保障性综合仿真与分析

1、第9章 保障性综合仿真与分析9.1保障性综合仿真与分析概述9.1.1 保障性综合仿真与分析的目的装备保障性综合保障仿真与分析的目的是借助计算机模拟技术进行装备保障性综合试 验，对装备的战备完好性及任务持续性进行分析，为保障方案评价及验证提供技术手段。装 备保障性综合仿真是一种“人工”试验手段。通过仿真能够对所构建的保障系统进行类似于 实物试验的数值分析，它和实物系统试验的主要差别在于仿真试验依据的不是装备本身及其 所存在的实际环境，而是作为装备系统映象的系统模型以及相应的“计算机”试验环境。使 装备的战备完好性少任务持续性分析能够在相对极短的时间内在计算机上得到实现。通过装备保障性综合仿其可依

2、据仿真运行结果对装备保障性影响因素进行分析，为装备 系统相关参数评估及验证提供技术手段，参数主要包插战备完好性参数、任务持续性参数以 及保障系统特性参数。通过对这些参数进行评估，找出装备系统保障性设计的薄弱环节，进 而改进装备保障性设计，减少装备系统寿命周期使用和维护代价，提高装备系统的战备完好 性和任务持续性水平。9.1.2 保障性综合仿真与分析概念装备及其保障系统之间以及它们内部各纽成部分之间存在着客观的数学关系。可以综合 运川定性分析和定量分析方法，建立一定的数学模型去正确表述这些逻辑关系，以探索保障 对象及保障系统的本质，研究其运行规律。如果保障系统结构简单-，保障对象与保障系统之间或

3、其内部这些数学逻辑关系并不复 杂，那么所建立的数学模型往往可以采用解析方法求解。可是，在许多情况下，山于保障对 象的构成十分复杂，保障对象与保障系统之间及其内部的逻辑关系十分复杂，以致h前还没 有能够在不作假设的情况卜建立求解这些复杂关系的解析计算模型，有时这些复杂的逻辑关 系木身就很难用经典数学语言述行描述。此刻需要借助系统仿真来解决相关问题，述行系统 分析，并在此基础上进行系统评估。保障性综合仿真分析就是依照保障方案的规定，通过描述保障对彖与保障系统及其内 部各要素z间的逻辑关系，抽象其中的随机因索，建立保障性综合仿真模型，借助于计算机 试验，模拟装备系统运行过程，收集相关实验数据，探索相

4、关特性参数的数理统计规律，为 装备系统综合评估提供依据。9.1.3 保障性综合仿真与分析特点保障性综合仿真分析技术是继保障性解析分析技术之后，认识装备系统中各实体要素动 态运行规律的新型手段,它可以在装备系统的研制阶段模拟保障系统的实际运行过程,对装 备系统的相关特性参数进行分析，具有以下特点：1）保障性综合仿真分析是一种基于试验的分析技术保障性综合仿真是一种“人工”的试验手段。通过仿真我们能够对所构建的装备系统模 型进行类似于实物试验的数值分析。通过试验获取对系统未来性能测度和对系统长期动态特 性分析的数据，以便对装备保障性进行综合评估。2）保障性综合仿真分析适于复杂保障系统的研制阶段保障系

5、统的运行过程中具有大量的随机因索，在构逑保障方案时，只有充分考虑这些随 机因素的影响，在很少假设或不作假设的前提下，建立能够描述系统内部复杂逻辑关系和数 学关系以及具体细节的仿真模型,运用系统仿真的方法，求解出为保障方案相关的特性参数。 保障系统很多特性参数虽可以通过保障系统的实际运行过程统计得到，但是在研制阶段，保 障系统往往述不存在，此时只有借助于仿真方法，才能在众多客观存在的系统设计约束下， 对保障方案进行准确的分析。3）保障性综合仿真分析建模直观保障性综合仿真模型少保障方案描述的保障系统运行过程在形式上和逻辑上存在对应 性，避免了建立抽象数学模型的闲难，対于大多数具有随机因素的复杂系统

6、，往往很难其至 无法用准确的数学模型描述和求解其动态规律。而保障性综合仿真分析模型具有血向过程的 特点，省去了复杂的数学抽象，显然简化了建模过程，具有直观性，使广大科研人员、决策 人员都能成为保障性综合仿真分析的直接使用者。4）保障性综合仿真分析节省研制费用对于新研装备系统，在对其相关特性进行分析时，如果构建实际系统进行实验，往往耍 花费大量的人力、物力、财力和时间，在研制阶段根本不现实。而采用计算机模拟，可以不 必花费人量的投资去构建实物系统进行试验分析，就对以对装备系统的相关特性参数进行计 算分析，帮助人们对装备保障性进行评估，选择最优或较优的保障方案，対保障方案的改进 提出具体实施意见。

7、9.2保障性综合仿真模型9.2.1 概述保障性综合仿真模型是从分析装备系统特性参数的角度来描述装备系统z间及其内部 要素，木章综合考虑保障对象及其保障系统的特征数据元素及装备系统运行过程两个方面， 建立了保障性综合仿真模型，用数据元素来描述保障对彖及其保障系统的静态特征，用运行 过程来描述驱动保障系统运行的典型任务执行过程及保障系统自身运行过程，通过对保障方 案中规定的保障策略进行模拟试验，进而达到度量相关特性参数的忖的。保障性综合仿真模 型分为典型任务仿真模型、保障对象仿真模型、保障资源仿真模型、保障组织仿真模型和保 障活动仿真模型，这些模型山相关数据及相应的过程仿真模型组成。由前述保障性综

