基于人員分配的艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)指揮模型

高東博，石章松，王 旋

（海軍工程大學(xué)兵器工程學(xué)院，武漢 430000）

0 引言

艦載機(jī)作為大型水面艦艇戰(zhàn)斗力的核心關(guān)鍵，其航空保障能力至關(guān)重要。在各國的大型水面艦艇發(fā)展建設(shè)中，艦載機(jī)航空保障能力都被視作核心作戰(zhàn)能力，而艦載機(jī)調(diào)運(yùn)指揮能力是衡量其作戰(zhàn)能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。因此，提高艦載機(jī)調(diào)運(yùn)指揮能力，可以縮短艦載機(jī)保障時間，從而提高艦載機(jī)出動率。根據(jù)作戰(zhàn)保障任務(wù)需要，開展艦載機(jī)精準(zhǔn)化調(diào)運(yùn)指揮，是提高艦載機(jī)出動率的有效途徑。目前，關(guān)于艦載機(jī)調(diào)運(yùn)指揮的相關(guān)研究較少，如楊炳恒等進(jìn)行了艦載機(jī)調(diào)運(yùn)作業(yè)流程優(yōu)化研究［1-2］；桂周等通過分析艦載機(jī)機(jī)庫內(nèi)調(diào)運(yùn)流程，將其劃為5 個階段，使用短進(jìn)程優(yōu)先的方法設(shè)計(jì)并分析了兩種調(diào)運(yùn)方法［3］。

艦載機(jī)調(diào)運(yùn)指揮是指使用飛機(jī)牽引車將艦載機(jī)從一個位置轉(zhuǎn)運(yùn)至另外一個位置。艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)指揮主要是指根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需要，機(jī)庫保障人員通過飛機(jī)牽引車將機(jī)庫停機(jī)位處的艦載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至飛機(jī)升降機(jī)，再由飛行甲板保障人員通過飛機(jī)牽引車將艦載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至甲板停機(jī)位?？梢?，在艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)指揮過程中，保障人員的合理分配是關(guān)鍵所在。合理進(jìn)行人員分配，可以提高保障工作效率，減少保障人員工作時間。在人員分配的研究領(lǐng)域，目前已有相關(guān)學(xué)者對此進(jìn)行研究。吳曉輝基于排隊(duì)論建立戰(zhàn)時戰(zhàn)術(shù)級維修力量分配模型，使裝備平均維修時間最短，解決了戰(zhàn)術(shù)級維修力量分配問題［4］；魏曉梅等人以殘奧會工作人員的工作崗位科學(xué)分配為例，采用模糊數(shù)學(xué)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)方法進(jìn)行優(yōu)化，取得了良好的效果，達(dá)到了科學(xué)優(yōu)化、節(jié)約成本的目的［5］；鄧斌等人根據(jù)雷達(dá)裝備計(jì)量保障工作的特點(diǎn)，提出了計(jì)量保障人員分配的數(shù)學(xué)模型，給出了效益矩陣的求解方法，并通過算例進(jìn)行了驗(yàn)證［6］。

1 艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)保障任務(wù)分析

在艦載機(jī)調(diào)運(yùn)保障中有多個保障階段，需要安排保障小組分工協(xié)作，共同完成保障任務(wù)，具體如表1 所示。

表1 調(diào)運(yùn)保障工作時序Table 1 Timing of dispatching and transportation support work

在實(shí)際保障工作中，階段1～3 由機(jī)庫調(diào)運(yùn)保障小組負(fù)責(zé)，階段4 是飛機(jī)升降機(jī)保障小組負(fù)責(zé)（工作時間t4主要由飛機(jī)升降機(jī)裝備性能決定，相對固定），階段5～7 由飛行甲板調(diào)運(yùn)保障小組負(fù)責(zé)。

合理分配調(diào)運(yùn)保障小組去完成各階段保障任務(wù)，從而在縮短艦載機(jī)出動時間基礎(chǔ)上，最大限度減少調(diào)運(yùn)保障人員平均工作時間。

下面以4 架艦載機(jī)出動為例，對艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)指揮人員分配問題進(jìn)行描述。根據(jù)飛行保障工作經(jīng)驗(yàn)，為保障艦載機(jī)最快出動，需前后飛機(jī)升降機(jī)同時轉(zhuǎn)運(yùn)艦載機(jī)出庫，具體流程如圖1 所示。

圖1 艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)保障流程Fig.1 Support process of shipboard aircraft dispatching and transportation

