于雙雙， 王鐵寧， 劉洪水 （裝甲兵工程學院，北京 100072）

0 引 言

器材保障工作涵蓋了從生產(chǎn)、籌措、儲備、保管到運輸供應的多個階段、多個環(huán)節(jié)，這使得器材保障物流系統(tǒng)極為復雜，而信息化的不斷發(fā)展，也使得器材保障物流系統(tǒng)的規(guī)模越來越龐大，以往面向單一研究目的和仿真功能的物流仿真系統(tǒng)，已經(jīng)難以滿足器材保障物流系統(tǒng)綜合性、系統(tǒng)性的研究需要。為了解決上述問題，本文構(gòu)建了基于高層體系結(jié)構(gòu)HLA（High Level Architecture）的器材保障物流系統(tǒng)仿真模型，充分利用HLA在分布仿真上的優(yōu)勢，針對復雜大系統(tǒng)，提高建模效率、仿真性能，改善系統(tǒng)之間的互操作性和代碼可重用性、可擴展性，降低建模與仿真的費用[1]。

1 HLA簡介

HLA是分布交互仿真的高層體系結(jié)構(gòu)，它的主要目標是允許通過聯(lián)合其他仿真來實現(xiàn)仿真應用[2]，它考慮的不是如何由對象構(gòu)建聯(lián)邦成員，而是在假設已有聯(lián)邦成員的情況下如何構(gòu)建聯(lián)邦。HLA定義了各類仿真模型的描述規(guī)范和接口規(guī)范，嚴格遵守這些規(guī)定是保證仿真模型具有互操作性和可重用性的基本前提[2]。

HLA主要由三部分組成：規(guī)則 （Rules）、對象模型模板 （OMT）和運行支撐環(huán)境 RTI（Run-Time Infrastructure）接口規(guī)范說明 （Interface Specification）[2]。聯(lián)邦運行支撐環(huán)境RTI是HLA接口規(guī)范的具體實現(xiàn)，是HLA仿真的核心部件，也是HLA仿真應用程序設計和運行的基礎，能為仿真提供通用的、標準的、相對獨立的支撐服務，主要包括聯(lián)邦管理、聲明管理、對象管理、時間管理、所有權(quán)管理、數(shù)據(jù)分發(fā)管理以及支持服務7大類[3-4]，在RTI平臺之上，仿真開發(fā)者可以開發(fā)各種所需要的服務，構(gòu)建自己的仿真應用。

2 器材保障物流系統(tǒng)概述

器材保障物流系統(tǒng)是從屬于物流系統(tǒng)的一個特殊系統(tǒng)，它是指在一定的時間和空間里，為實現(xiàn)特定的保障目標而設計的相互作用、相互依賴的物流要素 （或子系統(tǒng)）所構(gòu)成的有機整體。

該系統(tǒng)把計劃、籌措、儲存、運輸、信息處理等一些相對分散的活動，歸納成一個體系，由所需的器材、運輸工具、倉儲設施、操作人員等若干相互制約的動態(tài)要素構(gòu)成具有特定功能的有機整體，并綜合運用系統(tǒng)的理念、現(xiàn)代物流技術(shù)、信息技術(shù)與可視化技術(shù)，實現(xiàn)各物流環(huán)節(jié)的合理銜接，使得各種物流資源實現(xiàn)有效配置和最佳整合，滿足物流空間和時間的需要，以取得最佳運作效能和實現(xiàn)最大的保障能力[5]。系統(tǒng)運行框架如圖1所示。

各級器材管理機構(gòu)通過信息網(wǎng)絡實現(xiàn)器材業(yè)務信息的上傳下達，同時與生產(chǎn)工廠和各級倉庫之間進行器材申請與調(diào)撥等信息交互，信息匯總至籌供中心，籌供中心經(jīng)過分析處理，發(fā)出調(diào)撥信息，實現(xiàn)器材的越級網(wǎng)絡化保障。器材的供應渠道可以根據(jù)實際需要既可以選擇部隊運輸，也可以依托地方的第三方物流。