8、合仿真的h标，若要对装备系统相关参数进行分析，如要计算任务持续 性相关参数，必须在任务开始时确定可用保障对象数量是否能够满足任务要求的保障对象数 量，此外还要对任务执行时间进行判断，判断其是否达到要求的任务时间，这两个参数的収 值依赖于保障对彖在任务开始时刻和任务执行期间的状态，即是完好状态述是故障状态，在 任务开始时刻是否有足够数量的可用保障对象是任务能够执行的基木条件，这取决于保障对 象的总数、执行预防性维修的保障对象数量、任务执行的情况和故障保障对象的修复情况。 保障性综合仿真中各事件集z间的逻辑关系见图9-1 o在图9-1 'i',保障性综合仿真的输入主要分为任务输入、

9、保障对象输入及保障系统输 入三大类,保障性综合仿其过稈主要分为任务执行过程仿真、故障过稈仿真和保障过程仿真, 保障性综合仿真的输出主要是对装备系统相关参数进行统汁分析计算。任务计划分配和任务 执行属于保障对象任务执行过程仿真，使用保障过程、修复性维修过程、预防性维修过程、 资源准备过程和供应过程属于保障系统的保障过程，这些过程屮的延迟时间决定了保障对象 在典型任务执行序列中各个离散时间点的可川状态，而延迟时间的影响因素几乎都是随机因 素，只有抽象出与这些过程相关的数据，建立和应的过程模型描述相应的随机爭件流程，在 流程的执行过程中记录相关事件的执行时间，才能对保障方案相关特性参数进行计算。本章

10、 后续小节中会对保障性综合仿真中涉及到的具体事件集展开详细论述。典型任务计划典型任务仿真输出基本作战单元组成装备构型及rm参数u任务计划 丁1/ 分配分配任务执行任务持续性参数计算ni保障对象状保障对象仿真平均任务持续时间计算 任务持续概率计算态转换战备完好性参数计算八保障对象 故障仿真保障系统仿真战备完好率计算 能执行任务率计算|预防性|维修计划使用 保障 过程 仿真预防性维修过程仿真修复性维修过程仿真保障组织结构保障资源使用保障组织供应 过程仿真保障系统参数计算过程仿真平均保障时间计算 保障资源满足率计算 保障资源利用率计算i供应策略i i运输策略i i保障盍源配i i维修策略i图9-1保

11、障性综合仿真模型仿真逻辑示意图9.2.2 保障对象仿真模型1）保障对彖状态转换（i）保障对象状态构成山于保障对象分为四个层次：a）基本作战单元级保障对象：以下简记为基本作战单元；b）装备级保障对象：以下简记为装备；c）lru级保障对彖：以下简记为lru；d）sru级保障对象：以下简记为sruo这四个层次的保障对象之间的关系如式9-1所示：sru u lru u装备茶本作战单元（9-1）通常将被包含的保障对象称为包含其的保障对象的下级组件。可用装备的数量是随着仿 真时钟的推进不断变化的，它取决于仿真起始时刻基本作战单元中装备的数量血，以及仿 真过程中各个时刻装备的状态。装备的状态根据其所处的环境

12、分为任务执行状态、任务分配 状态、空闲状态和保障状态，如图92所示。这些状态的具体含义如下：a）任务执行状态：指保障对象在任务开始时刻到任务终止时刻的状态，任务执行状态 的装备数量记为n。:b）任务分配状态：指保障对象在已被分配任务时刻到任务开始执行时刻的状态，任务 分配状态的装备数量记为他；c）空闲状态：指保障对象完好且没有分配任务的状态，空闲状态的装备数量记为n/；d）保障状态：指保障对象处于使用保障活动或维修保障活动的状态，保障状态的装备 数量记为n,。保障对象状 i任务黎状任务2配状空闲状态i保障状态图9-2保障对象的状态处于上述四个状态的装备数量之和应等于基木作战单元屮装备的数量。即

13、：+（9_2）可用保障对象是对丁即将分配装备的任务而言的，由丁在任务开始前，只有给任务分配 任务要求数量的装备时，任务才能开始执行，给任务分配的装备只能是可用保障对象，可川 保障对象的数量r是指处于空闲状态或任务分配状态的装备数量，但是需要注意的是处于 任务分配状态的装备只对于比其优先级高的任务可用，换句话说，已经分配了任务的装备只 能被其优先级高的任务征用，任务分配过程仿真模型在后续章节会有详细介绍。（2）可被分配任务的保障对象状态保障对象作为分配给任务的对象，同样也存在优先级，保障对象的优先级从两个层面来 考虑,一焰没有被分配任务的保障对彖，二是已经分配了任务的保障对彖。如图9-3所示。准

14、备执行任务的装备在任务准备吋刻，就开始对其分配保障对象，直至达到任务要求的保障对象数。系统的 分配顺序由系统的状态决定，如下所示：a）空闲装备b）预分配空闲装备c）分配到其它任务的装备（任务优先级低）预分配空闲状态保障对象是指维修即将完成的装备，这些装备达到空闲状态所需吋间很 容易计算出来。处在等待备件或保障资源阶段的保障对象不属于预分配牢闲状态保障对象。 尽管预分配空闲状态保障对彖当前不对用，但仍就可以被预分配到任务，直到它们市预分配 空闲状态保障对彖过渡到空闲状态保障对彖，预分配才变为止式分配，同时开始进行重新配 置，进入任务询准备阶段。对于处在空闲状态的装备，首先考虑装备对于将要分配的任

