物流選址方法在艦載機(jī)飛行甲板調(diào)運(yùn)中的應(yīng)用

李曉杰,謝 君,傅 冰

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院,湖北 武漢 430033)

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物流選址方法在艦載機(jī)飛行甲板調(diào)運(yùn)中的應(yīng)用

李曉杰,謝 君,傅 冰

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院,湖北 武漢 430033)

為提高飛行甲板艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)效率,引入物流選址方法解決艦載機(jī)調(diào)運(yùn)路徑規(guī)劃問題。針對(duì)飛行甲板調(diào)運(yùn)環(huán)境復(fù)雜和艦載機(jī)形狀不可忽略的難點(diǎn),以美“尼米茲”級(jí)航母為研究對(duì)象,首先對(duì)飛行甲板和艦載機(jī)實(shí)體進(jìn)行了幾何建模,然后借鑒物流選址方法,通過某種評(píng)價(jià)機(jī)制在飛行甲板上設(shè)置若干個(gè)候選調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn),并采用免疫算法進(jìn)行優(yōu)化選擇進(jìn)而確定調(diào)運(yùn)網(wǎng)絡(luò),最后通過狀態(tài)變遷圖進(jìn)行多機(jī)調(diào)運(yùn)時(shí)序控制。對(duì)六機(jī)出動(dòng)作業(yè)調(diào)運(yùn)過程進(jìn)行仿真,結(jié)果表明該方法規(guī)劃出的調(diào)運(yùn)路徑簡(jiǎn)單合理,可為艦載機(jī)調(diào)運(yùn)管理人員提供決策參考。

艦載機(jī)調(diào)運(yùn);物流選址;免疫算法;時(shí)序控制;狀態(tài)變遷圖

航空母艦(簡(jiǎn)稱“航母”)是大國(guó)軍事力量的集中體現(xiàn),其作戰(zhàn)任務(wù)的完成主要依靠上面搭載的各型艦載飛機(jī),正是依靠這些艦載機(jī),航母能夠在遠(yuǎn)離國(guó)土的地方對(duì)敵施加軍事壓力和進(jìn)行作戰(zhàn)。現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)節(jié)奏加快,艦載機(jī)的出動(dòng)回收效率很大程度上決定了能否有效奪取局部制空制海權(quán),進(jìn)而決定了戰(zhàn)爭(zhēng)的勝敗[1]。在較短的時(shí)間內(nèi)為艦載機(jī)規(guī)劃出一條合理的調(diào)運(yùn)路徑,能夠有效縮短艦載機(jī)的出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間,從而最大限度的發(fā)揮艦載機(jī)的作戰(zhàn)能力。

按調(diào)運(yùn)環(huán)境劃分,艦載機(jī)在航母上的調(diào)運(yùn)作業(yè)可分為機(jī)庫(kù)調(diào)運(yùn)作業(yè)和飛行甲板調(diào)運(yùn)作業(yè);按艦載機(jī)出動(dòng)規(guī)模劃分,艦載機(jī)出動(dòng)作業(yè)可分為單機(jī)出動(dòng)作業(yè)和多機(jī)出動(dòng)作業(yè)。飛行甲板環(huán)境相較于機(jī)庫(kù)環(huán)境更加復(fù)雜,其搭載的艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)更加頻繁且時(shí)間要求更高,因而對(duì)飛行甲板艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)進(jìn)行路徑規(guī)劃意義明顯。艦載機(jī)調(diào)運(yùn)路徑規(guī)劃不同于簡(jiǎn)單的機(jī)器人路徑規(guī)劃,艦載機(jī)形狀相對(duì)于有限的飛行甲板調(diào)運(yùn)空間不能夠簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)處理,因此需要采用適合于艦載機(jī)的路徑規(guī)劃方法。目前大部分相關(guān)研究[2-6]集中在對(duì)調(diào)運(yùn)環(huán)境進(jìn)行精確建模,采用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)計(jì)算求解最優(yōu)路徑,然而由于飛行甲板環(huán)境復(fù)雜且艦載機(jī)形狀不規(guī)則,這種方法計(jì)算復(fù)雜且實(shí)用性不高。楊炳恒等[7]通過分析俄“庫(kù)茲涅佐夫”號(hào)航母艦載機(jī)出庫(kù)流程,建立了艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)交通網(wǎng),將牽引軌道、轉(zhuǎn)盤等設(shè)施作為調(diào)運(yùn)作業(yè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),從而將艦載機(jī)調(diào)運(yùn)問題轉(zhuǎn)化為調(diào)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)序優(yōu)化,該方法可為飛行甲板艦載機(jī)調(diào)運(yùn)問題提供借鑒。劉亞杰等[8]基于Petri網(wǎng)建立了艦載機(jī)出庫(kù)邏輯關(guān)系模型,借此求出艦載機(jī)的可達(dá)性和沖突等待問題,可作為調(diào)度方案優(yōu)化過程中時(shí)序控制的依據(jù)。