3 基于HLA的器材保障物流系統(tǒng)仿真模型研究

3.1 基于HLA的器材保障物流系統(tǒng)仿真模型

聯(lián)邦開發(fā)和執(zhí)行過程模型FEDEP，是美國國防部建模與仿真辦公室為促進基于HLA的仿真系統(tǒng)的開發(fā)而提出的用來開發(fā)分布式交互仿真系統(tǒng)的軟件工程方法[2,6]。參照FEDEP模型，本文構(gòu)建了基于HLA的器材保障物流系統(tǒng)仿真模型，如圖2所示。

該模型分為三個層次，分別為：

（1）真實世界問題空間：分析器材保障物流系統(tǒng)，根據(jù)仿真應用目標，清晰完整地界定問題空間邊界，確定問題空間的層次、規(guī)模與范圍。

（2）概念模型層：研究物流系統(tǒng)概念模型，根據(jù)界定的問題空間，從概念上對系統(tǒng)包含的實體進行分析，確定其屬性、功能、結(jié)構(gòu)、信息等。

（3）仿真模型層：在概念模型基礎上，確定仿真聯(lián)邦功能，劃分聯(lián)邦的結(jié)構(gòu)，確定聯(lián)邦中主要交換的信息，描述仿真聯(lián)邦的運行過程；描述成員的接口模塊、執(zhí)行邏輯、內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及仿真中所需的數(shù)據(jù)信息，將概念性實體 （或?qū)ο螅┮约斑^程轉(zhuǎn)化為具體的程序。

下面重點對聯(lián)邦功能模型、聯(lián)邦結(jié)構(gòu)模型、聯(lián)邦運行模型進行設計開發(fā)研究。

3.2 仿真聯(lián)邦功能模型

器材保障物流系統(tǒng)聯(lián)邦的基本功能是對器材保障的運行過程進行仿真，評估器材保障各節(jié)點以及各級保障部門的保障能力，以此為依據(jù)，對器材保障的整體運作效能進行評估。器材保障物流系統(tǒng)仿真聯(lián)邦功能模型如圖3所示。

主要功能包括：

（1） 導調(diào)控制

選擇器材保障想定，根據(jù)想定，制定保障計劃，設置仿真層次和仿真初始態(tài)勢，生成劇情；對仿真過程、仿真速度、仿真成員進行實時控制。

（2）器材保障物流系統(tǒng)聯(lián)邦運行

主要包括器材保障物流系統(tǒng)中的器材籌措、器材儲存、器材供應活動以及各級指揮機構(gòu)的指揮控制決策活動。

（3） 可視化

以可視化方式顯示器材保障運行過程，包括在儲、在籌、在途三個方面，同時保存仿真過程中生成的數(shù)據(jù)，以便事后分析。

（4）仿真記錄與分析

實時記錄仿真數(shù)據(jù)和結(jié)果，在仿真過程中對多個保障方案進行評估分析，根據(jù)評估結(jié)果，提出優(yōu)化方案。

3.3 仿真聯(lián)邦結(jié)構(gòu)模型

在HLA仿真聯(lián)邦中，聯(lián)邦成員的確定至關重要。聯(lián)邦成員根據(jù)與RTT的節(jié)點進行區(qū)分，每個聯(lián)邦成員與RTI之間只有唯一的節(jié)點。聯(lián)邦成員可能由多個過程或者子系統(tǒng)組成，它可以運行于不同的計算機上，但只能通過RTI與其它聯(lián)邦成員進行通信[2]。

器材保障物流系統(tǒng)是器材籌措、器材儲存、器材供應等子系統(tǒng)相互協(xié)作共同完成的聯(lián)合活動。每個實體按照預先分配的任務進行，由于不同組織實體之間的信息與物資傳輸內(nèi)容是根據(jù)其承擔的具體任務事先確定的，所以本文按照器材保障物流系統(tǒng)中各實體擔負的任務不同來選擇聯(lián)邦成員，建立了如圖4所示的器材保障物流系統(tǒng)仿真聯(lián)邦體系結(jié)構(gòu)模型[5]。各個聯(lián)邦成員通過HLA的運行支撐環(huán)境RTI，實現(xiàn)彼此間的信息交換和共享，完成仿真任務，實現(xiàn)仿真聯(lián)邦的基本功能。

