一种基于逻辑关系和时序关系的保障活动资源的确定方法

摘要

本发明涉及一种基于逻辑关系和时序关系的保障活动资源的确定方法，该确定方法包括如下步骤：1)确定保障活动中各保障作业间的逻辑关系和时序关系；2)建立保障活动中各保障作业间的保障活动逻辑图；3）确定保障活动中执行保障作业时需要的保障资源的类型；4）建立保障活动中各保障作业间的逻辑关系矩阵；5）根据所述的逻辑关系，建立各保障作业的发生概率矩阵；6）确定消耗型或非消耗型保障资源的数量。本发明可以弥补传统方法中忽视保障作业间逻辑关系和时序关系、忽视保障资源消耗类型、没有规范的保障资源汇总方法等不足造成的保障活动资源计算不准确的问题，使保障活动资源计算结果更接近真实水平，可为保障资源规划提供科学依据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种保障活动资源的确定方法，特别涉及一种基于逻辑关系和时序关系 的保障活动资源的确定方法。

背景技术

产品在使用和维修过程中，离不开保障活动。保障活动由保障作业构成，保障作业 间存在逻辑关系和时序关系，即保障活动是由保障作业在一定的逻辑关系约束下，以一 定的时序关系构成的。

保障活动通常需要使用一定的保障资源才能完成。以往的使用与维修工作任务分析 （O&MTA）只是要求将使用与维修保障活动划分为保障作业，分析每个保障作业的保障 资源需求，最后将保障资源汇总。但上述分析主要存在以下几个问题：（1）抹煞了保 障作业之间的逻辑关系和时序关系，将保障活动简单地认为是各项保障作业的串行； （2）没有提供规范的保障资源汇总方法，或简单地将各项保障作业需要资源的累加和 作为保障活动的资源，而没有分析逻辑关系和时序关系对保障活动资源的影响；（3） 由于保障资源是否具有消耗属性，保障活动资源的确定方法是不同的，而目前的分析方 法没有针对保障资源的消耗特点，分类提供保障活动资源的确定方法。显然现有的分析 方法得到的结果是不科学不准确的，进而造成保障资源规划不合理，保障系统效费比无 法达到最优化。因此，需要从保障作业间逻辑关系和时序关系的角度，针对不同消耗属 性的保障资源，分别提供保障活动资源的确定方法。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供一种基于逻辑关系和时序关系的保障活动资 源的确定方法，解决以往忽视保障作业间逻辑关系和时序关系、忽视保障资源消耗类型、 没有规范的保障资源汇总方法等造成的保障活动资源计算不准确的问题，可为保障资源 规划提供科学依据。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种基于逻辑关系和时序关系的保障活动资源的确定方法的流程如图1所示。具体 步骤为：

第一步确定保障活动中各保障作业间的逻辑关系和时序关系

一项保障活动由具有逻辑关系和时序关系的保障作业组成。保障作业间的逻辑关系 和时序关系不同，保障活动资源就不同。因此，明确保障作业间的逻辑关系和时序关系 是保障活动资源确定的基础。

保障作业间的逻辑关系包括五种：

①与串行，即前一个保障作业执行完，就可以按顺序继续执行下一个保障作业，如拆卸 飞机座椅就存在与串行的逻辑关系，首先需要打开座舱盖，接着才能用机场电源接通座舱中 的机场供电开关进行供电，而后才能将座椅向上升至上位；

②与连接，即前面多个保障作业都执行完，才能开始执行下一个保障作业，如飞机挂弹 就存在与连接的逻辑关系，首先需要准备梯子，准备导弹，准备挂弹车，而后才能进行挂弹 的操作；

③与分支，即前一个保障作业执行完，后面多个保障作业都开始执行，如飞机某典型任 务的任务前准备就存在与分支的逻辑关系，首先需要将飞机进行系留，而后才能选择进行冲 氮气过程，或加燃油过程；

④或连接，即前面多个保障作业任意一个执行完，都可以开始执行下一个保障作业，如 车辆的供电中就存在或连接的逻辑关系，在供电的过程操作中，可以选择取力发电装置供电， 也可以选择柴油发电机组供电，而后才可进行后续的过程；

