邢　彪,曹軍海,宋太亮

(1.裝甲兵工程學(xué)院技術(shù)保障工程系,北京　100072;2. 中國國防科技信息中心,北京　100072)

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基于多Agent仿真的裝備保障體系供應(yīng)保障系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)*

邢彪1,曹軍海1,宋太亮2

(1.裝甲兵工程學(xué)院技術(shù)保障工程系,北京100072;2. 中國國防科技信息中心,北京100072)

摘要:針對部隊裝備保障運行的實際情況,采用多Agent仿真的方法,基于Kraljic模型將裝甲裝備器材分為重要器材、關(guān)鍵器材、一般器材和稀缺器材,并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了裝備保障體系供應(yīng)保障系統(tǒng)。分析了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)中器材倉庫的外部接口和內(nèi)部器材請領(lǐng)流程,并以某集團軍各級器材倉庫為研究對象進行了仿真實例分析。實踐證明,采用多Agent仿真的方法研究裝備保障體系供應(yīng)保障活動具備可行性和有效性,有利于宏觀把握部隊裝備保障的運行規(guī)律,提高部隊裝備保障能力。

關(guān)鍵詞:多Agent仿真;裝備保障體系;器材倉庫;設(shè)計

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展及其在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,各種高新技術(shù)武器裝備的保障能力正日益成為制約我軍戰(zhàn)斗力發(fā)展的關(guān)鍵,能否建成與武器裝備體系相配套的裝備保障體系,并形成體系保障能力[1],是現(xiàn)階段裝備保障領(lǐng)域研究的重點與難點?，F(xiàn)階段部隊裝備保障活動中有關(guān)器材的消耗量日益劇增, 器材的品種也日趨復(fù)雜, 裝備供應(yīng)的地位和作用日益突出, 目前部隊日常訓(xùn)練的開展和軍事活動的進行對裝備器材的供應(yīng)提出了更高的要求。建立及時、高效的裝備器材供應(yīng)成為新形勢下部隊完成軍事任務(wù)的重要研究方向。

目前隨著復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論[2-4](Complex Adaptive System, CAS)以及人工生命技術(shù)在體系建模與仿真領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,基于多Agent建模與仿真(Multi-Agent Modeling and Simulation, ABMS)方法已經(jīng)成為了武器裝備體系和裝備保障體系的主要建模仿真方法。

本文以某裝甲機械化部隊現(xiàn)行供應(yīng)保障機構(gòu)為研究對象,通過調(diào)研、數(shù)據(jù)收集、概念建模、仿真建模、仿真運行與分析等方面工作,采用多Agent仿真方法建立裝備供應(yīng)保障機構(gòu)的仿真模型,實現(xiàn)供應(yīng)保障流程的仿真,開發(fā)并設(shè)計了裝備保障體系的供應(yīng)保障系統(tǒng),目前已經(jīng)申請了軟件著作權(quán)(軟著登字第1068457號),并以某集團軍各級器材倉庫為研究對象進行了實例驗證,具備較強的實用價值。

1概述

1.1裝備器材供應(yīng)現(xiàn)狀

隨著陸軍裝甲裝備的信息化建設(shè)不斷發(fā)展,裝甲裝備器材的品種和數(shù)量不斷增加,同時武器裝備可靠性的不斷提高,對裝備器材供應(yīng)提出了更高的要求。裝備器材供應(yīng)是裝備維修保障的重要階段,是裝備得以長期使用的必要保證,能否高效、快速地供應(yīng)裝備器材,是維護武器裝備作戰(zhàn)效能、提高裝備使用率的重要前提。

