质量屋进行分析求解过程,通过对能力指标之间关系矩阵及能力与能力指标之间相关矩阵计算分析,质量屋最终输出的是能力指标优先级列表,即能力指标重要度列表。

3 装备体系DoDAF 建模与多智能体RMS 仿真

3.1 面向RMS 的装备体系DoDAF 建模

DoDAF是体系结构开发的顶层框架和概念模型,可用来支撑分析和决策制定,适用于装备体系结构开发全面的框架和概念模型^[25]。对体系结构进行DoDAF建模是武器装备开发和需求论证的重要组成部分。DoDAF框架提供了不同的视图来对体系结构进行建模,为装备体系结构描述以及任务活动执行过程的集成建模定义了一种通用途径,除了便于体系结构的相互理解和集成建模,同时还能驱动可执行模型以用于体系结构优化与体系仿真^[26-27]。

在对装备体系保障任务建模的过程中,并不需要用到DoDAF的所有产品,需要通过分析保障任务来对DoDAF进行剪裁^[28]。根据装备体系保障特点,从装备体系RMS论证角度对装备体系结构的形式化描述需要包含4个方面:

(1) 保障目标描述,即保障任务要实现什么样的效果,需要什么样的RMS能力;

(2) 保障要素描述,即完成保障任务需要的系统、组织和人员等,在DoDAF中体现为执行者;

(3) 保障活动描述,即由执行者在完成保障任务时需要进行的活动和各种操作;

4.1.4 作战时序图(OV_6c )

根据建模描述需求在DoDAF框架中选取适当的产品对装备体系结构进行建模,如图5所示。为描述装备体系保障目标,选取CV₂能力分类模型,CV₂从总能力出发逐级细化,结合前文中对装备体系RMS能力分析得到的初步RMS指标,最终分解至细化的、可量化的RMS指标,为之后的仿真提供参数输入;为描述保障要素,选取OV₂和OV₄,OV₂不仅展示信息流,还展示信息、人员和物资流,OV₄展示了组织架构及其相互作用;为描述保障活动及其之间的关系,选取OV₅和OV₆(包括OV_6c 作战状态和OV_6c 作战时序);选取CV₅与CV₆以描述能力与组织/资源以及保障活动之间的映射关系。

图5 面向RMS的装备体系结构模型框架
Fig.5 RMS-oriented equipment system-of-systems architecture modeling framework

3.2 DoDAF 驱动的多智能体RMS 仿真框架

智能体是一种具有自治能力、驻留在某一环境下持续自主地发挥作用的个体,多智能体是由多个智能体组合形成的智能体群,国内外学者通过多智能体方法对复杂系统和装备体系进行大量研究^[29-30]。基于多智能体仿真,可以将装备体系成员要素映射成智能体实体,将智能体实体抽象成为智能体类来表示,而具体装备体系成员可以看成是智能体类的一种实现。通常情况下,智能体类的特性可以用以下五元组集合来描述:智能体类={属性、状态、行为、交互、规则}。

基于多智能体仿真技术,在面向RMS的装备体系的DoDAF模型基础上,抽取并建立装备体系保障过程中的智能体,即可实现装备体系RMS仿真论证。DoDAF驱动的装备体系RMS多智能体仿真可分为以下3大部分,如图6所示。

图6 DoDAF驱动的装备体系多智能体RMS仿真框架图
Fig.6 DoDAF-driven multi-agent simulation framework for equipment system-of-systems RMS

(1) 装备体系结构建模。选取合适的DoDAF产品对装备体系保障任务和保障活动进行建模,通过OV对保障任务所进行的活动、活动之间的相互关系、活动所涉及的组织进行描述;根据能力分析得出的结果指导CV的构建,得出相应的作战要求与RMS要求;通过SV对装备体系中参与保障任务的系统及其相互关系进行描述;

参考装备论证中的能力分析过程^[11],装备体系RMS能力要求分析的实质就是构建装备体系的RMS能力到RMS能力指标的映射矩阵进行能力映射与分解过程。RMS能力指装备体系为有效完成使命任务而要求装备体系具有的维修与保障能力。根据QFD的基本过程^[23],参照产品研制设计过程中质量屋瀑布式分解模型,可以建立如图3所示的装备体系RMS能力要求映射模型,来指导装备体系的RMS能力要求分析。模型中装备体系RMS能力分析从战略需求开始,通过层层分解直到可表征能力方案的能力参数,最后根据具体的能力指标对能力方案进行比较选择,是自顶向下的分析过程。

