基于ExtendSim小件空投地面準(zhǔn)備的仿真研究

牟超峰，楊 燕，張武生

（空軍空降兵學(xué)院，廣西 桂林 541003）

基于ExtendSim小件空投地面準(zhǔn)備的仿真研究

牟超峰，楊 燕，張武生

（空軍空降兵學(xué)院，廣西 桂林 541003）

小件空投是空降兵空投保障的重要組成部分，現(xiàn)已基本形成了包裝——運(yùn)輸——裝機(jī)三階段的小件空投地面準(zhǔn)備保障模式。簡(jiǎn)要介紹了空投小件包裝、運(yùn)輸和裝機(jī)環(huán)節(jié)，利用ExtendSim仿真軟件，對(duì)影響小件空投地面準(zhǔn)備的主要因素進(jìn)行仿真。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，有利于在空投小件裝機(jī)數(shù)量不間斷的情況下，提高小件包裝人員和運(yùn)輸車輛的利用率，輔助空投技術(shù)人員對(duì)影響空投實(shí)施的主要因素進(jìn)行科學(xué)決策和統(tǒng)籌管理。

小件空投，地面準(zhǔn)備，ExtendSim仿真

0 引言

空投根據(jù)空投質(zhì)量可分為小件空投、中件空投和大件空投。各類空投物件通常情況下是同類型空投，必要時(shí)小件和中件可以混合空投，大件空投不能和中、小件混合空投。2008年汶川地震空投小件大約2萬(wàn)件，可見小件在空降作戰(zhàn)與非作戰(zhàn)行動(dòng)中的作用及必要性，本文主要介紹小件空投準(zhǔn)備情況。小件空投指的是用航空器將要輸送的小件［1］（總質(zhì)量小于150 kg的各類武器彈藥、給養(yǎng)和隨隊(duì)物資裝備）從空中投送至指定地點(diǎn)的行動(dòng)。經(jīng)過(guò)多年的探索和實(shí)踐，空降兵部隊(duì)空投地面準(zhǔn)備基本上形成了“包裝——運(yùn)輸——裝機(jī)”三階段空投地面準(zhǔn)備保障模式。由于空投小件在地面準(zhǔn)備中往往數(shù)量眾多，而包裝人員和車輛數(shù)量的分配和使用又都不確定，如果分配不合理的話，會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)或效率降低。為更好地保證小件空投順利完成，本文利用ExtendSim仿真軟件，對(duì)小件空投地面準(zhǔn)備3個(gè)階段進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，輔助空投技術(shù)人員對(duì)小件空投地面準(zhǔn)備工作進(jìn)行科學(xué)決策，提高保障效率。

1 仿真流程及評(píng)估指標(biāo)建立

1.1 仿真流程

所謂小件空投地面準(zhǔn)備，是指空投技術(shù)人員從小件捆綁包裝開始，通過(guò)車輛運(yùn)輸至機(jī)場(chǎng)，到全部空投小件裝機(jī)完畢的全部過(guò)程。小件空投系統(tǒng)地面準(zhǔn)備過(guò)程可分為3個(gè)階段：一是包裝階段，主要包括：對(duì)各類武器彈藥、給養(yǎng)和隨隊(duì)物資裝備進(jìn)行捆綁，投物傘的折疊與連接，系統(tǒng)的連接等包裝工作；二是車輛運(yùn)輸階段，主要包括：將包裝好的小件進(jìn)行裝車、運(yùn)輸至機(jī)場(chǎng)、卸車到指定位置等運(yùn)輸過(guò)程；三是裝機(jī)階段，主要包括將小件空投系統(tǒng)進(jìn)行裝機(jī)和固定并做好投放準(zhǔn)備工作的過(guò)程。整個(gè)過(guò)程中，小件的包裝在不間斷地進(jìn)行，使用的運(yùn)輸車輛進(jìn)行往返運(yùn)輸，裝機(jī)過(guò)程按照飛機(jī)裝載的數(shù)量進(jìn)行不間斷的裝機(jī)。其仿真流程如圖1所示。