現(xiàn)行的裝備物資器材供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),是根據(jù)以往戰(zhàn)爭消耗規(guī)律和經(jīng)驗積累而確定的,但隨著部隊執(zhí)行多樣化軍事任務(wù)的不斷擴展,部隊隨時可能擔(dān)任抗震救災(zāi)、抗雪救災(zāi)等多任務(wù)剖面的作戰(zhàn)任務(wù),增加供應(yīng)能力已成為必然趨勢。當(dāng)前裝備器材供應(yīng)模式采用定期庫存控制的方法,裝備器材采用周期性分批訂貨策略,訂貨周期長、供應(yīng)流程復(fù)雜,整個運輸系統(tǒng)的效率不高,只能依靠數(shù)量規(guī)模的優(yōu)勢來抵擋速度效益的不足,造成了系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍、可靠性差、效率低且費用昂貴等問題。

1.2供應(yīng)保障系統(tǒng)需求分析

裝備保障體系,是指為了滿足不同保障任務(wù)需求,由具有一定功能和相互聯(lián)系的各級各類裝備保障系統(tǒng),按照裝備保障規(guī)律和保障原則綜合集成的有機整體,主要可分為保障指揮系統(tǒng)、維修保障系統(tǒng)和供應(yīng)保障系統(tǒng)。其中供應(yīng)保障系統(tǒng)的主要功能和技術(shù)特點如下。

1)可以真實準(zhǔn)確地模擬出裝甲裝備器材倉庫的運行;

2)可以實現(xiàn)對各種類型的器材清單的處理;

3)能夠解決舊器材與新器材的庫存兼容問題;

4)能夠建立準(zhǔn)確的保障資源(器材)需求分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計;

5)軟件具備普適性,能夠適用于各級(軍區(qū)、軍、師、團)器材倉庫;

6)能夠增加器材使用周期和減少維修成本,提高裝備使用率;

7)系統(tǒng)易于操作,數(shù)據(jù)輸出全面細致,運行穩(wěn)定,安全可靠。

參考Kraljic模型[5-6]將裝甲裝備器材分為重要器材、關(guān)鍵器材、一般器材和稀缺器材。裝備保障體系供應(yīng)保障系統(tǒng)的具體運行流程如圖1所示。

圖1　供應(yīng)保障系統(tǒng)運行流程圖

2基于多Agent仿真的供應(yīng)保障系統(tǒng)設(shè)計

基于多Agent的裝備保障體系供應(yīng)保障系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)裝備日常供應(yīng)保障的虛擬仿真環(huán)境,整體地描述部隊器材供應(yīng)的運行過程,記錄系統(tǒng)中每一個Agent實體所代表的保障資源單元的保障活動,為系統(tǒng)的整體評估提供試驗與驗證平臺。

2.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

裝備保障體系供應(yīng)保障系統(tǒng)具有復(fù)雜系統(tǒng)的一般特性,采用多Agent仿真的方法首先應(yīng)對目標(biāo)系統(tǒng)進行復(fù)雜性分析,明確仿真的目標(biāo)與要求;其次分析系統(tǒng)的邊界、定義評價機制和方法;最后分析系統(tǒng)中各實體的具體特征和系統(tǒng)包含的典型流程,根據(jù)實體特征確定對象Agent的表達方法。設(shè)計的供應(yīng)保障系統(tǒng)主要包含了數(shù)據(jù)庫、模型庫、規(guī)則庫和方案庫等,通過對維修保障活動的具體分析,確定Agent的交互規(guī)則,供應(yīng)保障系統(tǒng)MABS結(jié)構(gòu)框架具體如圖2所示。

圖2　供應(yīng)保障系統(tǒng)MABS結(jié)構(gòu)框架

2.2器材倉庫外部接口

針對供應(yīng)保障系統(tǒng)的主體模型——器材倉庫,共設(shè)置了三個外接入口和兩個外接出口,如圖3所示。其中外接入口分別包括下?lián)芸凇⒔慌f口和請領(lǐng)口,具體功能如下:

1)下?lián)芸?為上級器材機構(gòu)下?lián)苄缕菲鞑牡娜肟?

