基于多Agent仿真的装备保障体系供应保障系统设计与实现*

邢　彪,曹军海,宋太亮

(1.装甲兵工程学院技术保障工程系,北京　100072;2. 中国国防科技信息中心,北京　100072)



基于多Agent仿真的装备保障体系供应保障系统设计与实现*

邢彪1,曹军海1,宋太亮2

(1.装甲兵工程学院技术保障工程系,北京100072;2. 中国国防科技信息中心,北京100072)

摘要:针对部队装备保障运行的实际情况,采用多Agent仿真的方法,基于Kraljic模型将装甲装备器材分为重要器材、关键器材、一般器材和稀缺器材,并以此为基础构建了装备保障体系供应保障系统。分析了系统的整体结构以及系统中器材仓库的外部接口和内部器材请领流程,并以某集团军各级器材仓库为研究对象进行了仿真实例分析。实践证明,采用多Agent仿真的方法研究装备保障体系供应保障活动具备可行性和有效性,有利于宏观把握部队装备保障的运行规律,提高部队装备保障能力。

关键词:多Agent仿真;装备保障体系;器材仓库;设计

随着信息化技术的不断发展及其在军事领域的广泛应用,各种高新技术武器装备的保障能力正日益成为制约我军战斗力发展的关键,能否建成与武器装备体系相配套的装备保障体系,并形成体系保障能力[1],是现阶段装备保障领域研究的重点与难点。现阶段部队装备保障活动中有关器材的消耗量日益剧增, 器材的品种也日趋复杂, 装备供应的地位和作用日益突出, 目前部队日常训练的开展和军事活动的进行对装备器材的供应提出了更高的要求。建立及时、高效的装备器材供应成为新形势下部队完成军事任务的重要研究方向。

目前随着复杂适应系统理论[2-4](Complex Adaptive System, CAS)以及人工生命技术在体系建模与仿真领域的广泛应用,基于多Agent建模与仿真(Multi-Agent Modeling and Simulation, ABMS)方法已经成为了武器装备体系和装备保障体系的主要建模仿真方法。

本文以某装甲机械化部队现行供应保障机构为研究对象,通过调研、数据收集、概念建模、仿真建模、仿真运行与分析等方面工作,采用多Agent仿真方法建立装备供应保障机构的仿真模型,实现供应保障流程的仿真,开发并设计了装备保障体系的供应保障系统,目前已经申请了软件著作权(软著登字第1068457号),并以某集团军各级器材仓库为研究对象进行了实例验证,具备较强的实用价值。

1概述

1.1装备器材供应现状

随着陆军装甲装备的信息化建设不断发展,装甲装备器材的品种和数量不断增加,同时武器装备可靠性的不断提高,对装备器材供应提出了更高的要求。装备器材供应是装备维修保障的重要阶段,是装备得以长期使用的必要保证,能否高效、快速地供应装备器材,是维护武器装备作战效能、提高装备使用率的重要前提。

现行的装备物资器材供应标准,是根据以往战争消耗规律和经验积累而确定的,但随着部队执行多样化军事任务的不断扩展,部队随时可能担任抗震救灾、抗雪救灾等多任务剖面的作战任务,增加供应能力已成为必然趋势。当前装备器材供应模式采用定期库存控制的方法,装备器材采用周期性分批订货策略,订货周期长、供应流程复杂,整个运输系统的效率不高,只能依靠数量规模的优势来抵挡速度效益的不足,造成了系统反应迟钝、可靠性差、效率低且费用昂贵等问题。

1.2供应保障系统需求分析

装备保障体系,是指为了满足不同保障任务需求,由具有一定功能和相互联系的各级各类装备保障系统,按照装备保障规律和保障原则综合集成的有机整体,主要可分为保障指挥系统、维修保障系统和供应保障系统。其中供应保障系统的主要功能和技术特点如下。

1)可以真实准确地模拟出装甲装备器材仓库的运行;

2)可以实现对各种类型的器材清单的处理;

3)能够解决旧器材与新器材的库存兼容问题;

4)能够建立准确的保障资源(器材)需求分析和数据统计;

5)软件具备普适性,能够适用于各级(军区、军、师、团)器材仓库;

6)能够增加器材使用周期和减少维修成本,提高装备使用率;

7)系统易于操作,数据输出全面细致,运行稳定,安全可靠。

参考Kraljic模型[5-6]将装甲装备器材分为重要器材、关键器材、一般器材和稀缺器材。装备保障体系供应保障系统的具体运行流程如图1所示。

图1　供应保障系统运行流程图

2基于多Agent仿真的供应保障系统设计

基于多Agent的装备保障体系供应保障系统,能够实现装备日常供应保障的虚拟仿真环境,整体地描述部队器材供应的运行过程,记录系统中每一个Agent实体所代表的保障资源单元的保障活动,为系统的整体评估提供试验与验证平台。

2.1系统整体结构

装备保障体系供应保障系统具有复杂系统的一般特性,采用多Agent仿真的方法首先应对目标系统进行复杂性分析,明确仿真的目标与要求;其次分析系统的边界、定义评价机制和方法;最后分析系统中各实体的具体特征和系统包含的典型流程,根据实体特征确定对象Agent的表达方法。设计的供应保障系统主要包含了数据库、模型库、规则库和方案库等,通过对维修保障活动的具体分析,确定Agent的交互规则,供应保障系统MABS结构框架具体如图2所示。

