第４４卷 第４期系统工程与电子技术
Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．４
２０２２年４月ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａ
ｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＡｐ ｒｉｌ２０２２
文章编号：１００１ ５０６Ｘ（２０２２）０４ １２４６ １０ 网址：ｗｗｗ．ｓｙ
ｓ ｅｌｅ．ｃｏｍ收稿日期：２０２１０１１５；修回日期：２０２１０３１０；网络优先出版日期：２０２１０５１０。
网络优先出版地址：ｈｔｔｐ：
∥ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．２４２２．ＴＮ．２０２１０５１０．１４３３．０１１．ｈｔｍｌ基金项目：“十三五”装备预研共用技术项目（４１４０２０３０４０１）；全军军事类研究生项目（ＪＹ２０１８Ｃ１７５）资助课题 通讯作者． 引用格式：丁刚，张琳，崔利杰，等．航空装备单元维修保障仿真评估方法研究［Ｊ］．系统工程与电 子技术，２０２２，４４（４）：１２４６ １２５５．犚犲犳犲狉犲狀犮犲犳狅狉犿犪狋：ＤＩＮＧＧ，ＺＨＡＮＧＬ，ＣＵＩＬＪ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆａｖｉａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅ
ｎｔｕｎｉｔｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅａｎｄｓｕｐｐｏｒｔ［Ｊ］．ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａ
ｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０２２，４４（４）：１２４６ １２５５．航空装备单元维修保障仿真评估方法研究
丁 刚１，
２，张 琳２，崔利杰１， ，张 亮１，李新春１（１．空军工程大学装备管理与无人机工程学院，陕西西安７１００５１；
２．空军工程大学防空反导学院，陕西西安７１００５１）
摘 要：针对航空装备维修保障的仿真评估问题，首先，以某装备单元完成典型训练任务为主线，构建装备单元维修保障业务模型、
组织机构模型、装备任务模型、装备系统模型、保障系统模型和保障行为模型。其次，设计了维修保障仿真推演运行控制和计算推演框架。最后，对维修保障分析评估流程进行分析，并通过典型案例进行
计算验证。通过研究，
能够为深入推进装备单元保障性仿真评估奠定基础，为高效、准确地实施装备体系维修保障能力评价、控制、统筹和优化提供支撑。
关键词：航空装备单元；维修；保障；仿真评估方法中图分类号：Ｅ１４ 文献标志码：Ａ 犇犗犐：１０．１２３０５／ｊ．
ｉｓｓｎ．１００１ ５０６Ｘ．２０２２．０４．２２犚犲狊犲犪狉犮犺狅狀狊犻犿狌犾犪狋犻狅狀犲狏犪犾狌犪狋犻狅狀犿犲狋犺狅犱狅犳犪狏犻犪狋犻狅狀犲狇狌犻狆犿犲
博登海默狀狋狌狀犻狋犿犪犻狀狋犲狀犪狀犮犲犪狀犱狊狌狆狆
狅狉狋ＤＩＮＧＧａｎｇ１，２，ＺＨＡＮＧＬｉｎ２，ＣＵＩＬｉｊｉｅ１， ，ＺＨＡＮＧＬｉａｎｇ１，Ｌ
ＩＸｉｎｃｈｕｎ１（１．犈狇狌犻狆犿犲狀狋犕犪狀犪犵犲犿犲狀狋犪狀犱犝狀犿犪狀狀犲犱犃犲狉犻犪犾犞犲犺犻犮犾犲犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犆狅犾犾犲犵犲，犃犻狉犉狅狉犮犲犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，通心络
犡犻’犪狀７１００５１，犆犺犻狀犪；２．犃犻狉犪狀犱犕犻狊狊犻犾犲犇犲犳犲狀狊犲犆狅犾犾犲犵犲，犃犻狉犉狅狉犮犲犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犡犻’