2)交舊口:為下級器材機構(gòu)上交舊品器材的入口;

3)請領(lǐng)口:為下級器材機構(gòu)向本級發(fā)出器材請領(lǐng)清單的入口。

兩個外接出口分別包括請領(lǐng)清單出口(請領(lǐng)出口)和請領(lǐng)交舊回饋口(交舊出口):

1)請領(lǐng)清單出口:為本級器材機構(gòu)向上級器材機構(gòu)發(fā)出器材請領(lǐng)的出口;

2)請領(lǐng)交舊回饋口:為本級器材機構(gòu)向下級器材機構(gòu)反饋請領(lǐng)交舊信息的出口。

2.3器材倉庫內(nèi)部流程

針對供應(yīng)保障系統(tǒng)的主要流程——器材請領(lǐng)流

圖3　器材倉庫模型外部接口

程[7-8],在模型內(nèi)部共設(shè)置了兩個入口和兩個出口。兩個入口分別為請領(lǐng)交舊清單入口和下?lián)芷鞑娜肟?后者主要指上級單位下?lián)艿男缕菲鞑娜肟?。兩個出口為向上級請領(lǐng)清單出口和向下級單位反饋結(jié)果出口。

圖4　器材請領(lǐng)內(nèi)部流程圖

綜合運用SelectOutput(判斷對象)、Queue(隊列對象)、Service(服務(wù)對象)、Enter(出口對象)以及sink(結(jié)束對象)完成整個清單處理的流程,請領(lǐng)流程如圖4所示。由圖4可知不同類型的器材清單(請領(lǐng)、下?lián)?、交舊)分別進入器材倉庫后,首先判斷清單類型:

1)請領(lǐng)清單:判斷是否能全部滿足清單,若能滿足,則器材出庫,并相應(yīng)減少器材庫存;若不能滿足,則加入缺貨訂單隊列,當(dāng)缺貨數(shù)量達到30,自動生成本級清單并從請領(lǐng)出口送出;

2)交舊清單:直接收舊,存入舊品庫;

3)下?lián)芮鍐?則從下?lián)芸谶M入,直接新品入庫,并檢驗缺貨訂單能否滿足,若滿足,則從器材出庫口送出,完成清單。

3實例驗證

圖5　仿真系統(tǒng)運行主界面視圖

仿真系統(tǒng)中運用Function(函數(shù))的編寫實現(xiàn)各種處理功能;運用parameter(變量)來實現(xiàn)器材清單文件在流程中的走動;運用database(數(shù)據(jù)庫)、query(映射)、collection variable(集合變量)來將器材庫存寫入程序。需要指出的是程序中是運用集合對象和器材列表實現(xiàn)器材庫存;并且在程序中流通的各種器材清單都是以集合對象的形式存在,最終實現(xiàn)器材庫存數(shù)量的增減。以某集團軍各級器材倉庫為研究對象,基于Anylogic軟件構(gòu)建了裝備保障體系供應(yīng)保障系統(tǒng),仿真系統(tǒng)運行的主界面視圖如圖5所示。將某集團軍一年的器材使用數(shù)據(jù)輸入仿真系統(tǒng),經(jīng)過8640h的仿真運行,得到器材消耗統(tǒng)計圖如圖6所示。由圖可知96坦克新品發(fā)動機、汽缸墊、液力耦合器、機油濾紙芯、噴油器和噴油器銅密封墊等為高消耗器材,需適當(dāng)增加庫存。同時通過對器材倉庫人員工作情況的統(tǒng)計,可以得到新品器材管理員、缺貨器材管理員的工作時間最長,說明器材倉庫在運行的過程中面臨發(fā)放器材和請領(lǐng)器材的壓力。

圖6　仿真系統(tǒng)器材消耗統(tǒng)計圖

最后,根據(jù)仿真結(jié)果可知各級器材倉庫內(nèi)部運行流程以及在處理訂單時的方式基本相同,只是規(guī)模不同,區(qū)分各級器材倉庫的本質(zhì)在于器材庫存種類的不同:團級器材倉庫更傾向于存儲一些維修器材和中小型零部件;目前軍區(qū)級倉庫主要存儲發(fā)動機等大型器材;總部倉庫更重視消耗額定高并且生產(chǎn)制造復(fù)雜等器材。同時需對器材庫存數(shù)據(jù)完善和器材清理流程中的隨機因素等兩個方面予以改進。

