實戰環境下導彈裝備保障方案優化研究

王光源， 沙德鵬， 章堯卿， 毛世超

(海軍航空工程學院 a. 軍事教育訓練系； b. 研究生管理大隊， 山東 煙臺 264001)

實戰環境下導彈裝備保障方案優化研究

王光源a， 沙德鵬a， 章堯卿a， 毛世超b

(海軍航空工程學院 a. 軍事教育訓練系； b. 研究生管理大隊， 山東 煙臺 264001)

為解決實戰條件下導彈裝備的保障方案優化問題，將運輸調度、設施選址和路徑規劃結合起來，對實戰條件下多供應點到多需求點的裝備并行配送問題進行了研究，用TOPSIS方法對裝備配送線路的運輸時間、運輸里程、安全系數、運載能力、運輸成本等因素進行綜合評價，并對每個方案的綜合效益值進行排序，建立了導彈裝備調配保障兩級配送網絡模型，得到了每個需求點的最優配送路徑和最優數量分配。研究結果對于部隊導彈裝備及其他設備物資的優化保障具有理論價值和指導意義。

實戰環境； 裝備保障； 理想解排序法

0 引 言

目前，對實戰條件下裝備器材保障決策的研究，提出了戰時裝備調配保障要“統籌兼顧、突出重點”等原則要求，對于如何滿足這些原則要求，更多的是依靠定性的方法，而定量方法和模型的支撐相對較少。隨著信息化條件下聯合作戰樣式的變化，定性決策方式已無法滿足精確保障的現實需要，構建符合戰時裝備器材保障工作實際的決策模型，對于提高裝備器材保障決策的科學性具有重要意義[1]。

就海軍部隊而言，導彈武器系統可裝備于岸基、潛基、艦載和機載等各個平臺，其平臺分布具有多樣性、分散性和復雜性的特點，且在戰時將成為敵方的重要火力打擊目標。平時導彈裝備調配保障方案優化的目標是單一的，即供應時間和供應水平約束下的調配成本最低。但在實戰環境下，導彈裝備在調配過程中，既要考慮從多供應點到多需求點的調運數量和路線選擇問題，還要考慮各方案完成任務的時間、運輸距離、安全通過概率和成本等。另外，因為戰時短時間內調運數量龐大，還要考慮路線運載能力。因此必須采用多準則決策方法，建立戰時裝備調配保障的多目標調度模型，并構造相應的優化算法，才能解決實戰環境導彈裝備調配保障方案優化問題。

1 實戰環境導彈裝備保障可能面臨的問題

以往戰時裝備調配方案的制定，是參謀人員依據保障對象和供應單位的分布，結合軍用交通運輸規則和工作經驗，在紙質地圖上手工完成。但是隨著需求點的增加和其它各種因素的影響，導致戰時導彈裝備調配保障可能面臨諸多問題：

(1) 裝備調度不合理。戰時裝備調度不能進行整體規劃，無法避免各路線的流量飽和、迂回或對流等問題，不能實現裝備的高效、可靠、精確補充及運輸網絡的最優化[2]。

(2) 運輸路徑規劃效率低。傳統的裝備調配方式任務重、決策時間長、實時性差。

(3) 忽視成本。戰時運輸調度方法只考慮設施構建的可行性和設施的生存條件，忽視經濟性因素。

現行的導彈裝備保障方式已不再適合信息化戰爭的要求，高效而科學地選擇裝備調運路線和組織裝備調度，是挖掘戰時裝備調配保障潛力，發揮戰時裝備保障效能的關鍵。

2 實戰環境下導彈裝備調配保障任務的優化與解決方法

2.1戰時導彈裝備調配保障任務

由于戰時任務的緊急性，對保障中心與部隊倉庫的新建與擴建不現實。戰時需要研究從多供應點到多需求點調運的數量分配問題，還要根據各條運輸路線完成任務的時間、運輸距離、安全通過概率和運輸成本來選擇最優路線[3]。

另外，戰時裝備保障路線將是敵空襲的重點目標之一，其運輸條件與平時相比有較大區別，除能給出任意供應點和需求點之間的一條最優路線解外，還需要求解兩點間的多條滿意解。同時，車隊必須通過休息地、給養地等，不允許通過已毀的地段、敵火力控制地段等。因此根據戰場環境的變化還要考慮“必經點”和“禁行點”[4]。

