舰载机航空保障资源优化配置的循环网络模型

摘要：

为了对舰载机航空保障过程中所涉及的牵引设备、保障装置、弹药配备和人员配置等资源进行优化控制，研究了舰载机航空保障过程具有循环运行的特点，分析了舰载机调运和保障过程中各种工序及其之间的逻辑关系和进行每道工序所需要的资源等。然后引入循环网络模拟技术，获得了一种舰载机航空保障资源配置的优化控制方法，该方法能提高设备的利用率，而且还能确保航空人员始终保持劳逸结合的工作状态。实验结果表明，提出的基于循环网络的舰载机航空保障资源配置方法是有效的。

关键词：

舰载机；航空保障；调运；循环网络技术

0引言

舰载机航空保障是受舰载机类型及其执行任务类型和武器适配性要求、甲板作业空间、设备配置方式和性能、人员匹配状况和任务适应性、维修保障力量需求等众多资源因素制约和影响的多任务复杂系统。在执行出航作战任务过程中对舰载机的航空保障任务进行科学规划和决策尤为重要。舰载机航空保障资源配置相关研究文献主要体现在对舰载机航空保障调度模型的研究[1-5]；舰载机舰面布放调度作业方法和模型研究[6-8]；航空母舰飞行甲板作业及弹药转运系统分析[9]；航母航空弹药组成、需求及调运次序的分析和研究[10-11]等方面。进一步分析舰载机的航空保障实施过程，在每一个航空飞行日内遵循着从调运到挂弹、从弹射到回收，再次调运、再次弹射到再次回收等环节不断往复的循环工艺流程，且在每一个站位接受服务前都有可能产生随机排队现象而出现“拥堵”状态。为了对舰载机航空保障过程中所涉及的牵引设备、保障装置、弹药配备和人员配置等资源进行优化控制，引入循环运行网络模拟技术，试图获得一种基于循环网络模拟技术的舰载机航空保障资源配置的优化控制方法。

1循环网络技术概述

循环网络技术最早是20世纪70年代后期由美国学者研发并开始应用的。国内天津大学首先将循环网络技术引入国内并应用于土木建筑和水电工程等领域的循环施工过程。循环网络技术是把排队论、计算机模拟技术与网络计划技术有机结合起来，用于解决复杂排队问题的一种方法。通过计算机对研究对象的循环运行过程和随机事件的模拟，计算出在不同资源条件和不同施工组织情况下循环施工过程的工期和成本等目标，通过灵敏度分析可以找出最佳的施工设备、人员配置及成本投入的配套组合最优方案[12-14]。

1.1循环网络模型的构成

通常将循环过程的实体状态描述成5种形式，根据实际用矢线刻画各状态之间的逻辑关系将其连接起来，辅以相应的控制机制就构成了完整的循环运行网络图。所以构成循环网络的元素可以概括为3个部分：流元、矢线和节点。

1）流元。即实体流水单元。循环网络模型中的流元是指在随机系统中不断进行状态变换、流动的实体单元，包括进行各种工程作业所需要的物质资料、机械设备、空间、人以及其他方面信息等。流元的动态流动过程可以形象地模拟随机系统实际运行的全过程。

2）矢线。用于表示各流元的流动方向和节点间活动的顺序逻辑关系，在矢线上不体现时间资源的消耗，一般用箭头表示。

3）节点。节点用于表述流元的不同状态和功能，其常见的节点有5种，图形符号表示方法见图1。

①一般节点（N节点）。表示一个非限制性工作及其主动状态（正被使用或服务时）。当流元到达N节点时可以自由进入节点并持续一段时间，可以有一个流元流出也可以有多个流元流出N节点，见图1（a）。

②排队节点（Q节点）。描述处于被动状态（正在排队等待时）的流元，见图1（b）。流元进入Q节点即进入等待状态，待相关的其他Q节点均已具有可以工作条件后，一同进入复合节点。若复合节点所需的资源条件同时得到满足时，流元首先选择低标号的节点。另外，Q节点也具有倍数功能和统计功能，具有倍数功能的Q节点可以将一个流元分解成多个成分投入使用，此时也称为产生节点；具有统计功能的Q节点可以统计流元的排队等待时间。

③复合节点（C节点）。它与一般节点一起统称为活动节点。C节点表示的是一个主动状态，但在C节点活动中有两个及两个以上流元满足了C节点所要求的工作条件后，才能同时进入C节点，并处于持续工作状态一段时间，见图1（c）。也就是说C节点总是跟在Q节点之后，且达到各Q节点所必须具备的资源条件时，该C点才能进入工作状态；否则，已到达紧前节点的流元就要等待，直到所有流元资源条件全部齐备时才能同时进入C节点开始工作。

④合并节点（M节点）。是具有把N个同类流元合并成一个流元的功能的节点，见图1（d）。M节点既可单独使用也可与具有倍数功能的Q节点匹配使用，当Q节点把一个流元分解成N个子流元，匹配一个具有合并功能的M节点，就可以做一个逆动作把N个子流元还原成一个流元，然后释放出去流向下一个节点。

⑤控制节点（K节点）。它是具有监测与控制功能的节点，见图1（e）。它是通过累计进入该节点的流元次数来控制模型的模拟的。K节点上标示的数值U表示该系统所需要进行的循环次数，当通过该K节点的流元次数达到U时，模拟则立即终止。

1.2循环网络模型中节点间的逻辑关系

循环网络模型的5种节点所担负的功能各有不同，所以对每种节点所联接的紧前节点和紧后节点的类型有着相当严格的规定，如表1所示。

1.3循环运行网络的模拟计算原理及步骤

1.3.1计算原理

在控制模拟系统的动态进程时引入时钟值扫描的方法，借助模拟钟、统计钟和计数器来体现“模拟时间”的运行轨迹，模拟钟不断地向前运行，不断地检查所研究的系统，确定系统资源的流向和活动的发生与否，从而实现对循环运行网络的模拟与控制。

1.3.2主要步骤

第1步检查所有活动节点，判断各项活动是否可以开始，设定模拟时钟的初值。只有当运行某一活动所必需的全部流元均已具备时，该活动才可以开始，即检查C节点的所有紧前Q节点流元是否具备条件，或者N节点是否有流元流入。当回答为肯定的则可以开始活动。

第2步确定活动可以开始，则计算活动节点所需的持续时间，并据此计算其结束时间Tover（=现在时间Tnow+持续时间Twait）；否则转下一步。此步骤内可按事件持续时间的随机分布规律产生一随机数，作为该活动的持续时间。

第3步该时刻没有活动进行，找出最小的结束时间Tover值及其所对应的节点，确定当前时刻的模拟时间如式（1）所示，然后释放其所占有的流元：