圖1 小件空投地面準(zhǔn)備仿真流程

1.2 相關(guān)指標(biāo)建立

1.2.1 包裝技術(shù)人員數(shù)量

包裝技術(shù)人員數(shù)量是指包裝人員在整個(gè)小件空投系統(tǒng)包裝過(guò)程中處于使用狀態(tài)的數(shù)量，用L表示。包裝人員對(duì)小件包裝通常由2人完成，人員可反復(fù)進(jìn)行包裝。通過(guò)觀察包裝人員利用率來(lái)確定包裝技術(shù)人員的數(shù)量，其數(shù)量通常由裝機(jī)的進(jìn)度決定。

1.2.2 運(yùn)輸車輛利用率

運(yùn)輸車輛利用率是指車輛將小件運(yùn)輸至機(jī)場(chǎng)階段的處于工作狀態(tài)的利用率，用u表示。小件包裝到一定數(shù)量，可裝車運(yùn)至機(jī)場(chǎng)，卸車返回后可繼續(xù)使用，這樣能提高運(yùn)輸效率。通過(guò)觀察運(yùn)輸車輛利用率來(lái)確定車輛使用數(shù)量，其數(shù)量通常由包裝速度決定。

1.2.3 裝機(jī)等待情況

裝機(jī)等待情況是指車輛卸車到指定位置后，到裝機(jī)前的等待情況。在仿真系統(tǒng)中，小件裝機(jī)等待情況以裝機(jī)不能間斷，裝機(jī)是否充分利用為評(píng)判核心，以此來(lái)保證地面準(zhǔn)備過(guò)程指揮決策科學(xué)合理。

2 基于ExtendSim小件空投地面準(zhǔn)備的仿真模型

2.1 主要仿真模塊

Extendsim是采用C語(yǔ)言開發(fā)的仿真軟件，具有很好的靈活性和可擴(kuò)展性，可對(duì)離散事件和連續(xù)性事件等系統(tǒng)進(jìn)行仿真。ExtendSim仿真軟件采用了模塊化建模方式，本文采用的模塊［2-9］如下：

Items，Executive模塊。該模塊作用是調(diào)度事件發(fā)生，可以設(shè)定包裝、運(yùn)輸、裝機(jī)各階段的結(jié)束時(shí)間或設(shè)定的小件空投地面準(zhǔn)備總的數(shù)量，當(dāng)模型運(yùn)行到空投小件設(shè)定的數(shù)量時(shí)，模型終止運(yùn)行。

Items，Create模塊。該模塊用來(lái)表示物件生成系統(tǒng)，可設(shè)定為空投小件生成系統(tǒng)，其時(shí)間間隔設(shè)置服從指數(shù)分布（泊松流）。

Items，Queue模塊。該模塊按照“先到先服務(wù)”的原則，主要設(shè)置空投小件的包裝和裝機(jī)準(zhǔn)備等待時(shí)間。

Items，Activity模塊。對(duì)實(shí)體需要消耗一定的時(shí)間來(lái)執(zhí)行某種操作。主要包括空投小件包裝、運(yùn)輸、裝機(jī)各階段等處理平臺(tái)模塊。

Items，Batch模塊。該模塊允許多個(gè)物件合并成一個(gè)物件，主要設(shè)置包裝技術(shù)人員和小件或車輛和一定數(shù)量的包裝小件等各要素到位后方可運(yùn)行。

Items，Unbatch模塊。該模塊將一個(gè)物件拆分成多個(gè)物件，主要設(shè)置包裝完畢后包裝技術(shù)人員和小件第一拆分過(guò)程，卸車完畢后車輛和空投小件分離的第二拆分過(guò)程。

Items，Resource模塊。該模塊為仿真模型存儲(chǔ)和提供物件，主要對(duì)包裝技術(shù)人員、運(yùn)輸車輛進(jìn)行存儲(chǔ)和輸出。

Value，Discrete Event模塊。圖形化顯示輸出數(shù)據(jù)。該模塊輸出包裝技術(shù)人員的數(shù)量、車輛使用率和小件裝機(jī)等待情況等時(shí)間變化的圖形。

Items，Exit模塊。表示任務(wù)完成。

2.2 仿真模型

小件空投地面準(zhǔn)備的基本步驟是：首先選取小件空投地面準(zhǔn)備的流程作為一個(gè)整體事件，然后在事件中選取影響準(zhǔn)備工作的主要因素作為變量，接著運(yùn)行該事件，同時(shí)記錄這些主要因素的狀態(tài)變化，循環(huán)往復(fù)，直到仿真結(jié)束。采用該軟件建立仿真模型，對(duì)小件空投地面準(zhǔn)備效能進(jìn)行仿真分析，仿真模型如下頁(yè)圖2所示。

