直升机保障资源建模策略研究

王帅 辛冀

摘 要：该文针对评估直升机保障性定性和定量要求的必要性，构建了基于活动网络图的保障效能评估仿真系统，保障资源作为影响活动网络图执行效率的关键因素，建立科学合理的保障资源调度模型就显得尤为重要。从定义活动网络图执行过程中活动的优先级出发，提出了资源冲突、资源不足以及资源替换等保障资源建模策略，为直升机保障效能评估仿真系统的准确高效运行提供支撑。

关键词：直升机；活动网络图；保障资源；建模策略

中图分类号：V275 文献标志码：A

1 保障效能评估仿真系统

保障效能评估指为了使直升机在全寿命周期内得到经济而有效地保障，而对各种必需的保障组合进行评价，以确定其是否满足规定的保障性定性和定量要求。目前，美军已经将基于建模与仿真的后勤保障分析方法广泛地应用于装备保障效能评估过程中，美军在20世纪70年代初就颁布了《综合后勤保障分析》军用标准，核心就是要求应用大型的复杂仿真模型，动态模拟飞机及其保障系统的各组成要素，预计飞机未来的战备完好性。

直升机和保障资源是保障效能评估仿真系统中的实体，使用和维修工作是保障效能评估中的进程，任务剖面是驱动使用和维修活动进程的事件。如图1所示，保障效能评估仿真的核心思想是通过活动网络图来模拟整个保障环境和保障过程，活动网络图就是以网络的方式来表现实际使用和维修过程。其中，保障资源的应用贯穿于活动网络图执行过程中的各个环节。因此，对保障资源进行抽象化建模，是直升机保障效能评估仿真中的关键环节。

2 保障资源建模策略

在保障效能评估中，保障资源是除了直升机以外的最重要的导致排队请求的实体。由于资源的稀缺性，需要在保障资源建模时采用有效的解决策略。

2.1 资源冲突策略

由于缺少资源，活动间可能产生冲突。为了解决冲突，仿真模型中设计了一个活动优先级系统。

活动网络图中的每项活动都被分配优先级，优先级的范围根据实际情况来设计，可以从1～10，1～30，或者1～100，数值越小代表活动的优先级越高。如果2个活动发生资源冲突，最高优先级的活动将获得资源。

当一个活动被选中处理时，如果活动的资源能被满足，活动将执行。否则，活动被设置为后备状态。活动表中指明了活动的各种资源的占用类型：1） 临时占用型。在活动执行过程中，资源将被占用。当活动完成，资源被返回资源池，其他活动可以继续使用。2） 消耗型。资源将被活动消耗掉，或者被安装到直升机上，成为高一级组件的组成部分。活动结束后，消耗件将不被返回资源池。象航油、弹药或者装到直升机上的备件等都是消耗型。3） 产生型。在活动执行后，资源将被产生。通常是从直升机上拆卸下来的待修理部件。

当活动资源需求确定后，保障效能评估仿真程序将计算可用资源是否满足。资源表中有一个可用资源数和占用资源数。如果可用资源数满足需求，可用资源数将被减少。占用资源数将被增加。如果资源不够，仿真程序将采用以下方法来解决申请活动的资源不足：1） 使用替换件。资源表中标示了资源的可替换资源。在资源不足的情况下，如果资源加上替换资源能够满足，活动将被启动，否则，系统采用2）或者3）方法解决。2） 加快执行。系统检查处于执行状态的活动，如果活动占用了被申请的资源或者替换资源，系统将检查活动是否即将完成。如果活动即将完成，申请活动将等待直到该活动完成并释放资源。否则，系统将检查是否能够加快该活动的执行。加快因子，象0.8，将被乘以活动的剩余时间，如果满足申请活动的等待时间要求，那么该活动将被加速执行，申请活动将等待。3） 活动抢占。活动抢占将导致低优先级的执行中活动中断，把资源交给高优先级的申请活动。被抢占的数量取决于高优先级的级别。象最高优先级的活动可以抢占尽可能多的低优先级活动的资源，以满足自己的需要。稍低优先级的活动只能抢占部分的资源。用戶可以在输入参数中设置每个优先级别可以抢占的最大活动数量。

