CN116127754A - 一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法 - Google Patents

一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法 Download PDF

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CN116127754A CN202310084408.0A CN202310084408A CN116127754A CN 116127754 A CN116127754 A CN 116127754A CN 202310084408 A CN202310084408 A CN 202310084408A CN 116127754 A CN116127754 A CN 116127754A
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Abstract

本发明公开了一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法，涉及飞机战伤抢修技术领域，将军用飞机划分为组件级和非组件级，基于组件功能是否有效，描述组件级战时可用程度A0，设定每一非组件级Lc由若干个Lc‑1层级单体构成，其中c＝1,2,3,4，根据战伤情况获取当前Lc‑1层级单体的战时可用程度集合并计算其半张量积；根据该战伤飞机的任务，得出该任务下所必需的Lc‑1层级单体的战时可用程度集合并计算其半张量积；根据非组件级战时可用程度逻辑运算矩阵，计算每一层级的战时可用程度Ac；根据所述非组件级战时可用程度的数值，判断战伤飞机的当前状态。本发明结合半张量积理论对战伤飞机各层级离散状态战时可用程度进行数学建模，有效解决无法工程实现的难题。

Description

一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法
技术领域
本发明属于飞机战伤抢修技术领域，尤其涉及一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法。
背景技术
飞机在作战使用过程中，由于受到空中袭击或地面轰炸使其部件遭受破坏或功能严重下降而影响使用效能，此时飞机处于战伤状态，战伤飞机进行应急抢修对于弥补战争损耗，补充战斗实力，满足作战任务需要等方面具有决定性意义。在实际工作中，应急抢修前通常要求先评估战伤飞机对于当前特定作战任务，处于可工作或可使用状态的程度，即战伤飞机可用度，以此来辅助决策后续如何高效地开展抢修工作。
可用度的概念最早由美国电子设备可靠性咨询组(AGREE)在1956年发表的《军用电子设备可靠性》中提出，可用度是军用飞机保障性的重要参数之一，是指飞机在任一随机时刻需要完成任务时，在任务开始时处于可工作或可使用状态的概率，综合反映了飞机的可靠性、维修性和保障性，是对飞机可工作状态的综合描述。伴随着美军将飞机可用度作为衡量军用飞机作战性能的关键参数，飞机可用度愈发受到重视。
当前国内外行业内的研究大多是针对不同分布条件下如何提升系统瞬时可用度、稳态可用度及平均可用度计算效率的研究，或是对如何提高或预测系统可用度参数进行了研究，而对于如何基于具体任务有针对性地评定战伤装备状态的相关方法仍少见报道。然而在错综复杂的作战环境中，空军更加关注的是作战飞机在战伤状态下执行当前关键任务的评估结果，以方便一线指挥员依据评估结果快速、有根据地做出科学的出动决策，降低经验决策给任务完成和装备使用及维修带来的巨大不确定性。
因此，有必要提供一种战伤飞机战时可用程度评估方法，以评估战伤飞机完成特定任务的可用程度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法，包括以下步骤：
步骤一：将军用飞机划分为组件级L0和非组件级Lc：部件级L1、分系统级L2、系统级L3和全机级L4；
步骤二：基于组件功能是否有效，描述组件级战时可用程度A0；
步骤三：构建非组件级战时可用程度逻辑运算矩阵，使用半张量积方法，计算非组件级中每一层级的战时可用程度；
其中每一层级的战时可用程度具体计算方法为：
设定每一非组件级Lc由若干个Lc-1层级单体构成，其中c＝1,2,3,4，根据战伤情况获取当前Lc-1层级单体的战时可用程度集合并计算其半张量积；
根据该战伤飞机的任务，得出该任务下所必需的Lc-1层级单体的战时可用程度集合并计算其半张量积；
根据非组件级战时可用程度逻辑运算矩阵，计算每一层级的战时可用程度Ac；
