考虑多资源约束的多任务条件下装备选择性维修决策

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27327

固体力学与飞行器总体设计

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考虑多资源约束的多任务条件下装备选择性维修决策

马维宁, 胡起伟(), 贾希胜

陆军工程大学石家庄校区，石家庄 050003

收稿日期:2022-04-26 修回日期:2022-05-26 接受日期:2022-06-21 出版日期:2022-06-28 发布日期:2022-06-24
通讯作者: 胡起伟 E-mail:hu_qiwei@126.com
基金资助:
全军军事类研究生资助重点课题(JY2020B085)

Selective maintenance decision for equipment under multi-mission setting considering multiple resource constraints

Weining MA, Qiwei HU(), Xisheng JIA

Shijiazhuang Campus，Army Engineering University of PLA，Shijiazhuang 050003，China

Received:2022-04-26 Revised:2022-05-26 Accepted:2022-06-21 Online:2022-06-28 Published:2022-06-24
Contact: Qiwei HU E-mail:hu_qiwei@126.com
Supported by:
Postgraduate Funing Project of PLA(JY2020B085)

摘要/Abstract

摘要：

战场环境下任务间隔时间有限，如何在较短时间内恢复装备战斗力、提高任务可靠度是装备维修决策的重要问题。以装备连续执行多个任务为背景，综合考虑任务可靠度要求、可用度要求、维修人员技能水平等因素，以多任务间隔时间之和最小化为优化目标，建立装备选择性维修决策模型，采用遗传算法进行优化求解。结合算例，分析了任务可靠度要求、可用度要求、维修人员技能水平等因素对优化结果的影响。研究结果表明，所建模型和求解算法有效，能够为战场环境下装备维修决策问题提供理论指导和技术支持。

关键词: 选择性维修, 不完全维修, 多任务, 遗传算法, 可靠度

Abstract:

In the battlefield environment， the mission interval is limited. The quick restoration of equipment combat power and improvement of mission reliability is an important issue in equipment maintenance decision-making. Taking equipment continuously performing multiple missions as the background， and comprehensively considering factors such as mission reliability requirement， availability requirement and the skill levels of maintenance personnel， we establish an equipment selective maintenance decision-making model with the optimization goal of minimizing the sum of the multi-mission interval time， and use the genetic algorithm to obtain the solution. Combined with a numerical example， the influences of factors such as mission reliability requirement， availability requirement and the skill levels of maintenance personnel on the optimization results are analyzed. The results show that the established model and the solution algorithm are effective， which can provide theoretical guidance and technical support for equipment maintenance decision-making in the battlefield environment.

Key words: selective maintenance, imperfect maintenance, multi-mission, genetic algorithm, reliability

中图分类号:

V233

马维宁, 胡起伟, 贾希胜. 考虑多资源约束的多任务条件下装备选择性维修决策[J]. 航空学报, 2025, 46(2): 227327.

Weining MA, Qiwei HU, Xisheng JIA. Selective maintenance decision for equipment under multi-mission setting considering multiple resource constraints[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(2): 227327.

图/表 16

图 1

图 2

图 3

图 4

表 1

各部件基本参数

$E i j$	$η i j$	$β i j$	$X i j (s)$	$t i j (1)$	$t i j (2)$	$t i j (3)$	$t i j (4)$
$E 11$	150	1.5	130	2	3	6	8
$E 12$	150	1.3	120	1	3	5	7
$E 13$	160	1.6	150	2	4	5	8
$E 21$	170	1.6	170	3	4	5	9
$E 22$	170	1.7	120	2	3	6	8
$E 23$	150	1.2	110	1	3	5	7
$E 24$	180	1.7	170	2	4	6	9
$E 31$	130	1.2	110	1	2	5	7
$E 32$	130	1.1	130	2	5	7	8
$E 33$	150	1.1	110	1	3	6	9

表 1

表 2

ϕij(k)与bij(k)的对应关系

维修行为

不维修

不完全

维修

不完全

维修

不完全

维修

完全维修

ϕ i j (k)

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

b i j (k)

