装备管理建模与仿真

惠晓滨，1974年10月生，历任某军事大学、西安交通大学、西安外事学院教师，2012年晋升为教授、2015年遴选为博士生导师。获各类科技奖励10余项，发表论文80余篇，公开出版图书、教材12部。现任职于汇智信科，带领团队已形成了航空信息化、工业大数据、企业内控、项目管理等领域的一体化解决方案，研制了Jmis企业应用框架、FastBI大数据和数据分析系统、SmartGIS地理信息系统、飞机维修系统、保障仿真系统、机务训练系统、SMS安全管理系统、飞参和发动机报文分析系统、基于知识库的故障诊断系统、单机档案管理系统、大型设备监控和故障诊断系统、飞行模拟训练管理系统、飞行训练大数据平台、虚机机场训练系统、维修作业安全隐患排查系统、军种任务大数据系统、武器装备技术状态大数据系统、实兵对抗训练系统等产品。在建模仿真方面，研制了高性能的SmartSim离散事件仿真引擎，并在基于数字孪生的大型装备保障任务规划和仿真、全过程全要素维修保障仿真、保障资源和备件仿真测算中得到了成功应用。

　　装备管理活动贯穿于装备从论证、研制到退役的全寿命过程，其核心是对装备全寿命过程中涉及的信息、资源、人员等进行合理的配置与控制，这是复杂的系统工程问题，因此，基于仿真方法对装备管理进行模拟、推演、优化、评估是科学而又高效的技术途径，也是理论研究和工程实践发展的趋势。 《装备管理建模与仿真》从理论方法、建模仿真技术、领域应用三个维度系统地介绍了装备管理建模与仿真，主要内容包括建模理论与方法、数学建模技术、数字仿真技术、武器装备HLA仿真技术、Petri网、多Agent、DoDAF等。书中结合不少装备管理建模与仿真案例，把建模仿真的理论方法融入装备管理活动中，同时，也介绍了当前装备管理建模与仿真的一些新发展、新趋势。

