潜射导弹综合保障仿真评估研究
1 引言
综合保障评估是实现装备综合保障目标的重要而有效的监督和控制手段，它通过试验将装备、整机或部件与技术要求和规范进行比较，并对比较结果进行分析，以评定综合保障工作的效果。
我国第一代潜射导弹武器系统研制较早，受任务紧急及技术水平限制，对武器系统的保障性没有充分考虑，装备服役后出现许多难以克服的问题；在新型号研制中，如何准确地分析现有装备系统的保障资源配置合理与否，从而指导部队装备保障策略的设计与调整，成为装备部门亟待解决的课题。目前，由于系统复杂性等原因，利用数学解析方法解决综合保障评估问题还比较困难。
系统仿真就是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统为工具，利用模型对系统进行研究的综合性试验科学。对于许多数学方法求解难以实现或是极其复杂的问题，采用仿真方法可以方便快捷的求解。在这种情况下，采用系统模拟仿真的方法完成潜射导弹的综合保障评估是一种可取的选择。
2 基于任务时间线的仿真模型研究
潜射导弹综合保障仿真模型主要是以任务时间线中的系统任务为对象，以任务中的事件为线索，以任务的阶段顺序为次序，利用设备参数（MTBF、MTTR、MLDT和占空比）和使用规则参数（允许停机时间、任务时间线、维修政策、后勤保障和可靠性框图），模拟任务时间线中所有与系统保障有关的活动，评估系统在给定配置和使用要求下的综合保障能力。其建模仿真示意图如图1所示，各个模型描述如下：
1）输入数据模型。综合保障仿真数据种类多，数据量大，仅每种设备就至少有8个基本参数，而导弹武器系统又有成百上千的设备。该模型主要解决输入数据分类（设备参数和使用规则参数），建立系统结构参数（可靠性框图参数）、任务参数（任务时间线和任务允许停机时等）、使用参数（后勤保障、维修政策、使用率等）、可靠性参数、维修性参数、保障性参数等模型。
2）系统配置和可靠性框图模型。进行武器系统的组成和功能分析，提供计算机可以识别的设备编码、类型编码和串并联关系，为综合保障仿真的状态统计提供依据，是仿真模拟的基础。
3）任务时间线模型。按年月次序（日历时间）描述系统预期可能出现的工作方式、任务、交战类型，确定系统的各种工作状态以及各个阶段内参与工作的设备和配置。它包括阶段类型、阶段持续时间、任务类型、交战方式和设备预计使用率等参数，任务时间线模型从任务剖面中产生。
4）蒙特卡罗统计实验模型。任一设备的寿命、维修时间、保障延误时间都是一个服从某一分布的随机变量，根据随机变量的产生原理抽样得出。
5）离散事件模型。系统的状态是一个时间连续状态离散的马尔可夫更新过程，考虑设备的几种不同的工作状态：工作、故障、维修、保障延误等，建立设备状态列表，根据相邻事件系统状态不变，确定系统的仿真步长。
6）统计模型。主要用来建立各种指标参数的统计模型，它是综合保障仿真的核心。
3 系统总体结构及设计思想
潜射导弹综合保障仿真评估系统是一种以武器装备仿真平台开发出的以潜射导弹综合保障要求为基础，充分利用现有的综合保障领域的知识和武器系统运用建立动态的运算规则，采用灰色关联度法分析参数，依据任务时间线模型，经过蒙特卡罗方法的科学运算和专家系统打分，得出与综合保障相关的定性与定量参数值，发现综合保障的薄弱环节，提供优化保障方案的智能性程序系统。
根据潜射导弹武器系统的特点，此综合保障仿真评估系统所涉及的参数指标系统如图2所示。
此仿真评估系统应具备以下功能：友好的人机界面、参数选择与确定、样本筛选、实时评估、数据管理等。结合武器系统的基本要求，该仿真评估系统的总体结构包括：任务管理总模块、数据库／文件管理模块、定性参数模块、作战保障想定模块、灰色关联度模块、非参数核密度估算模块、蒙特卡罗统计模块、动态评估模块、系统服务模块等，其实现策略如图3所示。
仿真系统的关键技术包括以下几方面：
1）灰色关联度分析：它根据分析初始数据取值的频率与常见分布取值频率的相似程度来判断评估对象的分布规律，是一种曲线拟合方法。该技术的应用前提是必须有一定的试验数据作为目标数列，所以，该方法在工程研制阶段、试验定型阶段、生产及生产定型阶段、部署使用阶段可广泛应用。
