基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的彈藥保障優(yōu)化分析

劉洪坤，趙建江，朱皖松

（裝甲兵學(xué)院，安徽蚌埠233050）

基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的彈藥保障優(yōu)化分析

劉洪坤，趙建江，朱皖松

（裝甲兵學(xué)院，安徽蚌埠233050）

基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理和方法，在分析戰(zhàn)時(shí)彈藥保障系統(tǒng)控制機(jī)理和各要素間的因果關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立了戰(zhàn)時(shí)彈藥保障系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型，利用VENSIM仿真平臺(tái)對(duì)模型進(jìn)行模擬，得出了在不同影響因素條件下的戰(zhàn)時(shí)彈藥保障系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，分析了不同要素對(duì)戰(zhàn)時(shí)彈藥保障系統(tǒng)彈藥存儲(chǔ)的影響，提供了一種預(yù)測(cè)彈藥保障系統(tǒng)初始存儲(chǔ)量和期望存儲(chǔ)量最小值的方法。

彈藥保障控制，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，仿真模擬，優(yōu)化分析

0 引言

彈藥保障是后勤保障的重要內(nèi)容，在正確的時(shí)間將彈藥配送到正確的位置是保持部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。彈藥從生產(chǎn)基地到作戰(zhàn)部隊(duì)，一般需經(jīng)歷生產(chǎn)倉(cāng)儲(chǔ)中心——戰(zhàn)區(qū)儲(chǔ)存地域——軍儲(chǔ)存地域——彈藥補(bǔ)給站——彈藥中轉(zhuǎn)站——作戰(zhàn)部隊(duì)的流程。從上一級(jí)保障單位向下一級(jí)保障單位供應(yīng)彈藥，應(yīng)先由下級(jí)單位提出彈藥需求，而后由上級(jí)保障單位向需求單位實(shí)施供應(yīng)。但從下級(jí)單位提出需求到上級(jí)單位實(shí)施供應(yīng)，直到彈藥供應(yīng)到作戰(zhàn)部隊(duì)，必然存在著時(shí)間延遲，也就是說(shuō)，彈藥并不一定在正確的時(shí)間供應(yīng)到作戰(zhàn)部隊(duì)。因此，本級(jí)保障單位在何時(shí)提出彈藥需求，將對(duì)上級(jí)保障單位能否及時(shí)供應(yīng)彈藥、準(zhǔn)確保障作戰(zhàn)部隊(duì)彈藥需求有直接影響。

本文拋開(kāi)傳統(tǒng)的保障方式，假設(shè)面向一定規(guī)模的作戰(zhàn)部隊(duì)，設(shè)立一個(gè)彈藥保障中心，由該保障中心向上級(jí)保障部門（彈藥庫(kù)、保障中心等）提交彈藥需求（訂貨），集中存儲(chǔ)彈藥，根據(jù)作戰(zhàn)部隊(duì)彈藥需求及時(shí)向各需求點(diǎn)輸送彈藥。該保障中心運(yùn)行的關(guān)鍵是彈藥存儲(chǔ)系統(tǒng)要有足夠的存儲(chǔ)量以保證各作戰(zhàn)部隊(duì)的需求，同時(shí)為減小上級(jí)保障部門的保障壓力、保障中心運(yùn)行費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)，又要盡量減少存儲(chǔ)量。因此，必須對(duì)其存儲(chǔ)進(jìn)行科學(xué)的管理。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)計(jì)算是通過(guò)存儲(chǔ)論模型來(lái)解決的，但是計(jì)算復(fù)雜、不直觀、對(duì)歷史數(shù)據(jù)的數(shù)量和準(zhǔn)確性的依賴強(qiáng)，并且無(wú)法追蹤系統(tǒng)中變量間相互影響與作用的邏輯關(guān)系與數(shù)量關(guān)系。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)追蹤、反映系統(tǒng)行為，并且直觀、易于理解、對(duì)歷史數(shù)據(jù)的依賴和要求也較低。能夠有效地解決保障中心存儲(chǔ)的確定與控制問(wèn)題。

本文利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的定性與定量分析相結(jié)合的原理和方法建立保障中心控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真平臺(tái)VENSIM軟件提供的模擬環(huán)境，對(duì)模型進(jìn)行仿真和結(jié)果分析。

