基于多阶段任务系统的成功率建模与仿真

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ＭＣＳ ｅ ｎ ｆｅ ｔｄ ｂｙ Ｓ ｎ ａ ｔｒ Ｐ ｂ ｉ ｇ ａｆｃ ｅ Ｏ ｍａ ｙ ｆｃ ｏｓ，ａ ｄ ｔ ｅ ｒｌ ｔｏ ｈ ｐ ａ ｎｇｔ ｍ ｅ ｎ ｉ ｃ ｔｔ ｘ ｅ ｓ，ｗｅｄｅ ｄ ｏ ｉ — ｎ ｈ ｅａｉｎｓ ｉ ｍｏ ｈｅ ｂ ｉ ｇ ｄｆ ｕｌ ｏｅ ｐｒｓ ｉ ｃｉｅ ｔ ｍ ｐ ｅ ｎ ｈａ ｉ ｈ ｙ ｔ ｍ ｉ ｌ ｔ ｎ． Ｍ ＣＳＰ ｓｎｍｕ ａｉｎ ｍｏ ｅ ｓｅ ｔ ｂｌｓ ｅ ｌ ｍｅ ｔｔ ｔｕｓｎｇ ｔｅ ｓ ｓｅ ｓｍｕ ａｉ ｏ ｉ ｌ ｔ ｄ ｌｉ ｓａ ｉｉｈ ｄ ｂｙ ＭＣＳ ｄ ｆｎ ｔｏ ｏ Ｐ ｅ ｉｉ ｎ，ａ ｎｅ ｒ ｔｄ ｉ ｎ ｉｔｇ ａｅ
执行训练任务时 的多阶段复杂情况 ， 为清楚地描 述任务的使
用情况 ， 采用组合 的方法 ， 取较小 规模装 备体 系将 复杂任 选
务 分 解 到 基 本 任 务 ， 对 基 本 任 务 做 具 体 的 分 析 描 述 ， 后 针 然 再依 据任 务 剖 面 间 的 逻 辑 关 系 建 立 整 个 任 务 使 用 模 型 ， 用 采
状态 ， 且各 部 件 的寿 命 和 维 修 时 间 均 服 从 指 数 分 布 ， 即各 部
任务模式等 问题 。对任 务的描述应具有一定 的层次性 ， 即总
任 务描 述 和 子 任 务 描 述 。 总 任 务 描 述 是 指 对 任 务 开 始 前 装
件 的故障率 Ａ ｆ ＝Ａ 。 （）
摘 要： 对装备系统在不同任务剖面下的成功率 的评估 ， 可以反映装备保 障系统的整体效能 。由于影 响任务成功率 的因素较
多 ， 系复杂 ， 关 目前 还 没 有 相 应 的数 学 公 式 进 行 解 析 。 针 对 上述 问题 ， 取 仿 真 统 计 的 方 法 来 实 现对 装 备 系 统 任 务 成 功 概 率 采
１ 引 言
任务成功概率 …是任务成功性 的一种概率 量度 ， 是指 在
规定 的任 务 剖 面 内 ， 品 能 完 成 规 定 任 务 的 概 率 。通 过 任 务 产 成 功 概 率 可 以 了解 装 备 系 统 执 行 任 务 剖 面 的 情 况 ， 因此 ， 可 以分 析 保 障 系 统 的 效 能 。 由于 装 备 任 务 的 多 阶 段 性 特 性 ， 目
系， 即每 个 阶 段 任务 的配 置 中 ， 只要 有 一 个 单 元 故 障 ， 即认 为 系统故障。 ３ ２ 任 务 成 功 率仿 真 模 型 ．
并联关系 、／ ｋ ｎ关系和旁联关系表示 ， 且每个任务 阶段有不同
的任务可靠性要求 。各个任务阶段在任务系统配置 （ 需要使 用不 同的功能系统 ） 任务成 功的判据 、 、 故障判据及单元故 障 特性 （ 单元故障率等） 等方 面也会不 同。
ｅ ａｕ ｉｎ ｏ ＣＳＰ ｃ ｎ ｂｅｕｓ ｄ ａ ｅｅ ｅ ｃ ｏ ｅ ａｕａｅ ｓ ｐｐ ￣ ａ ｉｉｙ ｏ Ｓ ｏ ｓｎ ｎ ａ ａ ｉｇ ｄ ｐａｔ ｎ ｓ ｖ ｌｔｏ ｆＭ ａ ｅ ｓａ ｒ ｆｒ ｎ ｅ ｔ ｖ ｌ ｔ ｕ ｏ ｂ ｌ ｆＭ Ｓ ｆ ｒｕ ｉ ｇ ａ ｄ ｍ ｎ ｇｎ ｅ ｒｍｅ ｔ ． ｔ Ｋ ＥＹＷ ＯＲＤ Ｓ： ｈａ ｅ Ｐ ｓ ｄ—ｍｉｓｏ ｙ ｔｍ ；Ｍ ｉｓｏ ｏ ｌ ｔ ｎ ｓ ｃ ｅ ｓｐｒｂａ ｉｉ ｓｉ ｎ ｓ ｓｅ ｓ ｉｎ ｃ ｍｐ ｅｉ ｕ ｃ ｓ ｏ ｂｌｔ ｏ ｙ；Ｎａ ａ ｎ；Ｍ ｏ ｅ ｉｇ ａ ｄ ｓｍｕ ａｉ ｖ ｌｇ ｕ ｄ ｌｎ ｎ ｉ ｌｔｎｇ
