基于边际-人工蜂群算法的舰载机机群出动保障人员配置-调度联合优化方法

保障人员配置和保障作业调度是舰载机机群出动保障任务决策的2项核心内容。针对复杂甲板作业约束条件下保障人员配置-调度联合优化的实际问题，首先，系统分析舰载机机群出动保障流程约束、出动时限约束、保障人员约束、保障设备约束、工位空间约束和资源供给能力约束。其次，以保障人员数量和负载方差和最小化为优化目标，建立了混合整数规划模型，进而提出了基于边际-人工蜂群（ABC）算法的两层优化决策架构。上层决策模型基于边际优化算法对保障人员配置方案进行迭代优化，下层决策模型采用改进的双向人工蜂群算法对舰载机机群出动保障任务调度进行优化。最后，通过典型算例验证了所提模型和两层优化机制的可行性与有效性。      

基于作战单元任务成功性的可修复备件优化

在分析作战单元任务及备件保障流程的基础上,在考虑装备系统冷备份和热备份的情况下,基于METRIC模型原理,建立了两级保障体制下的作战单元任务成功性评估模型.以备件购置费用为优化目标函数,作战单元任务成功概率为约束条件,运用边际方法给出了备件优化模型的求解方法.最后,通过实例对该方法进行了分析,优化结果符合作战单元备件配置实际情况,从而为部队装备保障指挥人员在作战单元执行任务前科学制定保障方案提供决策支持.     

任意寿命分布的多部件系统备件配置优化算法

针对部件服从任意寿命分布的多部件系统,提出了基于蒙特卡罗仿真-边际效益分析的备件配置优化算法,采用蒙特卡罗仿真方法计算备件供应效能值,在此基础上引入边际效益分析法确定备件的优化配置.算例中以供应延误时间为供应效能目标值,以费用为约束条件,得到了由若干指数寿命件、正态寿命件和威布尔寿命件组成的多部件系统的备件优化配置清单,并对算法进行了比较验证,结果表明该算法对于解决复杂系统的备件优化配置问题具有良好的适用性.      

基于操纵面故障影响估计的安全飞行轨迹优化

操纵面故障将改变飞机受到的气动力和力矩,降低机动性能和控制能力,基于传统质点模型的航迹规划方法难以解决此类飞机安全飞行轨迹优化问题.因此,引入由故障引起的侧滑和侧力,估计故障后气动力系数,建立故障飞机模型;针对故障飞机控制和机动能力下降的问题,在原故障模型的基础上引入控制量变化率,构建轨迹优化对象模型,并将控制量变化率最小作为优化指标;采用高斯伪谱法优化计算安全飞行轨迹.仿真实验以副翼和方向舵故障为例进行设计,结果满足运动方程及各控制量、状态量约束,并能实现平稳飞行.     

飞翼布局飞机控制/气动/隐身多学科优化设计

飞翼布局是先进飞机广泛应用的布局形式.飞翼布局飞机总体设计阶段不仅要考虑其隐身和气动要求,还必须高度重视控制系统的影响.以飞翼布局飞机为对象,研究控制、气动与隐身多学科优化的策略和方法.建立了适合在各学科的子空间进行多目标优化的流程,基于学科分析分配各个子空间的设计变量,并通过变量综合形成系统级的设计变量.在优化过程中,综合采用了改进的遗传算法和近似模型构造方法.针对飞翼布局飞机的特点,采用基于控制分配的控制系统结构,以时域指标作为控制学科的优化目标和约束条件.优化结果验证了所用方法的有效性,为将控制学科纳入飞翼布局飞机多学科优化提供了可行的途径.     

基于多Agent的航空机群保障仿真评估分析

航空机群保障涉及要素广、策略多、交互性强，仿真分析方法是开展飞机保障决策与评估研究的热点和难点。提出一种机群保障仿真评估方法，建立多智能体(Agent)功能类型与交互关系模型；对多Agent结构进行定义，并建立模型；以五型飞机构成的航空机群为仿真对象，以任务成功率为保障指标进行案例验证与仿真计算分析。结果表明：各型飞机平均故障间隔时间（MTBF）、设备故障平均修复时间（MTTR）对任务成功率的影响总体趋势相似，随着MTBF的增加任务成功率提升，随着MTTR的增加任务成功率降低。所提方法能够为航空机群维修保障智能决策提供一种可行、有效的方法手段，支撑基于模型的智能决策优化实现。     

基于可诊断性约束的测点优化配置研究

为提高卫星的安全性和可靠性,适应在设计阶段对故障诊断进行考虑的需求,以动量轮为例,将故障可诊断性作为优化目标,提出基于DM分解技术的测点优化配置方法,并给出故障可诊断性评价的相关定义.分析动量轮模型和故障,建立动量轮的结构模型;采用DM技术对动量轮的结构模型进行分解,并分析动量轮模型的解析冗余关系;在对各故障的可检测性和可分离性进行分析的基础上,根据结构模型的偏序关系,获得使故障具有可检测性和可分离性的最小传感器集合;给出故障可诊断性评价的定义,并针对两种传感器配置情况,进行可诊断性分析.本文所提方法为设计阶段开展故障诊断的研究提供了借鉴和参考.     

