多機種保障裝備調度仿真研究

李昊霖　王遠達

摘? 要：本文利用柔性作業車間調度理論對多機種保障中保障裝備的調度進行仿真，首先對多機種航空保障裝備調度的內涵進行明確，在分析多機種飛機出動時飛行保障所需的保障裝備基礎上，建立了多機種保障中保障裝備調度仿真模型，設計了相適應的遺傳算法，通過實例對模型及算法機型驗證，結果表明，仿真結果能夠優化保障時間，為多機種編隊快速作戰提供有力支撐。

關鍵詞：柔性作業車間調度;多機種保障;航空保障裝備調度

引言

不同性能的諸機種部隊合同作戰，已成為空軍的主要作戰樣式，多個機種聯合組成以空中預警指揮機為核心的多機種合成編隊，通過多機種保障基地進行飛行保障。各機種要在較短時間完成各自的飛行保障活動，這就要求多機種保障基地對各類航空保障裝備進行高效調度，盡可能縮短保障時間，為多機種編隊升空作戰提供充分時間。

保障裝備在完成飛行前準備保障作業上能否達到最佳效益，取決于裝備數量和裝備效率兩方面。在裝備數量有限的前提下，保障裝備必須提高效率才能達到最佳效益。保障裝備的效率集中反映在裝備利用率上，合理的作業調度是提高裝備利用率的關鍵。目前飛機的地面作業保障調度主要以人工調度為主，保障裝備的配置數量以往主要根據固定的比例進行估算配置，但是大批量多機種飛機的保障工作如果仍然沿用此法會造成保障規模過大，現實問題亟需合理方法進行配置。

1? 飛行保障基本流程和保障工序作業

飛行保障的基本流程包括預先機務準備、直接機務準備及再次出動準備。由于多機種編隊出動時間短，多機種飛行保障采取預先準備與直接準備相結合的方法進行，有利于集中時間提高效率。多機種保障采用一線保障作業模式，各項保障工作以及飛機的放飛、接機等全部在起飛線進行，各類保障保障裝備也集中停放在起飛線。其基本流程為：在飛行保障任務之后，組織保障人員和保障保障裝備進場，將接收的飛機牽引至指定地點，按照飛行任務的要求，補充燃料、滑油、液壓油、特種液體和氣體，裝掛彈藥等，準備工作完成后，起動飛機發動機，進入飛行實施階段，將飛機起飛之前所作的準備工作統稱為飛行前準備，為飛行前準備所做的保障工作即為飛行前準備的飛行保障。

飛行保障過程中各個專業主要完成的工作主要有：機械：加添燃油、液壓油、潤滑油、補充氮氣等，由機械師和機械員共同完成，需要加油車、冷氣車等保障保障裝備。航電：通電檢查并完成慣性導航系統調校，需要電源車保障。軍械：完成武器彈藥的裝掛，需要掛彈車等進行保障。特設：充填氧氣，通電檢查座艙電器儀表系統，需要電源車及氧氣車保障。

2? 模型建立

2.1? 模型假設

為建立多機種保障保障裝備調度模型、使用柔性作業車間調度的理論與方法解決多機種保障保障裝備調度問題，作如下假設：

①每架飛機接受每道保障工序的次數不多于一次;

②每型飛機接受保障工序的順序可以不同;

③每架飛機的保障工序必須串行進行，后工序不能先于前工序;

④任何飛機沒有優先保障權，必須服從于既定的保障順序;

⑤保障過程中沒有新飛機的加入，也不臨時取消飛機的保障;

⑥一臺保障裝備在一個時間段內不能對兩架或兩架以上飛機實施保障;

⑦同一時刻一架飛機不能接受兩臺或兩臺以上保障裝備的保障;

⑧同型保障裝備對同型飛機在相同工序的保障時間相等;

⑨不考慮保障裝備移動時間、不考慮保障保障裝備展開時間、不考慮檢查簽字時間。

2.2? 問題描述

多機種保障裝備調度問題可以描述如下：設共有N型（1、2、3……N）n架飛機，m個保障階段，第i個保障階段的并行裝備的個數為Mi。每一架飛機都按各自的保障路線順次經過個m個保障階段，各架飛機在各個保障階段有各自的保障時間。理論上，所有的飛機都可以選擇在第i（1≤i≤m）階段的Mi臺裝備中的任意一臺進行保障。當最后一架飛機選擇最后階段Mm臺裝備中的一臺結束保障后，整個保障過程結束。

2.3? 數學模型

為了方面描述，首先定義相關符號，如下所示：

根據上述算法原理，可將FJSP的求解過程通過編寫Matlab程序來實現。

4? 算例分析

由預警機、轟炸機、電子干擾機、無人機組成的多機種編隊某一波次需要出動10架執行突擊任務。其中包括1架預警機，2架轟炸機，3架電子干擾機和4架無人機分別執行指揮、對地攻擊、電子干擾、護航任務。各機型飛機保障工序及時間見表1。

進行遺傳算法的參數設置：染色體種群規模取500，迭代次數取150，交叉概率取0.8，變異概率取0.2，遺傳算法進行matlab編程，運行程序得到優化結果。

可以看出，運行的最優結果為255，代表保障時間為255。

從圖中可以顯然得到保障裝備的調度情況，包括各個時間段內保障飛機的先后順序，因此可以得到結論，本文所設計的遺傳算法求解的保障裝備調度結果對多機種保障裝備調度有具體鮮明的指導意義。

5? 結語

本文在分析多機種保障飛行前準備活動的車輛調度模式的基礎上，基于柔性作業車間調度理論，建立了多機種保障車輛調度模型。在模型建立過程中，考慮了工序約束性和車輛柔性等因素，使模型更貼近真實多機種保障過程，并通過實例驗證了模型的可信性;在遺傳算法設計中，雙層編碼具備良好的解空間特性;采用邊際分析算法對車輛利用率進一步進行優化，改善忙閑不均現象。在給定平均保障延誤時間約束下，模型可以為場站多機種保障車輛調度方案提供決策支持，幫助指揮員高效調度各種保障車輛，從而提高保障效率。

參考文獻

[1]方紹強，陳偉朋，衛克，杜世偉.基于HLA的航空兵場站飛行保障視景仿真系統設計[J].空軍工程大學學報（自然科學版），2007（01）：7-10.

[2]羅先敏，張忠宜，謝立軍，楊紅軍.多機種保障中的四站裝備需求仿真[J].兵工自動化，2009，28（09）：45-48.

[3]田豐，邢清華，張威.基于PSO算法的飛行保障車輛調度問題研究[J].計算機工程與應用，2012，48（01）：242-244.

[4]施毅，陸朝榮，汪新林.仿真技術在戰斗機機場加油保障中的應用[J].計算機工程，2006（21）：220-223.

[5]張宗宜，周顯軍，謝立軍，李大曉.排隊論在航空四站保障中的應用研究[J].中國科技信息，2009（24）：194-195.

[6]呂開東，朱齊丹，李新飛.艦載機航空保障需求及排隊網絡模型研究[J].飛行力學，2014，32（01）：88-92.

[7]楊甫勤，劉洪偉，朱明珠.軍用飛機出動架次率的研究綜述[J].綜合運輸，2015，37（01）：64-68.

[8]呂瑞強，朱挺雷.航空地面電源的優化配置[J].科學技術與工程，2007（13）：3325-3326+3333.