2.2.1 包裝階段

根據(jù)空投小件包裝的特點(diǎn)，將空投小件的生成看成一個(gè)離散事件來(lái)處理。基于此，可以用Ex tendSim的“Create”模塊來(lái)仿真空投小件的生成情況，以此產(chǎn)生空投小件數(shù)量的目標(biāo)流?？胀缎〖牡却龑傩酝ㄟ^(guò)“Queue1”模塊設(shè)置，再通過(guò)“Batch1”合并模塊體現(xiàn)包裝技術(shù)人員和小件進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)入處理模塊“Activity1”仿真包裝過(guò)程，包裝完畢后通過(guò)“Unbatch1”拆分模塊體現(xiàn)包裝人員重新回到“Resourse1”模塊待命工作，可反復(fù)進(jìn)行使用，包裝人員的使用率u1可通過(guò)“Discrete Event1”圖表模塊顯示；如果整體包裝速度過(guò)慢，就會(huì)影響裝機(jī)的速度，從而影響小件空投地面準(zhǔn)備效率；如果整體包裝速度過(guò)快，就會(huì)產(chǎn)生空投小件過(guò)多積壓，浪費(fèi)太多的人力和物力資源；在仿真中可通過(guò)觀察空投小件裝機(jī)的等待情況對(duì)包裝技術(shù)人員的數(shù)量安排作出調(diào)整。

圖2 基于ExtendSim小件空投地面準(zhǔn)備仿真圖

2.2.2 運(yùn)輸階段

當(dāng)經(jīng)過(guò)包裝階段包裝好的空投小件達(dá)到一定數(shù)量后，通過(guò)“Batch2”合并模塊體現(xiàn)空投小件裝車完畢，進(jìn)入處理模塊“Activity2”仿真輸送過(guò)程；根據(jù)車輛輸送時(shí)間情況設(shè)置模塊的處理時(shí)間，輸送通路數(shù)根據(jù)車輛的數(shù)量來(lái)設(shè)置。再通過(guò)“Unbatch2”拆分模塊體現(xiàn)車輛到達(dá)機(jī)場(chǎng)裝機(jī)指定位置卸車完畢。最后，運(yùn)輸車通過(guò)處理模塊“Activity 4”返程到達(dá)“Resourse2”模塊待命工作，可反復(fù)進(jìn)行使用，運(yùn)輸車輛的使用率u2可通過(guò)“DiscreteEvent1”圖表模塊顯示。

2.2.3 裝機(jī)階段

空投小件在卸車完畢后先通過(guò)“Queue2”模塊設(shè)置，并通過(guò)“Discrete Event2”圖表模塊察看空投小件的等待數(shù)量。如果數(shù)量不能保障裝機(jī)的連續(xù)使用，將影響整個(gè)小件空投地面準(zhǔn)備的效率；如果等待數(shù)量累積過(guò)多，將浪費(fèi)過(guò)多的人力和物力資源，因此，通過(guò)觀察裝機(jī)情況可以調(diào)整包裝人員的數(shù)量、運(yùn)輸車輛使用數(shù)量和飛機(jī)使用數(shù)量等各個(gè)參數(shù)，達(dá)到資源優(yōu)化的目的。然后，空投小件進(jìn)入處理模塊“Activity3”仿真裝機(jī)過(guò)程，根據(jù)裝機(jī)的速度設(shè)置模塊的處理時(shí)間；最后通過(guò)“Exit”模塊和“Executive”模塊綁定，設(shè)定空投小件裝機(jī)達(dá)到一定的數(shù)量，表示任務(wù)完成。

3 仿真分析

在模型中假定空投小件數(shù)量為400個(gè)，包裝技術(shù)人員為L(zhǎng)名，兩人對(duì)一個(gè)小件進(jìn)行捆綁，捆綁時(shí)間為15 min，小件捆綁完畢后可進(jìn)行下一個(gè)的捆綁；當(dāng)捆綁好的空投小件達(dá)到10個(gè)，由運(yùn)輸車輛進(jìn)行輸送，輸送車輛為n輛，輸送時(shí)間定為30 min，到達(dá)機(jī)場(chǎng)指定位置卸車后，車輛返回，返回時(shí)間為20 min，可繼續(xù)使用；卸車后的空投小件，由技術(shù)人員逐個(gè)裝機(jī)，每個(gè)小件裝機(jī)的所需時(shí)間設(shè)為5 min，仿真過(guò)程中空投小件裝機(jī)等待數(shù)量盡可能保證裝機(jī)過(guò)程不間斷。設(shè)定當(dāng)空投小件裝機(jī)數(shù)量為400個(gè)時(shí)，將上述參數(shù)設(shè)置到相應(yīng)模塊，直至仿真結(jié)束。

