直升機(jī)保障資源建模策略研究

王帥 辛冀

摘 要：該文針對評估直升機(jī)保障性定性和定量要求的必要性，構(gòu)建了基于活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖的保障效能評估仿真系統(tǒng)，保障資源作為影響活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖執(zhí)行效率的關(guān)鍵因素，建立科學(xué)合理的保障資源調(diào)度模型就顯得尤為重要。從定義活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖執(zhí)行過程中活動(dòng)的優(yōu)先級出發(fā)，提出了資源沖突、資源不足以及資源替換等保障資源建模策略，為直升機(jī)保障效能評估仿真系統(tǒng)的準(zhǔn)確高效運(yùn)行提供支撐。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖；保障資源；建模策略

中圖分類號：V275 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 保障效能評估仿真系統(tǒng)

保障效能評估指為了使直升機(jī)在全壽命周期內(nèi)得到經(jīng)濟(jì)而有效地保障，而對各種必需的保障組合進(jìn)行評價(jià)，以確定其是否滿足規(guī)定的保障性定性和定量要求。目前，美軍已經(jīng)將基于建模與仿真的后勤保障分析方法廣泛地應(yīng)用于裝備保障效能評估過程中，美軍在20世紀(jì)70年代初就頒布了《綜合后勤保障分析》軍用標(biāo)準(zhǔn)，核心就是要求應(yīng)用大型的復(fù)雜仿真模型，動(dòng)態(tài)模擬飛機(jī)及其保障系統(tǒng)的各組成要素，預(yù)計(jì)飛機(jī)未來的戰(zhàn)備完好性。

直升機(jī)和保障資源是保障效能評估仿真系統(tǒng)中的實(shí)體，使用和維修工作是保障效能評估中的進(jìn)程，任務(wù)剖面是驅(qū)動(dòng)使用和維修活動(dòng)進(jìn)程的事件。如圖1所示，保障效能評估仿真的核心思想是通過活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖來模擬整個(gè)保障環(huán)境和保障過程，活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖就是以網(wǎng)絡(luò)的方式來表現(xiàn)實(shí)際使用和維修過程。其中，保障資源的應(yīng)用貫穿于活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖執(zhí)行過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此，對保障資源進(jìn)行抽象化建模，是直升機(jī)保障效能評估仿真中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 保障資源建模策略

在保障效能評估中，保障資源是除了直升機(jī)以外的最重要的導(dǎo)致排隊(duì)請求的實(shí)體。由于資源的稀缺性，需要在保障資源建模時(shí)采用有效的解決策略。

2.1 資源沖突策略

由于缺少資源，活動(dòng)間可能產(chǎn)生沖突。為了解決沖突，仿真模型中設(shè)計(jì)了一個(gè)活動(dòng)優(yōu)先級系統(tǒng)。

活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)圖中的每項(xiàng)活動(dòng)都被分配優(yōu)先級，優(yōu)先級的范圍根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)計(jì)，可以從1～10，1～30，或者1～100，數(shù)值越小代表活動(dòng)的優(yōu)先級越高。如果2個(gè)活動(dòng)發(fā)生資源沖突，最高優(yōu)先級的活動(dòng)將獲得資源。

當(dāng)一個(gè)活動(dòng)被選中處理時(shí)，如果活動(dòng)的資源能被滿足，活動(dòng)將執(zhí)行。否則，活動(dòng)被設(shè)置為后備狀態(tài)?；顒?dòng)表中指明了活動(dòng)的各種資源的占用類型：1） 臨時(shí)占用型。在活動(dòng)執(zhí)行過程中，資源將被占用。當(dāng)活動(dòng)完成，資源被返回資源池，其他活動(dòng)可以繼續(xù)使用。2） 消耗型。資源將被活動(dòng)消耗掉，或者被安裝到直升機(jī)上，成為高一級組件的組成部分?；顒?dòng)結(jié)束后，消耗件將不被返回資源池。象航油、彈藥或者裝到直升機(jī)上的備件等都是消耗型。3） 產(chǎn)生型。在活動(dòng)執(zhí)行后，資源將被產(chǎn)生。通常是從直升機(jī)上拆卸下來的待修理部件。