(3) 装备体系RMS仿真。定义智能体的生命状态及状态转移条件,通过DoDAF模型中的OV_6b 和OV_6c 模型进行映射,并通过仿真软件对智能体进行装备体系RMS仿真实现,在仿真过程中以前面阶段中得到的RMS能力指标为输入,通过对RMS指标进行权衡来实现RMS论证。

4 案例分析

舰载机是航母装备体系发挥作战能力的主要作战力量。在航母舰载机保障中,涉及使用保障(含出动和回收)和维修保障。以航母装备体系典型使命任务下航母舰载机保障中的维修保障过程作为主要研究对象,结合装备体系RMS能力要求,以面向RMS的装备体系结构建模为基础,通过装备体系结构建模来驱动航母舰载机保障仿真,从而以航母舰载机保障为中心来对航母装备体系进行RMS论证。

在对航母装备体系RMS进行论证时,遵循图1所示包含3个步骤的论证框架。但在实际论证过程中,装备体系RMS能力分析一方面需要依托装备体系结构来了解装备体系构成要素及相互关系,同时RMS能力分析也给装备体系结构的能力视图模型提供基础。因此,案例重点论述DoDAF建模和RMS仿真两个部分。

4.1 面向RMS 的装备体系DoDAF 建模

4.1.1 高层概念图(OV₁)

装备体系RMS能力映射模型包括7个层次:

图7 航母装备体系高层概念图(OV₁)
Fig.7 Aircraft carrier equipment system-of-systems high level concept diagram (OV₁)

OV₁可用于分析装备体系中成员要素,从中提取出的作战概念可用于体系结构模型中的其他视图,同时也为后续装备体系多主体RMS仿真提取多主体提供基础。

4.1.2 组织关系图(OV₄)

北方的萨满教认为，柳是人类的起源，人是柳的子孙。满族先世某支系曾以柳为图腾，因而“始祖母”柳妈妈是满族的保护神。因此，民间有以柳驱邪的习俗。梁宗懔《荆楚岁时记》载：“江淮间寒食日,家家折柳插门。今州里风俗,望日祭门，先以杨柳枝插门，随枝所指，以酒铺饮食祭之。”之后，戴柳、插柳的习俗在一些地方流行开来用以辟邪。还有佩戴“柳圈”用以辟邪，佛教中观音菩萨以柳枝洒水普度众生，清明节祭祀、出行要戴柳都反映了柳有辟邪的文化意蕴。

通过建立OV₄视图,可描述实现作战过程的军事组织,理清在体系结构中的组织之间、组织与角色之间可能存在的关系。根据航母攻击敌方岸基作战需求建立如图8所示的组织关系图。其中,航母舰载机的维修保障过程分为船员级维修、中继级维修和基地级维修3级。

图8 航母装备体系组织关系图(OV₄)
Fig.8 Aircraft carrier equipment system-of-systems organization relationship diagram (OV₄)

4.1.3 能力分解图(CV₂)

(1) 能力指标的分析。能力指标在整个能力分析中起着重要作用,是能力分解的结果也是进行能力方案比较和选择的依据。根据具体情况能力指标可能包含多个子层次,需要对输入的能力指标采用一次或二次相关性计算其相关性,从而确定其相关系数。首先,由专家经验来确定能力之间和能力指标之间的相关分值,在自相关矩阵中1项会与所有其他项产生关联,这些关联或正或负,并随关系密切程度不同而不同,评价时采用3、2、1、0、-1、-2、-3的计分形式,分别表示巨大促进、一般促进、微弱促进、不相关、微弱干扰、一般干扰、巨大干扰^[24]。然后,计算每组内部的相关项之间相关程度,即在分组内部都进行一次独立的QFD分析,其计算公式为