3.1 對(duì)空投小件裝機(jī)準(zhǔn)備數(shù)量仿真分析

整個(gè)空投小件裝機(jī)準(zhǔn)備過(guò)程，以空投小件裝機(jī)不間斷為最佳效率。如果空投小件裝機(jī)準(zhǔn)備數(shù)量過(guò)少時(shí)，影響整個(gè)準(zhǔn)備過(guò)程效率，如圖3所示，橫軸Time表示運(yùn)行時(shí)間，縱軸Value表示空投小件裝機(jī)準(zhǔn)備的數(shù)量；如果空投小件裝機(jī)過(guò)多，前面包裝技術(shù)人員和運(yùn)輸車輛等資源浪費(fèi)太多，如圖4所示。通過(guò)仿真，得出空投小件裝機(jī)數(shù)量準(zhǔn)備情況的最佳效果，表示待裝機(jī)的空投小件數(shù)量剛用完時(shí)運(yùn)輸車輛到達(dá)，使空投小件的裝機(jī)數(shù)量不間斷，前面的包裝人員和運(yùn)輸車輛也達(dá)到最佳利用率，不會(huì)浪費(fèi)太多人力物力資源，保證了整個(gè)準(zhǔn)備過(guò)程最佳效率（如圖5所示）。

圖3 空投小件裝機(jī)準(zhǔn)備數(shù)量過(guò)少

圖4 空投小件裝機(jī)準(zhǔn)備數(shù)量過(guò)多

圖5 空投小件裝機(jī)準(zhǔn)備數(shù)量最佳

3.2 對(duì)包裝技術(shù)人員數(shù)量和運(yùn)輸車輛數(shù)量仿真分析

為了保證整個(gè)小件空投地面準(zhǔn)備的效率，在包裝速度一定的情況下，裝機(jī)速度的快慢決定著包裝技術(shù)人員的數(shù)量。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行仿真，得到圖5的最佳效果，此時(shí)包裝技術(shù)人員數(shù)量12人，即保證整個(gè)小件空投地面準(zhǔn)備包裝技術(shù)人員不少于12人（如圖6所示，橫軸Time表示運(yùn)行時(shí)間，縱軸L表示包裝技術(shù)人員數(shù)量）。由于設(shè)定每包裝10個(gè)空投小件進(jìn)行車輛運(yùn)送至機(jī)場(chǎng)，空投小件的數(shù)量決定車輛的數(shù)量。因此，在仿真時(shí)，首先在車輛“Resourse2”模塊庫(kù)中設(shè)置一個(gè)較大的數(shù)值n，進(jìn)行仿真運(yùn)行，可通過(guò)圖表模塊“Discrete Event1”察看和分析，得出u，車輛所需數(shù)量為：n×u，去掉小數(shù)點(diǎn)，再加1，就是實(shí)際所需車輛的數(shù)量（如圖7所示，橫軸Time表示運(yùn)行時(shí)間，縱軸P表示運(yùn)輸車輛使用利用率）。

圖6 包裝人員數(shù)量

圖7 運(yùn)輸車輛使用利用率

4 結(jié)論

本文基于ExtendSim小件空投地面準(zhǔn)備建立模型仿真，可在模型中設(shè)定小件空投地面準(zhǔn)備中遇到的各種情況，能夠進(jìn)行優(yōu)化分析和解決各種問題。但還需在以下方面進(jìn)行深入研究：

一是在仿真優(yōu)化方面。本文只考慮了小件空投地面準(zhǔn)備的主要因素，忽略了包裝階段技術(shù)人員的休息、運(yùn)輸階段車輛可能出現(xiàn)的故障和堵車等因素。

二是在建立小件空投地面準(zhǔn)備仿真模型時(shí)，相關(guān)數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)可能有一定的差別，應(yīng)加強(qiáng)驗(yàn)證，使得仿真模型更加完善。

［1］趙西友.空投與機(jī)降［M］.北京：藍(lán)天出版社，2010.