飛行甲板艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)需要在滿足安全的前提下,盡量縮短調(diào)運(yùn)作業(yè)時(shí)間。多機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)時(shí),多架艦載機(jī)的“聯(lián)動(dòng)”非常重要,若不能提前規(guī)劃出路徑,并合理安排調(diào)運(yùn)順序,將很容易導(dǎo)致調(diào)運(yùn)阻塞。為避免調(diào)運(yùn)作業(yè)混亂,引起艦載機(jī)碰撞等不可挽回的損失,本文引入物流選址方法,通過對(duì)飛行甲板環(huán)境進(jìn)行建模,在甲板上設(shè)置若干個(gè)調(diào)運(yùn)候選節(jié)點(diǎn),并通過免疫算法進(jìn)行節(jié)點(diǎn)選擇,從而確定艦載機(jī)調(diào)運(yùn)網(wǎng)絡(luò),并通過狀態(tài)變遷圖進(jìn)行時(shí)序控制來解決艦載機(jī)在飛行甲板環(huán)境中的調(diào)運(yùn)路徑規(guī)劃問題。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于:可以充分利用規(guī)劃得到的調(diào)運(yùn)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)任意兩站位之間的艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè);可以合理安排多機(jī)調(diào)運(yùn)時(shí)序,減少時(shí)間浪費(fèi),從而提高調(diào)運(yùn)作業(yè)效率。

1 調(diào)運(yùn)環(huán)境建模

1.1 調(diào)運(yùn)流程分析

艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)包括艦載機(jī)在任意兩個(gè)停機(jī)站位之間的調(diào)運(yùn)以及艦載機(jī)移動(dòng)到起飛準(zhǔn)備站位的調(diào)運(yùn),二者可作為同一模型處理。美“尼米茲”級(jí)航母可搭載固定翼飛機(jī)約80架,飛行甲板可停放大約一半的艦載機(jī),并可通過四部升降機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至機(jī)庫(kù)。全艦配置四部彈射器,彈射器前部設(shè)有起飛準(zhǔn)備站位,用于停放即將彈射起飛的艦載機(jī)。航母艦載機(jī)每次出動(dòng)任務(wù)一般包含數(shù)架艦載機(jī)。典型的飛行甲板艦載機(jī)出動(dòng)作業(yè)流程為:接到起飛命令,在站位完成加油、供電、充氣、補(bǔ)充雷彈等一系列保障作業(yè),然后開始沿規(guī)劃路徑牽引滑行,直至牽引至彈射器前的起飛準(zhǔn)備站位就位,待彈射裝置冷卻后就進(jìn)行艦載機(jī)的彈射起飛作業(yè)。艦載機(jī)完成作戰(zhàn)任務(wù)后返航著艦,艦面工作人員和艦面設(shè)備移動(dòng)艦載機(jī)在飛行甲板就位或轉(zhuǎn)移至飛行甲板下面的機(jī)庫(kù)甲板。著艦跑道作為一個(gè)特殊區(qū)域,可用于暫時(shí)停放艦載機(jī),一旦有艦載機(jī)返航著艦,則著艦區(qū)域必須空閑。飛行甲板艦載機(jī)作業(yè)流程邏輯模型如圖1所示。