步骤四：根据各层级战时可用程度的数值，判断战伤飞机的当前状态。
优选地，在步骤二中，定义组件级单体包括组件i，该组件i的战时可用程度为A0 i，
若该组件功能有效，则用1：
Figure BDA0004068505450000021
表示组件战时可用，定义其组件战时可用程度A0 i＝1；若该组件功能失效，则用0：
Figure BDA0004068505450000022
表示组件战时不可用，定义其组件战时可用程度A0 i＝0。
优选地，设定飞机的某层级Lc由p个Lc-1层级单体构成，其中c＝1,2,3,4，则该p个Lc-1层级单体的当前战时可用程度集合记为{AC-1 1,AC-1 2,…,AC-1 p}，则该当前战时可用程度集合的半张量积记为
Figure BDA0004068505450000023
根据该战伤飞机的任务，得出该任务下所必需的k个Lc-1层级单体的战时可用程度集合并记为{AC-1 p1,AC-1 p2,…,AC-1 pk}，计算其半张量积记为
Figure BDA0004068505450000024
根据非组件级战时可用程度逻辑运算矩阵，计算战时可用程度模型
Figure BDA0004068505450000025
和
Figure BDA0004068505450000026
的值。
优选地，根据战时可用程度模型
Figure BDA0004068505450000031
和
Figure BDA0004068505450000032
的值获取非组件级战时可用程度Ac，所述非组件级战时可用程度Ac的等级包括0，0+，1-，1，
其中0表示当前非组件级内所有组件均失效，不满足任务需求，
0+表示当前部件不满足任务需求，存在部分组件可用，满足串件需要，
1-表示当前部件满足任务需求，存在部分组件不可用，不能达到全任务状态，
1表示当前分系统满足任务需求，且所有部件均有效，为全任务状态。
优选地，当c＝1时，部件级L1由p个组件级单体构成，
此时部件级战时可用程度逻辑运算矩阵为
Figure BDA0004068505450000033
其中
Figure BDA0004068505450000034
表示p-1个MA1逻辑矩阵，
Figure BDA0004068505450000035
表示p-1个MA2逻辑矩阵，
Figure BDA0004068505450000036
表示k-1个MA3逻辑矩阵。
优选地，部件级战时可用程度Ac的等级的评估方法为：
Figure BDA0004068505450000037
优选地，所述非组件级为分系统级、系统级和全机级中的一种时，即c取值为2,3,4中的一个时，此时非组件级战时可用程度逻辑运算矩阵为：
Figure BDA0004068505450000041
其中
Figure BDA0004068505450000042
表示p-1个MB1逻辑矩阵，
Figure BDA0004068505450000043
表示k-1个MB2逻辑矩阵。
优选地，所述非组件级为分系统级、系统级和全机级中的一种时，此时非组件级战时可用程度Ac的等级的评估方法为：
Figure BDA0004068505450000044
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法，描述作战飞机不同层级在战伤状态下执行当前关键任务的可用程度，每个层级采用半张量积理论对其可用程度进行逻辑运算，根据运算结果最终描述当前飞机各层级状态，结合半张量积理论对战伤飞机各层级离散状态战时可用程度进行数学建模，有效解决无法工程实现的难题，利于指挥员最短时间掌握当前战伤飞机状态。
附图说明
图1是本发明一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法的方法流程图；
图2是本发明中战伤飞机组件级和部件级战时可用程度评估流程；
图3是本发明中战伤飞机分系统级战时可用程度评估流程。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本发明提供一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法，包括以下步骤：
步骤一：将军用飞机划分为组件级L0和非组件级Lc：部件级L1、分系统级L2、系统级L3和全机级L4；
步骤二：基于组件功能是否有效，描述组件级战时可用程度A0；
步骤三：构建非组件级战时可用程度逻辑运算矩阵，使用半张量积方法，计算非组件级中每一层级的战时可用程度；
其中每一层级的战时可用程度具体计算方法为：
设定每一非组件级Lc由若干个Lc-1层级单体构成，其中c＝1,2,3,4，根据战伤情况获取当前Lc-1层级单体的战时可用程度集合并计算其半张量积；