犪狀７１００５１，犆犺犻狀犪） 犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｆｏｒｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆａｖｉａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｓｕｐｐｏｒｔ，ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔ
ｈｅｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｓｕｐｐ
ｏｒｔｂｕｓｉｎｅｓｓｍｏｄｅｌ，ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔａｓｋｍｏｄｅｌ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌ，ｓｕｐｐｏｒｔｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｂｅｈａｖｉｏｒｍｏｄｅｌｏｆａｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｕｎｉｔａｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎａｔｙｐｉｃａｌｔｒａｉｎｉｎｇｔａｓｋｃｏｍｐｌｅｔｅｄｂｙａｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｕｎｉｔ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｆｒａｍｅｗｏｒｋｏｆｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｓｕｐｐ
ｏｒｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｄｅｄｕｃｔｉｏｎｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，
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ｖａｌｕａｔｉｏｎ，ｃｏｎｔｒｏｌ，ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．犓犲狔狑狅
狉犱狊：ａｖｉａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｕｎｉｔ；ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ；ｓｕｐｐｏｒｔ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ０ 引 言随着作战样式的发展演变，
装备作战效能的发挥越来越依赖于装备的保障性水平和装备保障体系的运行效能。装备保障效能受装备本身“六性”设计水平和装备维修保障模式的综合影响。因此，对装备保障模式的验证和保障能力的评估存在很大困难。装备单元由基本装备组成，基本装备单元是能够独立执行作战任务的最小单
位，由单个装备系统或同型装备系统和保障系统构成［１］。装备完好率是装备能够随时遂行作战或训练任务的完好装备数与实有装备数之比［２］，主要用以衡量装备的技术现状和管理水平，以及装备对作战、训练、执勤
第４期
丁刚等：航空装备单元维修保障仿真评估方法研究·１２４７ · 的可能保障程度。装备完好率评估对指挥员进行战训任务决策具有重要意义。近年来，相关研究人员运用仿真的方法对装备保障效能评估进行了较为深入的研究。罗湘勇等研究了装备保障任务建模与仿真验证方法［３］；刘彬等对装备保障仿真概念模型构建进行探索［４］；李晨等构建了面向任务的装备保障概念模型［５］；米巧丽等对舰炮维修保障过程进行了仿真［６］；尹丽丽等对装备保障体系进行了分布式建模与仿真［７］；寇力等对装备保障体系仿真关键技术进行了研究［８］；Ｍａｈｕｌｋａｒ等对海军作战人员日常维修流程进行了建模与仿真分析［９］；Ｙａｎｇ等基于智能体对多源数据集成进行了研究［１０］；Ｃａｏ等对装备保障过程建模进行了研究［１１］；Ｐａｎｔｅｌｅｅｖ等建立了一种装备维修保障过程模型［１２］；Ｄｕ等
