工程裝備修理分隊?wèi)?zhàn)場搶修行動仿真建模研究

曹寧，翟仕奇，陳文兵，曾擁華

（1.陸軍工程大學(xué)研究生院；2.陸軍工程大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，江蘇 南京 210000）

工程裝備戰(zhàn)場搶修行動隨著戰(zhàn)場環(huán)境的動態(tài)變化而不斷變化，是一個非常復(fù)雜的過程，難以用高度程序化的數(shù)學(xué)模型描述相關(guān)問題。傳統(tǒng)的仿真模型，受建模方法和應(yīng)用層次等多方面因素的影響，在反映微觀現(xiàn)象與宏觀現(xiàn)象之間的內(nèi)在聯(lián)系，體現(xiàn)不同角色的智能性等方面差距較大、仿真度不高，難以解決部隊作戰(zhàn)和訓(xùn)練的實際問題。

1 基于agent的建模方法

Agent是當(dāng)前計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中一個重要概念，其在計算機(jī)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，源于20世紀(jì)70年代美國麻省理工學(xué)院(MIT)研究人員開展的一系列關(guān)于分布式人工智能(Distributed Artificial Intelligent, DAI)的研究。目前，基于Agent的作戰(zhàn)建模已經(jīng)在作戰(zhàn)指揮、情報信息獲取、航空兵作戰(zhàn)仿真，防空作戰(zhàn)仿真等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。其基本著眼點是：一個復(fù)雜作戰(zhàn)系統(tǒng)的全局行為，是從系統(tǒng)低層次上組成元素的交互行為中產(chǎn)生的，通過對這些元素建模，對它們的行為進(jìn)行仿真，觀察模型在仿真過程中表現(xiàn)出來的整體涌現(xiàn)性行為，就能夠獲得對原型系統(tǒng)的認(rèn)識。因此，可以采用自下而上(Bottom-up)或者自上而下(Up-bottom)的建模思路，通過模擬原型系統(tǒng)組織框架結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)內(nèi)部組元直接映射成相應(yīng)的職能Agent，把這些組元所具有的資源、知識、目標(biāo)、能力等作為Agent自身屬性進(jìn)行封裝，用Agent刻畫作戰(zhàn)系統(tǒng)中的各個單元(個體)，描述戰(zhàn)爭系統(tǒng)中的各種微觀行為，就能實現(xiàn)對戰(zhàn)場高度動態(tài)的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真。

2 工程裝備修理分隊?wèi)?zhàn)場搶修的基本任務(wù)及流程

工程裝備戰(zhàn)場搶修的基本任務(wù)是綜合運用多種方式及技術(shù)手段，迅速恢復(fù)戰(zhàn)損工程裝備的技術(shù)性能和作業(yè)能力，保障工程裝備保持持續(xù)戰(zhàn)斗力，順利投入作戰(zhàn)運用。工程裝備修理分隊通常在上級作戰(zhàn)編成內(nèi)，加強(qiáng)部分專業(yè)力量，在裝備保障指揮機(jī)構(gòu)統(tǒng)一指揮下，遂行裝備技術(shù)保障任務(wù)，本文主要研究戰(zhàn)斗實施階段的搶修行動，基本流程如圖1所示。

圖1 工程裝備修理分隊?wèi)?zhàn)場搶修行動流程圖

3 工程裝備修理分隊?wèi)?zhàn)場搶修行動模型構(gòu)建

下面運用基于Agent的建模方法，首先分析原型系統(tǒng)的元素構(gòu)成，再以搶修兵力Agent為例，設(shè)計模型系統(tǒng)的中實體Agent結(jié)構(gòu)模型，并描述個體Agent的基本行為規(guī)則。

3.1 模型系統(tǒng)構(gòu)成元素分析

工程裝備戰(zhàn)場搶修行動模型系統(tǒng)復(fù)雜，既有靜態(tài)元素，又有動態(tài)元素，具體分析如下。

（1）戰(zhàn)場環(huán)境。戰(zhàn)場環(huán)境是影響戰(zhàn)場搶修行動的重要因素，主要包括地形環(huán)境、水文氣象、電磁環(huán)境和社情環(huán)境等多種要素，是進(jìn)行作戰(zhàn)行動模擬仿真的基礎(chǔ)條件。