圖1 飛行甲板艦載機(jī)作業(yè)流程

1.2 艦面站位設(shè)置

美“尼米茲”級(jí)航母飛行甲板長(zhǎng)332.8m,最大寬度78.4m,斜角甲板與艦體中心線夾角9.5°。在對(duì)飛行甲板建模時(shí),艦島、彈射起飛裝置以及飛行甲板邊緣以外部分可視為艦載機(jī)調(diào)運(yùn)過程中的永久障礙物予以保留,作出其幾何輪廓模型。以左下角某一點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),使飛行甲板平面都落入第一象限,x軸水平向右,沿艦艏方向,y軸垂直于x軸向上。作出飛行甲板的外接矩形,飛行甲板上面的永久障礙物等比例畫出并定位在坐標(biāo)系中,并用深色區(qū)域表示。出于艦載機(jī)回收作業(yè)安全考慮,著艦區(qū)域僅可設(shè)置臨時(shí)站位節(jié)點(diǎn),將著艦跑道予以標(biāo)示(寬度20m)。飛行甲板幾何模型如圖2所示。

圖2 美“尼米茲”級(jí)航母飛行甲板幾何模型

圖2中標(biāo)有4部彈射器(T1、T2、T3和T4)、4部升降機(jī)(L1、L2、L3和L4)以及4條起飛跑道(c1、c2、c3和c4)。

對(duì)艦載機(jī)進(jìn)行建模時(shí),根據(jù)機(jī)型特點(diǎn),艦載機(jī)幾何結(jié)構(gòu)模型被表示成簡(jiǎn)單的平面對(duì)稱凸多邊形,每個(gè)平面對(duì)稱凸多邊形由包圍艦載機(jī)實(shí)體邊界的線段組成。本文進(jìn)行艦載機(jī)布列時(shí),以艦載機(jī)幾何中心坐標(biāo)p(x0,y0)作為其站位點(diǎn)坐標(biāo)。以“尼米茲”級(jí)航母上搭載的艦載機(jī)F/A-18為例,F/A-18機(jī)長(zhǎng)18.31m,機(jī)高4.88m,翼展(含翼尖導(dǎo)彈)13.62m,機(jī)翼折疊后翼展9.32m[9]。艦載機(jī)在飛行甲板調(diào)運(yùn)時(shí),其機(jī)翼一般處于折疊狀態(tài),以盡可能少地?cái)D占有限的飛行甲板空間,因此F/A-18艦載機(jī)及處理后的幾何模型如圖3(a)-(b)所示。

圖3 艦載機(jī)F/A-18幾何建模

艦載機(jī)幾何模型建立后,需要進(jìn)行艦載機(jī)布列。艦載機(jī)布列需要考慮多種因素,如艦體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等。本文在研究艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)時(shí),已給定27個(gè)主要的F/A-18機(jī)型停機(jī)站位,同時(shí)給出4個(gè)起飛準(zhǔn)備站位坐標(biāo)。為方便描述,已對(duì)各個(gè)站位進(jìn)行編號(hào),如表1所示。

表1 飛行甲板艦載機(jī)站位坐標(biāo)

其中艦載機(jī)站位角度為θ(以垂直x軸向上為0°,順時(shí)針為正,逆時(shí)針為負(fù),各區(qū)分為180°)。艦載機(jī)布列如圖4所示。

圖4 “尼米茲”級(jí)航母艦載機(jī)布列

其中,24～27號(hào)站位即為P1、P2、P3和P4號(hào)起飛準(zhǔn)備站位(分別對(duì)應(yīng)T1、T2、T3和T4號(hào)彈射器),主要為待起飛的艦載機(jī)提供暫時(shí)待機(jī)的位置;其余站位為停機(jī)站位,是艦載機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間駐留的地方,用于為艦載機(jī)提供停放場(chǎng)所。

2 物流選址

2.1 方法介紹

在物流系統(tǒng)的運(yùn)作中,物流中心選址是指在一個(gè)具有若干供應(yīng)網(wǎng)點(diǎn)及若干需求網(wǎng)點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi),選擇一個(gè)地址設(shè)置物流中心的規(guī)劃過程。較佳的物流中心選址方案是使商品通過物流中心的匯集、中轉(zhuǎn)、分發(fā),直至輸送到需求網(wǎng)點(diǎn)的全過程的效益最好。艦載機(jī)調(diào)運(yùn)問題屬于NP-hard問題,艦載機(jī)停機(jī)站位作為相對(duì)固定節(jié)點(diǎn),與物流配送結(jié)點(diǎn)(即客戶)有很多相似之處。艦載機(jī)調(diào)運(yùn)與物流配送同屬于路徑規(guī)劃問題,可借鑒物流中成熟的算法加以解決。

物流選址問題解決步驟如下:

1) 給出目標(biāo)函數(shù)及約束條件;

2) 根據(jù)某種評(píng)價(jià)機(jī)制確定候選調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn);

3) 通過免疫算法從候選節(jié)點(diǎn)中選擇調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn);

4) 通過規(guī)劃得到的路徑網(wǎng)絡(luò)確定艦載機(jī)調(diào)運(yùn)路徑。

文獻(xiàn)[10]給出了物流選址的目標(biāo)函數(shù)及約束條件。在艦載機(jī)調(diào)運(yùn)模型中,目標(biāo)函數(shù)是各停機(jī)站位到調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)的距離和為最小,其目標(biāo)函數(shù)為:

(1)

約束條件為:

(2)

Zij≤hj,i∈N,j∈Mi

(3)

(4)

Zij,hj∈{0,1},i∈N,j∈Mi

(5)

其中,N={1,2,…,31}是所有站位的集合;Mi為到調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)i的距離小于s的候選調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)集合,i∈N,Mi?N;dij表示從站位i到離它最近的調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)j的距離;Zij為0-1變量,當(dāng)其為1時(shí),表示停機(jī)站位j經(jīng)調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)j轉(zhuǎn)運(yùn),否則Zij=0;hj是0-1變量,當(dāng)其為1時(shí),表示點(diǎn)j被選為調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn);p為被選為調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

2.2 候選調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)

候選節(jié)點(diǎn)是在甲板空間內(nèi),按照某種評(píng)價(jià)機(jī)制對(duì)甲板區(qū)域進(jìn)行分析,將某些合理的位置坐標(biāo)放入候選節(jié)點(diǎn)序列,以便從中擇優(yōu)選取調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)。因此本文方法本質(zhì)上是一種二次尋優(yōu)的過程。候選調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)的確定需要進(jìn)行定性分析,需要考慮一些基礎(chǔ)障礙因素,如有明顯障礙物(或其他站位艦載機(jī))阻塞位置不應(yīng)設(shè)置候選節(jié)點(diǎn),而且候選節(jié)點(diǎn)的選擇不可過于集中。本文在設(shè)置候選節(jié)點(diǎn)時(shí),假設(shè)甲板艦載機(jī)停機(jī)站位布滿艦載機(jī)。候選節(jié)點(diǎn)確定方法如下:

1) 空閑甲板區(qū)域充分利用原則。由于甲板空間有限,當(dāng)甲板布滿艦載機(jī)時(shí),若不能有效利用甲板空閑區(qū)域則很容易導(dǎo)致調(diào)運(yùn)阻塞,此時(shí)需要進(jìn)行倒機(jī)操作,這不僅會(huì)消耗更多人力,而且會(huì)造成調(diào)運(yùn)效率的降低。甲板上著艦跑道的空間較大,且由于艦載機(jī)的回收作業(yè),理應(yīng)設(shè)置調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn),以方便進(jìn)行回收后的移動(dòng)定位。因此可將著艦跑道中心線按照一個(gè)艦載機(jī)身長(zhǎng)度c作等長(zhǎng)取點(diǎn),確定其坐標(biāo)值并將其放入候選節(jié)點(diǎn)隊(duì)列。

2) 升降機(jī)和起飛準(zhǔn)備站位高頻率使用原則。由于這些站位調(diào)運(yùn)作業(yè)頻繁(升降機(jī)用于飛行甲板與機(jī)庫(kù)之間的艦載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn),起飛準(zhǔn)備位為執(zhí)行起飛作戰(zhàn)任務(wù)的終端節(jié)點(diǎn)),可將其視為已確定的調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn),同樣需將其放入候選節(jié)點(diǎn)隊(duì)列中。

2.3 免疫算法

免疫算法是受生物免疫系統(tǒng)啟發(fā),在免疫學(xué)理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新興智能算法。它利用免疫系統(tǒng)的多樣性產(chǎn)生和維持機(jī)制來保持群體的多樣性,能夠求得全局最優(yōu)解。本文在候選調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)確定后,采用免疫優(yōu)化算法求解艦載機(jī)調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)。免疫算法具體實(shí)現(xiàn)步驟如下所述，流程如圖5所示。

1)識(shí)別抗原,將種群信息定義為一個(gè)結(jié)構(gòu)體。

2)隨機(jī)產(chǎn)生N個(gè)個(gè)體并從記憶庫(kù)中提取m個(gè)個(gè)體構(gòu)成初始抗體群,其中m為記憶庫(kù)中個(gè)體的數(shù)量。

