摘  要： 通過(guò)分析一般艦船裝備的維修流程，應(yīng)用現(xiàn)有流程仿真軟件Extend平臺(tái)對(duì)艦船裝備的維修流程進(jìn)行建模和仿真。設(shè)置模型參數(shù)，根據(jù)模型運(yùn)行結(jié)果分析模型設(shè)置的合理性，對(duì)維修的決策進(jìn)行優(yōu)化。
關(guān)鍵詞： Extend；維修流程；仿真

    隨著艦船裝備復(fù)雜程度的提高，裝備的維修流程相應(yīng)地也越來(lái)越復(fù)雜。目前，建模與仿真技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到維修流程的再現(xiàn)和模擬中，也取得了大量的研究成果[1-3]。但是，在當(dāng)前的研究中還存在一些普遍的問(wèn)題：(1)往往假設(shè)維修資源充足或不存在資源競(jìng)爭(zhēng)的情況[4]；(2)忽略人的因素，即維修人員的影響[5]。
    針對(duì)上述情況，本文結(jié)合部隊(duì)維修機(jī)構(gòu)的實(shí)際情況，基于Extend仿真平臺(tái)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(duì)維修流程進(jìn)行了一定的優(yōu)化。這些工作對(duì)科學(xué)配置維修資源、提高資源利用率、縮短裝備在修時(shí)間、提高裝備戰(zhàn)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(shí)際過(guò)程主要還是首先檢測(cè)故障并對(duì)故障進(jìn)行定位；找出故障部位；然后拆下故障部件并予以更換。當(dāng)有多個(gè)維修任務(wù)時(shí)，就可能出現(xiàn)維修資源沖突和維修人員短缺的問(wèn)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(cè)設(shè)備，而故障定位后的故障修復(fù)過(guò)程則不再需要檢測(cè)設(shè)備。以?xún)扇蝿?wù)并行維修過(guò)程為例，其共享檢測(cè)設(shè)備的過(guò)程如圖1所示。A、B任務(wù)開(kāi)始維修的條件還包括必須有空閑的維修小組，維修過(guò)程開(kāi)始后一直占用維修小組，直到任務(wù)結(jié)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(tǒng)[6]采取最短時(shí)間事件步長(zhǎng)法，也就是說(shuō)在仿真模型中存在著一系列不同性質(zhì)的事件，按照發(fā)生時(shí)間的先后順序逐個(gè)進(jìn)行考察，發(fā)生時(shí)刻距初始時(shí)點(diǎn)最近的對(duì)應(yīng)事件即為最短時(shí)間事件，仿真時(shí)以最短時(shí)間事件為步長(zhǎng)一步一步地對(duì)系統(tǒng)的行為按照時(shí)間的進(jìn)程來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。具體步驟為：首先選取系統(tǒng)的一個(gè)初始狀態(tài)；然后在一系列事件中選取一個(gè)最短時(shí)間事件；接著運(yùn)行該事件，同時(shí)記錄系統(tǒng)的行為與狀態(tài)的變化，并將初始點(diǎn)移到上述事件發(fā)生的當(dāng)前時(shí)刻；再選取新的最短事件。循環(huán)往復(fù)，直到仿真結(jié)束。
2.2 維修流程的系統(tǒng)仿真
    按照第1節(jié)中介紹的維修的基本流程，考慮檢測(cè)工具和維修人員的因素，利用Extend仿真平臺(tái)建立了艦船裝備維修流程仿真模型，如圖2所示。