水下皇陵
建立了基于智能体的装备保障指挥框架，对各智能体的沟
通机制进行了设计［１３］；
李亚飞等研究了舰载机保障作业实时调度方法的仿真实现［１４］；丁刚等研究了航空装备体系保障性分析仿真运行控制与维修保障模式仿真推演关键问题［１５１６］；张亚东等研究了列控运营场景危险分析及仿真验证方法［１７］；赵洪利等采用离散系统仿真的方法建立了备发仿真模型［１８］；杨英杰等对装备维修保障仿真系统的灵敏度分析与参数优化进行了研究［１９］；王双川等对战时合成部队多阶段作战任务成功概率的仿真评估方法进行了研究［２０］；Ｍａｓｓｉｍｏ等构建了电气电子设备可靠性和部件复用失效概率模型［２１］；Ｚｈｏｕ等建立了一种基于维修过程仿真的维修性评估方法［２２］；许庆等建立了面向仿真的航天装备维修保障效能评估指标参数体系［２３］；Ｍｉｒａｎｄａ等建立了一种基于仿真的备件供应链网络与维修系统联合支持与评估建模方法［２４］；Ｐｅｔｒｏｖｉｃ等建立了一种基于统计过程控制与仿真的维修过程快速评估方法［２５］；Ｐａｎｇ等研究了新一代装备维修的仿真建模与评估方法［２６］。从以上文献可以看出，仿真方法在装备保障效能评估方面得到了广泛应用，其需要解决的核心问题是模型构建与仿真计算。因此，本文主要研究维修保障仿真建模和推演两个方面的问题。１ 维修保障仿真建模系统建模是指将一个实际系统的结构、功能、输入输出关系用数字模型、逻辑模型等描述出来，用对模型的研究来反映对实际系统的研究［２７］。维修保障仿真模型用来定义保障对象和保障主体的要素、结构、关系
和
行为等，是对装备使用与保障系统的第一次抽象，生成装备保障仿真实体模型的概念蓝图。维修保障模型体系包括使用任务、装备系统（系统／子系统／设备／部件）、保障系统、保障行为等各类概念模型。装备维修保障模型构成如图１所示
。
图１ 装备维修保障模型构成
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｓｕｐｐ
ｏｒｔｍｏｄｅｌ１．１ 维修保障业务模型
维修保障业务模型构建以装备任务建模为主线牵引，组织载体为任务计划执行对象，调度装备完成计划的执行。当装备在执行任务中，考虑各机构维修保障任务（换发、定
检、大修、供应航材、故障维修等），同时考虑在执行维修保
障任务时的各类保障资源（保障设施、保障工位、保障装备、四站装备、保障人员、备品备件等）动用。保障仿真业务模型如图２所示。
１．２ 维修保障实体模型
１．２．１ 组织机构建模
pss组织机构建模描述某旅、修理厂、航材库等组织结构模型，
是装备的组织载体、任务执行、保障业务执行实体的描述，实现对各类组织静态能力的描述，具体包括以下５个部分。（１）组织层次建模
组织层次模型用来描述航空兵旅结构及其具体机构，如所统辖使用人员类型和数量、统辖装备类型和数量等，一
·１
２４８ ·系统工程与电子技术
第４４卷
图２ 保障仿真业务模型
Ｆｉｇ．２ Ｓｕｐｐ
水葫芦喊冤ｏｒｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂｕｓｉｎｅｓｓｍｏｄｅｌ个旅由多个使用分队和保障分队（修理厂、航材库）组成。（２）使用分队建模
使用分队是部队中的基本编制单元，由一定数量的装备和操作使用人员组成。使用分队模型主要描述装备的基本动用、使用组织等。（３）保障分队建模
保障分队是由具有一定编制的保障人员、保障设施、保障装备、保障设备等组成的成建制分队，包括维修保障分队
和供应保障分队，
如修理厂、航材库等。建模包含了对保障资源分派的一般规则的定义和表达。（４）使用人员建模使用人员模型是用来表达执行装备使用活动的人员的模型。使用人员要素是指根据航空装备的使用与维护任务要求，确定使用人员的技能水平和人员数量，用以保证航空装备在寿命期内能得到正常的使用