當(dāng)活動(dòng)資源需求確定后，保障效能評估仿真程序?qū)⒂?jì)算可用資源是否滿足。資源表中有一個(gè)可用資源數(shù)和占用資源數(shù)。如果可用資源數(shù)滿足需求，可用資源數(shù)將被減少。占用資源數(shù)將被增加。如果資源不夠，仿真程序?qū)⒉捎靡韵路椒▉斫鉀Q申請活動(dòng)的資源不足：1） 使用替換件。資源表中標(biāo)示了資源的可替換資源。在資源不足的情況下，如果資源加上替換資源能夠滿足，活動(dòng)將被啟動(dòng)，否則，系統(tǒng)采用2）或者3）方法解決。2） 加快執(zhí)行。系統(tǒng)檢查處于執(zhí)行狀態(tài)的活動(dòng)，如果活動(dòng)占用了被申請的資源或者替換資源，系統(tǒng)將檢查活動(dòng)是否即將完成。如果活動(dòng)即將完成，申請活動(dòng)將等待直到該活動(dòng)完成并釋放資源。否則，系統(tǒng)將檢查是否能夠加快該活動(dòng)的執(zhí)行。加快因子，象0.8，將被乘以活動(dòng)的剩余時(shí)間，如果滿足申請活動(dòng)的等待時(shí)間要求，那么該活動(dòng)將被加速執(zhí)行，申請活動(dòng)將等待。3） 活動(dòng)搶占?；顒?dòng)搶占將導(dǎo)致低優(yōu)先級的執(zhí)行中活動(dòng)中斷，把資源交給高優(yōu)先級的申請活動(dòng)。被搶占的數(shù)量取決于高優(yōu)先級的級別。象最高優(yōu)先級的活動(dòng)可以搶占盡可能多的低優(yōu)先級活動(dòng)的資源，以滿足自己的需要。稍低優(yōu)先級的活動(dòng)只能搶占部分的資源。用戶可以在輸入?yún)?shù)中設(shè)置每個(gè)優(yōu)先級別可以搶占的最大活動(dòng)數(shù)量。

在搶占過程中，優(yōu)先級最低的活動(dòng)首先被搶占。每個(gè)被搶占的活動(dòng)將被設(shè)置為后備狀態(tài)。它的剩余執(zhí)行時(shí)間將被乘以一個(gè)因子，以反映它重新啟動(dòng)時(shí)所需的附加時(shí)間。

在加快執(zhí)行和搶占活動(dòng)的過程中，替換策略可以同時(shí)被使用。因此，執(zhí)行中的活動(dòng)如果占有申請活動(dòng)的資源的替換資源，也可能被加快或者搶占。但是，系統(tǒng)不會對同一個(gè)活動(dòng)同時(shí)采用加快執(zhí)行和搶占活動(dòng)策略。

活動(dòng)完成后，所占用的臨時(shí)資源將被釋放。仿真程序會搜索所有后備狀態(tài)的活動(dòng)，挑選出資源需求能得到滿足的活動(dòng)，將他們按優(yōu)先級排序，優(yōu)先級最高的活動(dòng)將得到執(zhí)行。

如果活動(dòng)執(zhí)行完成后產(chǎn)生一個(gè)資源，象直升機(jī)上拆卸下來某個(gè)部件，該部件可能需要進(jìn)行一系列的修理活動(dòng)。該活動(dòng)的后續(xù)活動(dòng)（以該活動(dòng)為先驅(qū)節(jié)點(diǎn)的所有節(jié)點(diǎn)）都將與部件關(guān)聯(lián)，直升機(jī)將從該活動(dòng)中釋放出來。部件被鎖住，直到所有后續(xù)活動(dòng)執(zhí)行完畢，部件才釋放到資源池。