（1）導演監(jiān)控成員組

想定管理成員。設定仿真層次；設置器材保障仿真的初始態(tài)勢，包括各級倉庫的初始庫存情況、保障機構(gòu)的功能設置、保障力量的編成、部署以及上下級之間的關系，對器材需求的預測等等。

仿真管控成員。根據(jù)想定，選擇加入聯(lián)邦的成員，對仿真運行過程進行實時管理和控制，確定仿真開始與結(jié)束的時間，在仿真運行過程中調(diào)整時鐘變化；控制成員的加入、退出以及仿真運行時的跳時、暫停、繼續(xù)與結(jié)束。

導調(diào)成員。在仿真運行過程中實時傳輸導調(diào)信息與命令，修改仿真實體的模型參數(shù)，對仿真過程進行干預。

數(shù)據(jù)記錄成員。實時記錄仿真過程中傳輸?shù)母鞣N信息、數(shù)據(jù)，以便在仿真結(jié)束后能夠從多角度、多層次觀察仿真過程。

仿真評估成員。模擬并控制器材保障任務的執(zhí)行過程，對器材保障各環(huán)節(jié)的運行情況及仿真結(jié)果實施評估。

仿真演示成員。利用二維或三維實體模型，演示器材保障不同層次的運行過程。

（2）輔助成員組

第三方物流。模擬器材保障過程中的地方運輸保障力量的各種運輸活動。

部隊運輸力量。模擬器材保障過程中的部隊運輸保障力量的各種運輸活動。

（3）基地級器材保障成員組

基地級機關。模擬基地級器材保障決策活動，指揮控制總體器材保障過程的運行。

基地級倉庫。模擬基地級器材保障所擔負的器材儲備與分配供應活動。

（4）中繼級器材保障成員組

中繼級機關。模擬中繼級器材保障決策活動，指揮控制器材保障過程的運行。

中繼級倉庫。模擬中繼級器材保障所擔負的器材儲備與分配供應活動。

（5）基層級器材保障成員組

基層級機關。模擬基層級器材保障決策活動，指揮控制器材保障過程的運行。

基層級倉庫。模擬基層級器材保障所擔負的器材儲備與分配供應活動。

（6） 獨立成員

生產(chǎn)工廠。模擬器材廠商的生產(chǎn)與供應保障。

用戶。模擬器材保障活動的供應對象。

籌供中心。模擬器材的籌措、儲備、供應等活動，協(xié)調(diào)控制器材保障，通過高速信息網(wǎng)絡對器材保障物流系統(tǒng)內(nèi)的信息流進行收集處理、協(xié)調(diào)控制，實施器材保障指揮調(diào)度和協(xié)調(diào)決策等職能。

3.4 仿真聯(lián)邦運行模型

器材保障物流系統(tǒng)仿真聯(lián)邦的運行過程主要分為三個階段：仿真初始化階段、仿真運行階段、仿真結(jié)束階段。

3.4.1 仿真初始化階段

仿真初始化階段，各個聯(lián)邦成員啟動并加入聯(lián)邦，向仿真管控成員發(fā)出加入成功的交互，然后等待命令；想定管理成員根據(jù)加載的想定方案，設置仿真初始態(tài)勢，將器材保障任務分解至相應的仿真層次，并向仿真管控成員通知初始化設置完畢；仿真管控成員向基地級機關發(fā)出初始化完畢的命令，基地級機關收到初始化完畢的命令后，從指定數(shù)據(jù)文件中讀取器材保障想定，并根據(jù)需要調(diào)整保障計劃，調(diào)整完畢后向仿真管控成員通知保障計劃調(diào)整完畢；仿真管控成員收到保障計劃調(diào)整完畢的交互后，向其它聯(lián)邦成員發(fā)送仿真初始化的命令；其它聯(lián)邦成員收到仿真初始化命令后，從指定的數(shù)據(jù)文件中讀取相關的初始化想定數(shù)據(jù)，初始化完畢后向仿真管控成員發(fā)送初始化完畢的交互；仿真管控成員確定所有成員都完成初始化后，設置仿真時間，向各個聯(lián)邦成員發(fā)送開始仿真的命令。