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

［3］武文.基于Extendsim的空降訓(xùn)練主要因素優(yōu)化仿真［J］.火力與指揮控制，2015，40（2）：137-139.

［4］武文.基于Extendsim的指揮信息系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)效能對(duì)比分析［J］.火力與指揮控制，2015，40（1）：49-51.

［5］邱一文.基于Extendsim的高炮作戰(zhàn)效能仿真分析［J］.指揮控制與仿真，2013，35（1）：78-82.

［6］王濤，李橋.基于Extendsim的彈炮結(jié)合系統(tǒng)作戰(zhàn)效能仿真分析［J］.火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào)，2013，35（1）：20-23.

［7］王棟.一種武器裝備體系結(jié)構(gòu)仿真模型生成方法［J］.兵工自動(dòng)化，2010，29（1）：31-33.

［8］熊健，陳英武，王棟.武器裝備體系結(jié)構(gòu)可執(zhí)行模型［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2010，32（5）：969-970.

［9］梁甲慧，季新源，陳永志，等.基于ExtendSim的小高炮武器系統(tǒng)抗擊超音速巡航導(dǎo)彈分析［J］.指揮控制與仿真，2014，36（2）：100-104.

下期要目

寬帶噪聲環(huán)境中FH-FDM/TDMA信號(hào)性能分析

基于GA-ML-PMHT的多基站無(wú)源協(xié)同定位方法

基于屬性值為區(qū)間數(shù)的轟炸機(jī)敏感性評(píng)估

隱身轟炸機(jī)掛載空射誘餌彈對(duì)地突防決策

海天背景下艦船可見光圖像目標(biāo)區(qū)域定位方法

臨近空間紅外系統(tǒng)對(duì)彈道導(dǎo)彈探測(cè)距離的估算

基于參數(shù)優(yōu)化的SVM聯(lián)合作戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)建設(shè)方案優(yōu)選

基于活躍度和任務(wù)的目標(biāo)導(dǎo)向VANETs路由算法

一種針對(duì)艦船目標(biāo)高分辨距離像的特征選擇方法

基于CUDA GPU的多攝像機(jī)場(chǎng)面航空器識(shí)別加速算法基于LabVIEW Vision的航空炮彈缺陷檢測(cè)方案設(shè)計(jì)

基于鄰居時(shí)隙切換的時(shí)分多址接入?yún)f(xié)議研究

基于FPGA的FC終端協(xié)議處理芯片的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于Arena仿真的事故網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)耦合特性分析

飛機(jī)運(yùn)動(dòng)特征對(duì)動(dòng)態(tài)RCS序列的影響分析

可靠UDP協(xié)議棧的FPGA實(shí)現(xiàn)

基于改進(jìn)的交流伺服系統(tǒng)定位控制

某同源平衡及定位電液伺服系統(tǒng)模糊分?jǐn)?shù)階PID控制軍事云環(huán)境下基于動(dòng)態(tài)博弈的資源調(diào)度方法

智能手機(jī)中基于云實(shí)例的高效文件管理系統(tǒng)

海戰(zhàn)場(chǎng)聯(lián)合火控系統(tǒng)發(fā)展研究

混合動(dòng)力裝甲車輛能量管理策略實(shí)時(shí)仿真研究

Research on Optimized Simulation of Small Airdrop in Ground Preparation Based on ExtendSim

MU Chao-feng，YANG Yan，ZHANG Wu-sheng
（Air Force Airborne Academy，Guilin 541003，China）

Small airdrop is an important component of airdrop support for airborne forces，our army has formed the model of small airdrop in ground preparation，which includes three processes of packaging，transportation and loading.After a brief introduction to packaging，transportation and loading，the main factors of influencing the small airdrop in ground preparation is simulated on the basis ofExtendSim in the paper.The result of the simulation can help to improve the usage of technician and vehicles in the condition of loading-quantity uninterrupted，but also is helpful for the technicians of airdrop to make a scientific decision and manage the whole process of small airdrop in ground preparation.

small airdrop，ground preparation，extendSim simulation

TP391.9；E274.2

：A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.06.023

2016-05-23

：2016-06-27

牟超峰（1977- ），男，山東濰坊人，副教授。研究方向：裝備保障。

1002-0640（2017）06-0101-04