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      直升機(jī)保障資源建模策略研究

      2019-05-21 04:53:34王帥辛冀
      中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2019年7期
      關(guān)鍵詞:直升機(jī)

      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)。

      參考文獻(xiàn)

      [1]劉浩華, 李祝文.后勤裝備保障效能評估研究[J].裝備學(xué)院學(xué)報(bào),2006,17(3):28-32.

      [2]馮強(qiáng),曾聲奎,康銳.基于多主體的艦載機(jī)綜合保障過程建模方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2010,32(1):211-216.

      [3]李瑜, 周巖.基于概率活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的軍用飛機(jī)綜合保障的建模和仿真[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量,2014(6):36-38.

      [4]李榮輝,章原發(fā),李鼎.面向任務(wù)的裝備保障建模方法研究[J].國防科技,2013,34(4):56-60.

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