⑤或分支，即前一个保障作业执行完，后面多个保障作业中任一个开始执行，如某故障 发生后，故障隔离至模糊组，而后需要选择进行换件修部件A或换件修部件B。

保障作业间的时序关系包括：

串行关系是指两项保障作业按一定顺序顺次执行，包括：

①连续串行，即前一保障作业结束，后一保障作业立即开始；

②间断串行，即前一保障作业完成一段时间后，后一保障作业才开始执行。

并行关系是指两项保障作业同时在执行，包括：

①同时开始，即两项保障作业同时开始执行；

②同时结束，即两项保障作业同时执行完毕；

③覆盖，即一项保障作业的执行时间覆盖另一项保障作业的执行时间；

④交叠，即两项保障作业的执行时间有部分交叠的情况；

⑤完全重合，即两项保障作业同时开始，同时结束。

可见，保障作业间的逻辑关系反映了各保障作业何时开始、开始时间之间的关系； 保障作业间的时序关系除了反映上述开始属性外，还可以反映了何时结束、结束时间之 间的关系。

第二步建立保障活动中各保障作业间的保障活动逻辑图

通过将保障活动抽象成保障作业以及保障作业间的逻辑关系，采用保障活动逻辑图 对保障活动进行建模。保障活动逻辑图是一个由节点与连接弧组成的有向图。

节点分为作业节点、控制节点与标志节点。作业节点表示保障作业，图形化符号采用矩 形，如附图2所示；控制节点表示作业节点之间的逻辑关系，用图形化符号表示保障作业间 的逻辑关系如附图3～附图7所示；标志节点包含开始节点和结束节点，开始节点是一个保障 活动的唯一入口点，它没有前驱节点。结束节点是一个保障过程的唯一出口，它无后继节点， 标志节点的图形化符号如附图8所示。

连接弧表示保障作业的执行关系。它是位于节点之间的有向线段，从前驱节点指向后继 节点。只有前驱节点执行完毕后，并经过该连接弧的转移，后继节点才被允许执行。

当保障活动逻辑图中出现两个控制节点、控制节点与标志节点直接相连的情况，致使前 后两个作业节点的逻辑关系无法确定时，那么在两个控制节点之间增加一个空的作业节点， 这个空的作业节点表示不执行任何保障作业。

第三步确定保障活动中执行保障作业时需要的保障资源的类型

保障资源的消耗属性分为消耗型和非消耗型两类。

消耗型保障资源是指随着保障作业的执行，保障资源消耗掉，且无法通过维护维修等手 段恢复还原其使用性能，如不可修的备件、消耗品等。对于消耗型保障资源，保障活动中消 耗型保障资源的数量随着执行作业数的增多而增大，因此，消耗型保障资源的数量与保障作 业是否开始有关，即与保障作业及作业间的逻辑关系有关。

非消耗型保障资源是指在保障作业执行时，保障资源处于占用状态，保障作业执行完， 释放保障资源，保障资源变为空闲状态，仍然可以被其他作业使用，如保障设备工具、人力 人员、技术资料等。因此，保障活动中非消耗型保障资源的数量不仅与何时开始有关，还与 何时结束有关，即与保障作业及作业间的逻辑关系和时序关系都有关。

第四步建立保障活动中各保障作业间的逻辑关系矩阵

将保障活动中各保障作业间的逻辑关系用矩阵表示，目的是将逻辑关系对保障资源 确定的影响引入保障资源确定模型中。假设某个保障活动可分解为m个保障作业，用集 合表示保障活动为A={A₁,A₂,…,A_m}，建立保障作业之间的逻辑关系矩阵如下：

R=[r_ij]_m×m(i,j=1,2,…,m)      （1）

其中，r_ij的取值与保障作业i和保障作业j的逻辑关系相关，具体对应关系为：

保障作业i和保障作业j是或连接关系时，r_ij=-1；

保障作业i和保障作业j是其他逻辑关系时，r_ij=1；

保障作业i和保障作业j没有关系时，r_ij=0。

第五步基于逻辑关系构建保障作业发生概率矩阵

由于保障作业间存在逻辑关系，各保障作业并不是都必定发生，因此需要将发生概率对 保障资源确定的影响引入模型。构建保障作业发生概率矩阵F=(f₁,f₂,…,f_m)^T，每个保障作 业的发生概率确定为：

若一个保障作业与若干个保障作业存在“或连接”或“或分支”的关系，那么，这若干 个保障作业的发生概率之和为1；

若一个保障作业与若干个保障作业存在“与连接”或“与分支”的关系，那么，这若干 个保障作业的发生概率均为1；

若一个保障作业与另一个保障作业之间存在“与串行”关系，那么两个作业发生概率相 同。

第六步确定消耗型或非消耗型保障资源的数量

其中，确定消耗型保障资源的数量具体步骤如下：

保障活动中消耗型保障资源的数量等于各保障作业中该种保障资源数量与保障作业发 生频率之积的和。假设m个保障作业都使用了某消耗型保障资源，资源数量矩阵表示为 N_A=(n_A1,n_A2,…,n_Am)，则保障活动使用的该消耗型保障资源数量N_SA计算方法为：