2.2 資源不足策略

在某個(gè)特定的活動(dòng)中，可以有特定的資源替換情況，這種情況只適用于人力資源。某項(xiàng)活動(dòng)可能需要多個(gè)人員，其中一些工作象協(xié)助掛導(dǎo)彈，可以由多種人員完成。

對于備件、設(shè)備等保障資源，如果資源不足，將使用替換資源，如果都不足，將采用搶占或加快策略。對于人力資源，也優(yōu)先使用替換資源，如果替換資源不足，再檢查活動(dòng)是否具有相應(yīng)的人力資源集合，每個(gè)替換集合中的人員要求是否滿足，如果滿足，使用替換集合。另外，替換集合中的每個(gè)資源可以指明自己能否再使用替換資源。

2.3 資源輪換策略

在仿真過程中，資源輪換過程會引起資源增加或者減少。系統(tǒng)可能具有多個(gè)資源輪換策略，每個(gè)策略分別適用于某類資源。

表1以一個(gè)人員輪班為例，一共有5個(gè)輪換間隔。1、2、3編號代表1個(gè)正常的工作日內(nèi)輪換3班，每班8 h。頭3個(gè)輪換執(zhí)行5遍后（5個(gè)正常的工作日），執(zhí)行4、5代表周末。對于每個(gè)班，資源數(shù)量不斷的發(fā)生變化。象C級別的人員在周六有9個(gè)，在周日沒有。

除了人員輪換，其他資源也可以有輪換機(jī)制。象在部隊(duì)場務(wù)保障時(shí)，經(jīng)常有由于訓(xùn)練活動(dòng)或者其他活動(dòng)的需要，將部分直升機(jī)指令停飛，準(zhǔn)備投入別的聯(lián)合活動(dòng)。此時(shí)，作為實(shí)體資源的直升機(jī)，也可以通過資源輪換方法來模擬。

在資源輪換后，如果資源數(shù)量不變，仿真程序不做任何處理。如果資源增加，仿真程序?qū)?zhí)行一個(gè)類似活動(dòng)完成的過程，檢查后備活動(dòng)列表，挑選得到滿足的活動(dòng)執(zhí)行。如果資源減少，仿真程序?qū)z查空閑的資源數(shù)量是否滿足減少的要求。如果滿足，空閑資源數(shù)將減去減少數(shù)量。如果不滿足，系統(tǒng)將檢查所有占用該類資源的執(zhí)行中的活動(dòng)的完成時(shí)間。如果活動(dòng)即將在某個(gè)特定時(shí)間范圍內(nèi)結(jié)束（由用戶的優(yōu)先級決定，高優(yōu)先級的活動(dòng)的運(yùn)行執(zhí)行時(shí)間將大于低優(yōu)先級的活動(dòng)），系統(tǒng)等待活動(dòng)完成后才減少資源。如果沒有活動(dòng)的執(zhí)行時(shí)間滿足需求，低優(yōu)先級的活動(dòng)將被強(qiáng)行推遲執(zhí)行，設(shè)置為后備狀態(tài)。

另外，資源輪換過程和活動(dòng)的啟動(dòng)結(jié)束過程有點(diǎn)類似，都會影響資源的數(shù)量，輪換時(shí)的搶占資源方法和活動(dòng)搶占方法也有點(diǎn)類似。

3 結(jié)論

該文從直升機(jī)保障效能評估仿真系統(tǒng)的4個(gè)建模對象出發(fā)，重點(diǎn)研究保障資源建模策略，對其資源沖突策略、資源不足策略和資源輪換策略等建模要素進(jìn)行了深入細(xì)致地分析，對活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行過程中資源沖突和資源不足問題提出了合理化的解決方案，為建立保障資源模型、構(gòu)建完整的直升機(jī)保障效能評估仿真系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù)。

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