根据该战伤飞机的任务，得出该任务下所必需的Lc-1层级单体的战时可用程度集合并计算其半张量积；
根据非组件级战时可用程度逻辑运算矩阵，计算每一层级的战时可用程度Ac；
步骤四：根据各层级战时可用程度的数值，判断战伤飞机的当前状态。
军用飞机一般分为组件级L0、部件级L1、分系统级L2、系统级L3和全机级L4这5个层级，为了描述作战飞机不同层级在战伤状态下执行当前关键任务的可用程度，针对最基础级使用1和0描述其功能是否失效，而对于其他层级使用0、0+、1-、1四种离散状态描述不可用、可串件、任务可用和全任务四种状态，然后每个层级采用半张量积理论对其可用程度进行逻辑运算，根据运算结果最终描述当前飞机各层级状态，因此战伤飞机可用程度最终有5个层级。
定义组件级单体包括组件i，该组件i的战时可用程度为A0 i，若该组件功能有效，则用1：
Figure BDA0004068505450000051
表示组件战时可用，定义其组件战时可用程度A0 i＝1；若该组件功能失效，则用0：
Figure BDA0004068505450000052
表示组件战时不可用，定义其组件战时可用程度A0 i＝0。
设定飞机的某层级Lc由p个Lc-1层级单体构成，其中c＝1,2,3,4，则该p个Lc-1层级单体的当前战时可用程度集合记为{AC-1 1,AC-1 2,…,AC-1 p}，则该当前战时可用程度集合的半张量积记为
Figure BDA0004068505450000061
根据该战伤飞机的任务，得出该任务下所必需的k个Lc-1层级单体的战时可用程度集合并记为{AC-1 p1,AC-1 p2,…,AC-1 pk}，计算其半张量积记为
Figure BDA0004068505450000062
根据非组件级战时可用程度逻辑运算矩阵，计算战时可用程度模型
Figure BDA0004068505450000063
和
Figure BDA0004068505450000064
的值。
根据战时可用程度模型
Figure BDA0004068505450000065
和
Figure BDA0004068505450000066
的值获取非组件级战时可用程度Ac，所述非组件级战时可用程度Ac的等级包括0，0+，1-，1，其中0表示当前非组件级内所有组件均失效，不满足任务需求，0+表示当前部件不满足任务需求，存在部分组件可用，满足串件需要，1-表示当前部件满足任务需求，存在部分组件不可用，不能达到全任务状态，1表示当前分系统满足任务需求，且所有部件均有效，为全任务状态。
其中非组件级Lc具体划分为部件级L1、分系统级L2、系统级L3和全机级L4，因此可以分为部件级战时可用程度A1、分系统级战时可用程度A2、系统级战时可用程度A3和全机级战时可用程度A4。
如图2所示，部件级战时可用程度A1的计算方法：
设定飞机的某部件级L1由p个L0组件级单体(即组件)构成，则该p个组件的当前战时可用程度集合记为{AC-1 1,AC-1 2,…,AC-1 p}，则该当前战时可用程度集合的半张量积记为
Figure BDA0004068505450000067
根据该战伤飞机的任务，得出该任务下所必需的k个组件的理想战时可用程度集合并记为{AC-1 p1,AC-1 p2,…,AC-1 pk}，计算其半张量积记为
Figure BDA0004068505450000068
根据部件级战时可用程度逻辑运算矩阵，计算战时可用程度模型
Figure BDA0004068505450000069
和
Figure BDA00040685054500000610
的值。部件级战时可用程度逻辑运算矩阵为：
Figure BDA0004068505450000071
其中
Figure BDA0004068505450000072
表示p-1个MA1逻辑矩阵，
Figure BDA0004068505450000073
表示p-1个MA2逻辑矩阵，
Figure BDA0004068505450000074
表示k-1个MA3逻辑矩阵。
分析后可得出部件级战时可用程度一般有四种情况：
Figure BDA0004068505450000075
①若
Figure BDA0004068505450000076
则表明当前部件内所有组件均失效，显然不满足任务需求，记这种情况下部件的战时可用程度为0，用
Figure BDA0004068505450000077
表示；
②若满足
Figure BDA0004068505450000078
且
Figure BDA0004068505450000079
则表明当前部件不满足任务需求，但仍然有部分组件可用，可以满足串件需要，记这种情况下部件的战时可用程度为0+，用
