基于ＨＬＡ的彈藥配送系統仿真

摘要：本文以HLA（High Level Architecture）為計算機仿真標準，對彈藥配送系統進行了建模仿真。在分析彈藥配送仿真系統的體系結構基礎上，開發了仿真系統中的對象類、交互類以及聯邦成員，設計了聯邦運行的整個流程。整個彈藥配送仿真系統是一個聯邦，由作戰部隊、彈藥配送中心、運輸中心、彈藥倉庫和供應商5個聯邦成員組成，各聯邦成員之間通過公布／訂購對象屬性和發送交互仿真了整個彈藥配送活動，得到滿意的配送方案。用HLA技術對彈藥配送系統進行仿真研究是一種可行的方法。

關鍵詞：高層體系結構；仿真；彈藥保障；配送系統

中圖分類號：F253.4文獻標識碼：A文章編號：1002-3100(2007)04-0100-04

Abstract: The paper models and simulates the system of ammunition delivery with High Level Architecture as the criterion for computer simulation. Based on analyzing architecture of simulation system， we develop the object classes， interaction classes and federate members， then design the whole simulating process. The simulation is a federation formed by five federate members including Combat Troops， distribution center of ammunition support， transport center， magazine and provider. Through publishing or subscribing the attributes of classes and sending or receiving interactions， we simulate the ammunition delivering process， obtain the acceptable vehicle scheduling plan. It is a feasible approach to research system of ammunition delivery with HLA.

Key words: High Level Architecture; simulation; ammunition support; system of delivery

戰時彈藥供應，是裝備物資供應的主要部分，是裝備部門的最主要的任務。與一般裝備物資供應相比，戰時彈藥供應有其特殊的規定性，應單獨研究。及時、準確、不間斷地供應部隊彈藥，對維護和提高部隊戰斗力，保障戰斗勝利，具有重要意義[1]。信息化戰爭條件下，對彈藥保障提出了更高的要求。一方面，武器種類繁多，同時造成相應的彈藥種類增多，彈藥的造價也日益昂貴；另一方面，信息化戰爭的快節奏，彈藥消耗量劇增，保障難度加大，傳統的保障做法已經不能滿足戰爭的需要。對彈藥如何做到及時而充足的補給和適當靈活的控制，既能滿足戰斗的需要又不浪費，已成為彈藥保障工作的一個重要課題。美軍針對近幾場高技術局部戰爭出現的問題，基于現代物流技術提出并完善了精確化保障的理念。我軍借鑒美軍經驗，近些年也對彈藥精確化配送保障進行了大量的研究，取得了一定的成果。

隨著信息技術高速發展與社會分工的進一步細化，物流業務所包含的服務越來越多，物流活動越來越復雜，并對物流活動提出了零庫存、準時制、快速反應的更高要求。這與信息化戰爭對彈藥精確化配送的要求一致。彈藥保障部門在進行彈藥配送時面臨著一系列的問題，包括作戰部隊請領單合成問題、庫存量控制問題、車輛調度問題等。為了保證配送系統高效及低成本的運作，就必須解決這些問題，對彈藥配送系統進行優化，其中彈藥配送方案的優化是重要的一環。

當前，物流系統的研究方法有基于Petri網的網絡模型的方法和面向對象的離散事件建模仿真方法[2]。彈藥配送系統是一個分布式、交互、復雜的大系統。彈藥保障部門的配送活動越來越復雜，對于大規模的配送任務，配送中心要與配送系統內部的其他部分進行頻繁的信息交換，包括作戰部隊、彈藥倉庫、供應商、運輸中心等。針對配送活動的這些特點，本文嘗試將HLA（High Level Architecture）高層體系結構標準應用于彈藥配送系統的仿真研究。HLA高層體系結構是一種先進的分布式仿真標準。HLA的提出，其目的是針對復雜大系統，提高建立模型與仿真的效率、促進系統之間的互操作和可重用，降低建模與仿真的費用[3]。本文基于對彈藥配送系統初步研究，按照HLA高層體系結構，對彈藥配送系統模型進行設計和開發，仿真獲得滿意的彈藥配送方案和系統平穩運行的有效參數，從而優化彈藥配送系統，輔助物流決策。

