董 鵬，石懷斌，2，史博元，張其霄

（1.海軍工程大學(xué)管理工程與裝備經(jīng)濟系，武漢 430033；2.聯(lián)勤保障部隊政治工作部，武漢 430033）

0 引言

隨著國家海洋戰(zhàn)略的發(fā)展，大型艦船出海執(zhí)行任務(wù)愈發(fā)頻繁。與此同時，艦船編隊的規(guī)模也越來越大，任務(wù)周期長，消耗高，面臨的各種環(huán)境也越來越復(fù)雜，對大型編隊海上供應(yīng)保障調(diào)度提出了新的要求。尤其是海外護航等遠海任務(wù)，從不同的海外保障點和基地為艦船供應(yīng)物資有多種調(diào)運方案，如何選擇調(diào)運方案，使物資補給既滿足時間和需求量的要求，又使總體成本最小、安全性更高，是艦船編隊后勤物資采購供應(yīng)保障亟待解決的問題。

針對以上問題，通過LINGO 求解多目標規(guī)劃問題，得到優(yōu)化方案，同時采用Anylogic 仿真軟件進行多智能體建模，利用智能體行為的自主決策能力模擬大型艦船編隊的供應(yīng)和保障過程，通過直觀動畫和實時數(shù)據(jù)統(tǒng)計，對保障方案進行分析和驗證，評估方案的優(yōu)劣，也可以為將來實際任務(wù)的執(zhí)行提供一個行之有效的預(yù)測方法，以確保編隊的后勤保障順利完成。

1 海外護航供應(yīng)保障過程分析

1.1 任務(wù)場景描述

海外護航模擬場景如圖1 所示。艦船編隊在接收到護航任務(wù)時，整理編隊后前往指定區(qū)域、執(zhí)行護航任務(wù)，在到達目的地前，提前發(fā)送補給命令給保障基地；保障基地收到命令后，保障中心經(jīng)過計算將訂單派送給相應(yīng)的保障點，保障點接收到訂單信息后，派出商船將物資運送到保障基地；護航編隊到達護航區(qū)域后派出補給艦前往保障基地進行補貨，補貨完成后，補給艦回到護航區(qū)域?qū)庩犨M行補給。護航期間，編隊需要物資補給時，提前向保障基地發(fā)送補給命令，保障基地重復(fù)上述流程。

圖1 海外護航模擬場景圖

假設(shè)某次護航編隊由一艘驅(qū)逐艦，一艘護衛(wèi)艦，一艘補給艦組成，前往護航海域執(zhí)行任務(wù)。編隊在護航期間需要物資補給時，向保障中心請求物資補給，保障中心計算處理后，將分訂單發(fā)到各個保障點和基地，保障點收到分訂單后要求在規(guī)定時間內(nèi)，把所需物資從保障點運輸?shù)奖Ｕ匣兀缓笥裳a給艦統(tǒng)一從基地運輸?shù)骄庩牎?/p>

假設(shè)護航任務(wù)為期6 個月，需對編隊補給3 次，對保障基地補給4 次。當需要物資補給時，編隊會發(fā)出補給需求訂單，訂單經(jīng)由保障中心計算處理后，將分訂單發(fā)到各個保障點和基地，保障點收到分訂單后要求在規(guī)定時間內(nèi)，把所需物資從保障點運輸?shù)交?，然后由補給艦統(tǒng)一從基地運輸?shù)骄庩牎?/p>

1.2 決策變量及相關(guān)參數(shù)

1.2.1 決策變量X

記從保障點i 供應(yīng)的j 種物資的數(shù)量為X，i=1，2，…，18，分別是17 個保障點以及保障基地。j=1，2，…，7，分別是淡水、主食、副食、果蔬、柴油、噴氣燃料、潤滑油。

1.2.2 裝卸速度

定義固體裝卸速度為V，包括主食、副食、果蔬；液體裝卸速度為V，包括淡水、柴油、噴氣燃料、潤滑油（其余場景裝卸速度與此相同，后面將不再贅述）。

1.2.3 裝卸時間

1.2.4 運輸時間

1.2.6 采購成本

1.2.7 運輸成本

1.2.8 總成本

1.3 海外護航保障決策模型

1.3.1 確定目標函數(shù)

根據(jù)前面分析，執(zhí)行護航模式制定補給方案的目標是在一次補給周期內(nèi)花費最少，在一次補給周期內(nèi)補給方案的花費來源于補給物質(zhì)采購成本和運輸成本，總成本為：