多约束下备件多层多级库存优化模型

备件库存优化是提高装备保障效率和战备完好性的有效途径之一,针对目前部队现有多约束多层多级备件供应模式及工程实践要求的问题,以舰艇编队索马里护航任务准备阶段备件携带方案优化为研究背景,以舰艇保障经费、载荷和仓库体积为约束条件,以舰艇编队期望短缺数最小和可用度最大为目标函数,运用拉格朗日乘子法和边际效应法求出舰艇编队最优多层多级备件携带方案。通过实例将优化前后基地和后方仓库备件总的质量、体积及费用与对应约束指标上限进行对比分析,结果表明:本文模型和方法可以有效解决编队备件携带问题,同时也可为其他领域解决此类问题提供借鉴。      

飞机软道面安全拦阻系统建模与仿真

飞机在起飞或降落时,如果冲出跑道,拦阻系统能够有效地将飞机拦停,避免对飞机和乘客造成伤害.飞机安全拦阻系统是机场正常工作的重要保障设施.基于此设计了一种新的软道面(soft ground)安全拦阻系统(arresting system),该系统具有结构简单、可靠性高、机动性大、通用程度高等特点.结合飞机六自由度模型和精确的阻力模型,建立了系统的数学模型.此模型能够仿真拦阻系统的工作过程,通过仿真得到拦停距离和起落架载荷等重要参数.与国外真实试验结果进行比较,仿真结果验证了该系统模型的有效性,表明该方法在新机场的建设和现有机场改造中具有广阔的应用前景.     

基于PHM的军机备件配置机制

现有的军机备件配置模型不能满足预测与健康管理(PHM,Prognostics and Health Management)技术支持下的军机备件配置.分析了军机备件需求产生过程及现有军机备件预测配置机制,并在构建军机PHM体系基础上,分析了PHM技术对军机备件配置的影响,得出了PHM技术支持下的备件配置模式,最后运用PHM系统的预测构建了基层级备件配置机制框架;运用后方基地自动化后勤信息系统及虚拟库存理论构建了后方基地备件配置机制框架;运用信息共享理论构建了联合共享备件配置机制框架.该配置机制能够为PHM技术逐渐应用于军机提供备件配置方面指导性和可操作性的参考.      

民机初始备件方案的优化

针对航空公司降低初始备件费用、提高机群出勤率的运营需求,提出了基于最大化边际效应的初始备件方案优化方法.介绍了以单类产品为对象、以保障概率为约束的泊松分布备件计算模型,并使用该模型计算了一个初始备件方案案例.给出了以初始备件项目清单为对象、以备件费用为约束的使用可用度最大的优化模型和实施步骤.利用备件优化软件对初始备件方案案例进行了备件费用相同和使用可用度相同两种情况下的优化,给出了费用-效能曲线图和优化方案数据表,通过曲线图上数据的比较可以看出使用可用度和备件费用分别得到了提高和降低,通过对数据表的分析可以看出各类备件数量变化的趋势符合备件优化模型原理.结果表明优化方法对解决航空公司的初始备件方案优化问题具有良好的适用性.     

有限维修能力下舰载机可修复件库存优化模型

舰载机保障受维修渠道约束,维修能力有限.为使Palm定理和Metric理论适用于舰载机可修复件优化配置,基于排队理论,将有限维修渠道的实际维修时间与维修等待时间之和等效为无限维修渠道的平均维修时间,建立专业渠道、通用渠道和混合渠道的维修供应渠道修正模型.根据维修供应渠道修正模型,给出了两层级备件项的供应渠道备件数均值和方差模型.结合实例应用,分析了备件需求率和维修渠道数对维修时间的影响.对比分析了"有限维修渠道模型"和"无限维修渠道模型"库存方案的应用效果,并给出了各自的适用条件,结果表明了修正模型的有效性.      

基于贝叶斯网络工况分类的民机引气系统异常检测

状态监控与健康管理技术是国产民机运营支持亟待突破的关键技术,以民机引气系统为对象,设计实现了基于飞行数据（QAR,Quick access recorder）的民机引气系统异常检测流程,提出了贝叶斯网络分类的同工况数据提取和指数加权滑动平均(Exponentially Weighted Moving Average,EWMA)控制图的引气系统异常检测方法。借助航空公司收集的实际数据对方法进行了验证,结果表明可有效检测民机引气系统异常,并提前故障发现时间,为航空公司合理安排飞机维修计划、减少飞机停场时间提供了支持。     

