基于ExtendSim的空降訓練主要因素優(yōu)化仿真*

武文，張武生，杜紅星，馬繼軍

（1.空軍空降兵學院，廣西桂林541003；2.解放軍77627部隊，拉薩850000；3.解放軍95985部隊，河南開封475000）

基于ExtendSim的空降訓練主要因素優(yōu)化仿真*

武文1，張武生1，杜紅星2，馬繼軍3

（1.空軍空降兵學院，廣西桂林541003；2.解放軍77627部隊，拉薩850000；3.解放軍95985部隊，河南開封475000）

針對空降訓練的準備、實施、返回3個階段，基于ExtendSim計算機模擬仿真技術，對空降訓練的整個過程進行仿真，通過對仿真結果進行綜合分析，對飛機使用數(shù)量、投放員數(shù)量和跳傘員準備情況影響空降訓練實施的主要因素進行優(yōu)化處理。

空降訓練，主要因素，ExtendSim仿真

0 引言

空降訓練是空降兵部隊、運輸航空兵部隊軍事訓練的重要組成部分，是提高部隊戰(zhàn)斗力的重要途徑。通過多年探索和實踐，空降兵部隊基本上形成了“空降準備-空降實施-空降返回”的三階段空降訓練模式。影響空降訓練實施主要因素有：飛機使用數(shù)量、投放員使用數(shù)量和跳傘員準備情況等，這些因素都有著很大的不確定性。為更好地保證空降訓練順利完成，本文利用仿真軟件ExtendSim，建立空降訓練仿真模型，實現(xiàn)空降訓練過程的動態(tài)仿真，以輔助空降訓練的科學決策，提高訓練效率。

1 仿真流程及評估指標建立

1.1 仿真流程

空降訓練過程是指空降人員從第1架次的空降準備到最后1個架次著陸后，飛機和人員返回的全部過程。根據空降訓練的進程可分為3個階段：一是空降準備階段，主要包括降落傘檢查、背傘后檢查等準備工作；準備工作一般在跳傘員登機前完成。二是空降實施階段，主要包括人員登機、飛機輸送、投放和跳傘員操縱等實施過程；三是空降返回階段，主要包括飛機和投放員返回并做好下一次工作準備過程。飛機著陸后，應連續(xù)進行下一架次的飛行投放，兩架飛機以上做好間隔；投放員在著陸后，離開飛機，經過一段時間的調整和準備后，又進行下一架次的投放工作［1］。其仿真流程如圖1所示。

圖1 空降訓練仿真流程

1.2 相關指標建立

1.2.1 飛機使用數(shù)量

飛機使用數(shù)量是指飛機在整個空降訓練過程中處于使用狀態(tài)的數(shù)量，用u1表示。在仿真系統(tǒng)內，以飛機是否充分使用為評判核心，以此來保證訓練過程指揮決策科學合理。

1.2.2 投放員使用數(shù)量

投放員使用數(shù)量是指投放員在空降實施階段的處于工作狀態(tài)的數(shù)量，用u2表示。若投放員調整和準備完畢后可以立即跟隨下一架次跳傘員登機，則既提高了訓練效能，又保證了投放員狀態(tài)滿足訓練安全的要求。

1.2.3 跳傘員登機前的準備時間

跳傘員登機前的準備時間主要指跳傘員在登機前整傘、經過檢查合格之后，到登機前之間的等待飛機的時間。在仿真系統(tǒng)中，跳傘員登機前的準備時間用于保證跳傘員各架次的準備情況進行預先計劃，在登機前合理時間做好空降準備，較好地保證了跳傘員各架次的準備情況科學無誤。

2 基于ExtendSim的空降訓練仿真模型

2.1 主要仿真模塊［2-3］

Extendsim是由美國Imagine That開發(fā)的仿真軟件。它采用C語言開發(fā)，可以對離散事件系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)進行仿真，且具有較高的靈活性和可擴展性。仿真軟件ExtendSim采用直觀明了的模塊化建模方式，能對服務系統(tǒng)進行良好的仿真實現(xiàn)。本文采用的模塊如下：

（1）Items，Executive模塊。作用是調度事件發(fā)生，為仿真的控制、物件的分配、屬性的管理和其他離散事件和離散速率模型提供參數(shù)設定。該模塊可以設定空降訓練的結束時間或設定的跳傘的架次。

（2）Items，Creat模塊。用來表示物件到達系統(tǒng)。由于泊松流為輸入目標實體的最簡單流，且泊松流對仿真系統(tǒng)的考驗最大，因此，將該模塊中物件到達系統(tǒng)設定為空降架次到達系統(tǒng)，其時間間隔設置服從指數(shù)分布(泊松流)。

（3）Items，Queue模塊。按照“先到先服務”的原則，設置信息處理的順序。該模塊主要設置跳傘員的準備等待時間。

（4）Items，Activity模塊。對實體執(zhí)行某種操作，需要消耗一定的時間，并通常需要資源的參與。主要包括飛機運輸、返回及投放員休息等處理平臺模塊。