连续不相交的独立时间段则被定义为阶段。
与单阶段任务系统 相 比， 由于存在 阶段 问的相关 性 ， 多 阶段任务系统的分析更 为复杂 。文 献 ［ ］ ［ ］ ［ ］ ４ 、 ５ 、 ６ 采用 了
基 于 马 尔 科 夫 链 的分 析 方 法 ； 献 ［ ］ 用 了 组合 分 析 方 法 。 文 ７采 基 于 马尔 科 夫 链 的分 析 方 法 是 直 接 或 间 接 的 构 造 反 映 系 统 行 为 特 征 的马 尔 科 夫 链 ， 文献 ［ ］ ［ ］ ［ ］ 马 尔 科 夫 链 分 ４ 、５ 、 ６ 在
的评估。通过任务成功率定 义建立任务成功率仿真模型 ， 应用离散事件仿真 、 蒙特卡罗抽样 、 数理统计模 型等理 论建立 了一
种基 于设备参数和使用规则参数 的多阶段任务综合仿真原理模型和任务成 功率仿真流程 。最后将原 理模型应用 于某舰艇
某次训练任务想定 ， 而说明模 型的有效性和实用性 ， 从 结果表明对任务成功率 的仿 真评估可 以作 为使 用和管理部 门评估保 障系统保障能力的依据。 关键词 ： 多阶段任务； 任务成功率 ； 舰炮 ； 建模与仿真
２ ．ＷｅｐｎＳｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ｅ ｔ ｆ Ａ Ｕ， ａｔ ｈ ｎｏｇ２ ０ １ Ｃ ｉａ ａｏ ｃ ｎｅａｄＴ ｃ ｎｌ ｙＤ ｐ．ｏ Ａ Ｙ ｎａ Ｓ ａｄｎ ６ ０ ， ｈ ） ｅ ｏ Ｎ ｉ ４ ｎ ＡＢ Ｔ Ｃ Ｔ ｅａａ ｓｓｏｔｅｅ ｃ ｎｙｏ ａ ｒ ｌ ｕ ｐｒ ｓｓ ｍ （ Ｓ ａ ｅｒａｉ ｄｂ ｖｌａｉ ｈ Ｓ ＲＡ Ｔ：ｈ ｎｌ ｅ ｔ ｈ ｆ ｉ ｃ ｆ ｔ ｉ ｐ ｏ ｙｔ ｙ ｉ ｅ ｍ ｅｅｓ ｔ ｅ ＭＳ ）ｃｎｂ ｅｌｅ ｙｅａ ｔ ｇｔ ｔｅ ｚ ｕ ｎ ｏ
前还没有相应的数学 公式 进行 推算 。要对 装备 系统任 务成
功进行全面的计算 ， 目前 还 存 在 许 多 理 论 和 技 术 上 的 困 难 ，
析法 中分别采用 了 Ｓ Ｄ ｇｎ和 Ｓ Ｒ法 。本 文 针对舰炮 在 Ａ、 ｕａ Ａ
需要逐步解决。
多 阶 段 任 务 系 统 （ ｈ ｓｄ Ｍｉ ｉｎＳｓ ｍ， ＭＳ 是 指 可 Ｐ ａｅ — ｓ ｏ ｙｔ Ｐ ） ｓ ｅ 以 根 据 系统 结构 、 功 标 准 、 系 统 的 行 为 差 异 将 系 统 的 任 成 子 务周 期 分成 一 系列 不 相交 的独 立 时 间 段 的 系 统 ［ ， 这 些 ２ ¨ 而
系统仿真的方法 ， 计算任务成功率 。
收稿 日期 ：０ ９ １— ３ 修 回 日期 ：０ ０ ０ — １ ２０ ～０ ２ ２ １ — １ ０
２ 任 务剖面模 型
任 务一 般 为 复 杂 的 多 阶 段 任 务 ， 在 着 诸 如 任 务 时 间 、 存
１ ）在每个 阶段任务中 ， 系统和部件 只有正常 ／故障两种
２ ）部 件 的故 障和 修 复 是 独立 进 行 的 ；
备的数量 、 任务总时间 、 任务剖面等任务因素 的描述 ； 子任务 描述是指对任务内容 、 任务开 始时间 、 任务成 功条件等约 束
条 件 的描 述 。 复 杂 使 用 任务 是 由一 系 列基 本 任 务顺 序 执 行 完 成 ， 了 为 问题 的简 化 和 分 析 ， Ｐ Ｓ的概 念 ， 务 按 时 序 划 分 为 一 系 按 Ｍ 任 列 时 间连 续 且 不 相 互 重 叠 的 任 务 阶 段 ， 般 可 用 串 联 关 系 、 一