目 录

第1章 绪论 1
1．1 装备管理 1
1．2 系统概念与分类 1
1．2．1 系统概念 2
1．2．2 系统分类 3
1．3 建模与仿真 4
1．3．1 建模 4
1．3．2 仿真 6
1．4 本章小结 9
第2章 装备管理建模理论与方法 10
2．1 装备管理建模基础理论 10
2．2 典型的装备管理建模方法 12
2．2．1 蒙特卡罗法 13
2．2．2 兰彻斯特方程和作战毁伤理论 16
2．2．3 面向对象方法 19
2．3 装备管理建模理论与方法最新进展 26
2．3．1 复杂自适应系统理论 26
2．3．2 嵌入式建模、仿真与分析 28
2．3．3 以网络为中心的建模与仿真 30
2．4 本章小结 32
第3章 装备管理的数学建模技术 33
3．1 连续系统的数学建模 33
3．1．1 连续系统的定义 33
3．1．2 微分方程模型 33
3．1．3 传递函数模型 34
3．1．4 状态空间模型 34
3．1．5 结构图表示 35
3．1．6 火箭发射卫星问题建模案例 36
3．2 离散事件系统的数学建模 40
3．2．1 离散事件系统 40
3．2．2 基本要素 40
3．2．3 数学描述 42
3．3 排队服务系统的数学建模 42
3．3．1 基本要素 42
3．3．2 符号表示 45
3．3．3 数学建模方法 45
3．3．4 防空导弹武器系统的排队论建模案例 47
3．4 存储系统的数学建模 49
3．4．1 基本概念 49
3．4．2 数学建模方法 49
3．5 本章小结 53
第4章 装备管理的数字仿真技术 54
4．1 概述 54
4．2 连续系统的数字仿真技术 55
4．2．1 数值积分法 55
4．2．2 离散相似法 61
4．2．3 快速数字仿真方法 63
4．2．4 炮弹运行轨迹仿真案例 67
4．3 离散事件系统的仿真方法 68
4．3．1 仿真策略 69
4．3．2 仿真模型的设计 75
4．3．3 仿真推进机制 76
4．3．4 仿真研究的一般步骤 78
4．4 随机数和随机变量的生成 78
4．4．1 随机数的产生 78
4．4．2 随机变量的产生 80
4．5 仿真实验数据处理技术 83
4．5．1 输入数据分析 83
4．5．2 输出数据分析 84
4．6 本章小结 84
第5章 武器装备HLA仿真技术 85
5．1 HLA概述 85
5．1．1 基本概念 85
5．1．2 HLA的组成 85
5．2 接口规范和标准服务 86
5．2．1 联邦管理服务 86
5．2．2 声明管理服务 86
5．2．3 对象管理服务 88
5．2．4 时间管理服务 89
5．2．5 所有权管理服务 90
5．2．6 数据分发管理服务 91
5．3 对象模型模板 93
5．4 联邦运行支持环境 93
5．4．1 RTI的作用 94
5．4．2 RTI的体系结构模型 94
5．4．3 RTI的通信方式 95
5．5 联邦开发和执行过程模型 95
5．6 基于HLA的武器装备分级保障建模与仿真案例 96
5．6．1 装备保障机构 96
5．6．2 分级保障HLA仿真的体系架构 96
5．6．3 联邦成员对象模型的开发 96
5．6．4 装备保障机构的仿真流程 98
5．6．5 系统的编程实现 98
5．7 本章小结 99
第6章 装备管理Petri网建模与仿真 100
6．1 基本概念 100
6．1．1 状态变迁图与Petri网 100
6．1．2 Petri网的定义和基本术语 101
6．2 Petri网的建模 105
6．2．1 基本建模结构 105
6．2．2 程序执行结构 106
6．3 Petri网的分析 107
6．3．1 行为分析 107
6．3．2 结构分析 112
6．4 基于Petri网的系统性能与可靠性分析 116
6．4．1 马尔可夫随机Petri网 116
6．4．2 系统可靠性与性能度量 117
6．4．3 资源共用并行工作Petri网 118
6．4．4 方案仿真 121
6．5 基于Petri网的飞机维修保障流程建模与仿真 121
6．5．1 飞机维修保障工作流 121
6．5．2 维修保障系统工作流建模 126
6．5．3 基于时间Petri网的飞机飞行前机务准备的工作流建模 128
6．5．4 基于时间Petri网的某型飞机再次出动机务准备的工作流建模 131
6．6 本章小结 136
第7章 武器装备多Agent建模与仿真 137
7．1 Agent基本概念 137
7．2 Agent的模型 138
7．2．1 BDI理论模型 138
7．2．2 基本结构 139
7．2．3 模型分类 140
7．3 多Agent系统的概念和结构 141
7．3．1 多Agent系统的基本概念 142
7．3．2 多Agent系统的模型和结构 142
7．4 多Agent系统的通信机制和过程 143
7．4．1 多Agent系统的通信机制 143
7．4．2 多Agent系统的通信过程 144
7．4．3 多Agent系统的通信语言 145
7．5 多Agent系统在装备维修保障中的应用 146
7．5．1 基于多Agent的外场维修决策总体分析 147
7．5．2 基于多Agent的外场维修决策过程分析 148
7．5．3 外场维修决策支持系统的多Agent规划与设计 149
7．6 基于Agent的SmartSim仿真引擎 153
7．6．1 SmartSim仿真平台的体系架构 153
7．6．2 SmartSim仿真平台的功能描述 154
7．7 本章小结 155
第8章 装备管理信息系统的DoDAF体系建模 156
8．1 体系和体系结构 156
8．1．1 体系 156
8．1．2 体系结构 156
8．2 DoDAF体系结构 157
8．2．1 DoDAF的基本视图与模型 158
8．2．2 全景视图 159
8．2．3 能力视图 160
8．2．4 数据与信息视图 162
8．2．5 作战视图 163
8．2．6 项目视图 165
8．2．7 服务视图 165
8．2．8 标准视图 167
8．2．9 系统视图 168
8．3 DoDAF在军事领域的主要研究方向 169
8．3．1 DoDAF体系结构建模方法研究 170
8．3．2 基于DoDAF的模型验证方法研究 170
8．3．3 基于DoDAF的指挥信息系统效能评估研究 171
8．4 装备管理信息系统的DoDAF建模 173
8．4．1 基本思想 173
8．4．2 建模过程 173
8．5 装备作战信息系统DoDAF可执行体系结构案例 174
8．5．1 装备作战信息系统概述 174
8．5．2 体系结构设计阶段 176
8．5．3 体系结构验证阶段 189
8．5．4 系统仿真验证 190
8．6 本章小结 192
第9章 基于仿真的装备采办 193
9．1 装备采办 193
9．1．1 装备采办的概念 193
9．1．2 装备采办过程模型 193
9．2 装备采办仿真 198
9．2．1 工程技术仿真系统 199
9．2．2 武器装备系统分析仿真系统 199
9．2．3 武器装备发展战略规划与论证模拟系统 200
9．3 基于仿真的采办（SBA） 201
9．3．1 SBA的概念及由来 201
9．3．2 SBA的优势 203
9．3．3 SBA与IPPD 203
9．3．4 SBA与PLM 203
9．4 SBA体系结构 204
9．4．1 运行体系结构 204
9．4．2 系统体系结构 206
9．4．3 技术体系结构 209
9．5 SBA的实施及应用 210
9．5．1 SBA实施的相关问题 210
9．5．2 SBA的应用项目 211
9．6 本章小结 212
参考文献 213