3)對(duì)上述群體中各個(gè)抗體進(jìn)行評(píng)價(jià),同時(shí)取前N個(gè)個(gè)體構(gòu)成父代群體,取前m個(gè)個(gè)體存入記憶庫(kù)中。

4)判斷是否滿足結(jié)束條件,是則結(jié)束;反之,則對(duì)父代群體進(jìn)行選擇、交叉、變異操作得到新群體,再?gòu)挠洃泿?kù)中取出記憶的個(gè)體,共同構(gòu)成新一代群體。轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟3)。

圖5 免疫算法流程圖

通過免疫算法求解調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)需要合理給定調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)數(shù)量p,調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)反應(yīng)了各停機(jī)位艦載機(jī)調(diào)運(yùn)移動(dòng)的分配關(guān)系。將得到的調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接,則可得到任意兩站位之間的路徑網(wǎng)絡(luò)圖。對(duì)路徑網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行最優(yōu)路徑搜索,可得到任意兩站位之間的調(diào)運(yùn)路徑。

3 時(shí)序控制

3.1 時(shí)序控制方法

艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)的難點(diǎn)在于多機(jī)出動(dòng)方面。多機(jī)出動(dòng)的時(shí)間要求高,而且涉及四部彈射裝置資源的合理分配。因此在保證多架艦載機(jī)調(diào)運(yùn)并行進(jìn)行的同時(shí),需要合理安排調(diào)運(yùn)時(shí)序。若調(diào)運(yùn)時(shí)序控制不好,則很容易引起調(diào)運(yùn)作業(yè)阻塞,這不僅影響到整個(gè)任務(wù)的出動(dòng)時(shí)間,而且由于對(duì)某些資源的占用,將導(dǎo)致后續(xù)作業(yè)無法進(jìn)行[11]。在路徑網(wǎng)絡(luò)圖中,將所有調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)作為爭(zhēng)奪資源,調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)之間可作為一個(gè)調(diào)運(yùn)階段。文獻(xiàn)[12]提出了一種解決多階段作業(yè)時(shí)序安排的有效方法——狀態(tài)變遷圖,通過狀態(tài)變遷圖不僅能夠直觀地展示出每個(gè)階段作業(yè)所耗時(shí)間,而且能夠進(jìn)行艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)時(shí)序分析。本文通過狀態(tài)變遷圖進(jìn)行多機(jī)出動(dòng)時(shí)序控制。

若在某一節(jié)點(diǎn)處涉及資源爭(zhēng)奪,則通過以下規(guī)則進(jìn)行資源分配:

1) 最短作業(yè)優(yōu)先。當(dāng)兩架以上艦載機(jī)同時(shí)爭(zhēng)奪某一閑置的調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)資源時(shí),路徑較短的艦載機(jī)具有優(yōu)先權(quán)。

2) 彈射器負(fù)載均衡。分析四部彈射器布局,可大致將四部彈射器分為A(T1和T2)和B(T3和T4)兩組,同組內(nèi)彈射器輪流使用,以減輕單部彈射裝置負(fù)荷。

3.2 站位距離測(cè)量

在確定艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)時(shí)間之前,需要計(jì)算兩節(jié)點(diǎn)之間的距離。通過物流選址方法確定干線網(wǎng)絡(luò)后,在調(diào)運(yùn)過程中需要將艦載機(jī)停機(jī)站位接入調(diào)運(yùn)干線網(wǎng)絡(luò)。由于艦載機(jī)角度不同,而艦載機(jī)的朝向?qū)τ谡{(diào)運(yùn)時(shí)間的影響不可忽略,本文對(duì)其進(jìn)行了重新建模,采用如圖6圓弧計(jì)算。

圖6 站位距離計(jì)算模型

(6)

在艦載機(jī)調(diào)運(yùn)移動(dòng)速度v一定的前提下(設(shè)為1m/s),兩節(jié)點(diǎn)之間調(diào)運(yùn)移動(dòng)所耗時(shí)間與距離長(zhǎng)度成正比。

4 仿真驗(yàn)證

經(jīng)過分析計(jì)算,候選調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)由表2給出,從中選擇8個(gè)作為艦載機(jī)調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)。