0.7

0.4

0.2

表 2

表 3

各任务间隔期内装备选择性维修策略和任务分配策略

任务间隔/个	维修部件	维修行为	维修人员	最优可靠度
1	$E 11$	Ⅱ	H4	0.916 7
	$E 12$	Ⅰ	H3
	$E 13$	Ⅱ	H2
	$E 21$	Ⅱ	H4
	$E 22$	Ⅰ	H2
	$E 23$	Ⅴ	H4
	$E 24$	Ⅱ	H2
	$E 31$	Ⅲ	H3
	$E 32$	Ⅳ	H4
	$E 33$	Ⅱ	H4
2	$E 11$	Ⅰ	H4	0.929 8
	$E 12$	Ⅱ	H3
	$E 13$	Ⅰ	H2
	$E 21$	Ⅰ	H3
	$E 22$	Ⅲ	H1
	$E 23$	Ⅱ	H3
	$E 24$	Ⅲ	H3
	$E 31$	Ⅱ	H4
	$E 32$	Ⅱ	H2
	$E 33$	Ⅴ	H4

表 3

表3

续表

任务间隔/个	维修部件	维修行为	维修人员	最优可靠度
3	$E 11$	Ⅰ	H4	0.957 3
	$E 12$	Ⅲ	H4
	$E 13$	Ⅴ	H4
	$E 21$	Ⅰ	H2
	$E 22$	Ⅱ	H1
	$E 23$	Ⅲ	H3
	$E 24$	Ⅰ	H2
	$E 31$	Ⅱ	H2
	$E 32$	Ⅰ	H2
	$E 33$	Ⅲ	H3
4	$E 11$	Ⅰ	H2	0.961 8
	$E 12$	Ⅱ	H1
	$E 13$	Ⅰ	H1
	$E 21$	Ⅰ	H4
	$E 22$	Ⅱ	H2
	$E 23$	Ⅲ	H3
	$E 24$	Ⅴ	H4
	$E 31$	Ⅱ	H4
	$E 32$	Ⅳ	H4
	$E 33$	Ⅲ	H4
5	$E 11$	Ⅱ	H1	0.964 8
	$E 12$	Ⅱ	H3
	$E 13$	Ⅲ	H2
	$E 21$	Ⅲ	H4
	$E 22$	Ⅰ	H1
	$E 23$	Ⅳ	H4
	$E 24$	Ⅰ	H2
	$E 31$	Ⅱ	H3
	$E 32$	Ⅲ	H2
	$E 33$	Ⅰ	H3

表3

图 5

表 4

表 5

表 6

表 7

图 6

表 8

表 9

参考文献 25

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

可靠度要求	最小可靠度	最优任务间隔时间/h	可用度水平
0.7	0.904 2	34.5	0.878 7
0.75	0.908 9	37	0.871 1
0.8	0.915 8	40.5	0.860 6
0.85	0.916 2	41.5	0.857 6
0.9	0.916 7	42	0.856 2

可用度要求	最优可用度	最优任务间隔时间/h	可靠度水平
0.6	0.679 3	118	0.948 2
0.65	0.704 2	105	0.947 3
0.7	0.783 7	69	0.944 6
0.75	0.833 3	50	0.931 6
0.8	0.860 6	40.5	0.915 8

组别	任务间隔时间/h	任务1	任务2	任务3	任务4	任务5	可用度
混合组	42	0.916 7	0.929 8	0.957 3	0.961 8	0.964 8	0.856 2
初级组	61.5	0.901 1	0.910 6	0.932 8	0.951 2	0.958 3	0.802 6
中级组	47	0.909 2	0.923 1	0.952 2	0.960 4	0.961 9	0.841 8
高级组	37.5	0.930 1	0.947 9	0.960 3	0.963 6	0.967 1	0.869 6

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任务间隔/个	维修行为
任务间隔/个	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ
合计	15	17	11	3	4
1	2	5	1	1	1
2	3	4	2	0	1
3	4	2	3	0	1
4	3	3	2	1	1
5	3	3	3	1	0