15、务是否需要重新配置（例如, 更换武器系统等），并把車新配置利等待更换组件需要的时间考虑进來。市車新配置引起的 延迟包括等待保障资源的时间，但是不包括等待更换组件的时间，因为只有当有备件资源满 足的情况才能开始重新配置，如果备件不满足需要，将会选择其他配置完全和同或具有备件 的保障对象。侧 执行过程的一个重要参数就是在其能够在要求吋间的范围内开始执行任务 的前提下最迟开始重新配置/准备的吋间点。但是，对于配置了不同组件的装备而言，任务的准备吋间是不一样的。这意味着每个任 务重新配置/准备的开始时间不是唯一的。为了解决这个问题，对以用保障对彖故短准备时 间确定任务的最迟开始时间。在保障对彖被分配任

16、务z前都需耍检查装备状态。当装备任务序列中的基本任务的准备时间到來时，按照任务优先级第一的原则，首先通 知空闲状态的保障刈象，然后会通知进入预分配空闲状态的保障对象，优先级最高的任务最 先获得保障对象，其次按“最迟开始重新配置/准备时间”（按升序排列）获得保障对象。任 务获得保障对象的条件是：保障对象在“任务最迟开始重新配置（准备开始时间）”之前准 备就绪。具有同样优先级的任务都有两次机会获得保障对象。第一次获得保障对象仅仅允许 给每个任务分配最小数量的保障对象，然后，在较低优先级任务获取保障对象前，把当前优 先级任务拥有的保障对象数量加到规定值从而完成第二次通知。换句话说，具有同样优先级 的

17、任务，认为'能够开始执行的任务数量'比“让每个任务都达到应有保障对象数量”重要。 但是，衣不同的优先级之间，情况则相反，“任务达到应有保障对象数量”比“能够执行的 任务数量”更重要。（3）已分配任务的保障对象状态如果对空闲状态保障对象和预分配空闲状态保障对象分配任务后发现所需保障对象数 量仍不能满足任务要求，它就会从优先级较低的任务中征用保障对象。已经被分配到优先级 较低的任务的保障对彖虽进入任务准备阶段，但还耒到任务执行时刻，这样的保障对彖会首 先被征川。征川顺序主要根据任务优先级确定，其次再根据“最迟开始时间降序排列顺序” 确定。第一次征用只针对被分配超过任务要求故小保障对

18、彖数量的任务，例如：对于同一优 先级的任务，只有所分配保障対象数量超过要求的最少保障対象数量的任务才会被征用。第 二次征川才是针对已经被分配保障对象但还没执行任务的所令已分配保障对象的，同时还需 确认是否佇足够的时间使保障对象完成准备工作。需要被征川保障对彖的任务首先会征川处 在预分配阶段的保障对象，因为这样不会花费额外的重新配置时间。然后是准备过程中的保 障对象，最后是己经准备完毕的保障对象。正在进行重新配置的装备如果被征用，会按照征 用任务要求的保障对象配置给保障对象加挂组件，被征用保障对象（已处于重新配置阶段的 保障对象除外）在其为新任务准备完毕之前必须先进入再次配直阶段（预分配阶段的保

19、障对 象不川），这段时间主耍是对己进行任务准备的保障对象进行复原。也就是说准备就绪的保 障对象需耍花费更长的时间使保障对彖恢复到任务准备前的状态，而部分准备的保障对彖花 费时间是根据保障对彖停止任务准备时所完成的工作量占总工作量的比例而定。2）保障对象故障仿真故障只发生在保障対象执行任务、出动前准备或任务后检查阶段。可以通过装备分解结 构进行故障定位。lru或sru在不同的任务时段其工作时间是不一样的，并不是每一个 lru（sru）从任务开始到任务结束一直在不间断的运行，比如收放e机起落架的液压系统只 在飞机起飞和降落阶段才会使用，战斗机上的雷达可能飞行到指定任务空域才打开，离开任 务空域后又

20、会关闭，这样为了更准确的确定保障对象的故障及故障模式的发生时间及対装备 任务的影响，需要设定lru（sru）的运行比。通过定义关键lru来确定保障对象发生的故障是否影响保障对象的任务执行，如果装 备中某个lru故障导致基木作战单元任务执行的中断，这时认为这个故障就是关键故障， 导致装备故障的组件就被认为是关键组件，如最低放e设备清单，民航£机为保证e机e行 安全而列出的允许放飞的故障情况和必要的处理措施，如果lru中的sru被定义为关键组 件，那么此lru的故障就会被视为关键故障。在维修活动中对关键故障应给沖较高的优先 级。仅存在非关键故障的装备在其相应的维修活动开始之前仍然是可用的

21、。在不同的任务类 型中对关键故障的定义也不同。只要一个lru (sru)在至少一个任务中被定义为关键组 件，一旦任务结束，由此lru (sru)引起的装备故障都被视为关键故障。装备故障率通常情况下服从负指数分布，也可以服从正态分布或威布尔分布等，并h在 一个任务中装备对以发主多处故障。但是任一 lru (sru)在一次任务中只能发牛一次故 障。根据故障模式的不同，装备故障可以通过直接修复或通过更换一个或多个lru (sru) 进行修复(在924节详细论述)。lru (sru)故障可以通过更换维修来修复。故障模式是 随机抽取的。在随机抽样中每种故障模式所占比重是山此故障模式对应的故障率所占总故障

