多机种保障装备调度仿真研究

李昊霖　王远达

摘  要：本文利用柔性作业车间调度理论对多机种保障中保障装备的调度进行仿真，首先对多机种航空保障装备调度的内涵进行明确，在分析多机种飞机出动时飞行保障所需的保障装备基础上，建立了多机种保障中保障装备调度仿真模型，设计了相适应的遗传算法，通过实例对模型及算法机型验证，结果表明，仿真结果能够优化保障时间，为多机种编队快速作战提供有力支撑。

关键词：柔性作业车间调度;多机种保障;航空保障装备调度

引言

不同性能的诸机种部队合同作战，已成为空军的主要作战样式，多个机种联合组成以空中预警指挥机为核心的多机种合成编队，通过多机种保障基地进行飞行保障。各机种要在较短时间完成各自的飞行保障活动，这就要求多机种保障基地对各类航空保障装备进行高效调度，尽可能缩短保障时间，为多机种编队升空作战提供充分时间。

保障装备在完成飞行前准备保障作业上能否达到最佳效益，取决于装备数量和装备效率两方面。在装备数量有限的前提下，保障装备必须提高效率才能达到最佳效益。保障装备的效率集中反映在装备利用率上，合理的作业调度是提高装备利用率的关键。目前飞机的地面作业保障调度主要以人工调度为主，保障装备的配置数量以往主要根据固定的比例进行估算配置，但是大批量多机种飞机的保障工作如果仍然沿用此法会造成保障规模过大，现实问题亟需合理方法进行配置。

1  飞行保障基本流程和保障工序作业

飞行保障的基本流程包括预先机务准备、直接机务准备及再次出动准备。由于多机种编队出动时间短，多机种飞行保障采取预先准备与直接准备相结合的方法进行，有利于集中时间提高效率。多机种保障采用一线保障作业模式，各项保障工作以及飞机的放飞、接机等全部在起飞线进行，各类保障保障装备也集中停放在起飞线。其基本流程为：在飞行保障任务之后，组织保障人员和保障保障装备进场，将接收的飞机牵引至指定地点，按照飞行任务的要求，补充燃料、滑油、液压油、特种液体和气体，装挂弹药等，准备工作完成后，起动飞机发动机，进入飞行实施阶段，将飞机起飞之前所作的准备工作统称为飞行前准备，为飞行前准备所做的保障工作即为飞行前准备的飞行保障。

飞行保障过程中各个专业主要完成的工作主要有：机械：加添燃油、液压油、润滑油、补充氮气等，由机械师和机械员共同完成，需要加油车、冷气车等保障保障装备。航电：通电检查并完成惯性导航系统调校，需要电源车保障。军械：完成武器弹药的装挂，需要挂弹车等进行保障。特设：充填氧气，通电检查座舱电器仪表系统，需要电源车及氧气车保障。

2  模型建立

2.1  模型假设

为建立多机种保障保障装备调度模型、使用柔性作业车间调度的理论与方法解决多机种保障保障装备调度问题，作如下假设：

①每架飞机接受每道保障工序的次数不多于一次;

②每型飞机接受保障工序的顺序可以不同;

③每架飞机的保障工序必须串行进行，后工序不能先于前工序;

④任何飞机没有优先保障权，必须服从于既定的保障顺序;

⑤保障过程中没有新飞机的加入，也不临时取消飞机的保障;

⑥一台保障装备在一个时间段内不能对两架或两架以上飞机实施保障;

⑦同一时刻一架飞机不能接受两台或两台以上保障装备的保障;

⑧同型保障装备对同型飞机在相同工序的保障时间相等;

⑨不考虑保障装备移动时间、不考虑保障保障装备展开时间、不考虑检查签字时间。

2.2  问题描述

多机种保障装备调度问题可以描述如下：设共有N型（1、2、3……N）n架飞机，m个保障阶段，第i个保障阶段的并行装备的个数为Mi。每一架飞机都按各自的保障路线顺次经过个m个保障阶段，各架飞机在各个保障阶段有各自的保障时间。理论上，所有的飞机都可以选择在第i（1≤i≤m）阶段的Mi台装备中的任意一台进行保障。当最后一架飞机选择最后阶段Mm台装备中的一台结束保障后，整个保障过程结束。

2.3  数学模型

为了方面描述，首先定义相关符号，如下所示：

根据上述算法原理，可将FJSP的求解过程通过编写Matlab程序来实现。

4  算例分析

由预警机、轰炸机、电子干扰机、无人机组成的多机种编队某一波次需要出动10架执行突击任务。其中包括1架预警机，2架轰炸机，3架电子干扰机和4架无人机分别执行指挥、对地攻击、电子干扰、护航任务。各机型飞机保障工序及时间见表1。

进行遗传算法的参数设置：染色体种群规模取500，迭代次数取150，交叉概率取0.8，变异概率取0.2，遗传算法进行matlab编程，运行程序得到优化结果。

可以看出，运行的最优结果为255，代表保障时间为255。

從图中可以显然得到保障装备的调度情况，包括各个时间段内保障飞机的先后顺序，因此可以得到结论，本文所设计的遗传算法求解的保障装备调度结果对多机种保障装备调度有具体鲜明的指导意义。

5  结语

本文在分析多机种保障飞行前准备活动的车辆调度模式的基础上，基于柔性作业车间调度理论，建立了多机种保障车辆调度模型。在模型建立过程中，考虑了工序约束性和车辆柔性等因素，使模型更贴近真实多机种保障过程，并通过实例验证了模型的可信性;在遗传算法设计中，双层编码具备良好的解空间特性;采用边际分析算法对车辆利用率进一步进行优化，改善忙闲不均现象。在给定平均保障延误时间约束下，模型可以为场站多机种保障车辆调度方案提供决策支持，帮助指挥员高效调度各种保障车辆，从而提高保障效率。

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