1 保障中心彈藥存儲(chǔ)控制因果關(guān)系分析

因果關(guān)系的確定能把復(fù)雜系統(tǒng)的問(wèn)題較為簡(jiǎn)單地表示出來(lái)，因果關(guān)系分析是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的基礎(chǔ)，是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種定性描述，結(jié)合分析保障中心存儲(chǔ)控制各因素之間的相互影響關(guān)系，可得到戰(zhàn)時(shí)彈藥保障中心存儲(chǔ)控制因果關(guān)系圖。

圖1中箭線表示各要素之間的因果關(guān)系，標(biāo)注+的表示正的因果關(guān)系，標(biāo)注-的表示負(fù)的因果關(guān)系，保障中心彈藥存儲(chǔ)控制因果關(guān)系分析直觀地表示出了保障中心彈藥存儲(chǔ)控制系統(tǒng)中各因素間的相互影響關(guān)系。

圖1 保障中心彈藥存儲(chǔ)控制因果關(guān)系分析

圖中有兩個(gè)因果反饋回路，一是作戰(zhàn)部隊(duì)彈藥量彈藥補(bǔ)充保障中心彈藥出庫(kù)作戰(zhàn)部隊(duì)彈藥量，由于彈藥消耗會(huì)使作戰(zhàn)部隊(duì)彈藥量減少，為作戰(zhàn)部隊(duì)彈藥量達(dá)到期望量就要增加彈藥補(bǔ)充，隨著彈藥補(bǔ)充量的增加，保障中心彈藥出庫(kù)量也相應(yīng)增大，進(jìn)而使作戰(zhàn)部隊(duì)彈藥量增多；二是保障中心彈藥存儲(chǔ)量存儲(chǔ)調(diào)節(jié)訂貨上級(jí)保障單位發(fā)貨保障中心彈藥存儲(chǔ)量，當(dāng)保障中心有彈藥出庫(kù)時(shí)，保障中心彈藥存儲(chǔ)量減少，經(jīng)過(guò)存儲(chǔ)調(diào)節(jié)、訂貨、上級(jí)保障單位發(fā)貨，使保障中心的彈藥存儲(chǔ)量增加，實(shí)現(xiàn)了自調(diào)整。這是兩個(gè)負(fù)反饋回路，負(fù)反饋回路使回路中各變量趨于穩(wěn)定的特點(diǎn)，使得保障中心彈藥存儲(chǔ)控制具有可調(diào)節(jié)性，這些反饋回路客觀地反映了保障中心彈藥存儲(chǔ)控制的機(jī)理。

2 保障中心彈藥存儲(chǔ)控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

一個(gè)保障中心保障的需求點(diǎn)可能有多個(gè)，在本文中假設(shè)有3個(gè)需求點(diǎn)。在保障中心彈藥存儲(chǔ)控制因果關(guān)系圖的基礎(chǔ)上，建立保障中心彈藥存儲(chǔ)控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真平臺(tái)繪制其流圖如圖2所示。

圖2 保障中心彈藥存儲(chǔ)控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖

模型中有保障中心彈藥存儲(chǔ)量、各需求點(diǎn)的彈藥量4個(gè)流位變量；保障中心的出庫(kù)率和進(jìn)庫(kù)率、各需求點(diǎn)的彈藥到達(dá)率和消耗率8個(gè)流率變量；信息延遲時(shí)間，保障中心的進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間，各需求點(diǎn)的彈藥消耗量，保障中心及各需求點(diǎn)的庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間、期望庫(kù)存量、庫(kù)存調(diào)節(jié)率等輔助變量來(lái)描述各自所影響的流率變量。

3 模型仿真與分析

假設(shè)在仿真模擬中，上級(jí)保障單位能始終滿足保障中心的需求，保障中心向各需求點(diǎn)輸送彈藥無(wú)時(shí)間延遲，取各需求點(diǎn)的調(diào)節(jié)時(shí)間均為1天，保障中心的調(diào)節(jié)時(shí)間為3天、進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間為2天、信息延遲時(shí)間為2天，保障中心、A、B、C3個(gè)需求點(diǎn)的彈藥初始量分別為400、100、100、100單位，保障中心、A、B、C3個(gè)需求點(diǎn)的期望彈藥量分別為500、90、110、100單位，A、B、C3個(gè)需求點(diǎn)每天的彈藥消耗量分別為35、45、40單位。利用所建模型進(jìn)行模擬，可以得到保障中心出庫(kù)率、進(jìn)庫(kù)率、彈藥需求量，保障中心、A、B、C3個(gè)需求點(diǎn)的彈藥量變化曲線如下頁(yè)圖3所示。