22、 率百分比决定，相当于故障模式频数比。装备在任务执行过程中发生故障的过程是通过故障 抽样来模拟的。下级保障对象的故障模式是在对上级保障进行维修时把组件拆卸下来后确定 的。保障对象的下级保障对象累积故障率分布为p伙)=5才，k=l, 2.,n(9-3)j=i 凡$式小k表示第k个保障对彖故障，如表示lru在装备小的序号，入表示上级保障对彖的故障率，/表示第j个下级保障对象的故障率，n表示保障对象中包含的下级保障対象的个数。同样式9-3也适于保障对象故障模式的累积故障模式频数比分布。 具体故障模拟过程见图9-4。*兄-确定发生故障弘=工扌的组件图9-4保障对象故障过程9.2.3 典型任务仿真模型1

23、)任务计划分配(1)任务分配过程阶段划分保障对象任务在开始询，会按照任务计划对即将开始的任务进行准备，在任务开始准备 和任务开始执行之间根据任务准备进程可以被划分为三个阶段。这三个阶段如图95所示。. 11:预分配阶段 1准备阶段1准备完毕阶段准备完毕任务开始任务序列1空闲阶段准备阶段该时刻前被分配任务 装备被修复没有分配任务任务序列2分配任务图9-5保障对象任务分配阶段处于维修状态的保障对象，当资源满足维修要求时，保障对象被修复的时间被认为是可 以预先确定的，当保障对象能够确定修复吋间的时刻到保障对象被修复的时刻，这段时间被 称为预分配阶段，在这个阶段，保障对象就可以被安排任务。处于预分配阶

24、段的保障对象， 而又没有分配到任务的称为预分配空闲状态保障対象，已经分配到任务的称为预分配忙状态 保障対象。如果保障対象c经被安排任务，这时保障対象就要按照任务要求做准备工作，包 括充填加挂及使川前检查工作，使用检查工作和充填加挂工作可以并行的开始也可以串行的 执行。当保障对象完毕后可能还没有到预先安排的任务计划执行吋间，此吋保障对象需要继 续等待直到任务开始吋间，这个阶段被称为准备就绪阶段。处于准备就绪阶段的保障对喙称 为准备就绪状态保障对象。（2）给任务分配保障对彖保障对彖在预分配阶段没有分配任务，保障对彖被修复后直到彼分配任务称为空闲阶 段。或者是保障对象执行完任务厉没冇发生故障，但乂没

25、有被分配到新的任务，从任务执行 完毕到被分配新的任务这段时间也被称为空闲阶段。或者保障对象从一个基地转移到另一个 棊地后，没有被安排新的任务。处于空闲阶段的保障对象称为空闲状态保障对象。以下儿种 情况保障对象可转为空闲状态：a）完成任务后检査并h无维修要求b）完成修复性维修或预防性维修工作并且没有执行其他维修活动保障对象总是在其转化为空闲状态z前经历“预分配空闲”状态。这就意味着一旦有任 务提出需求，保障对象在可用之前就可能会被预分配到任务。当保障对象系统同时具有多个任务序列要执行时，会岀现不同任务序列的执行时间互相 交叠，由丁不同的任务序列的优先级可能不同，要旨先满足高优先级的任务序列，这时

26、需要 考虑任务优先级、保障对象任务前所处不同状态以及不可川保障对象的剩余修理时间，保障 对彖准备时间等因素，来解决不同任务序列z间竞争完好装备的问题，所以为任务分配保障 对象需要综合考虑上述多方面因素。保障对象在任务准备阶段，由于有其对应的任务前检査工作项目，因而也会发生失效， 在准备阶段失效的保障对象必须解除与己分配任务的关系并送去维修。此刻需重新考虑保障 对象的分配情况。在任务开始时间到來z前，任务对保障对彖的需求会一直保持着。在这段时间一旦有空 闲保障对象，就会被分配到任务。任何一个拥有足够多保障对象的任务都有可能因为系统故 障或被高优先级的任务征用而再次提出対保障对象的需求。拥有最少可

27、接受保障对象数量，但还未达到任务要求数量的任务，总是试图在准备的过 程中分配到更多的保障对象。换言之，仅含有最少保障对象的任务按时执行任务比延迟执行 任务而拥有任务应有装备数呈更重要。任务延迟时间的作川是使任务能够达到执行条件，即 最小保障对象数量，而又不致导致任务取消，而不是让任务获得的保障对彖数达到任务应有 保障対象数。通常延迟任务中的装备个数达到任务执行条件，即最小保障对象数时，任务就 会被执行，而不会等到任务延迟时间，如果有多个被分配给当前任务的保障对象处在任务准 备阶段，任务将会等待这些保障对象准备完毕，才开始执行任务。2）任务执行任务的执行过程仿真模型是从保障对象实际的任务执行过程

28、中抽象出来的，忽略了一些 与时间和故障特性无关的任务细节，任务开始后保障对彖处于出发阶段并一直处于此阶段直 到它到达任务执行区域。然后任务转入任务执行阶段，任务将一直处于此阶段直到返回阶段 开始。在返冋到达基地之前，任务处于返冋阶段。当准备和分配好的保障对象数量能达到任 务规定的最少保障对象数鼠值时，时间和事件触发任务才能开始运行。如果可用保障対象数 量不足，任务将进入等待状态。任务开始执行后，根据任务执行过程中保障对象的故障情况决定任务是否可以成功完 成，如果任务能够以最小保障对象数量无故障运行至任务要求时间，则任务完成，反之任务 失败，无论任务是正常终止还是非正常终止，都要根据任务触发条件

