摘 要： 通過分析一般艦船裝備的維修流程，應用現有流程仿真軟件Extend平臺對艦船裝備的維修流程進行建模和仿真。設置模型參數，根據模型運行結果分析模型設置的合理性，對維修的決策進行優化。
關鍵詞： Extend；維修流程；仿真
隨著艦船裝備復雜程度的提高，裝備的維修流程相應地也越來越復雜。目前，建模與仿真技術已經被廣泛地應用到維修流程的再現和模擬中，也取得了大量的研究成果[1-3]。但是，在當前的研究中還存在一些普遍的問題：(1)往往假設維修資源充足或不存在資源競爭的情況[4]；(2)忽略人的因素，即維修人員的影響[5]。
針對上述情況，本文結合部隊維修機構的實際情況，基于Extend仿真平臺建立了艦船裝備維修流程仿真模型，在綜合考慮維修小組和維修資源有限的情況下對維修流程進行了一定的優化。這些工作對科學配置維修資源、提高資源利用率、縮短裝備在修時間、提高裝備戰備完好性具有重要意義。
1 艦船裝備維修流程分析
目前，艦船裝備維修的實際過程主要還是首先檢測故障并對故障進行定位；找出故障部位；然后拆下故障部件并予以更換。當有多個維修任務時，就可能出現維修資源沖突和維修人員短缺的問題。
例如，故障診斷所需資源除必要的人員外，一般還需要檢測設備，而故障定位后的故障修復過程則不再需要檢測設備。以兩任務并行維修過程為例，其共享檢測設備的過程如圖1所示。A、B任務開始維修的條件還包括必須有空閑的維修小組，維修過程開始后一直占用維修小組，直到任務結束才釋放。
2 基于Extend的維修流程仿真模型
2.1 仿真原理
Extend仿真離散系統[6]采取最短時間事件步長法，也就是說在仿真模型中存在著一系列不同性質的事件，按照發生時間的先后順序逐個進行考察，發生時刻距初始時點最近的對應事件即為最短時間事件，仿真時以最短時間事件為步長一步一步地對系統的行為按照時間的進程來進行動態模擬。具體步驟為：首先選取系統的一個初始狀態；然后在一系列事件中選取一個最短時間事件；接著運行該事件，同時記錄系統的行為與狀態的變化，并將初始點移到上述事件發生的當前時刻；再選取新的最短事件。循環往復，直到仿真結束。
2.2 維修流程的系統仿真
按照第1節中介紹的維修的基本流程，考慮檢測工具和維修人員的因素，利用Extend仿真平臺建立了艦船裝備維修流程仿真模型，如圖2所示。
對仿真模型實現維修流程仿真的具體原理和方法說明如下：
(1)由模塊①(Generator)模擬裝備的故障發生，在模塊內設置故障發生的間隔時間，有指數分布、正態分布等常見分布；由模塊②(Select Output)和模塊⑨(Rand)來模擬不同的任務（故障）類型，以概率的形式表示故障的發生情況，并將不同的故障發送到不同的修理路徑上進行模擬修復；
(2)由模塊④(Labor)和模塊⑤(Tool)來模擬維修資源，它們分別表示維修小組和檢測工具。通過模塊③(Batch)來對維修任務的資源請求進行滿足，當由模塊①模擬產生的故障來到模塊③時，模塊③會向模塊④和模塊⑤發出資源請求，當資源充足時會占用有限的資源然后轉入下一步的維修流程，直到相應的維修工序完成后才會釋放相應的維修資源；當資源不足時，維修任務就會等待，直到請求的資源得到滿足再轉入下一步，這樣就模擬了維修資源有限的制約；
(3)在得到了需要的維修資源后，由模塊⑥(Delay)來模擬故障的檢測和故障的修復，其仿真實質是根據不同的任務類型來產生相應的仿真延遲時間；由模塊⑨(Rand)來模擬不同類型的時間分布，如指數分布、正態分布等，通過連接到模塊⑥的端口D來發送到模塊⑥；當相應的維修工序完成后由模塊⑦(Unbatch)把之前模塊③打包的相應資源進行釋放，釋放的資源通過相應的端口回到模塊④和模塊⑤等待下次資源請求，這樣就實現了維修資源在仿真模型中的流動；
(4)模塊⑧是分層模塊，相當于對模塊⑥和模塊⑦等一系列模塊的集成打包，能夠實現它們在模型中所實現的功能，這樣能夠減少功能模塊的重復構建、提高仿真效率，并可以根據維修任務類型的具體數量來設置修復路徑的個數；最后當任務全部完成以后匯總到模塊⑩(Exit)離開仿真系統。
通過設置好相應的參數和仿真運行時間、次數等，就能夠使仿真系統達到穩態，從而觀察、記錄、計算所需的指標、信息等。
2.3 實例研究
某維修所擔負某型裝備的維修保障任務，該裝備故障間隔時間服從指數分布，平均間隔時間為0.8 h。任務可分為5種類型，故障檢測時間服從指數分布，故障修復時間服從正態分布，各具體參數如表1所示。
資源配置方案為:3個維修小組和1套故障檢測設備。采用2.2節Extend建立的模型進行仿真。經分析系統可以達到穩態，所以采用穩態分析方法，系統性能參數如表2所示。
從仿真結果可以看出，檢測設備的利用率比維修小組的利用率高，說明由檢測設備占用造成的裝備等待維
修占多數。原理上說，可以通過減少維修小組或增加檢測設備來增加維修單元的整體資源利用率。但是經仿真分析，該例中增加1套檢測設備或減少1個修理小組都使利用率的差異變大，即都使匹配關系變得不好。通過反復調整實驗參數，發現在維修小組與檢測設備4∶2的比例配置下，即在原有維修資源配置的基礎上增加1個維修小組和1套檢測設備，這時資源利用率達到均衡，即達到最佳匹配關系。其中，任務完成時間大幅減少。具體仿真結果如表3所示。
通過對艦船裝備維修流程的建模與仿真，對不同任務要求設定相應參數，多次模擬可算出平均任務完成時間、平均等待時間、故障設備利用率、維修小組利用率，其結果有助于維修保障人員發現維修流程中存在的“瓶頸”，從而制定最適合的維修保障方案。由此可見，針對維修流程的仿真對提高維修保障效率、降低保障資源費用有十分重要的作用。
參考文獻
[1] 劉義樂，吳建忠，徐宗昌.裝備維修過程仿真中的圖論模型[J].情報指揮控制系統與仿真技術，2003(3)：30-32.
[2] SUZUKI L，MURATA T.A method for stepwise refinements and abstractions of petri nets[J].Journal of Computer & System Science，1983，27(1)：51-76.
[3] 郝建平.虛擬維修仿真理論與技術[M].北京：國防工業出版社，2008.
[4] 喻春明，遲玉紅，方艷東.排隊系統的非平衡動態指派模型及戰時維修應用[J].東北大學學報(自然科學版)，2008，129(11)：1617-1620.
[5] 馬惠.排隊模型在多服務臺設備維修管理中的應用[J].設備管理與維修，2009(10)：14-16.
[6] 楊晶，曾斌.基于遺傳算法的維修任務調度優化及仿真[J].計算機工程，2009，35(18)：243-245.