基于HLA的器材保障物流系統(tǒng)仿真模型研究

于雙雙， 王鐵寧， 劉洪水 （裝甲兵工程學(xué)院，北京 100072）

0 引 言

器材保障工作涵蓋了從生產(chǎn)、籌措、儲備、保管到運(yùn)輸供應(yīng)的多個(gè)階段、多個(gè)環(huán)節(jié)，這使得器材保障物流系統(tǒng)極為復(fù)雜，而信息化的不斷發(fā)展，也使得器材保障物流系統(tǒng)的規(guī)模越來越龐大，以往面向單一研究目的和仿真功能的物流仿真系統(tǒng)，已經(jīng)難以滿足器材保障物流系統(tǒng)綜合性、系統(tǒng)性的研究需要。為了解決上述問題，本文構(gòu)建了基于高層體系結(jié)構(gòu)HLA（High Level Architecture）的器材保障物流系統(tǒng)仿真模型，充分利用HLA在分布仿真上的優(yōu)勢，針對復(fù)雜大系統(tǒng)，提高建模效率、仿真性能，改善系統(tǒng)之間的互操作性和代碼可重用性、可擴(kuò)展性，降低建模與仿真的費(fèi)用[1]。

1 HLA簡介

HLA是分布交互仿真的高層體系結(jié)構(gòu)，它的主要目標(biāo)是允許通過聯(lián)合其他仿真來實(shí)現(xiàn)仿真應(yīng)用[2]，它考慮的不是如何由對象構(gòu)建聯(lián)邦成員，而是在假設(shè)已有聯(lián)邦成員的情況下如何構(gòu)建聯(lián)邦。HLA定義了各類仿真模型的描述規(guī)范和接口規(guī)范，嚴(yán)格遵守這些規(guī)定是保證仿真模型具有互操作性和可重用性的基本前提[2]。

HLA主要由三部分組成：規(guī)則 （Rules）、對象模型模板 （OMT）和運(yùn)行支撐環(huán)境 RTI（Run-Time Infrastructure）接口規(guī)范說明 （Interface Specification）[2]。聯(lián)邦運(yùn)行支撐環(huán)境RTI是HLA接口規(guī)范的具體實(shí)現(xiàn)，是HLA仿真的核心部件，也是HLA仿真應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和運(yùn)行的基礎(chǔ)，能為仿真提供通用的、標(biāo)準(zhǔn)的、相對獨(dú)立的支撐服務(wù)，主要包括聯(lián)邦管理、聲明管理、對象管理、時(shí)間管理、所有權(quán)管理、數(shù)據(jù)分發(fā)管理以及支持服務(wù)7大類[3-4]，在RTI平臺之上，仿真開發(fā)者可以開發(fā)各種所需要的服務(wù)，構(gòu)建自己的仿真應(yīng)用。

2 器材保障物流系統(tǒng)概述

器材保障物流系統(tǒng)是從屬于物流系統(tǒng)的一個(gè)特殊系統(tǒng)，它是指在一定的時(shí)間和空間里，為實(shí)現(xiàn)特定的保障目標(biāo)而設(shè)計(jì)的相互作用、相互依賴的物流要素 （或子系統(tǒng)）所構(gòu)成的有機(jī)整體。

該系統(tǒng)把計(jì)劃、籌措、儲存、運(yùn)輸、信息處理等一些相對分散的活動，歸納成一個(gè)體系，由所需的器材、運(yùn)輸工具、倉儲設(shè)施、操作人員等若干相互制約的動態(tài)要素構(gòu)成具有特定功能的有機(jī)整體，并綜合運(yùn)用系統(tǒng)的理念、現(xiàn)代物流技術(shù)、信息技術(shù)與可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各物流環(huán)節(jié)的合理銜接，使得各種物流資源實(shí)現(xiàn)有效配置和最佳整合，滿足物流空間和時(shí)間的需要，以取得最佳運(yùn)作效能和實(shí)現(xiàn)最大的保障能力[5]。系統(tǒng)運(yùn)行框架如圖1所示。

各級器材管理機(jī)構(gòu)通過信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)器材業(yè)務(wù)信息的上傳下達(dá)，同時(shí)與生產(chǎn)工廠和各級倉庫之間進(jìn)行器材申請與調(diào)撥等信息交互，信息匯總至籌供中心，籌供中心經(jīng)過分析處理，發(fā)出調(diào)撥信息，實(shí)現(xiàn)器材的越級網(wǎng)絡(luò)化保障。器材的供應(yīng)渠道可以根據(jù)實(shí)際需要既可以選擇部隊(duì)運(yùn)輸，也可以依托地方的第三方物流。