和保障。（５）保障班组建模保障班组由一定数量、各种专业和等级的使用人员组成的，是执行具体使用保障任务的小组。保障班组分为两种，一种是临时班组，根据需要临时完成的保障任务对人员的需求而临时组建；一种是固定班组，根据装备设计的保障任务确定。１．２．２ 装备任务建模装备任务模型描述装备使用规则、方案，以及根据装备技术特点和使用规定确定的装备出动、调动规则，是与装备
的动用、
飞行计划相关的模型。根据任务组成将装备任务模型分为任务阶段建模、任务科目建模和飞行计划建模。具体包括以下部分。（１）任务阶段建模
任务阶段是指装备所执行的特定任务中的一个时间阶段。在该阶段中，装备的工作环境、工作状态等基本保持不变。任务阶段是组成任务的基本单元。（２）任务科目建模任务科目是装备在完成特定任务时间内所经历的事件和环境的时序描述。任务科目由多个任务阶段按照一定时序和转换条件而组成。对于完成一种或多种任务的装备制定一种或多重任务科目。（３）飞行计划建模飞行计划模型是一个使用任务的日历计划模型，定义一段时期内，计划性的装备使用任务的安排和条件，将年度任务逐月分解，形成月度飞行计划，最终分解到单日飞行安排。飞行计划模型通常可以表达日常计划性的使用任务安排。
第４期
丁刚等：航空装备单元维修保障仿真评估方法研究·１２４９ · （４）梯次控制策略建模
梯次控制策略解决任务飞机出动时的剩余寿命控制，合理分散飞机大修时机，避免飞机集中达到阶段寿命导致大修工厂飞机堆积，避免因维修飞机过多导致可用飞机数量骤减、飞机完好率降低，影响训练任务的完成。１．２．３ 装备系统建模
装备系统模型是装备训练任务和保障任务的执行实体，装备在执行任务时需要通过故障机制模型触发装备的自然故障。装备系统建模是与装备的结构、
故障、可靠性、维修性、保障性（ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｍａｉｎｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｕｐｐｏｒｔ ａｂｉｌｉｔｙ，ＲＭＳ）指标等有关的模型构建。具体包括以下部分。（１）装备结构建模装备结构建模用来描述装备的硬件构成，
包括装备、系统、分系统、组件、部件等，同时描述装备通用性能参数，如速度、航程等，并能够表达装备在使用中的各种状态和行为。（２）装备分系统ＲＭＳ指标建模对应装备每一个层级的分系统单元，可设置并管理其可靠性指标、维修性指标、保障性指标、测试性指标等通用质量特性指标。装备分系统ＲＭＳ指标如表１所示。表１ 装备分系统犚犕犛指标
犜犪犫犾犲１ 犈狇狌犻狆犿犲狀狋狊狌犫 狊狔
狊狋犲犿犚犕犛犻狀犱犻犮犪狋狅狉狊序号保障对象可靠性指标维修性指标保障性指标１２ 狀飞机平均故障间隔时间平均修复时间平均备件延误时间
平均致命性故障间隔时间最大修复时间保障资源利用率
………（３）装备故障机制建模
装备在执行任务时会产生故障，装备故障机制描述装备工作时的故障机制，即由下级硬件产品的关键件属性结合ＭＴＢＦ值触发装备在飞行训练任务中自然故障。
１．２．４ 保障系统建模
保障系统是在装备寿命周期内用于使用和维修装备的
所有保障资源及其管理的有机组合［２８］。保障系统建模主要描述飞机开展维修保障业务时装备保障系统的构成、要素和关系。具体包括以下部分。
（１）装备场所建模
装备场所模型用来表达装备日常使用和维修的整个场所，通常由多个装备使用和保障的设施构成，并具有一定的范围、布局、通道等。
（２）保障设施建模
保障设施是对统辖装备及其保障资源且具有各种保障功能的设施的总称，包括停放、储存、维修保障、使用保障等，是各种保障功能和保障活动执行的物理场所。设施通常由一定数量的保障工位组成，并具有一定的保障任务容量。
（３）四站装备建模
四站装备是用来执行装备充、填、加、挂等保障工作的独立装备。四站装备用以保证装备在任务过程中能得到正常的使用和保障，四站装备可根据实际应用建立与保障工
位／设施的关系。（４）备品备件建模备品备件模型用来定义和描述装备保障活动中所需的备件及消耗品。备品备件模型与装备的ＬＲＵ／ＳＲＵ可以有单向对应关系，即一个ＬＲＵ／ＳＲＵ必然对应于一个