首先,根据典型使命任务分析得出航母体系的预警探测、指挥控制、拦截打击和综合保障能力的需求,并计算出各个能力需求相对重要度如表2所示。

2.2.1 化学药剂 化学药剂是控制果蔬采后病害的常见的手段之一，具有经济、杀菌效果好、见效快等特点，因此被广泛应用于果蔬的采后病害的控制。对于杨梅果实采后病害控制的化学药剂的研究有很多，肖艳等[19]采用不同浓度的CaCl2和萘乙酸的混合物处理杨梅果实，发现能够显著提高果实的硬度，减缓软化，并降低采后发病率。水杨酸是一种内源激素，可以降低果蔬采后呼吸作用，延缓组织衰老，并能诱导相关抗病性酶的上升，降低果蔬采后的发病率[20]。

表2 航母体系能力需求的相对重要度计算
Table 2 Calculation of the relative importance of the capacity requirements of the aircraft carrier SoS

为了对航母装备体系RMS进行论证,将其中的综合保障能力分解为人员保障、装备抢修和军事补给能力,运用QFD方法对航母体系RMS能力进行分析如图9和图10所示,并求解出各能力的RMS指标及其重要度,如表3所示。

表3 航母体系RMS能力-能力指标映射列表
Table 3 List of aircraft carrier system-of-systems RMS capability-capability indicators

注:◎、△、○表示RMS能力与能力指标之间的关系;◎、△、○=9:3:1,而空格则表示它们之间没有明显的关系。

图9 航母体系能力需求-RMS能力的质量屋
Fig.9 Capacity requirements-RMS capability house of quality of the aircraft carrier equipment system-of-systems

图10 航母体系RMS能力指标二次相关系数计算过程
Fig.10 Secondary correlation coefficient calculation of RMS capability indicators of the aircraft carrier equipment system-of-systems

在航母装备体系RMS能力分析基础上,将上面得出的初步RMS指标作为输入,建立CV₂视图如图11所示。

总而言之，高效课堂是新课程标准改革形势下教师的一种新的教学理念，更是判断教师授课质量的评判标准。因此，高中政治教师应为学生构建轻松、和谐的课堂学习氛围，从而构建高效的高中政治课堂。

同时,以能力为核心,在OV₂\OV₄\OV₅等视图基础上,建立CV₆在保障活动中体现能力、建立CV₅让执行者(保障要素)实现能力、建立OV₆让执行者通过执行活动从而表现出相应能力。另外,CV₂建立的能力视图中分解的初步RMS指标还能结合OV_6c ,用以驱动装备体系RMS仿真,从而通过仿真的方法论证出装备体系详细的RMS指标。

(4) 保障活动之间的描述,即执行者所执行的各个保障活动之间的交互关系。

OV_6c 用于按照时间顺序分析参与保障任务的节点间的信息交换关系,确定作战和保障任务的交互作用和任务线程,能够对想定中的行动或事件关键序列进行跟踪,确保每个参与节点能在适当的时间获得必要信息,从而执行指定的活动。舰载机的维修保障流程建模如图12所示,并以任务时序为核心驱动装备体系RMS仿真。

图11 航母装备体系能力分解图(CV₂)
Fig.11 Aircraft carrier equipment system-of-systems capability decomposition map (CV₂)

图12 航母装备体系作战时序图(OV_6c )
Fig.12 Aircraft carrier equipment system-of-systems operation sequence diagram (OV_6c )

4.2 基于多智能体的装备体系RMS 仿真

通过对航母装备体系作战任务以及舰载机的保障流程的DoDAF建模分析,依据图6所示仿真框架,开展装备体系RMS仿真权衡,从而论证得出最终的装备体系RMS指标。

具体仿真论证分析步骤如下:

本项目所选用的PE管电熔焊机主要有2种：第1种型号为THE-9C、输入电压为400V、输出电压为40V、频率为50Hz，第2种型号为HTA-3B，输入电压为240V、输出电压为40V、频率为50Hz，2种型号焊机均采用发电机供电。第1种可以进行多个时段不同参数的熔接；第2种为单时段单参数熔接，具有较小的温差补偿功能。它们的熔接原理一致，都是为电熔连接件提供加热的电流，该电流通过电熔连接件内部的电热丝并产生热量，热量累积温度上升，使管件和管材的连接界面熔融。