29、决定任务序列中下一个 任务的开始时间，确定下一个任务的开始时间后，通知下一个任务开始准备，任务就周而复 始的得以持续执行，非正常终止的任务在结束后，参与任务执行的保障对象要被送修，此外 任务结束府还要迓行任务后检查。对于出动前准备和任务灰检查会衣保障对象预防性维修活 动中详细介绍。具体任务执行流程见图9-6。图9-6任务执行过程仿真流程 任务开始确定装备故障确定执行任务的系统数m以址小装备数运行至任务竖求时间v任务成功任务失败确定任务触我条件等待下-触.是一固定时间发时间触发否t通知后续基本任务任务结束爭件触 发任务后检査结束将故障装备送修9.2.4 保障活动仿真模型1）修复性维活动模型（1）

30、站点间修复性维修活动模型组件的故障模式在设计过程中通过fmea确定，然后根据不同维修级别站点的维修技 术条件，在部队编制体制的约束下通过lora确定组件侮种故障模式的维修级别。这样就 可以建立组件故障模式和维修级别之间的对应关系，如果在第i级维修站点内能够维修（k） 组件的故障模式个数为fmnk），该值不包括卜级维修站点可以修理的故障模式，那么在第i 级别的站点能够维修（k）组件的故障模式占该组件所有故障模式的比值就可以通过下式确 定：(9-4)式屮&0叫故（k）组件在第i级维修站点的维修比，n为保障站点的级数，一般情况卜”3。 afn i模型中认为上级维修站点的维修能力高于下级维修站

31、点的维修能力，如果（k）组件故障在第i级进行维修的概率用p（d = i）表示的话，显然：（9-5）r-1叫“讥化（9'6）式中随机变量d表示可能的维修级别数，则山式（4.4） 式（4.6）可得d的分布函数为：f（d）=乞；役,其屮"歹1 2 3（9-7）式中f（kd）也可以叫做（k）组件在第i级站点的累积维修比。组件的累积维修比可以用来 表征保障组多i对于某型组件的维修能力。在最高级维修站点，（k）组件的累积维修比等于1, 这样就避免了模型中出现无法维修的故障组件。故障组件必须按照修复维修策略的既定路线 进行运输，运输通常导致修复过程延迟。（2）站点内修复性维修活动模型装备的

32、故障并非都是通过更换故障组件來排除，装备的不可更换部分也可能会发生故 障。因而对于装备故障可以通过更换一个或多个组件进行修复，亦可通过对装备的不可更换 部分宜接维修进行修复。组件与装备在站点内的维修活动类似，同样也是通过直接维修或通 过更换下一级故障组件来修复。如图9-7 , “曲”节点表示组件故障后或通过直接维修 活动，或通过更换维修活动或通过额外拆卸维修活动完成修复工作。图9-7屮方框代表维 修活动，每个维修活动的执行都需要一定的时间，在执行维修活动的过程中需要使川相应的 维修资源，如果在维修活动开始时，缺乏对用的维修资源，特别是当同时对多个装备进行维 修时，可能存在多个维修活动同时竞争有

33、限的维修资源，缺乏维修资源的维修活动需要等待, 模型认为维修时间最短的维修活动具有获取资源的最高优先级。图例原位戲:修理：:图97站点内修复维修活动a）直接维修活动模型宜接维修活动只包括原位直接维修活动，也称其为宜接维修模式，即对故障组件在原位 执行修理工作。由于组件的故障并非都是由组成该组件的下一级组件的故障导致的，如果该 纽件山n个下一级纽件组成，根据故障率的定义，此时认为：(9-8)式中血为组件故障率，右为组成该组件下一级第j个组件的故障率。令随机变量x为:(9-9)x屮下级可更换组件导致组件故障1非下级可更换组件导致组件故障则其概率为:p (x =0) = /1/-/25f=l“n(9

34、-10)pq(x=l) = a*)/a >1其分布函数为：1x>1式中p<n（x =0）是下级町更换组件导致组件（k）故障的概率，pkx = 1）是非下级町更换 组件导致组件（k）故障的概率，f（k）（x）是随机变量x的分布函数，将f（0）称作组件（k） 的维修模式比。通过维修模式比来表征组件处于直接或更换维修模式的概率。b）更换维修活动模型更换维修活动包括拆卸和更换两个必须的维修活动，这两个维修活动在时间上是顺序关 系。如图9-7所示，典型的更换维修活动分为拆卸、获取组件、女装。拆卸活动就是拆除 失效产品，由于保障对象组成的层次关系，在故障组件的维修活动结束后，仍然可能需要

35、其 它类型的维修活动来处理该组件下一层次组件的故障，如杲被拆下故障组件可修复，那么它 将被送入相应级别的维修站点。女装活动是指女装完好组件的操作。在女装活动开始z前必 须有可川的备件。如果不存在可川的备件，整个维修活动将被迫暂停，直至有备件到来，组 件处于更换维修模式的概率及其分布见式9-10o不同类型的故障组件以及不同的故障模式 对应的维修活动是有差别的。本模型中，更换时间主要分为组件的拆卸和安装时间以及获取 资源的时间，也可以将典型的维修活动继续展开为一系列串行的维修活动，通过定义其持续 的时间和所需要资源来达到更为细致的建模粒度，输出更为准确的时间数据。c）额外拆卸维修活动模型在实际的维

36、修活动中，要更换故障组件时，山于保障对象的故障不能准确的定位到保障 对象中的组件，或是由于多重故障，或是无法直接可达故障组件，这时故障组件的下一级组 件被拆卸的次数是要大于该组件故障的次数，这些多出來的拆卸次数被定义为额外拆卸，额 外拆卸维修活动也称为额外拆卸维修模式，如果维修活动中包括额外拆卸，那么对于维修活 动的建模就要相对复杂一些，在组件的更换维修模式中，可能会有一个或多个额外组件被拆 卸。被拆卸下來的组件可能是故障组件也可能是无故障组件，如果额外拆卸是由丁不准确的 故障定位引起的，h不存在多重故障，那么被拆卸下来的组件就是无故障组件，如果是由于 多重故障导致的额外拆卸，但是能够准确的故