從調(diào)運(yùn)保障工作流程來看，為保障4 架艦載機(jī)同時起飛，艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)指揮時間主要取決于飛行甲板最后1 架機(jī)保障完成時間；1 架艦載機(jī)要完成出動需要經(jīng)過機(jī)庫轉(zhuǎn)運(yùn)、飛機(jī)升降機(jī)保障、甲板轉(zhuǎn)運(yùn)3 個環(huán)節(jié)，為保障4 架機(jī)調(diào)運(yùn)需要，縮短艦載機(jī)出動時間，機(jī)庫轉(zhuǎn)運(yùn)時至少需要前后飛機(jī)升降機(jī)處各安排m1個調(diào)運(yùn)保障小組，飛行甲板轉(zhuǎn)運(yùn)時至少需要前后飛機(jī)升降機(jī)處各安排m2個調(diào)運(yùn)保障小組?，F(xiàn)有調(diào)運(yùn)保障小組m 個（m≥8），各組在各調(diào)運(yùn)路線上保障能力（以轉(zhuǎn)運(yùn)時間衡量）不同，合理進(jìn)行人員分配，才能在縮短艦載機(jī)出動時間基礎(chǔ)上，最大限度減少調(diào)運(yùn)保障人員平均工作時間。

由保障經(jīng)驗(yàn)得知各調(diào)運(yùn)保障小組保障能力，如下頁表2 所示。

表2 調(diào)運(yùn)保障小組保障能力對應(yīng)Table 2 Correspondence of support capacity of the dispatching and transportation support team

2 基于人員分配的艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)指揮模型

根據(jù)艦載機(jī)飛行常識，艦載機(jī)起飛滑行起始點(diǎn)都在艦艉方向。為保障艦載機(jī)迅速出動，減少艦載機(jī)調(diào)運(yùn)次數(shù)，艦載機(jī)出庫轉(zhuǎn)運(yùn)至甲板時，往往直接轉(zhuǎn)運(yùn)至起飛滑行起始點(diǎn)（甲板空間和保障資源滿足保障條件），進(jìn)行必要的加油、供電、充氣、掛彈作業(yè)后進(jìn)行滑行放飛。從4 架艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)保障流程來看，4 條艦載機(jī)調(diào)運(yùn)保障流程路線圖中調(diào)運(yùn)路線1→3 和調(diào)運(yùn)路線2→4 是最長的調(diào)運(yùn)保障流程路線，也是耗時最長的調(diào)運(yùn)路線。為縮短艦載機(jī)出動時間，因此，在人員分配時應(yīng)優(yōu)先保障這兩條調(diào)運(yùn)保障流程路線最短，也即確保調(diào)運(yùn)路線1、2、3、4 總的保障時間最短，這是由m 個調(diào)運(yùn)保障小組負(fù)責(zé)4條調(diào)運(yùn)路線的競爭性指派問題［7］。

設(shè)置分析變量Xij

完成4 條調(diào)運(yùn)路線總時間為Z，矩陣系數(shù)為A，Aij代表調(diào)運(yùn)保障小組i 采用調(diào)運(yùn)保障j 的路線。

目前有4 條調(diào)運(yùn)路線，m 個調(diào)運(yùn)保障小組可以承擔(dān)，允許負(fù)責(zé)第i 調(diào)運(yùn)保障小組的路線數(shù)為Ki，，保證每條調(diào)運(yùn)路線均有調(diào)運(yùn)保障小組負(fù)責(zé)，建立艦載機(jī)調(diào)運(yùn)指揮人員分配競爭性指派問題的數(shù)學(xué)模型：

為縮短艦載機(jī)出動時間，最大限度減少調(diào)運(yùn)保障人員平均工作時間，在參加保障的調(diào)運(yùn)保障小組數(shù)量固定情況下，也就是要求各調(diào)運(yùn)保障小組總的保障時間最短，這是一個m～4 個調(diào)運(yùn)保障小組負(fù)責(zé)4 條調(diào)運(yùn)路線（調(diào)運(yùn)路線5、6、7、8）的指派問題，具體求解方法及建模同上。

3 實(shí)例分析

20XX 年，美國以懷疑Y 國有大規(guī)模殺傷性武器為由，派遣以“里根號”航空母艦為核心的航母打擊編隊(duì)進(jìn)行遠(yuǎn)洋跨區(qū)域作戰(zhàn)。戰(zhàn)爭期間，在印度洋某海域時，航母編隊(duì)指揮所發(fā)現(xiàn)Y 國4 架米格-25戰(zhàn)斗機(jī)已突進(jìn)入編隊(duì)中，立即命令“里根號”航空母艦出動4 架F-18A 戰(zhàn)斗機(jī)空中攔截打擊。為在最短時間內(nèi)完成艦載機(jī)出動任務(wù)，又能在持續(xù)高強(qiáng)度作戰(zhàn)中降低保障人員作業(yè)強(qiáng)度（最大限度減少調(diào)運(yùn)保障人員平均工作時間），應(yīng)如何開展調(diào)運(yùn)指揮工作，合理安排艦載機(jī)調(diào)運(yùn)保障人員。