备品备件模型，但一个备品备件模型不一定对应一种ＬＲＵ／ＳＲＵ。（５）保障工位建模保障工位是对最基本的、具有一定保障功能的物理场所的抽象。一个保障工位是一个最基本的、可以容纳一定
品种和数量的保障资源的保障工作场所，可以包含多种保
障装备、保障设备、备品备件等保障资源，还具有对被保障装备和保障人员的容量限制等属性。保障工位是保障设施
的基本构成要素。（６）保障设备建模保障设备模型用于表达装备使用与保障作业中所需的各种工具、
设备、装置等。保障装备包括固定式和移动式，用以保证装备在维修保障过程中能得到正常的使用和保障。１．２．５ 保障行为建模保障行为模型是针对飞机保障活动、事件、工作和任务
进行建模，是对整个保障业务的规划和定义，保障行为也是
保障业务运行的核心环节，是保障业务的体现。根据飞机维修保障的需求，
可将保障行为分为维护维修行为和备件供应行为两个部分，
维护维修行为又可分为使用保障行为、周期性维修行为和修复性维修行为。（１）维护维修行为在任务过程中，装备的动用需要在外场进行使用保障来预防故障的产生、
在内场需要定期检查装备的使用情况预防并降低装备的故障发生。除此以外，还需针对装备发
生的故障进行修复性维修，分别体现为使用保障行为、周期性维修行为和修复性维修行为。通过对实际维护维修时间的统计可以确定工作单元每项任务的作业活动的平均时
间。因此，
对于具体的维护维修任务，通过维修活动流程。可以得出完成维修任务花费的时间。本文考虑的使用保障任务包括外场直接机务准备、再次出动准备、预先机务准备和放飞。使用保障行为模型如图３所示。
·１
２５０ ·系统工程与电子技术
第４４卷
图３ 使用保障行为模型Ｆｉｇ．３ Ｕｓｅｓｕｐｐ
ｏｒｔｂｅｈａｖｉｏｒｍｏｄｅｌ修复性维修任务主要是外场故障维修。修复性维修行
为模型如图４所示。周期性维修任务包括内厂各种条件下的定检、大修、换发。周期性维修过程模型如图５所示
。
４ Ｆｉｇ．４ Ｒｅｐ
ａｉｒｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｂｅｈａｖｉｏｒｍｏｄｅ
ｌＦｉｇ．
５ Ｐｅｒｉｏｄｉｃｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｂｅｈａｖｉｏｒｍｏｄｅｌ（２）备件供应行为
装备的换件修理活动将产生备件需求，航材库接到备
件请求后，需要进行备件请领判断，若库存量能满足需求，则备件从航材库发出，航材库的航材库存量减少；若不能满
足需求，
则会产生备件短缺记录，同时航材库需要向上级航材中心发出备件申请，由上级航材中心接收备件申请后下发备件补充下级航材库库存。针对备件的补充，备件供应行为模型如图５所示
。
Ｆｉｇ．６ Ｓｐａｒｅｐａｒｔｓｓｕｐｐｌｙｂ
ｅｈａｖｉｏｒｍｏｄｅｌ保障行为要素建模具体包括４个部分。
（１）保障活动建模白鹭课文教材解读
一项保障活动是一项内容单一、有一定的保障资源占用或消耗、
需要消耗一定时间的保障行为。保障活动建模用于表达最基本的保障行为。装备常用的使用保障活动包括直接机务准备、再次出动准备、预先机务准备和放飞等；装备常用的修复性维修活动包括故障维修和战场抢修；装备常用的周期性维修活动有换发、定检、大修等。（２）保障事件建模
保障事件用于表达一定时间点发生的会引发保障工作的各种事件。如装备故障、装备达到定检条件、到达大修时间等。保障事件的发生有多种类型，包括定时发生、条件发生、
随机发生等。保障事件模型能够灵活设置事件发生的条件和类型。保障事件发生类型如表２所示。
表２ 保障事件发生类型犜犪犫犾犲２ 犛狌狆狆狅狉狋犲狏犲狀狋狅犮犮狌狉狉犲狀犮犲狋狔狆犲狊保障工作类型保障活动类型事件发生类型事件发生条件时间发生条件值备注使用保障工作飞行前检查再次出动检查飞行后检查条件发生任务开始任务中间任务结束无（与飞行任务活动关联）外场
外场外场周期性维修工作专项工作定检换发日常轮胎更换座椅拆装定时发生飞行小时飞行小时起落
固定日期具体飞行小时具体飞行小时
起落数值固定日期内场内场外场外场修复性维修工作
故障维修随机发生装备故障ＭＴＢＦ值
内场／外场
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