（2）搶修力量。執(zhí)行搶修行動的主體和物質(zhì)基礎(chǔ)，主要包括兵力、裝備兩個方面。搶修兵力，包括修理分隊指揮員、工程師、技師和各類專業(yè)修理工等；搶修裝備，包括各型戰(zhàn)場搶救車、工程修理車、修理方倉、故障診斷設(shè)備、檢測儀器、移動電站、拖平車和修理機(jī)工具。

（3）搶修對象。在戰(zhàn)場上執(zhí)行任務(wù)損壞的工程裝備，包括渡河橋梁、軍用工程機(jī)械、地雷爆破偽裝裝備、工程偵察與指揮和相關(guān)保障裝備等6大類工程裝備，軍械、裝甲、通用車輛等裝備搶修不予考慮。

（4）搶修方式。維修保障力量對故障裝備實施搶修，主要方式有陣地?fù)屝?、伴隨修理、巡回修理、定點修理和后送修理，常用技術(shù)手段有換件修理、拆拼修理、原件修理和應(yīng)急修理。

（5）基本行為。戰(zhàn)場搶修行動由指揮決策、機(jī)動展開、修理作業(yè)、任務(wù)轉(zhuǎn)換等基本行為組合完成，其中，裝備搶修指揮、開設(shè)（撤收）野戰(zhàn)修理所、裝備損傷評估、裝備搶修作業(yè)等是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.2 工程裝備戰(zhàn)場搶修兵力Agent結(jié)構(gòu)模型

Agent是對系統(tǒng)組成元素的抽象模擬，其粒度決定了模型系統(tǒng)的仿真度，實體Agent主要包括感知、通信、動作規(guī)則、學(xué)習(xí)、響應(yīng)等幾個組件，下面以幾類典型實體Agent為例，進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)分析。

（1）修理連長Agent。模擬連指揮員的決策指揮行為,一是能夠通過接收上級指令或從作業(yè)條件中接收裝備搶修任務(wù)；二是能夠動態(tài)感知戰(zhàn)場態(tài)勢綜合信息，依據(jù)規(guī)則作出相應(yīng)的判斷及反應(yīng)；三是自主進(jìn)行搶修力量編組、搶修任務(wù)分配和生成搶修行動方案；四是能夠適時發(fā)出相應(yīng)指令，指揮協(xié)調(diào)其他Agent行動，模型如圖2所示。

圖2 修理連長Agent模型結(jié)構(gòu)圖

（2）修理排長Agent。模擬排長的決策指揮行為，一是能夠接收并執(zhí)行連指揮Agent的指令，自主分配搶修任務(wù)；二是能夠動態(tài)感知本分隊保障方向或保障單位的戰(zhàn)場信息變化，依據(jù)行動規(guī)則作出反應(yīng)；三是能夠測算完成搶修任務(wù)所需的作業(yè)力，針對不同裝備損傷情況，確定搶修方式；四是能夠根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境變化，指揮協(xié)調(diào)所屬搶修力量Agent完成裝備搶修業(yè)務(wù)，模型如圖3所示。

圖3 修理排長Agent模型結(jié)構(gòu)圖

（3）修理班(組)長Agent。模擬班(組)長在裝備搶修行動中的行為，一是能夠接收并執(zhí)行連或排Agent指令；二是能夠動態(tài)感知本班(組)所在區(qū)域的戰(zhàn)場信息變化，依據(jù)上級命令或自主作出反應(yīng)；三是能夠測算裝備搶修所需器材工具及時間，自主優(yōu)化不同類型受損工程裝備搶修的技術(shù)方案；四是能夠根據(jù)所在區(qū)域的戰(zhàn)場環(huán)境變化，指揮本班（組）專業(yè)修理工Agent完成裝備搶修任務(wù)，模型如圖4所示。