在抢占过程中，优先级最低的活动首先被抢占。每个被抢占的活动将被设置为后备状态。它的剩余执行时间将被乘以一个因子，以反映它重新启动时所需的附加时间。

在加快执行和抢占活动的过程中，替换策略可以同时被使用。因此，执行中的活动如果占有申请活动的资源的替换资源，也可能被加快或者抢占。但是，系统不会对同一个活动同时采用加快执行和抢占活动策略。

活动完成后，所占用的临时资源将被释放。仿真程序会搜索所有后备状态的活动，挑选出资源需求能得到满足的活动，将他们按优先级排序，优先级最高的活动将得到执行。

如果活动执行完成后产生一个资源，象直升机上拆卸下来某个部件，该部件可能需要进行一系列的修理活动。该活动的后续活动（以该活动为先驱节点的所有节点）都将与部件关联，直升机将从该活动中释放出来。部件被锁住，直到所有后续活动执行完毕，部件才释放到资源池。

2.2 资源不足策略

在某个特定的活动中，可以有特定的资源替换情况，这种情况只适用于人力资源。某项活动可能需要多个人员，其中一些工作象协助挂导弹，可以由多种人员完成。

对于备件、设备等保障资源，如果资源不足，将使用替换资源，如果都不足，将采用抢占或加快策略。对于人力资源，也优先使用替换资源，如果替换资源不足，再检查活动是否具有相应的人力资源集合，每个替换集合中的人员要求是否满足，如果满足，使用替换集合。另外，替换集合中的每个资源可以指明自己能否再使用替换资源。

2.3 资源轮换策略

在仿真过程中，资源轮换过程会引起资源增加或者减少。系统可能具有多个资源轮换策略，每个策略分别适用于某类资源。

表1以一个人员轮班为例，一共有5个轮换间隔。1、2、3编号代表1个正常的工作日内轮换3班，每班8 h。头3个轮换执行5遍后（5个正常的工作日），执行4、5代表周末。对于每个班，资源数量不断的发生变化。象C级别的人员在周六有9个，在周日没有。

除了人员轮换，其他资源也可以有轮换机制。象在部队场务保障时，经常有由于训练活动或者其他活动的需要，将部分直升机指令停飞，准备投入别的联合活动。此时，作为实体资源的直升机，也可以通过资源轮换方法来模拟。

在资源轮换后，如果资源数量不变，仿真程序不做任何处理。如果资源增加，仿真程序将执行一个类似活动完成的过程，检查后备活动列表，挑选得到满足的活动执行。如果资源减少，仿真程序将检查空闲的资源数量是否满足减少的要求。如果满足，空闲资源数将减去减少数量。如果不满足，系统将检查所有占用该类资源的执行中的活动的完成时间。如果活动即将在某个特定时间范围内结束（由用户的优先级决定，高优先级的活动的运行执行时间将大于低优先级的活动），系统等待活动完成后才减少资源。如果没有活动的执行时间满足需求，低优先级的活动将被强行推迟执行，设置为后备状态。

另外，资源轮换过程和活动的启动结束过程有点类似，都会影响资源的数量，轮换时的抢占资源方法和活动抢占方法也有点类似。

3 结论

该文从直升机保障效能评估仿真系统的4个建模对象出发，重点研究保障资源建模策略，对其资源冲突策略、资源不足策略和资源轮换策略等建模要素进行了深入细致地分析，对活动网络执行过程中资源冲突和资源不足问题提出了合理化的解决方案，为建立保障资源模型、构建完整的直升机保障效能评估仿真系统提供科学依据。

参考文献

[1]刘浩华， 李祝文.后勤装备保障效能评估研究[J].装备学院学报，2006，17（3）：28-32.

[2]冯强，曾声奎，康锐.基于多主体的舰载机综合保障过程建模方法[J].系统工程与电子技术，2010，32（1）：211-216.

[3]李瑜， 周岩.基于概率活动网络的军用飞机综合保障的建模和仿真[J].航空标准化与质量，2014（6）：36-38.

[4]李荣辉，章原发，李鼎.面向任务的装备保障建模方法研究[J].国防科技，2013，34（4）：56-60.