37、障定位，那么被拆卸下来的组件是故障组件， 所以额外拆卸活动也可能嵌套。额外拆卸的维修活动包含如图97所示的儿个典型维修活 动，每一个维修活动也都有延时，“或2”节点表示在测试活动完毕后，如果组件的故障仍然 没有排除，就需要重新执行故障定位活动。如杲组件单位时间被拆卸次数为rt.,贝i：rffi=rti/a（9-12）式中心“是组件的拆卸率因子，人是组件的故障率，rff. -1表征组件单位时间内被额外拆 卸的次数，假设额外拆卸是均匀分布在等待更换组件的所有下一级组件上。将故障组件中下 一级组件被额外拆卸次数的平均值记为瓦；，瓦；是其每个卜级组件被额外拆卸的次数按照 其故障率的加权平均值，即瓦；可

38、以通过rff由下式计算得到：a /i爲£厂（陥-1）/£入（9_13）式中m是故障组件中下一-级组件的个数，&是向下级组件中第i个组件的故障率,他巧是故 障组件下级第j个组件的拆卸率因子。实际每次额外拆卸数量应服从以為为均值的离 散分布，当erts > 1时就需要在图9-7中“蛟”节点处多次返回，重新执行故障定位活动， 查找故障组件，额外拆卸可能导致同一个组件被多次拆卸。如果组件由于非共因故障一单位时间内被拆下的次数为nfti,贝u：n中=n切/2（9-14）式中nffi是无故障发现率因子，因此对于被额外拆卸的组件故障的概率pfi计算方法是：心=（n 阳一1）

39、/（/?阳一1）（9-15）式中rffi > nffi o额外拆卸维修活动也包括筹待资源的过程。并且额外拆卸导致的无故障 发现组件与故障组件的送修方式基本相同。经检测无故障后被送冋原站点，但存在一定的延 时（时间通常比较短），因为在拆卸的时候不能确认组件是否故障，只有经过检测后才能确 定，通常情况下无故障发现组件的周转时间要比故障纽件的周转时间短。修复性维修活动流 程图见图9-8仿真开始图9-8修复性维修活动流程图2）预防维修活动模型（1）预防性维修工作周期预防性维修工作的间隔期决定了对保障对象或组件执行预防性维修工作的吋札预防性维修丄作的间隔期原则上通过rcm分析来确定，通常情况下预防

40、性维修间隔期tpm采川下述三种形式：a）任务数量保障対象或组件在执行和邻两次预防性维修工作之间所执行的任务次数，例如飞机经历 一个起落就被记为一次任务，单位为次。b）运行时间7；保障对象或组件在执行相邻两次预防性维修工作之间所经历的工作吋间，旳位通常以小 时计。c)日历时间7；保障对彖或组件在执行相邻两次预防性维修工作z间所经历的h历时间，单位可以是小 时、h、月、年等。在任务持续执行期间，为了保证有足够数量的飞机满足任务的执行，通常不会在同一时 间对保障对象系统内所有保障对象执行预防性维修工作，为了能够确定预防性维修工作的开 始时间，就必须对保障对彖预防性维修工作的历史进行记录，将上次预防性

41、维修z后保障对 象及其组件到当前时刻所经历的任务数n咖、工作时间几、日历时间7； 记录下來，那么 保障刈豫或组件下次预防性维修开始的时间就可以通过下式确定：(n ,=n用执行任务数表示tpm = r. =t- t“",用运行时间表示(9-16)t用日历时间表示式中n是到下一个预防性维修工作之前的任务数，t是到下一个预防性维修工作之前的任 nnro务时间，tfr是到下一个预防性维修工作剩余的日历时间。在实际中，由于保障对象受到执行任务的影响，实际的预防性维维修工作间隔期通常会 囤绕预防性维修人纲屮规定的间隔期上下波动，这样就必须为每个预防性维修工作项【制定 一个最大允许延迟比心和最人允

42、许提前比r(,来协调任务时i、可和预防性维修工作项n开始 执行时间，提高预防性维修执行的灵活性。如图9-9所示，如果到了预防性维修最早开始 时间，保障对象没有需要执行的任务，保障对象的预防性维修时间就会被提前:如果保障对 象在预防维修提前时间与大纲中规定的预防性维修开始时刻之间有待执行的任务，且该任务 能够在保障对象最晩预防性维修时刻z前结朿，且此时没有其他保障对象可用，则保障对象 执行该任务，预防性维修时间被推后。在任务期间保障对象不能进行预防性维修。如果预防 性维修人纲中规定的预防性维修工作执行时间为te,则预防性维修的实际开始时间t为：一 r 几或 t=tf -叽 + tme, t厂 r

43、 九 < :+ 叽(9-17 )式中t为任务执行结束时间。me此外预防性维修工作还有两个特殊的执行时机，即任务前和任务后，任务前维修时机是 指保障对彖在每个任务出发前，需进行的出动前保障对彖检查和功能测试工作；任务后维修 时机是指保障对彖在每个任务结束后，需进行的任务后保障对彖检查及功能测试工作。维修人纲中规定的预防维修提前时间预防维修开始时间预防维修滞后时间仕分仕势开始吋间结束时间图9-9预防性维修执行时机在预防性维修大纲中，按照预防性维修间隔期，针对同一组件的预防性维修工作对能会 嵌套，例如纽件的d检周期中包含若干个c检，而c检周期中乂包含若干个a检，这时称 这些预防性维修工作项口为