圖4 修理班（組）長Agent模型結(jié)構(gòu)圖

（4）修理工(技師)Agent。模擬專業(yè)修理工、修理技師的行為，一是能夠接收并執(zhí)行上級決策Agent的指令，依據(jù)上級命令或自主作出反應(yīng)；二是能夠?qū)Ρ緦I(yè)范圍內(nèi)受損裝備進(jìn)行檢查，依據(jù)指令或自主選擇裝備搶修方法和技術(shù)手段；三是能夠根據(jù)所處區(qū)域的戰(zhàn)場環(huán)境變化和與其他Agent的信息交互，協(xié)同其他個體修理Agent完成裝備搶修作業(yè)，模型如圖5所示。

圖5 修理工（技師）Agent模型結(jié)構(gòu)圖

3.3 個體Agent基本行為規(guī)則

工程裝備戰(zhàn)場搶修行動模型是典型的多Agent系統(tǒng)，個體Agent間的交互必須依據(jù)模擬對象的行為特點，遵守相應(yīng)的軍事規(guī)則，所構(gòu)建的模型系統(tǒng)才能反映出系統(tǒng)原型的特性。

（1）信息交互方式。①個體Agent的初始狀態(tài)，由作業(yè)初始條件賦予，其狀態(tài)信息隨戰(zhàn)場環(huán)境變化自主實時調(diào)整，在規(guī)定的步長內(nèi)發(fā)布最新的狀態(tài)信息；②按照隸屬或指揮關(guān)系層級進(jìn)行信息傳遞，除特定設(shè)置外，通常只與直接上下級通信；③位置關(guān)系必須滿足通信距離要求，任務(wù)地點超出相應(yīng)類型個體Agent的通信能力，信息無法傳遞；④信息表達(dá)采取統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化格式，主要包括單位、時間、位置、狀態(tài)、任務(wù)、方式等信息；⑤指令按照優(yōu)先級等級執(zhí)行，人在環(huán)境指令優(yōu)先執(zhí)行，其他按照指揮層級優(yōu)先執(zhí)行高一級指揮員的指令。

（2）指揮決策行為。指揮實體Agent通常按照：先保障主要攻擊方向，后輔助攻擊方向，先指揮裝備和戰(zhàn)斗裝備，后保障裝備和其他裝備，先重、大、新裝備，后其他裝備的原則，確定搶修方式，然后賦予距受損裝備最近、具備相應(yīng)保障能力的實體Agent相關(guān)任務(wù)，“實時”指揮搶修實體Agent展開搶修作業(yè)。

（3）開設(shè)野戰(zhàn)修理所。連指揮Agent綜合分析作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)地幅、植被、道路、水源、距待修裝備距離以及敵情威脅等因素后，選擇野戰(zhàn)修理所位置，上報批準(zhǔn)后，相關(guān)Agent按照分工，完成野戰(zhàn)修理所各功能區(qū)域的開設(shè)。

（4）工程裝備損傷評估。通常由技術(shù)偵察組完成，確定裝備損傷部位、程度，計算完成搶修任務(wù)所需作業(yè)時間，初步確定損傷修復(fù)的先后順序、所需保障資源，修復(fù)后工程裝備的能力和使用限制等。

（5）展開搶修作業(yè)。各專業(yè)修理Agent協(xié)同作業(yè)，主要步驟為：接收待修工程裝備，實施故障檢查，確定損傷部位，判斷損壞程度，計算搶修要素，確定搶修方法和手段，實施搶修作業(yè)，檢驗搶修效果。

4 結(jié)語

鑒于戰(zhàn)時工程裝備戰(zhàn)場搶修行動建模的復(fù)雜性和抽象性，本文嘗試運用基于Agent的建模方法，分類構(gòu)建了實體Agent模型，并對Agent模型的行為規(guī)則進(jìn)行了描述。下一步，仍需在Agent交互規(guī)則、通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、模型系統(tǒng)的程序開發(fā)等方面作深入的研究，以開發(fā)出更加逼真實用的工程裝備戰(zhàn)場搶修行動仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。