基于HLA的器材保障物流系统仿真模型研究

于双双， 王铁宁， 刘洪水 （装甲兵工程学院，北京 100072）

0 引 言

器材保障工作涵盖了从生产、筹措、储备、保管到运输供应的多个阶段、多个环节，这使得器材保障物流系统极为复杂，而信息化的不断发展，也使得器材保障物流系统的规模越来越庞大，以往面向单一研究目的和仿真功能的物流仿真系统，已经难以满足器材保障物流系统综合性、系统性的研究需要。为了解决上述问题，本文构建了基于高层体系结构HLA（High Level Architecture）的器材保障物流系统仿真模型，充分利用HLA在分布仿真上的优势，针对复杂大系统，提高建模效率、仿真性能，改善系统之间的互操作性和代码可重用性、可扩展性，降低建模与仿真的费用[1]。

1 HLA简介

HLA是分布交互仿真的高层体系结构，它的主要目标是允许通过联合其他仿真来实现仿真应用[2]，它考虑的不是如何由对象构建联邦成员，而是在假设已有联邦成员的情况下如何构建联邦。HLA定义了各类仿真模型的描述规范和接口规范，严格遵守这些规定是保证仿真模型具有互操作性和可重用性的基本前提[2]。

HLA主要由三部分组成：规则 （Rules）、对象模型模板 （OMT）和运行支撑环境 RTI（Run-Time Infrastructure）接口规范说明 （Interface Specification）[2]。联邦运行支撑环境RTI是HLA接口规范的具体实现，是HLA仿真的核心部件，也是HLA仿真应用程序设计和运行的基础，能为仿真提供通用的、标准的、相对独立的支撑服务，主要包括联邦管理、声明管理、对象管理、时间管理、所有权管理、数据分发管理以及支持服务7大类[3-4]，在RTI平台之上，仿真开发者可以开发各种所需要的服务，构建自己的仿真应用。

2 器材保障物流系统概述

器材保障物流系统是从属于物流系统的一个特殊系统，它是指在一定的时间和空间里，为实现特定的保障目标而设计的相互作用、相互依赖的物流要素 （或子系统）所构成的有机整体。

该系统把计划、筹措、储存、运输、信息处理等一些相对分散的活动，归纳成一个体系，由所需的器材、运输工具、仓储设施、操作人员等若干相互制约的动态要素构成具有特定功能的有机整体，并综合运用系统的理念、现代物流技术、信息技术与可视化技术，实现各物流环节的合理衔接，使得各种物流资源实现有效配置和最佳整合，满足物流空间和时间的需要，以取得最佳运作效能和实现最大的保障能力[5]。系统运行框架如图1所示。

各级器材管理机构通过信息网络实现器材业务信息的上传下达，同时与生产工厂和各级仓库之间进行器材申请与调拨等信息交互，信息汇总至筹供中心，筹供中心经过分析处理，发出调拨信息，实现器材的越级网络化保障。器材的供应渠道可以根据实际需要既可以选择部队运输，也可以依托地方的第三方物流。

3 基于HLA的器材保障物流系统仿真模型研究

3.1 基于HLA的器材保障物流系统仿真模型

联邦开发和执行过程模型FEDEP，是美国国防部建模与仿真办公室为促进基于HLA的仿真系统的开发而提出的用来开发分布式交互仿真系统的软件工程方法[2,6]。参照FEDEP模型，本文构建了基于HLA的器材保障物流系统仿真模型，如图2所示。

该模型分为三个层次，分别为：

（1）真实世界问题空间：分析器材保障物流系统，根据仿真应用目标，清晰完整地界定问题空间边界，确定问题空间的层次、规模与范围。

（2）概念模型层：研究物流系统概念模型，根据界定的问题空间，从概念上对系统包含的实体进行分析，确定其属性、功能、结构、信息等。

（3）仿真模型层：在概念模型基础上，确定仿真联邦功能，划分联邦的结构，确定联邦中主要交换的信息，描述仿真联邦的运行过程；描述成员的接口模块、执行逻辑、内部结构以及仿真中所需的数据信息，将概念性实体 （或对象）以及过程转化为具体的程序。

下面重点对联邦功能模型、联邦结构模型、联邦运行模型进行设计开发研究。

3.2 仿真联邦功能模型

器材保障物流系统联邦的基本功能是对器材保障的运行过程进行仿真，评估器材保障各节点以及各级保障部门的保障能力，以此为依据，对器材保障的整体运作效能进行评估。器材保障物流系统仿真联邦功能模型如图3所示。