實(shí)例分析不難發(fā)現(xiàn)：該問題是4 架艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)指揮人員分配問題，可以進(jìn)行調(diào)運(yùn)保障流程分析、建立模型進(jìn)行解決。

根據(jù)美國“里根號”航空母艦實(shí)際情況（有4 部飛機(jī)升降機(jī)），結(jié)合前期保障工作經(jīng)驗(yàn)，可知調(diào)運(yùn)保障小組保障能力如下頁表3 所示。（以下數(shù)據(jù)均為模擬數(shù)據(jù)）

表3 美國“里根號”航空母艦調(diào)運(yùn)保障小組保障能力對應(yīng)Table 3 Correspondence of the support capability of the US aircraft carrier“Reagan”aircraft carrier dispatching and transportation support team

分析：

為縮短艦載機(jī)出動時間，人員分配時應(yīng)優(yōu)先保障調(diào)運(yùn)路線1、2、3、4 總的保障時間最短。

1）建立2 架沿調(diào)運(yùn)路線1→3 和調(diào)運(yùn)路線2→4 進(jìn)行出動的艦載機(jī)的調(diào)運(yùn)保障小組能力對應(yīng)表（1），如表4 所示，是典型的競爭性指派問題。

表4 調(diào)運(yùn)保障小組保障能力對應(yīng)（1）Table 4 Correspondence of support capacity of the dispatching and transportation support team（I）

2）將表4 看成一個矩陣A。

3）按照競爭性指派問題的匈牙利方法不難求解得最優(yōu)解［7］，調(diào)運(yùn)保障小組2 負(fù)責(zé)調(diào)運(yùn)路線1，調(diào)運(yùn)保障小組6 負(fù)責(zé)調(diào)運(yùn)路線2，調(diào)運(yùn)保障小組1 負(fù)責(zé)保障調(diào)運(yùn)路線3，調(diào)運(yùn)保障小組4 負(fù)責(zé)調(diào)運(yùn)路線4，總的最短時間為14.7 min。

另外兩架沿調(diào)運(yùn)路線5→7 和調(diào)運(yùn)路線6→8進(jìn)行出動的艦載機(jī)由調(diào)運(yùn)保障小組3、5、7、8 負(fù)責(zé)保障。

1）建立兩架沿調(diào)運(yùn)路線5→7 和調(diào)運(yùn)路線6→8進(jìn)行出動的艦載機(jī)的調(diào)運(yùn)保障小組能力對應(yīng)表（2），如表5 所示，是典型的標(biāo)準(zhǔn)形式最佳指派問題［7］。

表5 調(diào)運(yùn)保障小組保障能力對應(yīng)（2）Table 5 Correspondence of support capacity of the dispatching and transportation support team（II）

2）將表5 看成一個矩陣B

3）按照指派問題的匈牙利方法不難求解得最優(yōu)解［7］，調(diào)運(yùn)保障小組7 負(fù)責(zé)調(diào)運(yùn)路線5，調(diào)運(yùn)保障小組3 負(fù)責(zé)調(diào)運(yùn)路線6，調(diào)運(yùn)保障小組5 負(fù)責(zé)保障調(diào)運(yùn)路線7，調(diào)運(yùn)保障小組8 負(fù)責(zé)調(diào)運(yùn)路線8，總的最短時間為11.5 min。

經(jīng)過建模計(jì)算，要實(shí)現(xiàn)最短時間內(nèi)完成艦載機(jī)出動任務(wù)，又能在持續(xù)高強(qiáng)度作戰(zhàn)中降低保障人員作業(yè)強(qiáng)度，“里根號”航空母艦4 架艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)指揮人員分配如表6 所示。

表6 4 架艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)指揮人員分配Table 6 Allocation of command personnel for the dispatching and transportation of four carrier-based aircrafts

調(diào)運(yùn)保障小組累計(jì)保障時間最短為T：

調(diào)運(yùn)保障小組平均工作時間最短為t：

4 結(jié)論

艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)指揮作為艦載機(jī)出動的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是制約艦載機(jī)出動率的重要因素，而高強(qiáng)度的艦載機(jī)出動需要保障人員的高負(fù)荷工作。為提高艦載機(jī)出動率，最大限度減少保障人員平均工作時間，必須對艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)指揮進(jìn)行優(yōu)化。合理進(jìn)行人員分配可以優(yōu)化調(diào)運(yùn)指揮流程，從而提高艦載機(jī)出動率，減少保障人員工作時間。因此，本文在經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、綜合分析的基礎(chǔ)上，建立了基于人員分配的艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)指揮模型，進(jìn)行了艦載機(jī)出動調(diào)運(yùn)指揮優(yōu)化，為提高飛行保障效率、減少保障人員工作量提供了理論參考。