Figure BDA00040685054500000710
表示；
③若
Figure BDA00040685054500000711
且
Figure BDA00040685054500000712
则表明当前部件满足任务需求，但仍然还有部分组件不可用，不能达到全任务状态，记这种情况下部件的战时可用程度为1-，用
Figure BDA00040685054500000713
表示；
④若
Figure BDA00040685054500000714
则表明当前部件满足任务需求，且所有组件均有效，为全任务状态，记这种情况下部件的战时可用程度为1，用
Figure BDA0004068505450000081
表示。
如图3所示，分系统级战时可用程度A2、系统级战时可用程度A3和全机级战时可用程度A4的计算方法为：
设定飞机的某层级Lc由p个Lc-1层级单体构成，当c取值为2,3,4中的一个时，即分系统级L2由L1部件级单体(即部件)构成；系统级L3由L2分系统级单体(即分系统)构成；全机级L4由L3系统级单体(即系统)构成。则该p个Lc-1层级单体的当前战时可用程度集合记为{AC-1 1,AC-1 2,…,AC-1 p}，则该当前战时可用程度集合的半张量积记为
Figure BDA0004068505450000082
根据该战伤飞机的任务，得出该任务下所必需的k个Lc-1层级单体的战时可用程度集合并记为{AC-1 p1,AC-1 p2,…,AC-1 pk}，计算其半张量积记为
Figure BDA0004068505450000083
根据非组件级战时可用程度逻辑运算矩阵，计算战时可用程度模型
Figure BDA0004068505450000084
和
Figure BDA0004068505450000085
的值。
分系统级战时可用程度A2、系统级战时可用程度A3和全机级战时可用程度A4均按照下述逻辑运算矩阵进行运算：
Figure BDA0004068505450000086
其中
Figure BDA0004068505450000087
表示p-1个MB1逻辑矩阵，
Figure BDA0004068505450000088
表示k-1个MB2逻辑矩阵。
分析后可得出可用程度一般有四种情况：
Figure BDA0004068505450000091
①若
Figure BDA0004068505450000092
则表明当前层级Lc内所有Lc-1层级单体均失效，显然不满足任务需求，记这种情况下分系统/系统/全机的战时可用程度为0，用
Figure BDA0004068505450000093
表示；
②若满足
Figure BDA0004068505450000094
且
Figure BDA0004068505450000095
则表明当前层级Lc不满足任务需求，但仍然有部分Lc-1层级单体可用，可以满足串件需要，记这种情况下层级Lc的战时可用程度为0+，用
Figure BDA0004068505450000096
表示；
③若
Figure BDA0004068505450000097
且
Figure BDA0004068505450000098
则表明当前层级Lc满足任务需求，但仍然还有部分Lc-1层级单体不可用，不能达到全任务状态，记这种情况下层级Lc的战时可用程度为1-，用
Figure BDA0004068505450000099
表示；
④若
Figure BDA00040685054500000910
则表明当前层级Lc满足任务需求，且所有Lc-1层级单体均有效，为全任务状态，记这种情况下层级Lc的战时可用程度为1，用
Figure BDA00040685054500000911
表示。
对于一架军用飞机而言，若其全机级战时可用程度为0，则表明它所有功能系统都失效，不能完成当前特定任务；若全机级战时可用程度为0+，则表明它虽然不能完成当前特定任务，但部分功能系统有效，后续可用于串件；若全机级战时可用程度为1-，则表明它能够完成当前特定任务，但仍然存在部分功能系统失效；若全机级战时可用程度为1，则当前飞机为全任务状态。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一：将军用飞机划分为组件级L0和非组件级Lc：部件级L1、分系统级L2、系统级L3和全机级L4；
步骤二：基于组件功能是否有效，描述组件级战时可用程度A0；
步骤三：构建非组件级战时可用程度逻辑运算矩阵，使用半张量积方法，计算非组件级中每一层级的战时可用程度；
其中每一层级的战时可用程度具体计算方法为：