圖3 彈藥量變化曲線

圖中縱坐標(biāo)范圍為0～300的是出庫(kù)率、進(jìn)庫(kù)率、保障中心彈藥需求量的變化曲線；縱坐標(biāo)范圍為0～150的是A點(diǎn)彈藥量、B點(diǎn)彈藥量、C點(diǎn)彈藥量的變化曲線；縱坐標(biāo)范圍為0～1 000的是保障中心彈藥存儲(chǔ)量的變化曲線（下面各圖相同）。

3.1 進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間對(duì)彈藥庫(kù)存控制的影響

將進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間改為1天，利用所建模型進(jìn)行模擬，可以得到保障中心出庫(kù)率、進(jìn)庫(kù)率、彈藥需求量，保障中心、A、B、C 3個(gè)需求點(diǎn)的彈藥量變化曲線如圖4所示。

圖4 1天彈藥量變化曲線

將進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間改為3天，利用所建模型進(jìn)行模擬，可以得到保障中心出庫(kù)率、進(jìn)庫(kù)率、彈藥需求量，保障中心、A、B、C3個(gè)需求點(diǎn)的彈藥量變化曲線如圖5所示。

圖5 3天彈藥量變化曲線

將進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間改為4天，利用所建模型進(jìn)行模擬，可以得到保障中心出庫(kù)率、進(jìn)庫(kù)率、彈藥需求量，保障中心、A、B、C3個(gè)需求點(diǎn)的彈藥量變化曲線如圖6所示。

圖6 4天彈藥量變化曲線

3.2 庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間對(duì)彈藥庫(kù)存控制的影響

將進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間改為2天，利用所建模型進(jìn)行模擬，可以得到保障中心出庫(kù)率、進(jìn)庫(kù)率、彈藥需求量，保障中心、A、B、C3個(gè)需求點(diǎn)的彈藥量變化曲線如圖7所示。

圖7 2天彈藥量變化曲線

將進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間改為4天，利用所建模型進(jìn)行模擬，可以得到保障中心出庫(kù)率、進(jìn)庫(kù)率、彈藥需求量，保障中心、A、B、C3個(gè)需求點(diǎn)的彈藥量變化曲線如圖8所示。

圖8 4天彈藥量變化曲線

3.3 預(yù)測(cè)保障中心初始彈藥初始量的最小量

在已知保障中心期望存儲(chǔ)量、進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間、信息延遲時(shí)間、各需求點(diǎn)的彈藥消耗量、保障中心及各需求點(diǎn)的庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間、各需求點(diǎn)期望庫(kù)存量、各需求點(diǎn)的初始彈藥量的情況下，可以利用該模型預(yù)測(cè)保障中心初始彈藥量的最小值。表1給出了保障中心期望存儲(chǔ)量和進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間不同時(shí)保障中心初始彈藥量的最小值。

表1 期望存儲(chǔ)量與延遲時(shí)間

分析表中數(shù)據(jù)可以看出：同樣條件下進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間越小保障中心初始彈藥量的最小值越小、保障中心期望存儲(chǔ)量越小保障中心初始彈藥量的最小值越大。

在本文的基本條件下，通過(guò)改變參數(shù)進(jìn)行多次模擬得出：當(dāng)進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間為3天時(shí)，保障中心初始彈藥量最小值為190，此時(shí)保障中心期望存儲(chǔ)量至少為540；當(dāng)進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間為2天時(shí)，保障中心初始彈藥量最小值為80，此時(shí)保障中心期望存儲(chǔ)量至少為420；當(dāng)進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間為1天時(shí)，保障中心初始彈藥量最小值為0，此時(shí)保障中心期望存儲(chǔ)量至少為490。