主要功能包括：

（1） 导调控制

选择器材保障想定，根据想定，制定保障计划，设置仿真层次和仿真初始态势，生成剧情；对仿真过程、仿真速度、仿真成员进行实时控制。

（2）器材保障物流系统联邦运行

主要包括器材保障物流系统中的器材筹措、器材储存、器材供应活动以及各级指挥机构的指挥控制决策活动。

（3） 可视化

以可视化方式显示器材保障运行过程，包括在储、在筹、在途三个方面，同时保存仿真过程中生成的数据，以便事后分析。

（4）仿真记录与分析

实时记录仿真数据和结果，在仿真过程中对多个保障方案进行评估分析，根据评估结果，提出优化方案。

3.3 仿真联邦结构模型

在HLA仿真联邦中，联邦成员的确定至关重要。联邦成员根据与RTT的节点进行区分，每个联邦成员与RTI之间只有唯一的节点。联邦成员可能由多个过程或者子系统组成，它可以运行于不同的计算机上，但只能通过RTI与其它联邦成员进行通信[2]。

器材保障物流系统是器材筹措、器材储存、器材供应等子系统相互协作共同完成的联合活动。每个实体按照预先分配的任务进行，由于不同组织实体之间的信息与物资传输内容是根据其承担的具体任务事先确定的，所以本文按照器材保障物流系统中各实体担负的任务不同来选择联邦成员，建立了如图4所示的器材保障物流系统仿真联邦体系结构模型[5]。各个联邦成员通过HLA的运行支撑环境RTI，实现彼此间的信息交换和共享，完成仿真任务，实现仿真联邦的基本功能。

（1）导演监控成员组

想定管理成员。设定仿真层次；设置器材保障仿真的初始态势，包括各级仓库的初始库存情况、保障机构的功能设置、保障力量的编成、部署以及上下级之间的关系，对器材需求的预测等等。

仿真管控成员。根据想定，选择加入联邦的成员，对仿真运行过程进行实时管理和控制，确定仿真开始与结束的时间，在仿真运行过程中调整时钟变化；控制成员的加入、退出以及仿真运行时的跳时、暂停、继续与结束。

导调成员。在仿真运行过程中实时传输导调信息与命令，修改仿真实体的模型参数，对仿真过程进行干预。

数据记录成员。实时记录仿真过程中传输的各种信息、数据，以便在仿真结束后能够从多角度、多层次观察仿真过程。

仿真评估成员。模拟并控制器材保障任务的执行过程，对器材保障各环节的运行情况及仿真结果实施评估。

仿真演示成员。利用二维或三维实体模型，演示器材保障不同层次的运行过程。

（2）辅助成员组

第三方物流。模拟器材保障过程中的地方运输保障力量的各种运输活动。

部队运输力量。模拟器材保障过程中的部队运输保障力量的各种运输活动。

（3）基地级器材保障成员组

基地级机关。模拟基地级器材保障决策活动，指挥控制总体器材保障过程的运行。

基地级仓库。模拟基地级器材保障所担负的器材储备与分配供应活动。

（4）中继级器材保障成员组

中继级机关。模拟中继级器材保障决策活动，指挥控制器材保障过程的运行。

中继级仓库。模拟中继级器材保障所担负的器材储备与分配供应活动。

（5）基层级器材保障成员组

基层级机关。模拟基层级器材保障决策活动，指挥控制器材保障过程的运行。

基层级仓库。模拟基层级器材保障所担负的器材储备与分配供应活动。

（6） 独立成员

生产工厂。模拟器材厂商的生产与供应保障。

用户。模拟器材保障活动的供应对象。

筹供中心。模拟器材的筹措、储备、供应等活动，协调控制器材保障，通过高速信息网络对器材保障物流系统内的信息流进行收集处理、协调控制，实施器材保障指挥调度和协调决策等职能。