3.4.2 仿真運行階段

（1）器材籌措階段

仿真運行步驟如下：

①接到仿真開始的命令后，基層級修理部 （分）隊及各中繼級倉庫用戶根據(jù)下年訓練任務量、消耗定額等信息計算得出下年預計器材需求量，并將信息提交至籌供中心；

②基層級機關通過信息中心查詢所屬修理部 （分）隊的年度需求、現(xiàn)有庫存等信息，并結(jié)合本級經(jīng)費限額編制器材申請，然后向籌供中心提交器材申請計劃及現(xiàn)有庫存量、器材周轉(zhuǎn)留用量等其它器材申請相關信息；

③中繼級機關負責審核匯總基層級機關提交的計劃及信息，并結(jié)合本級器材使用、儲存情況編制本級器材申請并上報至籌供中心；

④基地級機關利用籌供中心準確掌握各修理部 （分）隊的器材需求情況，并獲取各級節(jié)點的上報信息，以此為依據(jù)編制更加科學合理的器材訂購計劃；

⑤最后，根據(jù)器材訂購計劃組織實施器材訂購。

（2）器材分配供應階段

此階段仿真運行步驟如下：

①基地級機關根據(jù)各中繼級單位經(jīng)費分配情況、器材資源情況以及下級需求情況確定各中繼級單位的器材分配量，并編制本級分配計劃；

②中繼級機關利用籌供中心獲取總部分配計劃，以此為依據(jù)編制本級分配計劃；

③基層級機關通過籌供中心獲得中繼級向本級分配的器材情況；

④基地級機關查詢各級器材分配計劃，結(jié)合器材訂貨、庫存等信息制定全軍范圍的供應計劃，以最優(yōu)的供應流程實施器材供應；

⑤最后，各級器材保障機關將出入庫信息反饋至籌供中心，以便根據(jù)實際情況及時調(diào)整器材的分配和供應。

3.4.3 仿真結(jié)束階段

當?shù)竭_供應保障任務結(jié)束時間時，仿真管控成員向其它聯(lián)邦成員發(fā)送仿真結(jié)束的命令，并判斷全部仿真是否結(jié)束，若仿真次數(shù)達到預定次數(shù)，則全部仿真結(jié)束，否則仿真管控成員再次向其它聯(lián)邦成員發(fā)送開始仿真的命令；仿真評估成員根據(jù)仿真數(shù)據(jù)進行評估，給出評估結(jié)果。

仿真運行階段與仿真結(jié)束階段的運行過程如圖5所示。

圖5 仿真運行及結(jié)束階段運行過程

4 結(jié)束語

器材保障物流系統(tǒng)是包含多因素、多目標，動態(tài)復雜、分布式的離散事件大系統(tǒng)，傳統(tǒng)的解析方法已經(jīng)無法解決此類問題，而構(gòu)建完善的適用的仿真模型也是有難度的。鑒于HLA是特地為解決復雜大系統(tǒng)，提高建模與仿真效率，促進互操作性和重用性而提出的，我們將其應用于器材保障物流系統(tǒng)的仿真建模研究，構(gòu)建了基于HLA的器材保障物流系統(tǒng)仿真模型，進行多節(jié)點分布式仿真，實現(xiàn)高效、精確模擬器材保障物流系統(tǒng)的運行過程，為后續(xù)仿真工作提供了依據(jù)，為推動器材保障工作邁向新臺階提供了有益的探索。但隨著信息化的向前發(fā)展，系統(tǒng)的復雜度也越來越高，聯(lián)邦成員也不斷增多，如何進一步構(gòu)建更加適用的完善的仿真模型，提高仿真系統(tǒng)開發(fā)、運行效率和使用效益，也有必要進行深入研究。

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