设定每一非组件级Lc由若干个Lc-1层级单体构成，其中c＝1,2,3,4，根据战伤情况获取当前Lc-1层级单体的战时可用程度集合并计算其半张量积；
根据该战伤飞机的任务，得出该任务下所必需的Lc-1层级单体的战时可用程度集合并计算其半张量积；
根据非组件级战时可用程度逻辑运算矩阵，计算每一层级的战时可用程度Ac；
步骤四：根据各层级战时可用程度的数值，判断战伤飞机的当前状态。
2.如权利要求1所述的一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法，其特征在于：
在步骤二中，定义组件级单体包括组件i，该组件i的战时可用程度为A0 i，
若该组件功能有效，则用1：
Figure FDA0004068505440000011
表示组件战时可用，定义其组件战时可用程度A0 i＝1；若该组件功能失效，则用0：
Figure FDA0004068505440000012
表示组件战时不可用，定义其组件战时可用程度A0 i＝0。
3.如权利要求2所述的一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法，其特征在于：
设定飞机的某层级Lc由p个Lc-1层级单体构成，其中c＝1,2,3,4，
则该p个Lc-1层级单体的当前战时可用程度集合记为{AC-1 1,AC-1 2,…,AC-1 p}，则该当前战时可用程度集合的半张量积记为
Figure FDA0004068505440000013
根据该战伤飞机的任务，得出该任务下所必需的k个Lc-1层级单体的战时可用程度集合并记为
Figure FDA0004068505440000014
计算其半张量积记为
Figure FDA0004068505440000015
根据非组件级战时可用程度逻辑运算矩阵，计算战时可用程度模型
Figure FDA0004068505440000021
和
Figure FDA0004068505440000022
的值。
4.如权利要求3所述的一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法，其特征在于：
根据战时可用程度模型
Figure FDA0004068505440000023
和
Figure FDA0004068505440000024
的值获取非组件级战时可用程度Ac，所述非组件级战时可用程度Ac的等级包括0，0+，1-，1，其中0表示当前非组件级内所有组件均失效，不满足任务需求，
0+表示当前部件不满足任务需求，存在部分组件可用，满足串件需要，
1-表示当前部件满足任务需求，存在部分组件不可用，不能达到全任务状态，1表示当前分系统满足任务需求，且所有部件均有效，为全任务状态。
5.如权利要求3所述的一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法，其特征在于：
当c＝1时，部件级L1由p个组件级单体构成，
此时部件级战时可用程度逻辑运算矩阵为
Figure FDA0004068505440000025
其中
Figure FDA0004068505440000026
表示p-1个MA1逻辑矩阵，
Figure FDA0004068505440000027
表示p-1个MA2逻辑矩阵，
Figure FDA0004068505440000028
表示k-1个MA3逻辑矩阵。
6.如权利要求5所述的一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法，其特征在于：
部件级战时可用程度Ac的等级的评估方法为：
Figure FDA0004068505440000031
7.如权利要求3所述的一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法，其特征在于：
所述非组件级为分系统级、系统级和全机级中的一种时，即c取值为2,3,4中的一个时，此时非组件级战时可用程度逻辑运算矩阵为：
Figure FDA0004068505440000032
其中
Figure FDA0004068505440000033
表示p-1个MB1逻辑矩阵，
Figure FDA0004068505440000034
表示k-1个MB2逻辑矩阵。
8.如权利要求7所述的一种基于半张量积理论的战伤飞机战时可用程度评估方法，其特征在于：
所述非组件级为分系统级、系统级和全机级中的一种时，此时非组件级战时可用程度Ac的等级的评估方法为：
Figure FDA0004068505440000041
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