1HLA簡介

HLA是美國國防部建模與仿真辦公室于1996年提出的建模與仿真技術框架的核心部分。HLA重點解決兩個關鍵問題：一是要促進仿真系統之間的互操作；二是要有利于仿真模型在不同的仿真應用的重用[4]。作為建模與仿真的高層體系結構，HLA主要由三部分組成：

（1）規則（Rules）：規定了所有聯邦及其聯邦成員必須符合的要求，表述HLA中各個部件的功能劃分和邏輯關系，體現了HLA的基本構思和原則。

（2）對象模型模板OMT（Object Model Template）：是用來描述HLA對象模型的結構框架，它描述了HLA中對象模型的對象類、屬性、交互參數以及相關信息的格式和方法。OMT是使仿真系統具有互操作性與重用性的重要機制之一，它將面向對象的思想和方法引入分布仿真系統。

（3）運行支撐環境RTI（Run-Time Infrastrue）接口規范說明（Interface Specification）：定義聯邦成員與聯邦中其它成員進行信息交互的方式，即RTI的服務。其定義了RTI的6大管理功能，即聯邦管理、聲明管理、對象管理、所有權管理、時間管理和數據分發管理[5]。

HLA是一個開發的、支持面向對象的體系結構。它最顯著的特點是通過提供通用的、相對獨立的支持服務程序，將應用層同底層支撐環境分離，即將具體的仿真功能實現、仿真運行管理和底層通信三者分開，隱蔽各自的實現細節，從而可以使各部分相對獨立地進行開發，最大程度地利用各自領域的最新技術來實現標準的功能和服務，適應新技術的發展。

2彈藥配送仿真系統設計與開發

為了有效促進基于HLA的仿真系統的開發，美國國防部建模與仿真辦公室提出了開發分布式交互仿真系統的軟件工程方法，即聯邦開發和執行過程模型FEDEP（Federation Development and Execute Process Model）。它是指導HLA分布仿真系統設計開發的基本方法。本文根據FEDEP，對彈藥配送仿真系統進行初步的設計和開發。

2.1彈藥精確化配送系統

戰時，彈藥保障部門實時收到所屬作戰部隊陸續發來的彈藥請領單，服務前臺系統將作戰部隊的請領單和作戰單位信息發送給彈藥配送中心，配送中心接收到這些請領單后根據倉庫庫存量信息，返回該請領單確認信息。彈藥配送中心根據作戰部隊的地理位置，利用最短路徑模型，求出該作戰部隊與裝備保障網絡的其他作戰部隊及下級保障部門的最短距離，形成彈藥配送網絡，為生成彈藥配送計劃做準備。接著彈藥配送中心篩選出計劃執行的請領單，并根據請領單要求和配送車輛情況，結合配送網絡，生成車輛配載計劃和優化路線，得出滿意的配送方案。然后彈藥配送中心發送配送方案到運輸中心，車輛運輸中心調度車輛執行方案。如果庫存量不夠低于警戒線，則倉庫向配送中心發出庫存警告，然后配送中心向相應的彈藥供應商或上級彈藥保障部門發出補貨請求，供貨商或上級彈藥保障部門及時響應請求并向倉庫補貨以保證作戰部隊的需求。車輛按計劃完成任務以后，向彈藥配送中心發出信息，至此一批彈藥配送執行過程結束。配送流程的示意圖如圖１所示，箭頭表示信息傳遞的方向。

2.2仿真系統的HLA聯邦體系結構

本文從彈藥精確化配送系統整體入手，為了建立簡單而有效的模型，對彈藥配送系統進行簡化，認為實際系統由5個部分組成：作戰部隊、彈藥配送中心、倉庫、供應商（包括上級彈藥保障部門）、運輸中心。各部分在地理位置上是分開的，而且各自的功能是相對獨立的。設定整個彈藥配送系統是一個聯邦，各個功能相對獨立的部分為聯邦成員，則整個仿真系統由5個聯邦成員組成，分別為：作戰部隊、彈藥配送中心、運輸中心、倉庫、供應商。整個仿真系統的HLA聯邦體系結構如圖2所示。

