[发明专利]一种基于鲁棒优化模型的武器装备研制决策方法

摘要

本发明涉及一种基于鲁棒优化模型的武器装备研制决策方法，属于产品研制费用管理与技术管理技术领域，适用于武器装备产品的研制管理等技术研究。本发明通过构建以性能、可靠性和费用为要素的鲁棒优化模型，弥补了传统的“费用‑效能”分析模型仅考虑性能与寿命周期费用两者关系和经典的质量成本模型仅考虑可靠性和寿命周期费用两者关系的缺陷，为实现装备性能、可靠性与经济性一体化管理提供了重要的方法支撑。通过鲁棒优化的方法获得的结果能够同时达到费用最低化、性能最佳化、可靠性最高化的目的，实现了武器装备系统的性能、可靠性与经济性的有机统一，为武器装备研制决策提供了可靠、有效的手段。

主权项

1.一种基于鲁棒优化模型的武器装备研制决策方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：按功能或结构组成分解武器装备系统，构建目标函数，将武器装备的性能、可靠性与费用作为鲁棒优化模型的设计要素和权衡目标，针对性能要素，采用基于性能的费用模型，将装备费用分解按照其各子系统分别进行费用估算，费用模型为：其中，C_k为第k个子系统的费用，{p_k1，...，p_km}是与第k个子系统相关的性能指标，是{p₁，...，p_n}的子集，也可以表达为：该式表明系统的总费用是由多个设计参数共同影响的结果，对于各系统的性能指标，将武器装备型号作战使用性能项目分解为具体技术，确定型号系统、分系统、单机等各层级产品技术指标体系，对于负向的性能指标采用倒数转换的方法转换为正项指标，建立型号性能模型，针对可靠性要素，采用质量成本模型对可靠性与寿命周期费用进行计算，式中，C为质量总成本；C(k)为第k个子系统的费用基本值；R(k)为第k个子系统的可靠性；K_i为成本增长指数；n为相互区别独立的子系统的数量；k₁与k₂为模型常数；对于第k个子系统的费用基本值C(k)，采用前述公式(1)性能所决定的费用来表示；可靠性R(k)用风险r(k)进行转换：R(k)＝1‑r(k)；因此，将考虑性能和可靠性两个要素的全寿命费用模型的目标函数变为：步骤2：设定约束条件，即从系统作战使命、目标特性、环境条件、现有技术水平、系统结构方面界定性能指标的上界与下界，具体是指：性能指标的上界是从技术可行性的角度出发，根据目前国防工业的科技水平、工艺水平来确定，性能指标的下界是参考已有装备性能指标值，或以满足军事需求或作战任务需要的性能指标门限值作为指标取值范围，假定装备系统的性能指标约束为：表示子系统k的性能指标i的下限值，表示子系统k的性能指标i的上限值；由于客观条件的限制，系统的可靠性存在一个上限R_U，因此，风险r(k)的约束条件设定如下：(1‑R_U)≤r(k)≤(1‑R_L)；步骤3：构建min‑max优化模型，基于上述目标函数与约束条件的分析，得到装备性能、可靠性和全寿命周期费用三者的优化模型为：s.t(1‑R_U)≤r(k)≤(1‑R_L)步骤4：模型求解，利用MATLAB软件求解，即可得到性能指标的最优决策向量P和可靠性R，将P和R代入目标函数可计算得到总费用；步骤5：按照性能最优、可靠性最高和费用最低的原则，选择步骤4的求解结果作为武器装备研制最优的决策变量。