$N_{\mathrm{SA}}=N_A\times F=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{n}_{\mathrm{Ai}}\times f_i---\left(2\right)$

确定非消耗型保障资源的数量具体步骤如下：

1）建立保障作业开始时间矩阵、结束时间矩阵和时间节点矩阵

由于非消耗型保障资源的数量受保障作业间逻辑关系和时序关系的影响，因此首先梳理 各保障作业的时序，明确保障活动的时间节点。设各保障作业的工作时间矩阵表示为 T_w=(t_w1,t_w2,…,t_wm)，保障作业的开始时间用矩阵表示为T_S=(t_s1,t_s2,…,t_sm)，t_sk表示第k个保 障作业开始时间，保障作业结束时间用矩阵表示为T_e=(t_e1,t_e2,…,t_em)，表示第k个保障作 业结束时间，则

T_e=T_s+T_w=(t_e1+t_w1,t_e2+t_w2,…,t_em+t_wm)       （3）

对于起始保障作业，开始时间t_s等于0。

对于其他保障作业，当所有的r_ik≥0(i=1,…,m)时，则其第k个保障作业开始时间是其所 有紧前保障作业结束时间的最大值，因此，t_sk的计算公式为：

t_sk=max{t_e1×r_1k,t_e2×r_2k,…,t_em×r_mk}      （4）

当存在r_ik≤0(i=1,…,m)时，则其第k个保障作业开始时间是其所有紧前保障作业结束时 间与保障作业发生频率之积的和，因此，t_sk的计算公式为：

$t_{\mathrm{sk}}=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{t}_{\mathrm{ei}}\times \left|r_{\mathrm{ik}}\right|\times f_i---\left(5\right)$

将开始时间矩阵和结束时间矩阵中的所有时刻点按照时间的先后顺序，组成一个集 合，假设共有n个时间节点，构成时间节点矩阵T_d=(t_d1,t_d2,…,t_dn)。

2）建立时间节点资源矩阵

假设m个保障作业都使用了某非消耗型保障资源，资源数量矩阵表示为 N_C=(n_C1,n_C2,…,n_Cm)，建立时间节点与各保障作业非消耗型资源数量的对应关系矩阵 N_R=(n_Rij)_m×n，(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)，其中，

将关系矩阵N_R每一列上的数值求和，得到时间节点资源矩阵 N_DR=(n_DR1,n_DR2,…,n_DRn)^T，其中，表示在第t_dj时间节点上，保障活动需要 的非消耗型保障资源的数量。

以时间节点矩阵T_d上的元素t_dj为横坐标，以节点资源矩阵N_DR上的元素n_DRj为纵坐 标，可以做出非消耗型保障资源的数量随时间变化的图像。

3）确定非消耗型保障资源数量

整个保障活动需要的非消耗型保障资源数量N_SC的计算公式为

$N_{\mathrm{SC}}=\underset{1\le j\le n}{\max }\left\{n_{\mathrm{DRj}}\right\}---\left(7\right)$

按照上述步骤，绘制保障活动逻辑图，基于保障作业间逻辑关系建立逻辑关系矩阵 和作业发生概率矩阵，分析逻辑关系约束下的时序关系，根据逻辑关系和时序关系对保 障活动资源的影响，分别计算保障活动中消耗型资源和非消耗型资源的数量。

本发明的优点在于：

本发明中所述的保障活动资源确定方法，可以弥补传统方法中忽视保障作业间逻辑 关系和时序关系、忽视保障资源消耗类型、没有规范的保障资源汇总方法等不足造成的 保障活动资源计算不准确的问题，使保障活动资源计算结果更接近真实水平，可为保障 资源规划提供科学依据。本发明还可用于其它具有逻辑关系和时序关系的过程资源数量 的确定。

