舰艇编队使用可用度仿真

杨晶, 狄鹏, 尹东亮

(海军工程大学管理工程与装备经济系,湖北武汉 430033)

摘要：使用可用度是舰船战备完好性的重要度量标准。采用系统仿真方法,建立舰艇编队使用可用度仿真模型,研究当保障资源变化时舰艇编队使用可用度的变化情况。该研究结果可用于舰艇编队保障资源的合理规划,进而提高舰艇编队的战备完好性。

关键词：舰艇编队; 使用可用度; 仿真

使用可用度是舰船保障性的重要参数之一,是对舰船可工作状态的综合描述^[1]。实际上,使用可用度涉及的影响因素很多,对于使用可用度的计算很难单纯地以数学关系式来描述,而仅仅依靠主观经验来决定又容易受人为因素的影响。如果依靠实际验证来估算,就会耗费太多的人力、物力和财力。因此,借助仿真模型研究舰艇编队使用可用度就要科学且方便得多。通过改变相关变量,仿真模型可生成不同的模拟结果,以供决策参考。本文采用系统仿真方法,利用计算机仿真语言来构建舰艇编队战备完好性与维修保障性的仿真模型。以舰船为研究对象,探讨当维修资源(如零部件、维修人力、维修时间和运输时间等)受限时,舰船使用可用度的变化情形。

选择常见的4种不同类型白酒酒样添加三氯蔗糖，将本方法与国标GB 22255—2014《食品安全国家标准食品中三氯蔗糖（蔗糖素）的测定》方法进行加标测回收率结果比对，比对结果见表2。

1 战备完好性指标概述

战备完好性是指装备在使用环境下处于能执行任务的完好状态的程度,也称系统战备完好性^[2]。另一方面,战备完好性又指接到作战命令时,实施作战计划的能力。战备完好性参数是系统战备完好性目标的度量,用于评估系统以计划的平时和战时利用率来执行和保障一组规定任务的能力。系统战备完好性参数综合考虑了系统的可靠性、可维修性以及保障系统的特性、保障资源的数量和位置的影响。

运用思维地图进行教学是培养学生形成清晰思路的一种方法，但不是唯一方法。没有一种教学方法是万能的，教师在课堂上需要根据实际情况，把这种方法与其他教学方法搭配使用，在不断尝试的过程中探索出效果最佳的教学路径。思维地图在课堂上展现的是教师讲解知识的思路，把本来孤立零散的知识通过图示方式实现具体化，更有效激发学生的思维，加强思考和不断联系，让学生快速抓住重点，并不断向外延伸。

监测结束后,读取数据库,对固定周期(2 min)检测器和变周期数据传输检测器每次发送的数据分别进行提取,记录并累加数据字符的长度,每天统计一次。两种模式下,数据字符长度累加情况如图11所示。

目前,用以描述舰船战备完好性的参数是使用可用度A _o,计算式如下所示:

(1)

式中:t _MTBF表示平均故障间隔时间;t _MTTR表示平均修复性维修时间;t _MLDT表示平均保障延误时间。

运输时间与使用可用度的关系如图3所示。

5.增强现实。增强现实是一种实时地计算影像的位置及角度并加上相应图像的技术，这种技术的目的是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。网龙网络公司立足海上丝绸之路起点福建，利用增强现实技术促进学员了解“一带一路”。此外该公司还推出了红色福建AR（增强现实）卡片，扫描屏幕中静态的卡片，卡片中的红色人物表演将跃然屏上，与真实场景叠加，带来奇妙的视听感受同时加深学习印象。

2 模型的建立与仿真

2.1 基本假设

(7)修理厂将设置3个维修小组(由专业工程人员组成),每个维修小组同一时间只能维修一个故障部件。

(1)因为舰船上涉及的装备非常多,所以仅选取一个典型系统进行研究。假设舰船故障均因动力系统故障所致,以动力系统的使用可用度来表示舰船的使用可用度。

(2)假设平均故障间隔时间服从指数分布,有

（2）阑尾周围脓肿：本组6例，表现为：无法清晰显示阑尾正常结构，呈不规则形态阑尾区，且存在混合性包块，可见条索状不均匀强回声。

(2)

