基于费用-效能的RMS权衡分析方法研究

基于费用-效能的RMS权衡分析方法研究

陈琴

（江南机电设计研究所 贵阳 550009）

摘要：本文依据防空武器系统使用与维修保障模型与特点，提出一种基于费用-效能权衡分析的RMS参数确认方法。以效能为约束条件、全寿命周期费用最低为目标，提出武器系统RMS指标的权衡方法，为研制阶段的可靠性、维修性及保障性指标确认提供依据。

主题词：费用-效能RMS权衡分析

1 引言

防空导弹武器系统具备研制周期长，寿命周期费用高等特点，RMS参数作为武器系统的重要技术指标，对系统效能、费用及性能等都有着重要的影响[1]。传统只注重性能设计的设计模式已不能适应现代化装备的研发。若只考虑研制费用而忽略生产和使用维修保障费用，就可能导致装备“买得起、用不起”的现象发生，这种情况对武器系统的发展是十分不利的。需要在可靠性水平和全寿命周期费用之间找到一个平衡点，RMS权衡的目的在于满足系统性能的基础上得到最小的LCC值。本文旨在研究以装备战备完好率为中心的RMS权衡分析方法，在提高系统效能与减少寿命周期费用之间寻找平衡点。

2 RMS参数权衡过程

2.1 RMS参数体系

RMS参数度量体系包括可靠性参数、维修性参数、保障性参数以及综合参数。其中RMS综合参数常用于对系统RMS特性进行综合度量，包括战备完好性参数与可用性参数。

从装备任务使命分析可以看出，要实现预期的作战目的，要求装备能够出动，且在执行任务的过程中不出现损坏，或者出现损坏能及时修复，这样装备的固有能力才能发挥出来，最终达到作战效果。因此，战备完好性()比使用可用度()更符合实际情况。战备完好性的计算模型为：

…（1）

式中，

——战备完好性

——使用可用度

——战备装备数与训练装备数之比

T——武器系统担负战备状态一年期间日历小时数

——大修间隔期

——装备平均一年的开机工作小时数

——平均一年内需解除战备的预防性维修小时数

——贮存可靠度

——平均修复时间

——故障检测率

使用可用度受到装备RMS参数、维修体制以及管理、使用和保障等各种因素的影响。其计算模型为：

……………………………(2)

式中，

k——平均一年内由于开机工作发生的故障次数占总故障次数的比例

——平均故障间隔时间

——部队级维修时平均保障延误时间

2.2 RMS指标权衡分析

理论上讲，装备RMS水平定的越高，将导致所需的投入费用成本就越大，而可靠性、维修性及保障性水平高的装备能够执行并完成任务的能力就越强，因此装备的系统效能就越大。反之，新型高系统效能装备的成本相对于早期装备较高，其RMS水平也好于早期的同类型装备。而实际过程中，受到费用成本因素的影响，不可能因追求高水平的RMS参数而盲目增加投资成本，相关文献也对此作了证明[3]。因此，在指标权衡过程中，费用成本将作为条件约束，即RMS指标的权衡确定应在可承受的经济费用内进行。

3 以战备完好率为中心的装备RMS权衡分析方法

权衡的主要目的是对武器系统的性能、RMS及整个系统的寿命周期费用进行优化，将权衡问题视为一个多目标优化问题，求解过程比较复杂。在建模过程中，将RMS、性能设计参数看作参数度量值（MOP）,求出系统的效能度量值（MOE），便将RMS、性能以及费用三者间的权衡问题转换成单目标优化问题，求解时既将费用作为约束条件，计算出效能的最优值；也将RMS 与性能作为约束条件，得到寿命周期费用最少的系统设计。

3.1 费用-效能权衡过程

本文通过建立费用-效能权衡模型，利用方案与研制阶段确定系统的RMS顶层参数，在效能与寿命周期费用之间进行综合权衡评价并给出决策，使系统效能得到最大限度的发挥同时寿命周期费用最少。

如图1所示，武器系统RMS参数的效能-费用权衡过程是建立RMS参数与效能以及费用之间的关系模型，是RMS参数成为效能与费用之间的“桥梁”，再依据所遵循的准则，对RMS参数进行选择。

图1 费用-战备完好率权衡分析流程图

3.2 系统效能的数学模型

本来利用SEA法来建立系统效能模型，表达式为：。表示系统满足一组特定任务要求的程度的度量，其是具有有效性、可信赖性和能力的函。

根据2.1节分析，本文建立优化后的系统效能模型为：

…………………………………………(3)

表示装备任务可信性。装备在任务区间以一定概率发生故障、战损和人为损伤，损坏装备又以一定的概率修复并继续投入任务，装备在完好和损坏状态间的转移服从马尔科夫过程。假设装备从完好向损坏状态转移的概率为，从损坏到完好状态的概率为，则在t时刻任务可信性为：

…………(4)

表示装备固有能力[4]，通常会选用武器系统最有意义或研究分析人员最感兴趣的某项综合性能指标（通常是某项概率值）作为武器系统的。本文采用防空武器系统的导弹杀伤率P来定义武器系统的，即表达为：

……………………………………………………(5)

3.3 系统费用模型研究

为了确保装备的系统效能及性能指标达到并高于国内外同类装备，应将军事需求和研制方案的可行性作为确定指标约束的依据。RMS指标定得太低，则不能满足军事需求，武器系统将不能顺利完成其使命任务；与此同时，由于研制方案论证阶段仿真粒度较粗，而且没有充分的费用数据支持估算，因此，可将研制成本作为费用约束。因此，盲目要求过高的RMS指标，则有可能现有技术条件或工艺水平难以实现或可能需要过量的经费投入，因此，在筛选和权衡指标方案时，必须设定恰当的成本约束。

LCC的值不仅与装备的MTBF、MTTR、MLDT有关，与装备的性能也存在着密不可分的关系。通过对美国专家Charles E.Ebeling的全寿命周期费用模型的改进，得到下式：

………………………(2)

式中，

——全寿命周期费用

——生产一个可靠系统装备、劳力等费用

——固定使用费

——装备的年使用费

——每个故障的固定费用

——装备的净残值

通过上述费用模型，通过总成本约束限制，从而实现RMS指标的综合权衡。

4 总结

RMS对LCC的大小起着举足轻重的作用，为了控制LCC必须重视RMS工作，只有做到RMS和LCC之间相互协调、综合考虑、权衡约束，才能确保装备全寿命周期费用最少、效能最高。本文依据防空武器系统使用与维修保障模型与特点，提出一种基于费用-效能权衡分析的RMS参数确认方法。以效能为约束条件、全寿命周期费用最低为目标，提出武器系统RMS指标的权衡方法，为研制阶段的可靠性、维修性及保障性指标确认提供依据。

参考文献：

[1] 王薇.基于使用可用度的舰船电子信息系统RMS参数权衡方法[J].舰船电子工程,2015(3).

[2] GJB 1364-92 装备费用-效能分析[S].

[3]杜海东，吴纬.基于系统效能的装甲装备RMS指标权衡仿真方法研究[J].系统仿真学报，2013(8).

[4]杨凤鸣.防空导弹武器系统作战效能分析。系统工程与电子技术,1989(8)