（5）Items，Batch模塊。允許多個來源的物件合并成一個物件。該模塊設置為在投放員、飛機、跳傘員3個要素到位后方可運行，三者缺一不可。

（6）Items，Unbatch模塊。將1個輸入物件拆分成多個物件。該模塊設置為跳傘員離機的第1拆分過程，投放員和飛機分離的第2拆分過程。

（7）路由模塊。包括Items，Select Item In和Items，Select Item Out兩種模塊，實現(xiàn)路徑合并和等概率選擇路徑。

（8）Items，Resource模塊。為仿真模型存儲和提供物件，可以應用在開放和閉合系統(tǒng)中。該模塊對投放員、飛機進行存儲和輸出。

（9）Items，Set模塊。可將指定的屬性附加給實體。該模塊用來設置飛機的時間屬性，以便于統(tǒng)計模塊對飛機周轉時間和流經的單元數(shù)量進行統(tǒng)計。

（10）Items，Information模塊。用于記錄和統(tǒng)計通過某一系統(tǒng)單元的實體信息。該模塊結合Set模塊對飛機實體的屬性進行設置。

（11）Value，Discrete Event模塊。圖形化顯示輸出數(shù)據。該模塊輸出跳傘員的準備、飛機使用率和投放員使用率等隨時間的變化圖形。

（12）Value，Simulation variable模塊。該模塊可獲取實體當前時間。該模塊利用Set模塊可將當前時間作為屬性值賦予實體。

（13）Value，Mean&Variance模塊。統(tǒng)計一次運行中的平均周轉時間。該模塊可以統(tǒng)計飛機的整個訓練中的平均周轉時間。

（14）Value，lookup table模塊。該模塊是數(shù)據統(tǒng)計和輸出模塊。該模塊對飛機數(shù)量進行統(tǒng)計，并輸出相應的數(shù)值。

（15）Items，Exit模塊。表示任務完成。

2.2 仿真模型

空降訓練主要因素優(yōu)化仿真的基本步驟是：首先選取空降訓練的流程作為一個整體事件，然后在事件中選取影響空降訓練主要因素作為變量，接著運行該事件，同時記錄這些主要因素的狀態(tài)變化，循環(huán)往復，直到仿真結束。

采用該軟件建立仿真模型，對空降訓練效能進行仿真分析，仿真模型如圖2所示。

圖2 基于ExtendSim空降訓練仿真圖

2.2.1 空降準備階段

根據跳傘員準備的特點，將跳傘員的準備情況看成一個離散事件來處理，基于此，可以用Extend-Sim的“Create”模塊來仿真跳傘員的準備情況，以此產生跳傘員架次的目標流。跳傘員的等待屬性通過“Queue”模塊設置，并通過“Discrete Event1”圖表模塊可以察看和分析跳傘員準備情況。跳傘員準備情況不足，就會影響飛機的充分使用；如果準備等待時間過長，就會影響到跳傘員體力消耗；在仿真中可通過觀察跳傘員的等待情況對空降的準備做出調整。

2.2.2 空降實施階段

通過lookup table模塊對飛機數(shù)量進行統(tǒng)計，并輸出相應的數(shù)值來決定模塊“Activity 5”中的飛機間隔時間。通過“Batch”合并模塊體現(xiàn)跳傘員、投放員登上飛機，進入處理模塊“Activity1”仿真輸送過程；根據飛機輸送時間情況設置模塊的處理時間，輸送通路數(shù)根據飛機架次來設置。通過“Unbatch1”拆分模塊體現(xiàn)跳傘員跳離飛機實施投放。通過處理模塊“Activity 2”體現(xiàn)跳傘員操縱降落傘面向中心點和著陸后到預定地域集結。

2.2.3 空降返回階段

飛機、投放員通過“Select Item In”路由模塊，進入處理模塊“Activity3”仿真返回過程；根據飛機返回輸送情況設置模塊的處理時間。通過“Unbatch2”拆分模塊體現(xiàn)飛機著陸后投放員離機，進入處理模塊“Activity4”仿真休息和投放下一架次準備過程。飛機進入“Resourse2”模塊待命工作，投放員在經過休整后也進入“Resourse1”模塊處于待命狀態(tài)，通過“Discrete Event2”圖表模塊可以察看投放員和飛機的使用數(shù)量。從模塊“Set”和“Simulation variable”中設置飛機起點時間，到“Information”模塊為終點作為一個循環(huán)周期，通過“Information”模塊的CT點上連接“Mean&Variance”模塊，可以統(tǒng)計飛機在訓練中的平均周轉時間進行分析推理，在模塊“Create”的“Create item by scheduel”欄中進行設置；以調整跳傘員準備、投放員使用數(shù)量和飛機使用數(shù)量等各個參數(shù)。