表2 候選節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)

根據(jù)物流中心選址模型,按照免疫算法步驟進(jìn)行求解,算法的參數(shù)設(shè)置為:種群規(guī)模為50,記憶庫(kù)容量為10,迭代次數(shù)為100,交叉概率為0.5,變異概率為0.4,多樣性評(píng)價(jià)參數(shù)為0.95,求得停機(jī)站位與調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)的分配關(guān)系如圖7所示。

其中點(diǎn)○表示停機(jī)站位,點(diǎn)*表示調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)。經(jīng)過計(jì)算可得任意兩節(jié)點(diǎn)之間的距離,艦載機(jī)調(diào)運(yùn)路徑網(wǎng)絡(luò)如圖8所示。

圖7 艦載機(jī)調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)模型

圖8 路徑網(wǎng)絡(luò)圖

假設(shè)某次任務(wù)需出動(dòng)六架艦載機(jī),站位編號(hào)及其至最近調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)的距離(可由式(6)求得)如表3所示。

表3 六機(jī)站位至最近節(jié)點(diǎn)距離

如圖9所示,通過狀態(tài)變遷圖分析可知,六架艦載機(jī)整個(gè)出動(dòng)時(shí)間為147.0s,相比六架機(jī)順序出動(dòng),即六架艦載機(jī)順序使用T1、T2、T3和T4號(hào)彈射器(所用時(shí)間至少為184.2s),能夠有效提高調(diào)運(yùn)作業(yè)效率。結(jié)果表明,通過物流選址方法進(jìn)行調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn)選擇是合理的,能在已知給定的環(huán)境中迅速規(guī)劃出路徑網(wǎng)絡(luò)圖,并利用狀態(tài)變遷圖對(duì)多架艦載機(jī)調(diào)運(yùn)過程進(jìn)行時(shí)序控制。

圖9 六機(jī)出動(dòng)狀態(tài)變遷圖

5 結(jié)束語

本文在對(duì)美“尼米茲”級(jí)航母飛行甲板環(huán)境進(jìn)行建模的基礎(chǔ)上,引入物流選址方法解決艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)中的路徑規(guī)劃問題,通過在飛行甲板上設(shè)置調(diào)運(yùn)節(jié)點(diǎn),將二維平面內(nèi)的路徑規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為圖論中的最短路徑尋優(yōu)問題,并采用狀態(tài)變遷圖對(duì)多機(jī)出動(dòng)調(diào)運(yùn)時(shí)序進(jìn)行控制,為解決飛行甲板艦載機(jī)調(diào)運(yùn)問題提供了一種新的思路。結(jié)果表明,該方法用于解決航母艦載機(jī)調(diào)運(yùn)路徑規(guī)劃問題是可行的,并且能夠?yàn)槠渌こ填I(lǐng)域的優(yōu)化問題提供借鑒。

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An Application of the Logistics Center Location to the Carrier-borne Aircrafts Transportation on Flight Deck

LI Xiao-jie,XIE Jun,FU Bing

(College of Electronic Engineering,Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China)

In order to improve the efficiency of transferring carrier-borne aircrafts on the flight deck, the logistics center location method is introduced to solve the path planning problem of carrier-borne aircrafts. Aimed at the complexity of the flight deck environment and the problem of the shapes of carrier-borne aircrafts can’t be ignored, the Nimitz class aircraft carrier is taken as the research object, firstly the flight deck and carrier-borne aircrafts are modeled geometrically, then using the logistics center location method, a number of candidate transportation nodes are set up on the flight deck through a certain evaluation mechanism, and the immune algorithm is used to optimally select the candidate transportation nodes and then the transportation path network is determined, finally the multiple aircrafts transportation timing is controlled by state transition diagram. The simulation result of six aircrafts dispatching operation show that the proposed method is simple and reasonable, and can provide decision-making reference for carrier-borne aircrafts transportation management staff.

carrier-borne aircrafts transportation; logistics center location; immune algorithm; timing control; state transition diagram

2016-08-31

2016-11-09

李曉杰(1991-)，男，山東德州人，碩士研究生，研究方向?yàn)樽鲬?zhàn)系統(tǒng)工程。 謝 君(1973-)，女，博士，副教授。 傅 冰(1979-)，男，博士研究生，講師。

1673-3819(2017)02-0129-06

U674.771；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.02.024