MES 技術在艦載機調度仿真系統中的應用

李韋翰

(空軍指揮學院，北京 100097)

0 引 言

關于艦載機的調度問題，目前較為成熟的體系是以多主體系統（MAS）展開的相關研究，并由此延伸出裝備保障、艦面布放、出動離場等細化研究思路，將航母戰略布局與人工智能技術結合，并結合各種算法，如PSO 算法、CE-PF 算法、改進GA 算法等進行融合處理，可以達到很好的效果。MES 技術應用于艦載機調度仿真系統研究，則主要以艦載機出動回收、人員及彈藥分布交互式仿真為主，并對軟件的開發過程進行詳盡探討[1-3]。而以上研究成果，都為進一步工作奠定了堅實的理論基礎。

本文以計算機軟件MES 為研究工具，探討其在航母出動回收系統中的應用功效，旨在提升艦載機調度效率，完善系統網絡架構設計，優化智慧航母出動回收仿真系統的可行性，從戰略層面考慮航母作業調度的問題，基于現有資料中相關調度技術策略進行運籌學方法優化[4-6]。

1 問題描述及模型

1.1 航母調度問題

假設在一批次艦載機中，有n種不同數量的艦載機要處理，記入{J1，J2，...，Jn}中；共m個艦載機，記入{M1，M2，...，Mm}；艦載機i過程可以用集合Oi來表示，記{Oi1，Oi2，...，Oij}；每次調度都能隨意選擇艦載機，同時又能達到出動回收要求，在實際航母出動回收調度體系里，因使用頻率較高、年限等因素不同時，使得艦載機在出動回收過程中功率及出動回收時間都不一樣，因此，以最大的出動回收時間、機械負載達到最小、出動回收油耗作為研究航母調度可行性的關鍵問題。

1.2 問題模型

1.2.1 條件假設1）同一臺艦載機同一時刻只能出動回收一個艦載機；2）同一艦載機的同一道調度在此時只能在一臺艦載機上出動回收；3）任意艦載機的調度在出動回收開始后不能中止；4）不同艦載機之間不存在先后順序；5）同一艦載機的調度之間有出動回收先后關系，必須在前置調度完成后才能出動回收；6）在零時刻所有艦載機都可以開始出動回收。

1.2.2 數學模型構建

式（1）～式（3）為目標函數，式（1）顯示最小完工時間是根據最晚完工出動回收艦載機的相應時間來確定；式（2）為裝置負荷；式（3）為這批艦載機出動回收的能耗。對于上述目標函數，本研究過程的約束條件為：

1.2.3 參數定義

相關參數含義如表1 所示。

表1 相關變量及含義Tab.1 Relevant variables and their meanings

1.3 MES 技術應用可行性分析

1.3.1 技術可行性

本次選取的艦載機調度系統，主要使用ASP.NET和MYSQL 數據庫作為該系統設計和實現的一個重要工具，該設計思路便于航母艦載機操作人員的調度仿真和運用，利于二次擴展。

艦載機調度系統的硬件要求是極其苛刻與嚴格，需使用一種便于實現的通用硬件進行配置。然而硬件方面要求達不到，據此本文基于web 瀏覽器的服務應用，將艦載機相關基礎設施與便攜式筆記本電腦連通。在開啟調度仿真期間，ASP.NET 的基本知識已經滿足要求，且MYSQL 數據庫的操作也吸取和積存了相關編程的知識，例如軟件測試，本設計統一采取UML 建模語言，并具有一定的辨認性、敏捷性。

1.3.2 操作可行性在實踐中加強艦載機調度，最為重要的目的是提升航母的作戰能力。而基于MES 技術應用，可以讓該系統具有一個較為直觀的導航界面，且在操作流程上易于上手，方便相關人員進行人機交互，直接通過通信衛星的信號傳遞，進行線上聯網操作。

2 系統設計

2.1 系統總體設計

基于MES 技術，對艦載機管理系統展開的總體結構主要包括系統管理、基本信息管理、艦載機調度管理、油耗管理、故障檢修管理以及調度員輪換安排管理，并對管理員及飛行員進行相對應的編號。

2.2 系統功能模塊設計

系統設計和布局，是確定整體架構和各個功能模塊在系統研究過程中的關鍵問題。結構化系統設計背后的理念，是將整個系統中的關鍵模塊合理地分割出來，由上至下將其劃分成幾個獨立的子系統，然后再根據這些模塊進行劃分成幾個模塊。每一個可執行的計算機模塊也都可以作為子模板使用，即單層、獨立程序。本艦載機調度系統主要分為管理員、飛行員兩大模塊，并按照三級系統對整個管理結構進行細化設計。