第２卷 第３ ８ 期
文 章 编 号 ：０６ ９ ４ （０ １ ０ — ０ ５ ０ １０ — ３８ ２ １ ） ３ ００ ～ ６
计
算
机
ຫໍສະໝຸດ Baidu
仿
真
２１年３ ０ １ 月
基 于 多 阶 段 任 务 系 统 的 成 功 率 建 模 与 仿 真
魏 勇。徐廷 学 顾 钧元 余仁 波 ， ， ，
（ ． 军航空工程学院研究生管理大队， １海 山东 烟 台 ２４ ０ ；． 军 航 空 工 程 学 院 兵 器科 学 与技 术 系 ， ６０ １２ 海 山东 烟 台 ２４０ ） ６ ０ １
ｍ ｓｉ ｏ ｐｅｉ ｕ ｃｓ ｒｂ ｂｌｙ （ Ｓ ｉ ｏ ｃｍ ｌ ｏ Ｓ ｃｅ ｓｐｏ ａ ｉｔ ＭＣ Ｐ）ｏ ｍ ｔ ｉ ｙｔｍ ｉ ｄ ｆｒｎ ｍｉ ｉ ｒ ｉ ｓ ｏ ｅｒａｏ ｆ ｓｎ ｔｎ ｉ ｆ ａ ｒ ｌｓｓ ｎ ｉｅｅ ｔ ｓ ｏ ｐ ｏ ｌ ．Ｆ ｒｔ ｅ ｓｎ ｏ ｅｅ ｅ ｆ ｓ ｎ ｆｅ ｈ
中 图 分 类 号 ：Ｊ９ ． Ｔ３ １９ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
Ｍ ｏ ｅｉ ｇ ａ ｄ Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｇ ｆ ｒ Ｍ ｉｓｏ ｍ ｐ ｅ ｉｎ Ｓ ｃ ｅ ｓ ｄ ｌ ｎ ｉ ｌ ｔ ｏ ｓ ｉ ｎ Ｃｏ ｌｔｏ ｕ ｃ ｓ ｎ ｎ
Ｐｒ ｂａ ｌ ｙ Ｂａ ｅ ｎ Ｐｈ ｓ ｄ－ ｉｓｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｂｉ ｔ ｓ ｄ ｏ ａ ｅ Ｍ ｓ ｉ ｎ Ｓ ｓｅ ｉ
定 任 务 的能 力 ， 装 备 作 战 单 元任 务 成功 完 成 总 次 数 与 任 务 是 执 行 总次 数 的 比值 ， 常 用 百分 数 来 表示 。 应 用 仿 真 方 法 可 通
以简化任务完成概率的计算 ， 即任务成功率 Ｐ ＝任务成功完 成的总次数 ／仿真的总次数 Ｊ 。 通常仿真过程需要重复多次 ， 也就是说仿 真过程被进行
平 时 ， 炮 主要 完 成 两 类 任 务 ： 舰 日常 训 练 任 务 和 演 习 任 务 。 由于 演 习 任务 时间 的不 确 定 性 ， 里 仅 研 究 舰 炮 （ 类 这 二 舰艇 ） 的典 型 日常训 练任 务 。舰炮 典 型 日常 训 练 任 务 分 为 操
根据任务成功性的定义 ， 任务成 功率 是指在规定的任务 剖面中完成任务成功性 的概率 ， 映了装 备作 战单元 完成特 反
３ ）修好后 的部件 ， 不影响装备的使用功能 ； ４ ）多阶段任务 中各个阶段 任务之间是按顺序 执行的 串
联 关 系 ， 只 要 有一 个 阶段 任 务 失 败 ， 续 任 务 将 无 法 继 续 ， 即 后 造 成 整个 多 阶段 任 务无 法完 成 ， 任务 失 败 ；
５ ）考虑各个 阶段任务配置 中的功能单元 之间是串联关
Ｗ Ｅ ｎ ＩＹｏ ｇ ，ＸＵ Ｔ ｎ － ｕ ｉｇ ｘ ｅ ，Ｇ ｕ － ｕ ｎ ，ＹＵ Ｒｅ － ｏ Ｕ Ｊｎ ｙａ ｌ ｂ ｌ
（ ．Ｇ ａ ｕ ｔ Ｓｕ ｅ ｔ’Ｂ ｉ ｄ ｏ Ａ Ｕ， ａ ｔｉ ｈ ｎ ｏ ｇ ６ ０ １ ｈｎ ； １ ｒ ａ ｔｄ ｎｓ ｒ ａ ｅ ｆ Ａ Ｙ ｎａ Ｓ ａ ｄ ｎ ４ ０ ，Ｃ ｉａ ｄ ｅ ｇ Ｎ ２