    對(duì)仿真模型實(shí)現(xiàn)維修流程仿真的具體原理和方法說(shuō)明如下：
    (1)由模塊①(Generator)模擬裝備的故障發(fā)生，在模塊內(nèi)設(shè)置故障發(fā)生的間隔時(shí)間，有指數(shù)分布、正態(tài)分布等常見(jiàn)分布；由模塊②(Select Output)和模塊⑨(Rand)來(lái)模擬不同的任務(wù)（故障）類(lèi)型，以概率的形式表示故障的發(fā)生情況，并將不同的故障發(fā)送到不同的修理路徑上進(jìn)行模擬修復(fù)；
    (2)由模塊④(Labor)和模塊⑤(Tool)來(lái)模擬維修資源，它們分別表示維修小組和檢測(cè)工具。通過(guò)模塊③(Batch)來(lái)對(duì)維修任務(wù)的資源請(qǐng)求進(jìn)行滿(mǎn)足，當(dāng)由模塊①模擬產(chǎn)生的故障來(lái)到模塊③時(shí)，模塊③會(huì)向模塊④和模塊⑤發(fā)出資源請(qǐng)求，當(dāng)資源充足時(shí)會(huì)占用有限的資源然后轉(zhuǎn)入下一步的維修流程，直到相應(yīng)的維修工序完成后才會(huì)釋放相應(yīng)的維修資源；當(dāng)資源不足時(shí)，維修任務(wù)就會(huì)等待，直到請(qǐng)求的資源得到滿(mǎn)足再轉(zhuǎn)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(lái)模擬故障的檢測(cè)和故障的修復(fù)，其仿真實(shí)質(zhì)是根據(jù)不同的任務(wù)類(lèi)型來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)的仿真延遲時(shí)間；由模塊⑨(Rand)來(lái)模擬不同類(lèi)型的時(shí)間分布，如指數(shù)分布、正態(tài)分布等，通過(guò)連接到模塊⑥的端口D來(lái)發(fā)送到模塊⑥；當(dāng)相應(yīng)的維修工序完成后由模塊⑦(Unbatch)把之前模塊③打包的相應(yīng)資源進(jìn)行釋放，釋放的資源通過(guò)相應(yīng)的端口回到模塊④和模塊⑤等待下次資源請(qǐng)求，這樣就實(shí)現(xiàn)了維修資源在仿真模型中的流動(dòng)；
    (4)模塊⑧是分層模塊，相當(dāng)于對(duì)模塊⑥和模塊⑦等一系列模塊的集成打包，能夠?qū)崿F(xiàn)它們?cè)谀Ｐ椭兴鶎?shí)現(xiàn)的功能，這樣能夠減少功能模塊的重復(fù)構(gòu)建、提高仿真效率，并可以根據(jù)維修任務(wù)類(lèi)型的具體數(shù)量來(lái)設(shè)置修復(fù)路徑的個(gè)數(shù)；最后當(dāng)任務(wù)全部完成以后匯總到模塊⑩(Exit)離開(kāi)仿真系統(tǒng)。
    通過(guò)設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)和仿真運(yùn)行時(shí)間、次數(shù)等，就能夠使仿真系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，從而觀(guān)察、記錄、計(jì)算所需的指標(biāo)、信息等。
2.3 實(shí)例研究
    某維修所擔(dān)負(fù)某型裝備的維修保障任務(wù)，該裝備故障間隔時(shí)間服從指數(shù)分布，平均間隔時(shí)間為0.8 h。任務(wù)可分為5種類(lèi)型，故障檢測(cè)時(shí)間服從指數(shù)分布，故障修復(fù)時(shí)間服從正態(tài)分布，各具體參數(shù)如表1所示。

    資源配置方案為:3個(gè)維修小組和1套故障檢測(cè)設(shè)備。采用2.2節(jié)Extend建立的模型進(jìn)行仿真。經(jīng)分析系統(tǒng)可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)，所以采用穩(wěn)態(tài)分析方法，系統(tǒng)性能參數(shù)如表2所示。

    從仿真結(jié)果可以看出，檢測(cè)設(shè)備的利用率比維修小組的利用率高，說(shuō)明由檢測(cè)設(shè)備占用造成的裝備等待維
修占多數(shù)。原理上說(shuō)，可以通過(guò)減少維修小組或增加檢測(cè)設(shè)備來(lái)增加維修單元的整體資源利用率。但是經(jīng)仿真分析，該例中增加1套檢測(cè)設(shè)備或減少1個(gè)修理小組都使利用率的差異變大，即都使匹配關(guān)系變得不好。通過(guò)反復(fù)調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)在維修小組與檢測(cè)設(shè)備4∶2的比例配置下，即在原有維修資源配置的基礎(chǔ)上增加1個(gè)維修小組和1套檢測(cè)設(shè)備，這時(shí)資源利用率達(dá)到均衡，即達(dá)到最佳匹配關(guān)系。其中，任務(wù)完成時(shí)間大幅減少。具體仿真結(jié)果如表3所示。

    通過(guò)對(duì)艦船裝備維修流程的建模與仿真，對(duì)不同任務(wù)要求設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，多次模擬可算出平均任務(wù)完成時(shí)間、平均等待時(shí)間、故障設(shè)備利用率、維修小組利用率，其結(jié)果有助于維修保障人員發(fā)現(xiàn)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(jiàn)，針對(duì)維修流程的仿真對(duì)提高維修保障效率、降低保障資源費(fèi)用有十分重要的作用。
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