2.3 艦載機調度仿真系統數據庫設計

數據庫設計作為記錄艦載機調度信息的核心，是做好排障措施、防范調度隱患、復盤經驗成果的關鍵，因此在收集、整理及分析相關數據的過程中，做好數據庫設計顯得尤為重要，本文基于MES 技術，結合現在調度情況，對未來的相關調度需求進行深化分析，由此搭建一個針對性的解決調度問題的數據庫。

2.3.1 MES 數據庫需求分析

對航母艦載機調度的調查流程如圖1所示。

圖1 系統流程圖Fig.1 System flowchart

艦載機調度系統通過對不同管理員的權限限制，來實現航母各部門的不同需求，通過調研發現，本系統應設計如下數據項和數據結構：

1）管理員基本信息包含個人信息、工作信息，聯系方式等，在本設計中對此類信息都有進行統一管理，具體信息有管理員姓名、性別、身份證號、初領艦載機時間、艦載機號、艦載機調度期限等。

2）可輸入艦載機基本信息，顯示艦載機信息狀態，可查看艦載機狀態。

3）維修保養信息。如果艦載機在維修中，系統會指示艦載機在維修中，這對于艦載機調度很有用。主要維修信息包括艦載機編號、常見故障維修、配套材料說明、上次檢修時間、更換零件信息及備忘單等。

4）用車人員在系統中提交申請信息，由領導審批，根據艦載機狀態，指派合適的艦載機。歸還時，進行回車操作，完成閉環管理流程。艦載機航行信息有：艦載機編號、飛行員姓名、艦載機出動時間、回收時間、艦載機航行公里和耗油量等。

5）系統根據出動和回收信息設置生成相關調度基礎數據，方便航母定期維護及不定期的檢修。

2.3.2 數據庫概念結構設計

在實體規劃中，本設計具體實體包括飛行員、艦載機、艦載機航行信息、維修信息、事故信息等。各實體間的E-R 關系以艦載機實體為例，其各實體間關系E-R 如圖2 所示。

圖2 各實體間關系E-R 圖Fig.2 E-R diagram of relationships between entities

2.3.3 數據庫邏輯結構實現

經過上述系統概念設計和需求分析，現將數據庫結構模型轉化為能被選定的SQL 數據庫管理系統（DBMS）支持的實際數據模型。

1）飛行員表

飛行員表設置內容包括了飛行員和管理員信息，如表2 所示。

表2 飛行員信息表Tab.2 Pilot information table

2）管理員表

管理員相關信息主要包括艦載機和管理員相關信息，如表3 所示。

表3 管理員信息表Tab.3 Administrator information table

3）艦載機基本信息表

艦載機信息包含艦載機編號、艦載機顏色、發動機號、艦載機登記時間、服役時間、主要飛行員等，如表4 所示。

表4 艦載機信息表Tab.4 Information of carrier-based aircraft

4）維修信息表

維修信息主要包括艦載機編號、歸屬航母、故障內容、里程數、備注等，如表5 所示。

表5 維修信息表Tab.5 Maintenance information sheet

5）艦載機航行信息表

艦載機航行信息包括艦載機編號、調度負責人姓名、艦載機航行出動時間和回收時間、艦載機航行公里和耗油量等，如表6 所示。

表6 艦載機航行信息表Tab.6 Carrier aircraft navigation information sheet

表7 登錄測試用例Tab.7 Login test cases

3 MES 技術應用測試

3.1 仿真系統登錄

1）飛行員名和密碼正確，成功登陸；

2）飛行員名可用，密碼錯誤。

3.2 艦載機信息管理結果驗證

對艦載機信息的添加、刪除、修改進行驗證，表8為艦載機信息測試用例。

表8 艦載機信息測試用例Tab.8 Carrier-based aircraft information test cases

按上述方法對各個功能模塊進行逐一測試，直到達到系統設計的預定功能為止。

4 結 語

基于MES 技術，圍繞飛行員和艦載機調度需求設計的本系統，通過測試得出，該艦載機仿真信息在進行系統性管理時，能達到預期工作目標。所有基本功能均已實現與可執行，具備操作簡單，系統運行良好且極具應用的優勢，值得推廣。