附图说明

图1:基于逻辑关系和时序关系的保障活动资源确定流程图；

图2:作业节点表示方法图；

图3:控制节点“与串行”表示方法图；

图4:控制节点“与连接”表示方法图；

图5:控制节点“或连接”表示方法图；

图6:控制节点“与分支”表示方法图；

图7:控制节点“或分支”表示方法图；

图8(a):开始节点表示方法图；

图8(b):结束节点表示方法图；

图9:地面车辆展开活动逻辑图；

图10:非消耗型保障资源随时间变化的图像。

具体实施方式

下面结合某地面车辆展开活动实例对具体实施方式进行详细说明。某地面车辆展开 活动由以下八个保障作业构成：

①由行军状态转为停车驻车状态（保障作业1，时间2min）

②展开蹬车梯（保障作业2，时间2min）

③拆除空调防护篷布（保障作业3，时间2min）

④连接安全接地电缆（保障作业4，时间2min）

⑤连接外部信息电缆（保障作业6，时间3min）

⑥连接动力电源电缆（市电）（保障作业8，时间3min）

⑦供电系统启动（保障作业9，时间3min）

⑧车内设备外观检查（保障作业，时间3min）

地面车辆的展开流程为：首先由行军状态转为停车驻车状态，然后展开蹬车梯、连 接安全接地电缆，与此同时拆除空调防护篷布，在安全接地电缆连接完成和空调篷布都 拆完后，连接外部信息电缆，并连接动力电源电缆（市电）或供电系统启动（两种情况 发生概率分别为0.8和0.2）、进行车内设备外观检查，至此，展开活动完毕。

第一步确定保障作业间的逻辑关系

①保障作业1与2、3都存在是与分支关系

②保障作业2与4存在与串行关系

③保障作业3、4与6先后存在与连接、与分支关系

④保障作业3、4与8、9先后存在与连接、与分支、或分支关系

⑤保障作业8、9与10都存在或连接关系

第二步确定保障活动逻辑图

通过保障作业间的逻辑关系分析，根据节点和连接弧的表示方法规定，绘制过程网 络图，建立车辆展开过程模型。针对两个控制节点直接相连、控制节点与结束标志节点 直接相连的情况，增加三个空的作业节点5、7、11，如附图9所示。

第三步确定保障资源的类型

假设八个作业都需要消耗性保障资源A和非消耗型保障资源C，且每个保障作业需 要的消耗性保障资源和非消耗型保障资源数量相同，三个空作业不需要任何资源，即 N_A=(n_A1,…,n_A11)=N_C=(n_C1,…,n_C11)=(1,2,3,4,0,6,0,8,9,10,0)。

第四步建立逻辑关系矩阵

在增加了三个空作业后，作业间的逻辑关系有以下变动与增加：

①保障作业3、4与5都存在与连接关系；

②保障作业5与6、7都存在与分支关系；

③保障作业7与8，9都存在或分支关系；

④保障作业6、10与11都存在与连接关系。

建立保障作业逻辑关系矩阵为

$R=\left(\begin{array}{ccccccccccc}0& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& -1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& -1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right)$

第五步基于逻辑关系构建保障作业发生概率矩阵

根据保障作业间的逻辑关系，构建保障作业发生概率矩阵

F=(f₁,f₂,…,f₁₁)=(1,1,1,1,0,1,0,0.8,0.2,1,0)

第六步分别确定消耗型保障资源数量和非消耗型保障资源数量

A.确定消耗型保障资源数量

计算保障活动中消耗型保障资源A的数量

$N_{\mathrm{SA}}=N_A\times F=\underset{i=1}{\overset{11}{\Sigma }}{n}_{\mathrm{Ai}}\times f_i=34.2$

B.确定非消耗型保障资源数量

1）建立保障作业开始时间矩阵、结束时间矩阵和时间节点矩阵

在增加了三个空作业后，保障作业的工作时间矩阵为

T_w=(t_w1,t_w2,…,t_w11)=(2,2,2,2,0,3,0,3,3,3,0)

计算开始时间矩阵T_S=(t_s1,t_s2,…,t_s11)=(0,2,2,4,6,6,6,6,6,9,12)

计算结束时间矩阵T_e=(t_e1,t_e2,…,t_e11)=(2,4,4,6,6,9,6,9,9,12,12)

建立时间节点矩阵T_d=(t_d1,t_d2,…,t_d6)=(0,2,4,6,9,12)

2）建立时间节点资源矩阵

建立时间节点与各保障作业非消耗型资源数量的对应关系矩阵

$N_R=\left(\begin{array}{cccccc}1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 2& 0& 0& 0& 0\\ 0& 3& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 4& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 6& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 6.4& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1.8& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 10& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right)$

将关系矩阵N_R每一列上的数值求和，得到时间节点资源矩阵

N_DR=(n_DR1,n_DR2,…,n_DR6)=(1,5,4,14.2,10,0)。

以时间节点矩阵T_d上的元素t_dj为横坐标，以节点资源矩阵N_DR上的元素n_DRj为纵坐 标，绘制非消耗型保障资源的数量随时间变化的图像，如附图10所示。

3）确定非消耗型保障资源数量

整个地面车辆展开活动需要的非消耗型保障资源数量的计算公式为

$N_{\mathrm{SC}}=\underset{1\le j\le n}{\max }\left\{n_{\mathrm{DRj}}\right\}=14.5$

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而 非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记 载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。