(1) 确定智能体种类,可根据OV₁/OV₄,确定仿真中的智能体包括:舰载机、船员级维修系统、中继级维修系统、基地级维修系统,以及参加维修保障的各类资源;

(2) 以CV₂中分析得出的RMS能力指标(主要包括:专业覆盖率、装备熟知度、操作熟练度、故障检测装备修复时间、装备修复率、备件满足率、备件利用率、备件补给时间、备件完好率等)作为智能体的仿真输入参数,用于仿真权衡;

(3) 根据OV₅,确定RMS仿真中各智能体在保障任务中的活动,定义各个智能体的状态、以及状态之间的转移条件;

(4) 结合装备体系保障流程,根据OV_6c 确定各智能体类之间的交互关系以及消息类型;

(5) 确定装备体系保障仿真输出指标,设置仿真运行参数分析,并进行仿真统计数据,从而论证得出具体的装备体系RMS指标,作为后续需求方案比较和选择的基础。

5 结 论

基于SoSE方法提出了适用于装备体系的RMS论证方法,包括基于QFD的装备体系能力要求分析和面向装备体系RMS的体系结构建模及DoDAF驱动的装备体系保障仿真。基于QFD方法来对装备体系RMS能力要求进行分析,为装备体系体系结构建模及RMS仿真提供输入。同时面向装备体系保障给出了体系结构框架,结合体系结构模型与多智能体仿真技术,建立了DoDAF驱动的装备体系多智能体RMS仿真框架。所提出的基于SoSE的装备体系RMS论证方法为装备体系建设提供了技术支撑,也为体系作战条件下装备RMS要求论证提供了借鉴。

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Research on RMS demonstration method of equipment SoS Based on SoSE

PAN Xing¹, ZHANG Zhenyu¹, ZHANG Manli¹, ZHANG Guozhong²

(1. School of Reliability and Systems Engineering ,Beihang University ,Beijing 100191 ,China ;2. System Innovation Center ,System Engineering Research Institute ,China State Shipbuilding Industry Corporation ,Beijing 100036 ,China )

Abstract : The reliability-maintainability-supportability (RMS) is the foundation of operational effectiveness of an equipment system of systems (SoS). In SoS engineering (SoSE), requirements development process includes capability requirements analysis, architecture development and the demand solution based on the architecture. The RMS demonstration of an equipment SoS is a process of RMS requirements and indicators determination, which also follows this process. Firstly, based on the SoSE requirement development process, we propose an RMS demonstration framework for equipment SoS. Then, based on the quality function deployment, an RMS capability requirement analysis process is described. From the perspective of SoS mission, the mapping model of RMS capability requirement analysis, and RMS capability index solution are proposed. Then, based on the RMS-oriented equipment architecture, capability indicators derived from the capability analysis are used, and an RMS simulation framework driven by the department of defense architectural framework is proposed based on the multi-agent simulation technology. Finally, a case of the aircraft carrier support process under typical mission is analyzed.

Keywords : equipment system-of-systems (SoS); system of systems engineering (SoSE); quality function deployment (QFD); reliability-maintainability-supportability (RMS); architecture; multi-agent simulation

中图分类号: TB 114.3

文献标志码: A

DOI: 10.3969/j.issn.1001-506X.2019.08.14

收稿日期: 2019-03-01; 修回日期:2019-04-22;网络优先出版日期: 2019-06-03。

网络优先出版地址: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20190603.0858.006.html

基金项目: 国家自然科学基金(71571004);国防预先研究共性技术项目资助课题

作者简介：

潘 星 (1979-),男,副教授,博士,主要研究方向为系统工程与体系工程、系统可靠性与风险分析、人因可靠性分析。E-mail:panxing@buaa.edu.cn

张振宇 (1995-),男,硕士研究生,主要研究方向为装备体系可靠性。E-mail:13126886231@163.com

张曼丽 (1995-),女,硕士研究生,主要研究方向为系统工程理论和方法。E-mail:manlizhang1995@163.com

张国忠 (1979-),男,高级工程师,硕士,主要研究方向为体系工程。E-mail:18911990023@189.cn

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