44、相关工作项口，在较长周期的预防性维修活动完成后，其相关预 防性维修工作项目的历史时间应该从零亜新计起，这样就不会导致不必要的预防性维修工作 项目的执行。（2）预防性维修工作执行过程模型预防性维修工作项目包括执行预防性维修工作的组件、对应的预防性维修工作类型和维 修级别说明，预防性维修匸作的类型通常根据组件的功能故障及潜在故障的发生发展规律、 故障模式及其影响，按照消耗资源、费用、实施难度、工作量大小、所需技术水平进行排序 分为保养、操作人员监控、使用检查、功能检测、定时拆修、定时报废和综合工作。其中保 养、定时拆修、定时报废工作属于定时维修，所包含的具体维修活动是确定的，但是对于操 作人员监控

45、、使用检查、功能检测和综合工作而言应该归入视情维修的范畴（操作人员监控 这里是指对保障对象所做的使用前检查工作），这些工作项目需要根据保障对象或组件的状 态，对其隐蔽故障和潜在故障模式做出判断，来决定究竞采取何种维修模式，由于产品故障 出现规律具有随机性，故障出现后，所采取的维修模式也是随机的，包括直接维修模式、报 废维修模式和拆修维修模式，进而对以将这些维修模式划分为一系列的维修活动。如图9-10 所示，图中孑”表示在一个预防性维修活动中，可以同吋包含与其直接连接的一个或多 个维修活动，例如一个综合工作，可以同时包含“使川检查”和“功能测试”维修活动， 线表示在一个预防性维修项目小不是必须要

46、执行的维修活动，例如“定时拆修”工作中，可 以不必进行虚线框中所标识的三种维修活动。“戒”表示与其连接的维修模式不能同时在一 个预防性维修工作过程屮执行，直接维修模式屮只包含一个维修活动“保养”，报废维修模 式包括拆卸、获取组件、女装三个必须的维修活动，这三个维修活动在时间上是顺序关系。 拆卸活动就是拆除报废产品，获取组件是指获得可用备件的活动。如果不存在可用的备件， 整个维修活动将被迫暂停，直至有备件到來，安装活动是指安装可用组件；拆修维修模式中 “拆卸”和“安装”维修活动为报废维修模式是一样的，所不同的是“修理”维修活动，修 理维修活动与获取组件维修活动最人的区别就是不产生备件需求。在具体

47、的维修活动中会涉 及到维修资源的使用，所需保障资源既可以分配给整个执行过程也可以分别分配给每个维修 活动。如果在开始维修活动时，缺乏该维修活动可用的维修资源，这时就会有多个维修活动 同时竞争有限的维修资源，模熨认为维修时间故短的维修活动具有获取资源的最高优先级。 也可以将这些典型的维修活动继续展开为一系列的串行的维修活动，通过定义其维修活动持 续的时间和需要的资源來达到更为细致的建模粒度，输出更为准确的时间数据。使用检查功能测试或人员监控l:葆养：: :捺卸:：報逊（昇:虫装：iiill图例f貫携续修棧戒: 卜缽蟒條模負:图9-10预防性维修活动在执行预防性维修工作的时候，如果对组件（k）检测

48、次数n,'）（包括使用检查工作vv次数和功能检测工作次数）和发现故障次数n/）进行统计，可以得到：(9-18)式中fdr"叫做组件（k）的故障发生比，表征保障对象或组件在预防性维修活动中处在 隐蔽故障状态或潜在故障状态的概率；如果对发生故障后，组件（k）执行更换维修次数n/） 和直接维修次数n,进行统计，可以得到：drrrk） = n产 l（n$ 七 n黑）（9-19）式中rr叫做组件（k）的更换比，表征对组件进行更换的概率；如果对更换下来组件的维 修次数n,/）和报废次数n进行统计，可以得到：dr（k） =（9-20）式中加叫做组件（k）的报废比，表征组件报废的概率，它们分

49、别对应保障对象在预防性 维修活动中两个相斥状态的概率，因此通过这些比率就可以在视情维修工作模式时描述纽件 的预防性维修工作类型的随机特性。预防性维修活动参数见表9-1。表9-1预防性维修活动参数表故障发生比（fdr）更换比（rr）报废比（dr）预防性维修工作类型111定时报废工作110定时拆修工作100直接维修（保养）工作执行预防性维修工作的保障站点是在维修人纲屮确定的，保障对象屮并不是所令的组件 都被运送到相同的维修站点执行预防性维修工作，保障对象或组件必须被运送到维修人纲中 指定的站点才能开始执行其对应的预防性维修工作。运输过稈是有一定时间延迟。在到达指 定的站点后，当维修资源可用，预防性

50、维修工作项目开始执行，维修工作完成后保障对象或 组件被运回原来所在站点。预防性维修活动见图9-110图9-11预防性维修活动流程图3）使川保障活动仿真模型保障对象被修复后，如果已经被安排任务，这时保障对象就要按照任务要求做准备工作, 包括充填加挂及使用前检查工作，使用检查工作和充填加挂工作可以并行的开始也可以串行 的执行。从开始做这些准备工作到准备完毕被称为准备阶段。处于准备阶段的保障对象称为 准备状态保障对象。如前所述，可以对保障对象定义不同的配置，也就是在保障对象上配置一系列的附属部 件，这些部件的类型可以是可更换组件、或有寿件。由丁基保障对彖的组成是相同的，不加挂任何附属组件也算作一种配

