基于HLA的器材保障物流系統仿真模型研究

于雙雙， 王鐵寧， 劉洪水 （裝甲兵工程學院，北京 100072）

0 引 言

器材保障工作涵蓋了從生產、籌措、儲備、保管到運輸供應的多個階段、多個環節，這使得器材保障物流系統極為復雜，而信息化的不斷發展，也使得器材保障物流系統的規模越來越龐大，以往面向單一研究目的和仿真功能的物流仿真系統，已經難以滿足器材保障物流系統綜合性、系統性的研究需要。為了解決上述問題，本文構建了基于高層體系結構HLA（High Level Architecture）的器材保障物流系統仿真模型，充分利用HLA在分布仿真上的優勢，針對復雜大系統，提高建模效率、仿真性能，改善系統之間的互操作性和代碼可重用性、可擴展性，降低建模與仿真的費用[1]。

1 HLA簡介

HLA是分布交互仿真的高層體系結構，它的主要目標是允許通過聯合其他仿真來實現仿真應用[2]，它考慮的不是如何由對象構建聯邦成員，而是在假設已有聯邦成員的情況下如何構建聯邦。HLA定義了各類仿真模型的描述規范和接口規范，嚴格遵守這些規定是保證仿真模型具有互操作性和可重用性的基本前提[2]。

HLA主要由三部分組成：規則 （Rules）、對象模型模板 （OMT）和運行支撐環境 RTI（Run-Time Infrastructure）接口規范說明 （Interface Specification）[2]。聯邦運行支撐環境RTI是HLA接口規范的具體實現，是HLA仿真的核心部件，也是HLA仿真應用程序設計和運行的基礎，能為仿真提供通用的、標準的、相對獨立的支撐服務，主要包括聯邦管理、聲明管理、對象管理、時間管理、所有權管理、數據分發管理以及支持服務7大類[3-4]，在RTI平臺之上，仿真開發者可以開發各種所需要的服務，構建自己的仿真應用。

2 器材保障物流系統概述

器材保障物流系統是從屬于物流系統的一個特殊系統，它是指在一定的時間和空間里，為實現特定的保障目標而設計的相互作用、相互依賴的物流要素 （或子系統）所構成的有機整體。

該系統把計劃、籌措、儲存、運輸、信息處理等一些相對分散的活動，歸納成一個體系，由所需的器材、運輸工具、倉儲設施、操作人員等若干相互制約的動態要素構成具有特定功能的有機整體，并綜合運用系統的理念、現代物流技術、信息技術與可視化技術，實現各物流環節的合理銜接，使得各種物流資源實現有效配置和最佳整合，滿足物流空間和時間的需要，以取得最佳運作效能和實現最大的保障能力[5]。系統運行框架如圖1所示。

各級器材管理機構通過信息網絡實現器材業務信息的上傳下達，同時與生產工廠和各級倉庫之間進行器材申請與調撥等信息交互，信息匯總至籌供中心，籌供中心經過分析處理，發出調撥信息，實現器材的越級網絡化保障。器材的供應渠道可以根據實際需要既可以選擇部隊運輸，也可以依托地方的第三方物流。

3 基于HLA的器材保障物流系統仿真模型研究

3.1 基于HLA的器材保障物流系統仿真模型

聯邦開發和執行過程模型FEDEP，是美國國防部建模與仿真辦公室為促進基于HLA的仿真系統的開發而提出的用來開發分布式交互仿真系統的軟件工程方法[2,6]。參照FEDEP模型，本文構建了基于HLA的器材保障物流系統仿真模型，如圖2所示。

該模型分為三個層次，分別為：

（1）真實世界問題空間：分析器材保障物流系統，根據仿真應用目標，清晰完整地界定問題空間邊界，確定問題空間的層次、規模與范圍。

（2）概念模型層：研究物流系統概念模型，根據界定的問題空間，從概念上對系統包含的實體進行分析，確定其屬性、功能、結構、信息等。

（3）仿真模型層：在概念模型基礎上，確定仿真聯邦功能，劃分聯邦的結構，確定聯邦中主要交換的信息，描述仿真聯邦的運行過程；描述成員的接口模塊、執行邏輯、內部結構以及仿真中所需的數據信息，將概念性實體 （或對象）以及過程轉化為具體的程序。