三维重建的飞机机动动作库设计与可视化

机动动作库是飞机空战仿真的重要基础,可靠的、具有针对性的机动动作库能够提高空战仿真的真实性和应用价值。为了建立具有针对性的机动动作库,提出了一种通过三维逆向建模进行气动特性计算再建立飞机机动动作库的技术途径,对气动参数未知飞机的空战仿真问题提供了技术支撑。首先,对飞机的几何外形进行了三维重建,计算分析了其纵向气动特性;然后,将气动数据加入飞行仿真的限制环节,设计了针对该型飞机典型战术动作的机动动作库;最后,基于MATLAB函数进行了机动动作的可视化研究。研究结果表明:机动动作库体现了对于飞机类型的针对性和可靠性,可视化实现了飞行轨迹和飞机姿态的三维显示及参数游标,为空战决策、空战仿真模拟训练和提高作战效能奠定了基础。      

基于SVM的低空飞行冲突探测改进模型

为保障通航飞行器在低空空域的飞行安全,提出了一种基于支持向量机（SVM）的飞行冲突探测改进模型。首先,建立适应于飞行器的保护区。然后,利用改进型ID3决策树算法将搜索空间降低到局部的方法筛选具有潜在飞行冲突的飞行器,并利用随机森林（RF）选择合适训练集。最后,利用tanh函数优化容易饱和的sigmoid函数对SVM分类结果的概率映射。通过仿真验证和对比分析,结果表明:利用基于密度聚类的DBSACN算法去除异常点,将剔除产生误报和虚报的数据作为训练集优化SVM分类器,改进的飞行冲突探测模型的误报率和虚报率分别降低了0.6%和1.9%,算法执行效率得到提高,而且具有较好的抗干扰能力与稳定性。      

非完美特性下的多状态系统检测与维修优化

对于带有周期检测的系统进行维修优化时,不仅需要考虑系统自身可靠性信息,还应该充分利用检测数据并优化检测周期。以多状态并联可修系统为研究对象,考虑非完美检测和非完美维修,以降低系统运行成本率为目标实现系统检测和维修优化。利用非齐次马尔可夫链建立系统可靠性模型,对系统退化、检测和维修进行蒙特卡罗仿真。利用粒子滤波融合系统模型与检测数据并估计系统剩余寿命。设置寿命相关门限触发系统维修,以成本率期望仿真结果为目标函数,使用遗传算法优化检测周期和维修阈值。通过算例证明该方法可有效克服检测误差并实现检测和维修优化。     

飞机燃油测量传感器优化布局技术

实时、准确地测量出飞机各油箱的剩余油量,对飞机飞行安全十分重要.为了提高飞机燃油的测量精度,设计了一种基于粒子群算法(PSO)的燃油测量传感器优化布局方法.首先,引入燃油实体的概念,建立了某机翼复杂、带隔断多腔油箱CAD模型及箱内燃油实体模型;其次,基于Unigraphics NX(UG)二次开发,完成了飞机不同姿态下、复杂不规则多腔油箱燃油体积的解算;再次,提出了飞机油箱最大燃油可测区(LMR)的概念,并以此作为优化目标进行传感器优化布局;最后,引入可设置边界距离因子(BDF),解决了传感器布局时与油箱壁距离过近的问题.结果表明,该方法实现了多根燃油传感器的布局,可以不受油箱形状和大小的限制,有效避开了油箱内部的干涉区域,保证不同飞行姿态下油量测量的连续性,并使得飞机燃油的可测范围达到较高水平.      

飞机环境控制系统的最小熵增分析

一种应用于飞机环境控制系统优化设计的新方法,以热力学第二定律为基础,运用熵增原理进行系统综合优化设计,分析了主要组成部件(热交换器和涡轮冷却器)以及座舱温度舒适性要求指标对系统熵增的影响.以某型飞机环境控制系统为例,通过数学建模和计算机仿真,获得了不同结构参数下,系统运行在最小熵增状态时的引气与供气参数优化匹配结果.研究表明,提出的最小熵增分析方法对未来复杂飞机环境控制系统的综合设计具有重要的指导意义.      

航线联营下基于转运的飞机航线路径优化

为解决航空运输成本高,运输资源闲置、浪费多的问题,对航线联营下基于转运的飞机航线路径优化问题进行研究。基于货物转运问题,考虑联盟对运营的影响,引入航空联盟选择概率,确定转运前后航段运输的承运及托运问题,并考虑托运运输的衔接问题。由于航空网络中双机场容量限制,运行中全货机飞行时段及空域容量的限制,以总成本最小化为目标,建立了航线联营下基于转运的航线路径优化模型（T-AAAFRP）。设计了改进的遗传算法求解模型。通过实例分析,研究选址和路径优化问题。研究结果表明：设计的算法具有较高的收敛性;转运点数量变化的过程中,双机场城市总被选择作为转运点;需求量、飞机固定成本的变化对优化决策有较大影响;飞机载重量、联盟承运与托运的分摊系数、决策者风险偏好的变化对优化决策有较小影响;总体上转运点数量越多,所承担的总成本越小,使用的飞机数量越少。