3.4 預(yù)測(cè)保障中心期望存儲(chǔ)量最小量

在已知保障中心初始彈藥量、進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間、信息延遲時(shí)間、各需求點(diǎn)的彈藥消耗量、保障中心及各需求點(diǎn)的庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間、各需求點(diǎn)期望庫(kù)存量、各需求點(diǎn)的初始彈藥量的情況下，可以利用該模型預(yù)測(cè)保障中心初始彈藥量的最小值。表2給出了保障中心初始彈藥量和進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間不同時(shí)保障中心初始彈藥量的最小值。

表2 延遲時(shí)間不同與初始彈藥量

分析表中數(shù)據(jù)可以看出：同樣條件下進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間越小保障中心期望存儲(chǔ)量越小，保障中心初始彈藥量的最小值越小保障中心期望存儲(chǔ)量越大。

通過(guò)改變參數(shù)進(jìn)行多次模擬得出：當(dāng)進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間為3天時(shí)，保障中心期望存儲(chǔ)量最小值為149，此時(shí)保障中心初始彈藥量至少為1 120；當(dāng)進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間為2天時(shí)，保障中心期望存儲(chǔ)量最小值為122，此時(shí)保障中心初始彈藥量至少為1 090；當(dāng)進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間為1天時(shí)，保障中心期望存儲(chǔ)量最小值為120，此時(shí)保障中心初始彈藥量至少為490。

在模擬結(jié)果中，保障中心初始彈藥初始量和期望存儲(chǔ)量達(dá)到最小時(shí)，與其對(duì)應(yīng)的期望存儲(chǔ)量和初始彈藥初始量的最小量都偏大，因此，當(dāng)保障中心初始彈藥初始量和期望存儲(chǔ)量達(dá)到最小時(shí)，整個(gè)保障中心的效益不一定最優(yōu)，還要綜合分析影響保障中心運(yùn)行效益的其他因素，來(lái)確定最優(yōu)的初始彈藥量和期望存儲(chǔ)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理和方法，分析了戰(zhàn)時(shí)彈藥保障系統(tǒng)控制因果關(guān)系，構(gòu)建了戰(zhàn)時(shí)彈藥保障系統(tǒng)控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型，通過(guò)對(duì)模型的仿真模擬，得出了改變進(jìn)庫(kù)延遲時(shí)間、庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間等影響因素條件下，彈藥保障系統(tǒng)存儲(chǔ)控制的運(yùn)行規(guī)律，動(dòng)態(tài)、真實(shí)地反映了實(shí)際系統(tǒng)。提供了一種預(yù)測(cè)彈藥保障系統(tǒng)初始存儲(chǔ)量和期望存儲(chǔ)量最小值的方法，可以為戰(zhàn)時(shí)根據(jù)不同的作戰(zhàn)情況下彈藥保障管理和決策提供一定的科學(xué)參考。當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，模型還可相應(yīng)修改以適應(yīng)新的系統(tǒng)。

［1］王其蕃.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1994.

［2］賈仁安.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)——反饋動(dòng)態(tài)性復(fù)雜分析［M］.北京：高等教育出版社，2002.

［3］袁旭梅.“啤酒游戲”的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析［J］.價(jià)值工程，2007（4）：29-30.

［4］吳雋.基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的牛鞭效應(yīng)仿真分析［J］.物流科技，2008（2）：36-37.

Optimized Analysis of Ammunition Support Based on System Dynamics

LIU Hong-kun，ZHAO Jian-jiang，ZHU Wan-song
（Armored Force Institute，Bengbu 233050，China）

The system dynamics model of ammunition support at war time is built based on the analysis of its control mechanism and relations among related factors using system dynamics method. The model is simulated on VENSIM platform,which finds the function laws of ammunition support at war time with different factors.The influence brought to storage of ammunition support at war is analyzed,and an approach to forecasting the minimum value of initial and expected storage of ammunition support system is proposed.

ammunition support control，system dynamics，simulation，optimized analysis

TJ630

A

1002-0640（2015）12-0163-04

2014-11-13

2015-01-18

劉洪坤（1981-），男，河南淮陽(yáng)人，碩士研究生。研究方向：兵種戰(zhàn)術(shù)、作戰(zhàn)效能評(píng)估。