常规潜艇充电任务性能与可靠性一体化仿真研究

常规潜艇充电任务性能与可靠性一体化仿真研究

第３０卷第９期　　　２０１３年９月　　计算机应用与软件

ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅＶｏｌ畅３０Ｎｏ．９Ｓｅｐ．２０１３

常规潜艇充电任务性能与可靠性一体化仿真研究

陈志诚　姚　路　杨建军

（海军工程大学管理工程系　湖北武汉４３００３３）

摘　要　　通过对常规潜艇充电过程的深入分析，确定了影响充电任务完成的主要故障模式，并利用离散事件和连续系统混合建模

的方法，建立了充电任务性能与可靠性一体化建模思路。最后基于仿真平台ＥｘｔｅｎｄＳｉｍ建立了仿真模型并给出了仿真结果。模型既能够反映设备可靠性信息，又能反映设备性能信息，与传统可靠性模型相比具有精度和可信度较高的优点。关键词　　常规潜艇　性能与可靠性　充电任务　仿真　ＥｘｔｅｎｄＳｉｍ

中图分类号　ＴＰ３０２．７　　　　文献标识码　Ａ　　　　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－３８６ｘ．２０１３．０９．０６４

ＯＮＩＮＴＥＧＲＡＴＩＶＥＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥＡＮＤＲＥＬＩＡＢＩＬＩＴＹＦＯＲ

ＣＯＮＶＥＮＴＩＯＮＡＬＳＵＢＭＡＲＩＮＥＣＨＡＲＧＩＮＧＭＩＳＳＩＯＮ

ＣｈｅｎＺｈｉｃｈｅｎｇ　ＹａｏＬｕ　ＹａｎｇＪｉａｎｊｕｎ

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｎａｇｅｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｖａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ４３００３３，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ　　Ｂｙｅｘａｍｉｎｉｎｇｔｈｅｃｈａｒｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｕｂｍａｒｉｎｅ，ｔｈｅｍａｊｏｒｆａｉｌｕｒｅｓｐａｔｔｅｒｎａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｏｆｃｈａｒｇｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅｍｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｃｈａｒｇｉｎｇｍｉｓｓｉｏｎ．Ａｔｌａｓｔｗｅｂｕｉｌｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌ，ｉｔｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｃｒｅｄｉｂｉｌｉｔｙ．

ｍｉｓｓｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｂｙｕｓｉｎｇｄｉｓｃｒｅｔｅｅｖｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｙｓｔｅｍｈｙｂｒｉｄｍｏｄｅｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅｓｅｔｕｐｔｈｅｔｈｏｕｇｈｔｓｏｆ

ＥｘｔｅｎｄＳｉｍａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｃａｎｒｅｆｌｅｃｔｂｏｔｈｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　　Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｕｂｍａｒｉｎｅ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｈａｒｇｉｎｇｍｉｓｓｉｏｎ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ＥｘｔｅｎｄＳｉｍ

一体化仿真思路，并基于仿真平台ＥｘｔｅｎｄＳｉｍ建立了任务可靠性仿真模型，最后给出仿真结果及分析。

０　引　言

常规潜艇是海军战斗力的重要组成部分，适用于在浅水水域和岛链区完成各种任务，研究常规潜艇的任务可靠性具有十分重要的意义。目前关于常规潜艇可靠性的学术成果较多，如文献［１］对潜艇可靠性特点进行了分析，并对设计阶段引入了ＦＭＥＡ方法；文献［２］提出了分析潜艇的人－艇－环境系统可靠性的方法，并利用ＢＰ神经网络理论及已有可靠性数据进行建模；文献［３］分析了潜艇的鱼雷攻击任务，并用马尔可夫过程法进行了任务可靠度计算。

但这些文献都存在一个共同的问题，即没有考虑各个任务阶段潜艇系统（设备）的性能状况，从而导致任务可靠性建模假设条件过多，比如这些文献假设系统要么正常工作，要么完全失效，即为二态系统。而事实上，真实世界的系统除了以上两种状态外，也往往具有多种性能级别或失效模式，即多态系统（ＭＳＳ）

［４］

１　常规潜艇充电任务可靠性分析

常规潜艇需要经常采用水面或通气管航行状态对蓄电池进行充电，而潜艇充电时，会对潜艇的隐蔽性受到严重破坏，因此，确保常规潜艇充电过程的顺利与按时、迅速完成，对于常规动力潜艇的战斗力保持与发挥具有极其重要的作用。因此本文将以潜艇充电任务为例进行建模。

铅蓄电池的容量是蓄电池蓄电能力的重要标志。它是放电电流的安培数与放电时间小时数的乘积，单位是安时。常规潜艇充电电路如图１所示，潜艇柴油机发电机组（简称柴发机组）采用单机组运行或多机组并联运行的形式及多级恒流充电方式，向两组蓄电池充电或浮充电，充电级别越高，充电电流越大，

要求的充电功率就越大，充电速度也越快，但能充的电池容量也越低。当柴发机组输出功率无法满足某一级别充电功率要求时，必须降级别充电，同样本级别充电容量达到时，也必须降级继续充电完成充电任务。

收稿日期：２０１２－０８－１８。陈志诚，讲师，主研领域：计算机仿真。姚路，讲师。杨建军，讲师。

。只考虑二态系统的潜艇任务可靠性模型计算精度

及可信度显然较差，因此常规潜艇性能与可靠性一体化建模研究具有十分重要的意义，而由于一体化建模的复杂性，利用仿真手段解决此问题成为必然的选择。

本文以常规潜艇充电任务为例，首先对潜艇充电过程进行简要介绍，并对其故障模式进行分析，从而确立了性能与可靠性

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