式中:λ _i 表示单装备的失效率;n 表示装备的数量。

(3)发生故障的动力系统由维修分队进行维修,维修分队对动力系统的维修工作只限于拆卸、更换及安装。

(3)与平均修复性维修时间定义类似,舰艇编队的平均保障延误时间计算式如下所示:

(5)舰艇编队中有3艘同型舰船,外加6个相关备件,舰船的使用可用度可用式(1)计算。

(6)只编配一个维修分队,维修分队不论在执行拆卸还是在安装作业时,作业时间均要求为0.5个工作日,而且为了提升舰船的可用性,安装作业应优先于拆卸作业。

第三，高职院校学生入学学习的目的，是要学以致用，奉献社会，实现自我价值。如果高职院校思想政治教育课不能适应学生的学习需求，一味地追求纯理论的了解和研究，就会脱离学生的学习目的，造成“既教不好，也学不好”的后果。这与学生的个人理想是相背离的。上饶职业技术学院办学十年的实践证明：只有将理论教育与学生的个人学习愿望相结合，思想政治教育才能够受到学生的欢迎。不少毕业生反映：凡是能够做到理论教育与实践教育相结合的思想政治理论课程，都让我们终身受益，理论与实践相结合的思想政治教育，不但能够帮助我们立志，而且能够帮助我们立业。可见，理论教育与实践教育相结合，是学生的普遍要求。

对于模型的建立作如下基本假设:

(8)不论是将失效的部件送至修理厂还是修理厂将维修好的部件送回维修分队,均需0.5个工作日的时间,并假设运输环节绝对可靠。

2.2 模型的建立

最小舰艇编队是指组成相对固定、能够完成某种特定任务或达到一定目的的最小编队作战单元。以护航编队为例,它一般是由1艘A型驱逐舰、1艘B型护卫舰、1艘C型补给船组成。护航编队的任务就是为船只护航、打击海盗。护航编队不能再分,若编队里某艘船不能出航,则编队无法组成,自然也就无法完成任务。

本文研究对象都是最小舰艇编队,根据定义,可以认为最小舰艇编队是一个典型的串联系统。根据经典的可靠性理论,对于串联系统,当所有单元的寿命均服从指数分布时,则串联系统的寿命仍服从指数分布。系统的失效率^[5]

(3)

于康震指出，要坚持质量强奶业，毫不松懈抓好乳品质量安全管控，让中国奶业质量更加过硬；坚持效率提奶业，优化布局、优化牛群、增强活力，让中国奶业竞争力更强更优；坚持品牌树奶业，充分发挥企业、协会和政府作用，让中国奶业美誉度更加响亮；坚持和谐兴奶业，乳企和奶农共担风险、共享成果，让养殖加工联结更加紧密；坚持消费带奶业，讲好奶业故事，让消费者爱喝多喝中国奶。

(1)根据式(2)、(3),有

(4)

(2)平均修复性维修时间是指在规定条件下和时间内,任意规定的产品维修级别上修复性维修总时间与该级别上需要修复产品的故障总数之比。舰艇编队的平均修复性维修时间计算式如下所示:

(5)

(4)故障部件一经拆卸立即送往修理厂,并由修理厂的维修小组进行维修。

(6)

(4)将式(4)～(6)代入式(1),可得舰艇编队使用可用度的计算式,如下所示:

(7)

这样就建立起了舰船和舰艇编队使用可用度之间的联系,为舰艇编队使用可用度的仿真提供了途径。

2.3 仿真流程分析

假设编队中每艘舰船的A _oi =0.8。从图2可以看出,随着舰艇编队中舰船数量的增大,使用可用度减小。

图1 仿真流程
Fig.1 Flow chart of simulation

3 结果分析

3.1 编队规模对使用可用度的影响

编队规模与使用可用度的关系如图2所示。

舰艇编队使用可用度的推导过程如下所示:

针对动力系统的失效数据记录(限于论文篇幅具体数据未在文中给出),采用Matlab仿真软件,将第2.2节中的想定模型写成计算机程序,以构建符合仿真的模型。使用可用度仿真主要利用Monte-Carlo法产生设备的各种事件(工作或故障),以时间为序、事件为驱动,利用统计模型来评估系统在任务完成过程中的战备完好性。仿真流程如图1所示。

3.2 运输时间对使用可用度的影响

使用可用度就是执行和完成任务的概率^[3],完全能够表达战备完好性的定义。对舰船使用可用度的研究已经较多,具体计算方法可参考文献[4],这里不再赘述,本文主要研究舰艇编队的使用可用度。