3 基于HLA的器材保障物流系統(tǒng)仿真模型研究

3.1 基于HLA的器材保障物流系統(tǒng)仿真模型

聯(lián)邦開發(fā)和執(zhí)行過程模型FEDEP，是美國國防部建模與仿真辦公室為促進(jìn)基于HLA的仿真系統(tǒng)的開發(fā)而提出的用來開發(fā)分布式交互仿真系統(tǒng)的軟件工程方法[2,6]。參照FEDEP模型，本文構(gòu)建了基于HLA的器材保障物流系統(tǒng)仿真模型，如圖2所示。

該模型分為三個(gè)層次，分別為：

（1）真實(shí)世界問題空間：分析器材保障物流系統(tǒng)，根據(jù)仿真應(yīng)用目標(biāo)，清晰完整地界定問題空間邊界，確定問題空間的層次、規(guī)模與范圍。

（2）概念模型層：研究物流系統(tǒng)概念模型，根據(jù)界定的問題空間，從概念上對系統(tǒng)包含的實(shí)體進(jìn)行分析，確定其屬性、功能、結(jié)構(gòu)、信息等。

（3）仿真模型層：在概念模型基礎(chǔ)上，確定仿真聯(lián)邦功能，劃分聯(lián)邦的結(jié)構(gòu)，確定聯(lián)邦中主要交換的信息，描述仿真聯(lián)邦的運(yùn)行過程；描述成員的接口模塊、執(zhí)行邏輯、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及仿真中所需的數(shù)據(jù)信息，將概念性實(shí)體 （或?qū)ο螅┮约斑^程轉(zhuǎn)化為具體的程序。

下面重點(diǎn)對聯(lián)邦功能模型、聯(lián)邦結(jié)構(gòu)模型、聯(lián)邦運(yùn)行模型進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)研究。

3.2 仿真聯(lián)邦功能模型

器材保障物流系統(tǒng)聯(lián)邦的基本功能是對器材保障的運(yùn)行過程進(jìn)行仿真，評估器材保障各節(jié)點(diǎn)以及各級保障部門的保障能力，以此為依據(jù)，對器材保障的整體運(yùn)作效能進(jìn)行評估。器材保障物流系統(tǒng)仿真聯(lián)邦功能模型如圖3所示。

主要功能包括：

（1） 導(dǎo)調(diào)控制

選擇器材保障想定，根據(jù)想定，制定保障計(jì)劃，設(shè)置仿真層次和仿真初始態(tài)勢，生成劇情；對仿真過程、仿真速度、仿真成員進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

（2）器材保障物流系統(tǒng)聯(lián)邦運(yùn)行

主要包括器材保障物流系統(tǒng)中的器材籌措、器材儲存、器材供應(yīng)活動以及各級指揮機(jī)構(gòu)的指揮控制決策活動。

（3） 可視化

以可視化方式顯示器材保障運(yùn)行過程，包括在儲、在籌、在途三個(gè)方面，同時(shí)保存仿真過程中生成的數(shù)據(jù)，以便事后分析。

（4）仿真記錄與分析

實(shí)時(shí)記錄仿真數(shù)據(jù)和結(jié)果，在仿真過程中對多個(gè)保障方案進(jìn)行評估分析，根據(jù)評估結(jié)果，提出優(yōu)化方案。

3.3 仿真聯(lián)邦結(jié)構(gòu)模型

在HLA仿真聯(lián)邦中，聯(lián)邦成員的確定至關(guān)重要。聯(lián)邦成員根據(jù)與RTT的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分，每個(gè)聯(lián)邦成員與RTI之間只有唯一的節(jié)點(diǎn)。聯(lián)邦成員可能由多個(gè)過程或者子系統(tǒng)組成，它可以運(yùn)行于不同的計(jì)算機(jī)上，但只能通過RTI與其它聯(lián)邦成員進(jìn)行通信[2]。

器材保障物流系統(tǒng)是器材籌措、器材儲存、器材供應(yīng)等子系統(tǒng)相互協(xié)作共同完成的聯(lián)合活動。每個(gè)實(shí)體按照預(yù)先分配的任務(wù)進(jìn)行，由于不同組織實(shí)體之間的信息與物資傳輸內(nèi)容是根據(jù)其承擔(dān)的具體任務(wù)事先確定的，所以本文按照器材保障物流系統(tǒng)中各實(shí)體擔(dān)負(fù)的任務(wù)不同來選擇聯(lián)邦成員，建立了如圖4所示的器材保障物流系統(tǒng)仿真聯(lián)邦體系結(jié)構(gòu)模型[5]。各個(gè)聯(lián)邦成員通過HLA的運(yùn)行支撐環(huán)境RTI，實(shí)現(xiàn)彼此間的信息交換和共享，完成仿真任務(wù)，實(shí)現(xiàn)仿真聯(lián)邦的基本功能。