4結(jié)束語

本文主要研究了裝甲裝備器材倉庫的運行流程,首先,系統(tǒng)梳理了各級裝甲裝備器材倉庫供應(yīng)的整體工作流程;其次,總結(jié)了器材倉庫處理器材訂單的方式方法;最后以國內(nèi)外裝甲裝備供應(yīng)機構(gòu)的基本理論為設(shè)計基礎(chǔ),結(jié)合當(dāng)前裝甲裝備器材供應(yīng)水平實際參數(shù),基于Anylogic仿真軟件設(shè)計了一個符合現(xiàn)行裝備器材供應(yīng)模式的仿真模型,并通過案例分析驗證了模型的有效性和可信性。課題的研究成果,有助于分析和提高裝甲機械化部隊裝備器材供應(yīng)保障工作的科學(xué)性,為器材倉庫中器材庫存種類和數(shù)量的優(yōu)化提供可靠依據(jù)。

參考文獻:

[1]中華人民共和國國務(wù)院新聞辦公室. 2015年中國國防白皮書[Z]. 北京:新華社， 2015.

[2]Mo Jamshidi. System of Systems Engineering (Innovations for the 21stCentury)[M]. Wiley， 2013.

[3]Larry B. Rainey, Andreas Tolk. Modeling and simulation support for system of systems engineering application[M]. 2015.

[4]Levent Yilmaz. Concepts and Methodologies for Modeling and simulation [M]. 2015.

[5]王鐵寧, 張東湖, 李慶全.基于物聯(lián)網(wǎng)的裝備器材保障信息系統(tǒng)規(guī)劃[J]. 中國物流與采購， 2012(24)： 66-67.

[6]王鐵寧, 王洪煒, 曹鈺, 等. 器材供應(yīng)鏈聯(lián)合庫存管理策略研究[J]. 中國物流與采購， 2009(13)： 56-57.

[7]馬懿, 盧昱, 陳立云, 等. 彈藥供應(yīng)保障指揮系統(tǒng)工作流建模研究[J]. 指揮控制與仿真， 2011, 33(2)： 71-75.

[8]程玉波, 車建國, 楊作賓, 等. 基于指數(shù)平滑法的裝備維修器材需求量預(yù)測[J]. 指揮控制與仿真， 2009, 31(1)： 115-117.

Design and Implementation for the Supply Support System of Equipment Support System of Systems Based on Multi-Agent Simulation

XING Biao1, CAO Jun-hai1, SONG Tai-liang2

(1. Department of Technical Support Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072;2. China Defense Science and Technology Information Center, Beijing 100072, China)

Abstract:According to the actual situation of the army equipment support, this paper establishes a simulation model of the supply support system for the equipment support system of systems based on the multi-agent simulation method and the kraljic model, which mainly include the important material, the key material, the general material and the scarce material as the four main classification of the army equipment material. Then the paper analyzes the overall structure, the external interface and the internal process of the material warehouse. Finally, the paper gives a simulation case of the group army’ equipment support forces, and it is feasible and effective to study the supply support activity from using the multi-agent simulation method. On the basis of that, it is beneficial to grasp the operating rules of the equipment support and improve the equipment support capability.

Key words:Multi-Agent simulation; equipment support system of systems; material warehouse; design

中圖分類號:E91

文獻標(biāo)志碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.02.021

作者簡介：邢彪(1988-),男,河北石家莊人,博士研究生,研究方向為裝備保障仿真。曹軍海(1972-),男,副教授。宋太亮(1962-)，男，教授，博士生導(dǎo)師。

*基金項目：軍隊科研計劃項目(51319050302)

收稿日期：2016-01-06

文章編號：1673-3819(2016)02-0102-04

修回日期： 2016-02-05