2）蒙特卡罗仿真方法：它是以一个概率模型为基础，通过模拟实验的结果，作为问题的近似解。一般分为三个步骤：构造或描述概率过程，实现从已知概率分布抽样，建立各种估计量。
3）动态评估：在仿真过程中，要处理大量的数据，对不同参数进行动态评估，必须有效的连接数据库资源，分析数据的有效性，选择合适的评估模型，给出准确的评估。
4 仿真流程分析
根据系统分析的结果，建立整个系统的基本仿真元素，主要包括使用任务、装备的系统／子系统、故障模式、维修工作类型、备品备件、保障设备、人力人员及其他保障资源等。
这些元素是构成仿真对象系统的基本元素，是进一步建立仿真子模型的基础。这些仿真元素的属性、数据等可以通过与现有的综合保障分析系统相集成来获取。
对于可修系统，一旦工作单元故障，就会导致系统停机，同时对保障系统产生需求，使得保障系统开始运作，对保障单元进行维修，修竣返回后系统继续开始工作。在此过程中对保障对象工作和保障系统运作的相关仿真数据进行统计分析，最后结合各种参数模型的要求，进行仿真结果的分析处理。图4给出了仿真评估流程。
仿真开始后，首先根据输入数据模型初始化使用规则参数和设备参数，利用任务时间线模型产生一系列的故障、维修、保障事件。判断故障单元的故障类型，如果能及时抢修的就进行现场抢修，如果对所执行任务产生影响则依据故障模式及危害程度判断所需的维修级别，维修过程都伴随着维修保障资源的消耗。单元修复后继续工作，否则直接判定任务失败，结束本次仿真。在任务过程中，仿真模型同时进行任务时间的控制，达到任务时间约束的要求时即中止本次仿真，进行任务量检查并转入下次仿真。最后对多次仿真得到的数据进行分析，将定量参数进行点估计和区间估计，并利用灰色关联度法判断总体分布，利用非参数核密度法确定概率密度函数。对于那些只能定性表示的参数用专家打分法明确其状态特征。
综合保障仿真评估软件利用Visual C++编制，它包括两部分：基于XP风格的界面程序和评价程序，具体评价程序的功能及结构如图5所示。Execute（）的功能是初始化处理，调用sim（）类，每次仿真执行后统计数据；sim：：data（）的功能是设备参数和使用规则参数处理，计算备件库存水平；sim：：run（）的功能是进行阶段的初始分析、系统状态确定、任务成功统计；sim：：ran（）的功能是进行随机抽样，提供零部件的故障和修复时间；sim：：ststus（）的功能是状态分析，在每个状态事件之后，评估设备和系统状态。sim：：event（）的功能是建立时间列表，对事件进行排队分析；sim：：keyequ（）的功能是任务结束时统计故障设备，进行设备的不可用度和不可靠度计算；sim：：soares（）的功能是用于各维修级别备件库存计算；sim：：eval（）的功能是仿真数据分析；sim：：grey（）的功能是参数灰色关联度估计；sim：：non（）的功能是非参数核密度估计；sim：：ngt（）的功能是专家打分；
下面以一次打靶试验为例，导弹武器系统由导弹、技术阵地设备和艇上发射系统设备组成。假设功能单元的故障率和修复率服从指数分布，结合各装备的任务可靠性模型，各单装之间组成的串联关系的任务可靠性模型，期间只要有一种装备不能完成任务则整个任务即宣告失败。仿真结果如表1所示，时间度量均为小时。
通过仿真得到的使用可用度，任务成功概率等的统计和概率拟合结果，与部队实际收集到的数据进行比较可以看出上述所建模型能够很好的反映装备实际组成和运行情况。
5 结语
近年来，我国潜射导弹研制的进程不断加快，许多先进的高科技成果都将应用于新一代的装备中，这要求我们加大力度投入到系统仿真、建模方法研究中去。本文建立了基于任务时间线的潜射导弹仿真模型，提出了仿真系统的总体结构和设计思想，明确了仿真评估流程对于装备综合保障仿真评估系统的建立具有很强的借鉴意义。通过具体的实例仿真分析可以表明，此方法可以有效地对基于复杂任务的潜射导弹武器系统的综合保障参数进行仿真，这对提高装备使用与保障人员的工作效率，增强部队综合保障能力具有积极的意义。