3.4 仿真联邦运行模型

器材保障物流系统仿真联邦的运行过程主要分为三个阶段：仿真初始化阶段、仿真运行阶段、仿真结束阶段。

3.4.1 仿真初始化阶段

仿真初始化阶段，各个联邦成员启动并加入联邦，向仿真管控成员发出加入成功的交互，然后等待命令；想定管理成员根据加载的想定方案，设置仿真初始态势，将器材保障任务分解至相应的仿真层次，并向仿真管控成员通知初始化设置完毕；仿真管控成员向基地级机关发出初始化完毕的命令，基地级机关收到初始化完毕的命令后，从指定数据文件中读取器材保障想定，并根据需要调整保障计划，调整完毕后向仿真管控成员通知保障计划调整完毕；仿真管控成员收到保障计划调整完毕的交互后，向其它联邦成员发送仿真初始化的命令；其它联邦成员收到仿真初始化命令后，从指定的数据文件中读取相关的初始化想定数据，初始化完毕后向仿真管控成员发送初始化完毕的交互；仿真管控成员确定所有成员都完成初始化后，设置仿真时间，向各个联邦成员发送开始仿真的命令。

3.4.2 仿真运行阶段

（1）器材筹措阶段

仿真运行步骤如下：

①接到仿真开始的命令后，基层级修理部 （分）队及各中继级仓库用户根据下年训练任务量、消耗定额等信息计算得出下年预计器材需求量，并将信息提交至筹供中心；

②基层级机关通过信息中心查询所属修理部 （分）队的年度需求、现有库存等信息，并结合本级经费限额编制器材申请，然后向筹供中心提交器材申请计划及现有库存量、器材周转留用量等其它器材申请相关信息；

③中继级机关负责审核汇总基层级机关提交的计划及信息，并结合本级器材使用、储存情况编制本级器材申请并上报至筹供中心；

④基地级机关利用筹供中心准确掌握各修理部 （分）队的器材需求情况，并获取各级节点的上报信息，以此为依据编制更加科学合理的器材订购计划；

⑤最后，根据器材订购计划组织实施器材订购。

（2）器材分配供应阶段

此阶段仿真运行步骤如下：

①基地级机关根据各中继级单位经费分配情况、器材资源情况以及下级需求情况确定各中继级单位的器材分配量，并编制本级分配计划；

②中继级机关利用筹供中心获取总部分配计划，以此为依据编制本级分配计划；

③基层级机关通过筹供中心获得中继级向本级分配的器材情况；

④基地级机关查询各级器材分配计划，结合器材订货、库存等信息制定全军范围的供应计划，以最优的供应流程实施器材供应；

⑤最后，各级器材保障机关将出入库信息反馈至筹供中心，以便根据实际情况及时调整器材的分配和供应。

3.4.3 仿真结束阶段

当到达供应保障任务结束时间时，仿真管控成员向其它联邦成员发送仿真结束的命令，并判断全部仿真是否结束，若仿真次数达到预定次数，则全部仿真结束，否则仿真管控成员再次向其它联邦成员发送开始仿真的命令；仿真评估成员根据仿真数据进行评估，给出评估结果。

仿真运行阶段与仿真结束阶段的运行过程如图5所示。

图5 仿真运行及结束阶段运行过程

4 结束语

器材保障物流系统是包含多因素、多目标，动态复杂、分布式的离散事件大系统，传统的解析方法已经无法解决此类问题，而构建完善的适用的仿真模型也是有难度的。鉴于HLA是特地为解决复杂大系统，提高建模与仿真效率，促进互操作性和重用性而提出的，我们将其应用于器材保障物流系统的仿真建模研究，构建了基于HLA的器材保障物流系统仿真模型，进行多节点分布式仿真，实现高效、精确模拟器材保障物流系统的运行过程，为后续仿真工作提供了依据，为推动器材保障工作迈向新台阶提供了有益的探索。但随着信息化的向前发展，系统的复杂度也越来越高，联邦成员也不断增多，如何进一步构建更加适用的完善的仿真模型，提高仿真系统开发、运行效率和使用效益，也有必要进行深入研究。

[1] A G Bruuone,R Mosca,R Revetria.Agent Directed HLA Simulation for Complex Supply Chain Modeling[J].Simulation（50037-5497）,2005,9(4):647-655.

[2] 周彦，戴键伟.HLA仿真程序设计[M].北京：电子工业出版社，2002:117-132.

[3]Kual F,Weatherly R,Adhmann J.计算机仿真中的HLA技术[M].付正军，王永红,译.北京：国防工业出版社，2003:5.

[4] 齐欢，代建民，吴义明.HLA仿真与UML建模[M].北京：科学出版社，2004:5.

[5] 曹钰，王铁宁，刘洪水.基于筹措供应中心的装备器材保障研究[J].装甲兵工程学院学报，2009,23(3):11-14.

[6] 许鑫，范文慧，袁煌明,等.基于HLA的坦克装备综合保障建模与仿真[J].系统仿真学报，2008,22(20):6181-6185.