下面重點對聯邦功能模型、聯邦結構模型、聯邦運行模型進行設計開發研究。

3.2 仿真聯邦功能模型

器材保障物流系統聯邦的基本功能是對器材保障的運行過程進行仿真，評估器材保障各節點以及各級保障部門的保障能力，以此為依據，對器材保障的整體運作效能進行評估。器材保障物流系統仿真聯邦功能模型如圖3所示。

主要功能包括：

（1） 導調控制

選擇器材保障想定，根據想定，制定保障計劃，設置仿真層次和仿真初始態勢，生成劇情；對仿真過程、仿真速度、仿真成員進行實時控制。

（2）器材保障物流系統聯邦運行

主要包括器材保障物流系統中的器材籌措、器材儲存、器材供應活動以及各級指揮機構的指揮控制決策活動。

（3） 可視化

以可視化方式顯示器材保障運行過程，包括在儲、在籌、在途三個方面，同時保存仿真過程中生成的數據，以便事后分析。

（4）仿真記錄與分析

實時記錄仿真數據和結果，在仿真過程中對多個保障方案進行評估分析，根據評估結果，提出優化方案。

3.3 仿真聯邦結構模型

在HLA仿真聯邦中，聯邦成員的確定至關重要。聯邦成員根據與RTT的節點進行區分，每個聯邦成員與RTI之間只有唯一的節點。聯邦成員可能由多個過程或者子系統組成，它可以運行于不同的計算機上，但只能通過RTI與其它聯邦成員進行通信[2]。

器材保障物流系統是器材籌措、器材儲存、器材供應等子系統相互協作共同完成的聯合活動。每個實體按照預先分配的任務進行，由于不同組織實體之間的信息與物資傳輸內容是根據其承擔的具體任務事先確定的，所以本文按照器材保障物流系統中各實體擔負的任務不同來選擇聯邦成員，建立了如圖4所示的器材保障物流系統仿真聯邦體系結構模型[5]。各個聯邦成員通過HLA的運行支撐環境RTI，實現彼此間的信息交換和共享，完成仿真任務，實現仿真聯邦的基本功能。

（1）導演監控成員組

想定管理成員。設定仿真層次；設置器材保障仿真的初始態勢，包括各級倉庫的初始庫存情況、保障機構的功能設置、保障力量的編成、部署以及上下級之間的關系，對器材需求的預測等等。

仿真管控成員。根據想定，選擇加入聯邦的成員，對仿真運行過程進行實時管理和控制，確定仿真開始與結束的時間，在仿真運行過程中調整時鐘變化；控制成員的加入、退出以及仿真運行時的跳時、暫停、繼續與結束。

導調成員。在仿真運行過程中實時傳輸導調信息與命令，修改仿真實體的模型參數，對仿真過程進行干預。

數據記錄成員。實時記錄仿真過程中傳輸的各種信息、數據，以便在仿真結束后能夠從多角度、多層次觀察仿真過程。

仿真評估成員。模擬并控制器材保障任務的執行過程，對器材保障各環節的運行情況及仿真結果實施評估。

仿真演示成員。利用二維或三維實體模型，演示器材保障不同層次的運行過程。

（2）輔助成員組

第三方物流。模擬器材保障過程中的地方運輸保障力量的各種運輸活動。

部隊運輸力量。模擬器材保障過程中的部隊運輸保障力量的各種運輸活動。

（3）基地級器材保障成員組

基地級機關。模擬基地級器材保障決策活動，指揮控制總體器材保障過程的運行。

基地級倉庫。模擬基地級器材保障所擔負的器材儲備與分配供應活動。

（4）中繼級器材保障成員組

中繼級機關。模擬中繼級器材保障決策活動，指揮控制器材保障過程的運行。

中繼級倉庫。模擬中繼級器材保障所擔負的器材儲備與分配供應活動。

（5）基層級器材保障成員組

基層級機關。模擬基層級器材保障決策活動，指揮控制器材保障過程的運行。

基層級倉庫。模擬基層級器材保障所擔負的器材儲備與分配供應活動。

（6） 獨立成員

生產工廠。模擬器材廠商的生產與供應保障。

用戶。模擬器材保障活動的供應對象。

籌供中心。模擬器材的籌措、儲備、供應等活動，協調控制器材保障，通過高速信息網絡對器材保障物流系統內的信息流進行收集處理、協調控制，實施器材保障指揮調度和協調決策等職能。