图2　供应保障系统MABS结构框架

2.2器材仓库外部接口

针对供应保障系统的主体模型——器材仓库,共设置了三个外接入口和两个外接出口,如图3所示。其中外接入口分别包括下拨口、交旧口和请领口,具体功能如下:

1)下拨口:为上级器材机构下拨新品器材的入口;

2)交旧口:为下级器材机构上交旧品器材的入口;

3)请领口:为下级器材机构向本级发出器材请领清单的入口。

两个外接出口分别包括请领清单出口(请领出口)和请领交旧回馈口(交旧出口):

1)请领清单出口:为本级器材机构向上级器材机构发出器材请领的出口;

2)请领交旧回馈口:为本级器材机构向下级器材机构反馈请领交旧信息的出口。

2.3器材仓库内部流程

针对供应保障系统的主要流程——器材请领流

图3　器材仓库模型外部接口

程[7-8],在模型内部共设置了两个入口和两个出口。两个入口分别为请领交旧清单入口和下拨器材入口,后者主要指上级单位下拨的新品器材入口。两个出口为向上级请领清单出口和向下级单位反馈结果出口。

图4　器材请领内部流程图

综合运用SelectOutput(判断对象)、Queue(队列对象)、Service(服务对象)、Enter(出口对象)以及sink(结束对象)完成整个清单处理的流程,请领流程如图4所示。由图4可知不同类型的器材清单(请领、下拨、交旧)分别进入器材仓库后,首先判断清单类型:

1)请领清单:判断是否能全部满足清单,若能满足,则器材出库,并相应减少器材库存;若不能满足,则加入缺货订单队列,当缺货数量达到30,自动生成本级清单并从请领出口送出;

2)交旧清单:直接收旧,存入旧品库;

3)下拨清单,则从下拨口进入,直接新品入库,并检验缺货订单能否满足,若满足,则从器材出库口送出,完成清单。

3实例验证

图5　仿真系统运行主界面视图

仿真系统中运用Function(函数)的编写实现各种处理功能;运用parameter(变量)来实现器材清单文件在流程中的走动;运用database(数据库)、query(映射)、collection variable(集合变量)来将器材库存写入程序。需要指出的是程序中是运用集合对象和器材列表实现器材库存;并且在程序中流通的各种器材清单都是以集合对象的形式存在,最终实现器材库存数量的增减。以某集团军各级器材仓库为研究对象,基于Anylogic软件构建了装备保障体系供应保障系统,仿真系统运行的主界面视图如图5所示。将某集团军一年的器材使用数据输入仿真系统,经过8640h的仿真运行,得到器材消耗统计图如图6所示。由图可知96坦克新品发动机、汽缸垫、液力耦合器、机油滤纸芯、喷油器和喷油器铜密封垫等为高消耗器材,需适当增加库存。同时通过对器材仓库人员工作情况的统计,可以得到新品器材管理员、缺货器材管理员的工作时间最长,说明器材仓库在运行的过程中面临发放器材和请领器材的压力。

图6　仿真系统器材消耗统计图

最后,根据仿真结果可知各级器材仓库内部运行流程以及在处理订单时的方式基本相同,只是规模不同,区分各级器材仓库的本质在于器材库存种类的不同:团级器材仓库更倾向于存储一些维修器材和中小型零部件;目前军区级仓库主要存储发动机等大型器材;总部仓库更重视消耗额定高并且生产制造复杂等器材。同时需对器材库存数据完善和器材清理流程中的随机因素等两个方面予以改进。

4结束语

本文主要研究了装甲装备器材仓库的运行流程,首先,系统梳理了各级装甲装备器材仓库供应的整体工作流程;其次,总结了器材仓库处理器材订单的方式方法;最后以国内外装甲装备供应机构的基本理论为设计基础,结合当前装甲装备器材供应水平实际参数,基于Anylogic仿真软件设计了一个符合现行装备器材供应模式的仿真模型,并通过案例分析验证了模型的有效性和可信性。课题的研究成果,有助于分析和提高装甲机械化部队装备器材供应保障工作的科学性,为器材仓库中器材库存种类和数量的优化提供可靠依据。

参考文献:

[1]中华人民共和国国务院新闻办公室. 2015年中国国防白皮书[Z]. 北京:新华社， 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]王铁宁, 张东湖, 李庆全.基于物联网的装备器材保障信息系统规划[J]. 中国物流与采购， 2012(24)： 66-67.

[6]王铁宁, 王洪炜, 曹钰, 等. 器材供应链联合库存管理策略研究[J]. 中国物流与采购， 2009(13)： 56-57.

[7]马懿, 卢昱, 陈立云, 等. 弹药供应保障指挥系统工作流建模研究[J]. 指挥控制与仿真， 2011, 33(2)： 71-75.

[8]程玉波, 车建国, 杨作宾, 等. 基于指数平滑法的装备维修器材需求量预测[J]. 指挥控制与仿真， 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

中图分类号:E91

文献标志码:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.02.021

作者简介：邢彪(1988-),男,河北石家庄人,博士研究生,研究方向为装备保障仿真。曹军海(1972-),男,副教授。宋太亮(1962-)，男，教授，博士生导师。

*基金项目：军队科研计划项目(51319050302)

收稿日期：2016-01-06

文章编号：1673-3819(2016)02-0102-04

修回日期： 2016-02-05