（1）導(dǎo)演監(jiān)控成員組

想定管理成員。設(shè)定仿真層次；設(shè)置器材保障仿真的初始態(tài)勢，包括各級倉庫的初始庫存情況、保障機(jī)構(gòu)的功能設(shè)置、保障力量的編成、部署以及上下級之間的關(guān)系，對器材需求的預(yù)測等等。

仿真管控成員。根據(jù)想定，選擇加入聯(lián)邦的成員，對仿真運(yùn)行過程進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和控制，確定仿真開始與結(jié)束的時(shí)間，在仿真運(yùn)行過程中調(diào)整時(shí)鐘變化；控制成員的加入、退出以及仿真運(yùn)行時(shí)的跳時(shí)、暫停、繼續(xù)與結(jié)束。

導(dǎo)調(diào)成員。在仿真運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)傳輸導(dǎo)調(diào)信息與命令，修改仿真實(shí)體的模型參數(shù)，對仿真過程進(jìn)行干預(yù)。

數(shù)據(jù)記錄成員。實(shí)時(shí)記錄仿真過程中傳輸?shù)母鞣N信息、數(shù)據(jù)，以便在仿真結(jié)束后能夠從多角度、多層次觀察仿真過程。

仿真評估成員。模擬并控制器材保障任務(wù)的執(zhí)行過程，對器材保障各環(huán)節(jié)的運(yùn)行情況及仿真結(jié)果實(shí)施評估。

仿真演示成員。利用二維或三維實(shí)體模型，演示器材保障不同層次的運(yùn)行過程。

（2）輔助成員組

第三方物流。模擬器材保障過程中的地方運(yùn)輸保障力量的各種運(yùn)輸活動。

部隊(duì)運(yùn)輸力量。模擬器材保障過程中的部隊(duì)運(yùn)輸保障力量的各種運(yùn)輸活動。

（3）基地級器材保障成員組

基地級機(jī)關(guān)。模擬基地級器材保障決策活動，指揮控制總體器材保障過程的運(yùn)行。

基地級倉庫。模擬基地級器材保障所擔(dān)負(fù)的器材儲備與分配供應(yīng)活動。

（4）中繼級器材保障成員組

中繼級機(jī)關(guān)。模擬中繼級器材保障決策活動，指揮控制器材保障過程的運(yùn)行。

中繼級倉庫。模擬中繼級器材保障所擔(dān)負(fù)的器材儲備與分配供應(yīng)活動。

（5）基層級器材保障成員組

基層級機(jī)關(guān)。模擬基層級器材保障決策活動，指揮控制器材保障過程的運(yùn)行。

基層級倉庫。模擬基層級器材保障所擔(dān)負(fù)的器材儲備與分配供應(yīng)活動。

（6） 獨(dú)立成員

生產(chǎn)工廠。模擬器材廠商的生產(chǎn)與供應(yīng)保障。

用戶。模擬器材保障活動的供應(yīng)對象。

籌供中心。模擬器材的籌措、儲備、供應(yīng)等活動，協(xié)調(diào)控制器材保障，通過高速信息網(wǎng)絡(luò)對器材保障物流系統(tǒng)內(nèi)的信息流進(jìn)行收集處理、協(xié)調(diào)控制，實(shí)施器材保障指揮調(diào)度和協(xié)調(diào)決策等職能。

3.4 仿真聯(lián)邦運(yùn)行模型

器材保障物流系統(tǒng)仿真聯(lián)邦的運(yùn)行過程主要分為三個(gè)階段：仿真初始化階段、仿真運(yùn)行階段、仿真結(jié)束階段。

3.4.1 仿真初始化階段

仿真初始化階段，各個(gè)聯(lián)邦成員啟動并加入聯(lián)邦，向仿真管控成員發(fā)出加入成功的交互，然后等待命令；想定管理成員根據(jù)加載的想定方案，設(shè)置仿真初始態(tài)勢，將器材保障任務(wù)分解至相應(yīng)的仿真層次，并向仿真管控成員通知初始化設(shè)置完畢；仿真管控成員向基地級機(jī)關(guān)發(fā)出初始化完畢的命令，基地級機(jī)關(guān)收到初始化完畢的命令后，從指定數(shù)據(jù)文件中讀取器材保障想定，并根據(jù)需要調(diào)整保障計(jì)劃，調(diào)整完畢后向仿真管控成員通知保障計(jì)劃調(diào)整完畢；仿真管控成員收到保障計(jì)劃調(diào)整完畢的交互后，向其它聯(lián)邦成員發(fā)送仿真初始化的命令；其它聯(lián)邦成員收到仿真初始化命令后，從指定的數(shù)據(jù)文件中讀取相關(guān)的初始化想定數(shù)據(jù)，初始化完畢后向仿真管控成員發(fā)送初始化完畢的交互；仿真管控成員確定所有成員都完成初始化后，設(shè)置仿真時(shí)間，向各個(gè)聯(lián)邦成員發(fā)送開始仿真的命令。