目標函數(shù)：min C=min（C1+C2）。

1.3.2 確定約束條件

1）配貨時間約束

在護航模式下，可以預(yù)先制定補給計劃，要求在配貨時間內(nèi)將所需物資運輸?shù)窖a給基地：T+T≤T，i=1，2，…，18。

2）配貨量約束

3）庫存約束

1.3.3 建立保障模型

綜上所述，建立補給運輸調(diào)度模型，如式（1）所示。

1.4 模型的求解及分析

在本任務(wù)中，已知條件為：物資裝卸速度、物資需求量、各保障信息（地理位置，派出的拖船速度、物資采購價格、物資運輸價格、物資庫存等）。待求量為：補給物質(zhì)裝卸與運輸時間，補給物質(zhì)采購與運輸成本。

1.4.1 模型求解分析過程

海外護航供應(yīng)保障模型算法流程如圖2 所示。

圖2 算法流程圖

1.4.2 模型運行數(shù)據(jù)結(jié)果及分析

Lingo 軟件對模型結(jié)果決策變量X數(shù)據(jù)輸出如表1 所示。

表1 決策變量圖

在海外護航這一案例模型中，由于對成本值期望和時間方面上約束，其決策變量計算結(jié)果顯示，向保障基地供貨的保障點都比較集中在離保障基地距離較近的保障點上，并根據(jù)成本單價不同、需求量情況及目標函數(shù)追求方面，形成最優(yōu)的物資調(diào)配方案。針對此模型，保障基地將提供1 000 份淡水資源和100 份果蔬給本次訂單需求，保障點1 將提供100 份淡水、40 份主食、30 份副食、34 份果蔬以及800 噸柴油給本次訂單需求。在該方案下，一次完整的補給需要3 953.6 萬元。

2 海外護航供應(yīng)保障模型建立

基于Anylogic 的大型編隊海外護航，物資采購供應(yīng)保障體系仿真模型構(gòu)建流程如下頁圖3 所示。

圖3 仿真模擬流程

2.1 編隊物資保障方案

為保障編隊物資需求，尋求優(yōu)化補給方式方案，模型給出了兩種物資保障方式，如表2 所示。

表2 編隊物資保障方案

方式1提前儲備物資于保障基地。保障基地根據(jù)物資庫存情況，進行物資儲存采購，由海外代理機構(gòu)將保障點物資運送到保障基地。當護航編隊發(fā)出物資請求，補給艦直接前往到基地裝載，來保障編隊物資需求

方式2當護航編隊物資庫存量不足時，艦艇保障組根據(jù)保障中心制定的物資采購清單，自身前往到采購點，執(zhí)行補貨裝載、整頓休息

2.2 基于保障方案仿真建模

2.2.1 場景建模模塊的構(gòu)建

在main 智能體中導(dǎo)入GIS 地圖，在其屬性下設(shè)置經(jīng)緯度位置，以確定護航編隊活動范圍。并通過保障基地、保障點兩個集合和初始化函數(shù)完成編隊國內(nèi)出發(fā)港口，補給港口以及可為補給港供貨的17 保障點位置標注。GIS 地圖護航場景布置的完成，為編隊物資補給提供了可靠的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)背景。

2.2.2 自主智能體模塊的構(gòu)建

1）業(yè)務(wù)組織流程智能體

本模型中，后勤保障任務(wù)組織流程分3 部分來完成，即國內(nèi)物資采購業(yè)務(wù)流程、海外物資采購業(yè)務(wù)流程和編隊物資補給業(yè)務(wù)流程。以編隊物資補給為中心，從國內(nèi)外展開物資采購。當編隊出現(xiàn)物資庫存不足時，向保障中心發(fā)出物資補給請求。經(jīng)保障中心審批后，下達保障任務(wù)給專項指揮組，并由編制保障組制定并下達物資采購計劃，向國內(nèi)外保障點進行全域性物資采購。

2）驅(qū)護艦智能體

特別說明，為簡化仿真模型，假定護衛(wèi)艦和驅(qū)逐艦在物資庫存、消耗方面具有一致性，故將護衛(wèi)艦和驅(qū)逐艦參數(shù)設(shè)置成一體。比如，護衛(wèi)艦智能體下參數(shù)淡水最大庫存應(yīng)為護衛(wèi)艦和驅(qū)逐艦淡水總量的最大庫存。其行為設(shè)置形式如下頁圖4 所示。

圖4 驅(qū)護艦智能體

3）補給艦智能體

補給艦智能體邏輯行為設(shè)置如圖5 所示。

圖5 補給艦智能體

4）補給港智能體

補給港智能體邏輯行為設(shè)置如圖6 所示。

圖6 補給港智能體

5）保障點智能體

此次護航模型共有17 個保障點參與編隊物資供應(yīng)保障工作中，故智能體的建立方面，它是一個智能體數(shù)量為17 個的智能體群。在該智能體中不存在復(fù)雜的邏輯行為，故不需要特別設(shè)置邏輯行為圖進行描述。