51、置，这样保障对象 就可以从一种配置转化到刃一种配置。这一过程称为系统的重新配置，就是对系统女装或卸 除一些附属组件的过程。执行重新配置所需的吋间和保障资源，与相应维修子作业所需吋间 和资源是相同的。这些子作业由拆卸、获取组件、安装活动组成，在维修活动中会有详细描 述，针对不同组件的拆卸作业和女装作业在保障对象重新配置时可以同步进行。在任务准备过程中根据任务会在规定的时间对保障对象执行重新配置过程，重新配置所 需要的组件在配置开始z前就要准备完毕，如果这时出现备件的短缺，重新配置维修活动不 会开始。当所需备件都已满足时，保障对彖重新配置作业才能开始。通常垂新配置作业总能 按时完成，但是在执行重新

52、配置作业时，如果缺乏相应的保障资源，比如特殊的搬运车辆, 也有可能会因此导致垂新配置作业发生延时。经过重新配管的保障对象的故障率会因为安装或拆除了附属组件而发生变化。如果某一 特定配置没有给出任何维修数据，那么就将使用未加附属部件的保障对象的维修数据。9.2.5 保障资源使用过程仿真模型1）保障资源定义及配置保障资源是保障性综合仿真模型中的重要部分。用于保障性综合仿真的保障资源类别包 括人力人员、保障设备以及保障设施和备件。保障组织中配置有一定数量的各种保障资源。 在保障资源仿真模型中需要定义：（1）保障资源的种类分为保障设备、设施、人力人员和备件；（2）保障资源的数量配置在某站点的保障资源数

53、量；（3）保障资源存放的站点配置某种资源的保障站点；（4）保障资源的状态如果对资源使川过程进行记录，每一种资源的使用情况可以通过下面这儿个参数确定：a）可用资源状态当前资源轮换计划方式下不被保障活动占用的空闲保障资源状态；b）使川的资源状态当前资源轮换计划方式下被保障活动占川的状态；c）资源短缺状态当前资源轮换计划方式下被挂起的保障活动等待的状态；（5）可山用保障资源的保障活动分类需要根据不同类型的保障活动指定不同数量、不同类型的保障资源。可以针对整个维修 活动指定维修资源，也可以分别为每个子作业指定维修资源。可指定维修资源的维修活动有:a）保障对象直接维修；b）保障对象换件维修；c）保障对彖

54、预防性维修；d）保障对彖出动前准备；e）保障对象任务后检查。2）保障资源准备过程每一个保障站点都有一系列的保障资源配置。每种类型的资源具有一定的数量。如果维修活动或子作业中所需的资源不能完全满足时，维修活动将就会被迫中断进入等 待状态。如果有限的维修资源被其它维修活动占川，那么被占川的维修资源不能爭先被预定, 只有在其他维修活动完成后才将维修资源释放，资源才能被再利用。也可以通过改变资源轮 换的时间计划或补充新资源來增加可用资源。由丁保障对象系统的任务具有不同的优先级， 为保证高优先级任务的执行，不同优先级的任务所对应的不同维修活动其获取资源的优先级 也是不同的，维修活动获得资源时的优先级是根

55、据活动类型、关键程度利剩余作业时间（按 上述顺序）三个因索决定的。任务前准备和保障对象重新配置的维修活动优先级最高，紧接 着是任务后检查，最片是保障对象和组件的修复性维修和预防性维修。在特定作业类型屮， 关键作业的优先级总是阳于非关键作业的优先级，关键作业这里是指对于关键组件的维修活 动，只是在保障对象的修复性维修和预防性维修活动中才会川到。对于关键程度一样的维修 活动，优先级是根据维修活动剩余作业时间而定的，鮫短的作业剩余时间意味着鮫高的优先 级。并不是保障站点中的资源在所有的时间都是可以执行相关工作，工作人员每天的实际工 作时间受到身体的限制，一般情况下是不会超过12小时/天，为了增加总工

56、时，必须制定工作轮换制度，才能缓解每个维修人员每天有限的工作时间和巨大的维修工作量之间的孑盾。资源轮换计划定义了一系列资源使用数塑随时间变化的计划，如图912所示。利用资 源轮换计划可以描述对资源使川的限制和使川资源方式的变化。资源轮换计划会对使川资源 的数量和时间产生限制。每一次资源轮换的变化都会导致保障站点内不同类型资源可用数量 发生变化。每个站点可以有不同的资源轮换计划，这样每个站点的资源配置都不-样。当维 修工作进行到资源轮换计划改变的吋刻，当前执行的所有维修活动的资源都会重新分配。如 果资源轮换的变化导致某些资源的可用量下降了，那么有可能有些作业会因为缺少资源而被 迫停止，这吋维修活

57、动就会挂起，该维修活动就会等待维修资源按照资源轮换计划改变到可 用的时刻，同时当前被挂起的维修活动的状态被记录下来，当有资源对用后恢复维修活动的 执行。资源轮换计划可以分层定义，一个资源轮换计划中包括若干个相同的卜级的资源轮换计 划，口j以通过定义：(1) 下级资源轮换计划重复次数下级资源轮换计划在口历时间内的垂复次数：(2) 下级资源轮换计划间隔时间相邻两个下级资源轮换计划的间隔时间；当然需要明确资源轮换计划的开始时间和终止时间。最低一级资源轮换计划是一段连续 的时间。数量iiil1,1hm-0100200300400500600700日历时间所有站点所有资源的数量0100300500200600700日历时间资源使用计划图9-12资源轮换计划人员是一类特殊的保障资源，保障人员通常会按照技术专业进行划分，例如机务大队分 为机械、电子