3.4.2 仿真運(yùn)行階段

（1）器材籌措階段

仿真運(yùn)行步驟如下：

①接到仿真開始的命令后，基層級修理部 （分）隊(duì)及各中繼級倉庫用戶根據(jù)下年訓(xùn)練任務(wù)量、消耗定額等信息計(jì)算得出下年預(yù)計(jì)器材需求量，并將信息提交至籌供中心；

②基層級機(jī)關(guān)通過信息中心查詢所屬修理部 （分）隊(duì)的年度需求、現(xiàn)有庫存等信息，并結(jié)合本級經(jīng)費(fèi)限額編制器材申請，然后向籌供中心提交器材申請計(jì)劃及現(xiàn)有庫存量、器材周轉(zhuǎn)留用量等其它器材申請相關(guān)信息；

③中繼級機(jī)關(guān)負(fù)責(zé)審核匯總基層級機(jī)關(guān)提交的計(jì)劃及信息，并結(jié)合本級器材使用、儲存情況編制本級器材申請并上報(bào)至籌供中心；

④基地級機(jī)關(guān)利用籌供中心準(zhǔn)確掌握各修理部 （分）隊(duì)的器材需求情況，并獲取各級節(jié)點(diǎn)的上報(bào)信息，以此為依據(jù)編制更加科學(xué)合理的器材訂購計(jì)劃；

⑤最后，根據(jù)器材訂購計(jì)劃組織實(shí)施器材訂購。

（2）器材分配供應(yīng)階段

此階段仿真運(yùn)行步驟如下：

①基地級機(jī)關(guān)根據(jù)各中繼級單位經(jīng)費(fèi)分配情況、器材資源情況以及下級需求情況確定各中繼級單位的器材分配量，并編制本級分配計(jì)劃；

②中繼級機(jī)關(guān)利用籌供中心獲取總部分配計(jì)劃，以此為依據(jù)編制本級分配計(jì)劃；

③基層級機(jī)關(guān)通過籌供中心獲得中繼級向本級分配的器材情況；

④基地級機(jī)關(guān)查詢各級器材分配計(jì)劃，結(jié)合器材訂貨、庫存等信息制定全軍范圍的供應(yīng)計(jì)劃，以最優(yōu)的供應(yīng)流程實(shí)施器材供應(yīng)；

⑤最后，各級器材保障機(jī)關(guān)將出入庫信息反饋至籌供中心，以便根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整器材的分配和供應(yīng)。

3.4.3 仿真結(jié)束階段

當(dāng)?shù)竭_(dá)供應(yīng)保障任務(wù)結(jié)束時(shí)間時(shí)，仿真管控成員向其它聯(lián)邦成員發(fā)送仿真結(jié)束的命令，并判斷全部仿真是否結(jié)束，若仿真次數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)，則全部仿真結(jié)束，否則仿真管控成員再次向其它聯(lián)邦成員發(fā)送開始仿真的命令；仿真評估成員根據(jù)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，給出評估結(jié)果。

仿真運(yùn)行階段與仿真結(jié)束階段的運(yùn)行過程如圖5所示。

圖5 仿真運(yùn)行及結(jié)束階段運(yùn)行過程

4 結(jié)束語

器材保障物流系統(tǒng)是包含多因素、多目標(biāo)，動態(tài)復(fù)雜、分布式的離散事件大系統(tǒng)，傳統(tǒng)的解析方法已經(jīng)無法解決此類問題，而構(gòu)建完善的適用的仿真模型也是有難度的。鑒于HLA是特地為解決復(fù)雜大系統(tǒng)，提高建模與仿真效率，促進(jìn)互操作性和重用性而提出的，我們將其應(yīng)用于器材保障物流系統(tǒng)的仿真建模研究，構(gòu)建了基于HLA的器材保障物流系統(tǒng)仿真模型，進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)分布式仿真，實(shí)現(xiàn)高效、精確模擬器材保障物流系統(tǒng)的運(yùn)行過程，為后續(xù)仿真工作提供了依據(jù)，為推動器材保障工作邁向新臺階提供了有益的探索。但隨著信息化的向前發(fā)展，系統(tǒng)的復(fù)雜度也越來越高，聯(lián)邦成員也不斷增多，如何進(jìn)一步構(gòu)建更加適用的完善的仿真模型，提高仿真系統(tǒng)開發(fā)、運(yùn)行效率和使用效益，也有必要進(jìn)行深入研究。

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