从图3可以看出,随着运输时间的增加,舰艇编队的使用可用度减小。

图2 编队规模与使用可用度的关系
Fig.2 Relationship between the number of warships and operational availability

图3 运输时间与使用可用度的关系
Fig.3 Relationship between transportation time and operational availability

3.3 备件个数对使用可用度的影响

备件个数与使用可用度的关系如图4所示。

图4 备件个数与使用可用度的关系
Fig.4 Relationship between the number of spares and operational availability

从图4可以看出,在原来配备6个备件的基础上,每增加1个备件,舰艇编队使用可用度提升明显,但超过14个备件后,对舰艇编队使用可用度的提升无显著效果。

2.过度进行商品包装是对社会资源的浪费，一些不可分解的材料影响了整个环境。这明显不符合生态经济的环保要求，过度的包装物浪费了各种资源，甚至成为一种垃圾。从社会资源应用的角度看，商品过度包装是一种绝对意义上的浪费行为。

400 MPa级钢筋在工程实践中的应用已逐步增多，目前要加强500 MPa级及500 MPa级以上高强钢筋和抗震钢筋的研发、推广和应用，突破生产、市场和应用过程中的对接瓶颈，保证钢筋产品的质量稳定、可靠地满足工程实践的要求。

3.4 维修分队作业时间对使用可用度的影响

维修分队作业时间与使用可用度的关系如图5所示。

图5 维修分队作业时间与使用可用度的关系
Fig.5 Relationship between maintenance time and operational availability

从图5可以看出,维修分队的作业时间假设为0.5 d,随着维修分队作业时间的增加舰艇编队使用可用度变化不大,但在极端值下变化比较明显。

4 结语

通过本文舰艇编队使用可用度仿真模型可知,如果相关保障资源配合适当,对舰艇编队使用可用度的提升就有很大帮助。限于武器系统各项保障资源参数与操作模型的资料不易获得,所以本文模型未考虑成本因素,这是进一步研究时应重点考虑的问题。

参考文献:

[1] 刘冰,朱小冬,王小魏.装备战备完好性的模型预测研究[J].兵工自动化,2005,24(3):8-9.

LIU Bing,ZHU Xiaodong,WANG Xiaowei.Study on predictive model for sufficient readiness of combat equipment[J].Ordnance Industry Automation,2005,24(3):8-9.

[2] 李院生,时和平.装备战备完好性及其影响因素分析[J].电子产品可靠性与环境试验,2007,25(1):38-41.

LI Yuansheng,SHI Heping.Military equipment operational readiness and analysis on affecting factors[J].Electronic Product Reliability and Environmental Testing,2007,25(1):38-41.

[3] 丁定浩.战备完好性模型有待更新[J].电子产品可靠性与环境试验,2008,26(4):1-5.

DING Dinghao.The equipment readiness model needs update[J].Electronic Product Reliability and Environmental Testing,2008,26(4):1-5.

[4] 徐廷学,魏勇,顾钧元,等.基于库存方案的舰炮备件短缺风险建模与仿真[J].舰船科学技术,2010,32(6):121-127.

XU Tingxue,WEI Yong,GU Junyuan,et al.Study on spares risk of shortage for one-type naval gun based on inventory project[J].Ship Science and Technology,2010,32(6):121-127.

[5] 黎放.舰船可靠性管理工程[M].北京:国防工业出版社,1997.

LI Fang.Ships reliability management engineering[M].Beijing:National Defense Industry Press,1997.

Simulation on Operational Availability of Warship Formation

YANG Jing ,DI Peng ,YIN Dongliang

(Department of Management Engineering and Equipment Economic,Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China)

Abstract ： The operational availability is an important metric for warship readiness.In this paper,the system simulation method is used to establish the simulation model of the operational availability of warship formations.The changes in the operational availability of warship formations with support resource changs are studied.The results can be used for the support resource planning of warship formations rationally,which improves the warship formation readiness.

Key words ：warship formation; operational availability; simulation

中图分类号：V267.4

文献标识码： A

基金项目： 2016年度海军工程大学自主立项项目(20160102)

杨晶男(1983—),湖北武汉人,讲师,博士,主要研究方向为综合保障工程、复杂系统建模与仿真。

舰艇编队使用可用度仿真论文