6）商船智能體

商船智能體邏輯行為設(shè)置如圖7 所示。

圖7 商船智能體

7）藥品被裝配送智能體

藥品被裝配送智能體邏輯行為設(shè)置如圖8 所示。

圖8 藥品被裝配送智能體

2.3 基于保障方案2 仿真建模

保障方案2 是向多個保障點直接采購取貨；保障方式上是由艦船分別前往到對應(yīng)物資保障點取貨，待取貨完成匯集到艦船物資補給點，對于缺乏物資的艦船進行互相補充。保障方案2 在建模的主體過程中與保障方案1 并沒有太大的區(qū)別，為了避免重復(fù)，本文只列出保障方案2 與保障方案1 的不同之處，具體細節(jié)如下。

2.3.1 保障網(wǎng)點分配

在保障方式2 的模型下，補給基地不再作為編隊唯一直接物資供應(yīng)點，在模型中僅作為采購網(wǎng)點的選擇點，故本模型中可參與編隊直接物資供應(yīng)的共有18 個網(wǎng)點（17 個保障點和1 個基地）。

2.3.2 物資采購邏輯行為分配

補給艦物資保障、取貨邏輯流程如圖9 所示。當補給艦物資庫存量不足以編隊物資需求時，模型根據(jù)編隊物資需求情況結(jié)合物資補貨方案函數(shù)求得編隊物資采購清單，艦艇保障組的艦船（包含補給艦、護衛(wèi)艦、驅(qū)逐艦）根據(jù)采購清單被分配到相應(yīng)保障點取貨，待取貨完成前往清單下一保障點，直至所需物資裝載完畢，滿足編隊物資需求，補給艦返回到物資補給點，最終完成護航艦船補貨回到護航狀態(tài)。

圖9 保障方式2 補給艦邏輯流程

2.3.3 費用統(tǒng)計分析

根據(jù)以上兩種艦船物資保障方式，對仿真運行結(jié)果進行費用統(tǒng)計分析。

如圖10 所示，在護航費用方面，通過護航編隊在海外保障點進行靠港補給的方式調(diào)整，護航保障方式2 總費用有所降低，主要是減少了物資采購代理機構(gòu)的商船運輸費和基地物資臨時存儲的倉儲費，但增加了一定的靠港補給費用，用于港口位的租賃、垃圾污水的處理等等。

圖10 不同保障方式下費用統(tǒng)計

如圖11 所示，在保障績效方面可以看出，保障方式2 取貨時間更短物資保障率更高、物資保障時間更短，總體來說更為高效和經(jīng)濟。但保障方式2所能滿足的物資需求量相較于保障方式1 來說非常小，只能用于緊急情況下的物資供應(yīng)保障。

圖11 不同保障方式下保障績效統(tǒng)計

2.4 小結(jié)

結(jié)合前文在護航任務(wù)的兩種方案的對比結(jié)果分析，可以得出保障基地倉儲物資量有限，非緊急物資需求下，通過自身艦船進行物資采購更高效、更經(jīng)濟，方案2 更能滿足項目的需求。但如果編隊物資需求量小且緊急的情況下，采用商船向保障基地臨時存貨的方法及方案1 相對更為有效，其保障時間上會更優(yōu)，但成本相對較高。在不同的情況下護航任務(wù)采用何種保障方案，需要結(jié)合其具體任務(wù)和需求來選擇。

3 結(jié)論

隨著我國海洋開發(fā)的戰(zhàn)略發(fā)展和一帶一路建設(shè)新高潮，海上艦艇編隊任務(wù)執(zhí)行頻率越來越高、規(guī)模越來越大，周期長、能耗高、面臨的作業(yè)自然環(huán)境復(fù)雜多變，對后勤保障工作提出了新的要求。為解決艦艇編隊海上后勤保障問題，結(jié)合供應(yīng)鏈管理和庫存優(yōu)化策略，建立了海外護航的多智能體仿真計算模型。該模型基于多智能體建模方法，建立了場景建模模塊和業(yè)務(wù)組織流程智能體等8 個自主智能體，能夠?qū)Σ煌蝿?wù)條件下所需后勤保障問題進行模擬，得到相關(guān)評估指標。最后針對兩種編隊物資保障方案建模分析并比較結(jié)果，進一步說明該解決方案的科學(xué)性。