3 仿真分析

在模型中假定某型飛機數(shù)量為10架，每架投放員為n名，兩架飛機以上每間隔5 min起飛，空中輸送及投放時間共為60 min，飛機投放后返回時間為30 min，投放員下飛機后進行了20 min調整和準備時間，設定空降訓練時間為1 000 min；仿真過程中盡可能保證飛機的充分使用。

3.1 對投放員數(shù)量進行仿真分析

其他各模塊相關數(shù)據在保證飛機充分使用的情況下，對投放員的數(shù)量進行仿真。飛機要充分使用，投放員的數(shù)量必須充分滿足。仿真結果如下頁圖3所示，橫軸Time表示空降訓練時間，縱軸Value表示飛機使用數(shù)量和投放員使用數(shù)量。由圖3可見，仿真中始終有一組投放員處于等待登機狀態(tài)，所以實際所需投放員數(shù)量應等于仿真數(shù)量減一組；飛機的第1批次起飛，投放員和飛機的數(shù)量相匹配，由于投放員工作完畢后要進行下一架次的投放調整和準備，而飛機則繼續(xù)工作，這樣投放員的組數(shù)就高于飛機的使用數(shù)量，在第一批次以后的投放中，投放員的數(shù)量達到了最高15 n，并且這個數(shù)值一直穩(wěn)定持續(xù)下去。因此，要達到飛機的充分使用，投放員的數(shù)量不少于15 n，實際所需投放員數(shù)量應不少于14 n。

圖3 飛機和投放員的使用數(shù)量

4.2 對跳傘員準備情況進行仿真分析

首先，先通過產生模塊“Create”設置隨機性行為服從指數(shù)函數(shù)“Exponential”，以跳傘員最佳準備狀態(tài)為基準，通過多次仿真，得出跳傘員準備好的平均時間為8.921 568 6 min，這種隨機性空降準備情況可通過圖表模塊“Plotter，Discrete Event”察看和分析；仿真結果如圖4所示，橫軸Time表示空降訓練時間，縱軸Value表示跳傘員準備好后等待的架次數(shù)量。跳傘員的準備也出現(xiàn)了過長過短情況，過長影響跳傘員的體力，過短由于時間倉促，準備不充分，影響空降安全。因此，通過“Information”模塊的CT點上連接“Mean&Variance”模塊，可以統(tǒng)計飛機在訓練中的平均周轉時間進行分析推理，在模塊“Create”的“Create item by scheduel”欄中進行設置；如圖5所示，仿真結果顯示出一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，這種對跳傘員各架次的準備情況進行預先計劃，在登機前做好空降準備，較好地保證了跳傘員各架次的準備情況科學合理。

5 結束語

從基于ExtendSim空降訓練模型仿真的情況可知，可在模型中設定各種在空降訓練中遇到的情況，能夠分析和解決空降訓練中的各種問題，因此，ExtendSim模型相比傳統(tǒng)解析模型，具有建模直觀、迅速的特點?？战涤柧毾到y(tǒng)是一個比較復雜的離散隨機系統(tǒng)，本文在優(yōu)化理論、算法以及仿真建模等方面做了一些工作，但在以下方面還需進行深入研究：一是在仿真優(yōu)化方法方面，對如何減少仿真模型對系統(tǒng)優(yōu)化結果的影響程度，提高模擬數(shù)據的準確性，需要進一步地研究；二是在建立空降訓練仿真模型時，相關數(shù)據和實際數(shù)據可能有一定的差別，應加強驗證，使得模型更加完善。

圖4 隨機性空降準備

圖5 計劃性空降準備

［1］許光明，王伯運.空降訓練與技術［M］.桂林：桂林空軍學院，2006.

［2］秦天保，王巖鋒.面向應用的仿真建模與分析——使用ExtendSim［M］.北京：清華大學出版社，2011.

［3］王濤.基于ExtendSim的彈炮結合系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真研究［J］.火炮發(fā)射與控制學報，2013，25（1）：20-23.

Research on Optimized Simulation of Major Factors of Airborne Training Based on ExtendSim

WU Wen1，ZHANG Wu-sheng1，DU Hong-xing2，MA Ji-jun3

（1.Air Force Airborne Academy，Guilin 541003，China；

2.77627 Troops of PLA，Lasa 850000，China；3.95985 Troops of PLA，Kaifeng 475000，China）

According to three processes of preparation，enforcement and returning in airborne training，the whole process of airborne training is simulated by using computer simulation technique based on ExtendSim，by analyzing comprehensively on the result，major factors that affects airborne training are optimized，such as number of plane，number of airdrop workers and preparation state of parachute and so on.

airborne training，major factor，ExtendSim simulation

TP391.9，E274.2

A

1002-0640（2015）02-0137-04

2013-12-18

2014-01-19

空軍軍事理論研究任務基金資助項目（13KZ3F1-036ER）

武文（1964-），男，安徽宿縣人，教授，碩士生導師。研究方向：空降兵作戰(zhàn)指揮。