各個聯邦成員通過HLA的運行支撐環境RTI提供的六大服務，實現彼此信息的交換和共享，完成仿真的任務。

2.3開發FOM和SOM

根據以上對仿真系統的初步分析，可以確定該仿真系統的聯邦對象模型（FOM）包括5個仿真對象模型（SOM）：作戰部隊、彈藥配送中心、運輸中心、倉庫、供應商。FOM的主要目的是為聯邦成員之間的數據交換提供一個通用、標準格式的說明。數據內容包括所有對象類和交互類以及這些類的屬性和參數。SOM是單一聯邦成員的對象模型，它描述了聯邦成員可以對外部公布或需要訂購的對象類、對象類參數、交互類、交互參數的特性，這些特性反應了聯邦成員在參與聯邦運行時所具有的能力。

2.3.1FOM中對象類與交互類設計

設計對象類、交互類，是為了確定各聯邦成員之間的數據流和控制流。聯邦成員通過定購自己感興趣的對象類和交互類，發布其它成員所需的對象類和交互類，來實現聯邦成員之間的信息交換和互操作。

根據彈藥配送仿真系統的功能和所要完成的任務，系統中的對象類和交互類如下:

（1）仿真系統中的對象類及其屬性：

作戰部隊類：作戰部隊、作戰部隊名稱、作戰部隊位置。

車輛類：車牌號、車輛型、車輛載重量、車輛容量、車輛狀態（是否在運輸中心待命）、配送路線、當天工作量（噸·公里數）、使用年限。

倉庫類：彈藥代碼、貨物數量、彈藥存放位置。

配送計劃類：計劃編號、車輛型號、配送路線。

（2）仿真系統中的交互類及其參數：

發送請領單類：彈藥代碼、彈藥名稱、請領數量、要求彈藥送達日期、彈藥到達的最早時間、彈藥到達的最晚時間。

詢問庫存量類：彈藥代碼。

修改庫存量類：彈藥代碼、變化的狀態（減少或增加）、數量。

補貨請求類：彈藥代碼、數量。

2.3.2SOM的設計

各SOM的公布/訂購關系如表所示。

根據分析的FOM的對象類/交互類和SOM的公布/訂購關系，利用HLA建模工具，對FOM和SOM建模的結果：（1）FOM的模型（.omt）文件；（2）聯邦運行的FED文件（.fed）。這兩個文件都是文本文件，文件的內容是按照一定的格式將建模的結果信息顯示出來。這些模型為聯邦成員代碼的實現做了準備工作。以這些模型為基礎，利用軟件可以生成相應的Visual C++代碼。

3彈藥配送系統仿真

彈藥配送仿真系統各聯邦成員之間的交互過程比較復雜，特別是處于整個仿真系統中心地位的彈藥配送中心，它要與作戰部隊、運輸中心、倉庫和供應商不停地發生信息交互，是整個仿真過程得以實現的關鍵。仿真系統大體工作流程描述如圖3所示。根據車輛調度問題的改進節約算法，配送中心仿真得到滿意的配送方案，按照該方案執行訂單，可以實現在滿足客戶需求的基礎上，盡可能降低配送成本，優化配送系統的目標。

4結束語

彈藥配送系統是一個分布式、交互、復雜的大系統，構造一個完善的分布交互仿真系統是非常困難的。HLA高層體系結構作為一種先進的分布式仿真標準，是針對復雜大系統建模仿真而提出的。本文將HLA仿真標準應用于彈藥配送系統的研究。基于筆者對開發基于HLA的彈藥配送仿真系統的初步研究和實踐，給出了仿真系統的體系結構，并對聯邦和聯邦成員進行了初步的設計和開發，仿真得到滿意的配送方案。本文是將HLA應用于軍事物流領域的一個初步的嘗試，對于研究彈藥配送系統，輔助彈藥保障決策以及推動HLA標準的應用有一定的理論和實踐意義。

參考文獻：

[1] 趙武奎. 裝備保障學[M]. 北京：解放軍出版社，2003.

[2] 朱衛鋒，費奇. 復雜物流系統仿真及其研究現狀[J]. 系統仿真學報，2003，15(3):353-356.

[3] 周彥，戴劍偉. HLA仿真程序設計[M]. 北京：電子工業出版社，2002.

[4] 吳義明，齊歡. 基于HLA的城市交通控制系統仿真[J]. 計算機仿真，2004，21(6):159-161.

[5] 齊歡，代建民，吳義明. HLA仿真與UML建模[M]. 北京：科學出版社，2004.