3.4 仿真聯邦運行模型

器材保障物流系統仿真聯邦的運行過程主要分為三個階段：仿真初始化階段、仿真運行階段、仿真結束階段。

3.4.1 仿真初始化階段

仿真初始化階段，各個聯邦成員啟動并加入聯邦，向仿真管控成員發出加入成功的交互，然后等待命令；想定管理成員根據加載的想定方案，設置仿真初始態勢，將器材保障任務分解至相應的仿真層次，并向仿真管控成員通知初始化設置完畢；仿真管控成員向基地級機關發出初始化完畢的命令，基地級機關收到初始化完畢的命令后，從指定數據文件中讀取器材保障想定，并根據需要調整保障計劃，調整完畢后向仿真管控成員通知保障計劃調整完畢；仿真管控成員收到保障計劃調整完畢的交互后，向其它聯邦成員發送仿真初始化的命令；其它聯邦成員收到仿真初始化命令后，從指定的數據文件中讀取相關的初始化想定數據，初始化完畢后向仿真管控成員發送初始化完畢的交互；仿真管控成員確定所有成員都完成初始化后，設置仿真時間，向各個聯邦成員發送開始仿真的命令。

3.4.2 仿真運行階段

（1）器材籌措階段

仿真運行步驟如下：

①接到仿真開始的命令后，基層級修理部 （分）隊及各中繼級倉庫用戶根據下年訓練任務量、消耗定額等信息計算得出下年預計器材需求量，并將信息提交至籌供中心；

②基層級機關通過信息中心查詢所屬修理部 （分）隊的年度需求、現有庫存等信息，并結合本級經費限額編制器材申請，然后向籌供中心提交器材申請計劃及現有庫存量、器材周轉留用量等其它器材申請相關信息；

③中繼級機關負責審核匯總基層級機關提交的計劃及信息，并結合本級器材使用、儲存情況編制本級器材申請并上報至籌供中心；

④基地級機關利用籌供中心準確掌握各修理部 （分）隊的器材需求情況，并獲取各級節點的上報信息，以此為依據編制更加科學合理的器材訂購計劃；

⑤最后，根據器材訂購計劃組織實施器材訂購。

（2）器材分配供應階段

此階段仿真運行步驟如下：

①基地級機關根據各中繼級單位經費分配情況、器材資源情況以及下級需求情況確定各中繼級單位的器材分配量，并編制本級分配計劃；

②中繼級機關利用籌供中心獲取總部分配計劃，以此為依據編制本級分配計劃；

③基層級機關通過籌供中心獲得中繼級向本級分配的器材情況；

④基地級機關查詢各級器材分配計劃，結合器材訂貨、庫存等信息制定全軍范圍的供應計劃，以最優的供應流程實施器材供應；

⑤最后，各級器材保障機關將出入庫信息反饋至籌供中心，以便根據實際情況及時調整器材的分配和供應。

3.4.3 仿真結束階段

當到達供應保障任務結束時間時，仿真管控成員向其它聯邦成員發送仿真結束的命令，并判斷全部仿真是否結束，若仿真次數達到預定次數，則全部仿真結束，否則仿真管控成員再次向其它聯邦成員發送開始仿真的命令；仿真評估成員根據仿真數據進行評估，給出評估結果。

仿真運行階段與仿真結束階段的運行過程如圖5所示。

圖5 仿真運行及結束階段運行過程

4 結束語

器材保障物流系統是包含多因素、多目標，動態復雜、分布式的離散事件大系統，傳統的解析方法已經無法解決此類問題，而構建完善的適用的仿真模型也是有難度的。鑒于HLA是特地為解決復雜大系統，提高建模與仿真效率，促進互操作性和重用性而提出的，我們將其應用于器材保障物流系統的仿真建模研究，構建了基于HLA的器材保障物流系統仿真模型，進行多節點分布式仿真，實現高效、精確模擬器材保障物流系統的運行過程，為后續仿真工作提供了依據，為推動器材保障工作邁向新臺階提供了有益的探索。但隨著信息化的向前發展，系統的復雜度也越來越高，聯邦成員也不斷增多，如何進一步構建更加適用的完善的仿真模型，提高仿真系統開發、運行效率和使用效益，也有必要進行深入研究。

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