由上可知，戰時導彈裝備調配保障需解決運輸調度(數量分配)、設施選址和路徑規劃3個問題。

2.2調配保障任務的優化方案設計

按照戰時導彈裝備調配保障任務的需求分析，本文提出了兩級路徑的多車隊并行配送設計方案，有效解決了調配保障的運輸調度、設施選址和路徑規劃3個問題。

兩級戰時導彈裝備調配保障方案的提出主要基于以下三方面考慮：① 運輸車隊必須途經保障中心，人員進餐休息、車輛補充燃料。② 戰時前線陣地的選擇有較大的隨機性，到達陣地的運輸線可能只連接了保障中心，因此從后方導彈倉庫到陣地必須經過保障中心。③ 基于“用舊存新，整存零取”和時效性原則[5]，戰時先調用保障中心的裝備，不足的再由導彈倉庫補充。同時，戰場的破損裝備和回收裝備需要運回保障中心進行維修和重利用。

平時在調配時間較為寬松，且各部隊需求量較少時，可采用單車巡回配送的方式，用TSP模型求得最優巡回路線以降低運輸成本，但戰時需求數量龐大，且時效性要求極高，必須采用多車隊并行配送[6]。

2.3調配保障優化方案的評估方法

導彈裝備調配保障方案設計需要考慮眾多的影響因素，涉及到多個目標的指標優化。因此，必須把多目標決策問題轉化為單目標決策問題，然后進行求解，并且戰時裝備調配保障除了要求最優解，還需要求出多個滿意解[7]，故采用逼近于理想解排序法的TOPSIS方法對多目標路徑進行綜合評估，對每個方案的綜合效益值進行排序，可將多目標決策問題轉化為單目標決策問題，再用線性規劃理論求解運輸方案[8]。

3 實戰環境下導彈裝備調配保障方案優化模型

根據戰時導彈裝備調配保障的流程與TOPSIS方法的使用要求，對戰時導彈裝備調配保障的任務進行了分解，如圖1所示，從m個導彈倉庫(i=1,2,…,m)途經p個保障中心(k=1,2,…,p)運輸裝備到n個陣地(j=1,2,…,n)，第i個導彈倉庫有裝備ai件，第j個陣地需求裝備bi件。

圖1 戰時裝備調配保障示意圖

當前的調配保障任務是在考慮保障中心容納能力和道路通行能力的前提下，確定導彈倉庫i到陣地j的裝備運輸數量和運輸路徑，使得運輸的時間、里程、安全系數、運輸成本等綜合效益最高。

(2) 將多目標決策轉化為單目標決策。利用TOPSIS方法對各路徑的時間、里程、安全通過概率、道路運載能力、運輸成本等因素進行綜合評價，得到各條路徑的綜合效益指標值，將多目標決策問題轉化為單目標決策問題[10]。

設置決策矩陣C，其中cij描述導彈倉庫i到陣地j的運輸路線的時間、里程、安全通過概率、道路運載能力和運輸成本的綜合效益，則戰時導彈裝備調配保障多目標運輸問題的數學模型可以轉化為：

3.1戰時導彈裝備調配保障的影響因素

因為戰時與平時在保障任務和保障環境方面的巨大差別，戰時與平時裝備調配保障的目標和要求截然不同。平時導彈裝備調配保障的目標主要考慮成本因素，通常情況下簡化為供應時間和供應水平約束下的運輸成本的最小[11]。

戰時導彈裝備調配保障中，時效性和安全性成為主要準則，裝備補充速度越快，安全通過概率越高，則保障效益越好，而經濟因素的重要性降低。戰場環境下導彈裝備調配運輸調度問題受到眾多因素影響，需要在運輸時效性、安全性、道路運載能力和經濟性等目標之間進行權衡抉擇[12]。

(1) 運輸時間。實戰條件下時間是最寶貴的資源之一，時間能夠搶得戰機、爭取勝利，實效性是戰時任何軍事行動不可忽略的決策準則。在戰場裝備調配活動中，運輸時間越短，運輸行動的效率越高。從戰場時間價值和戰時裝備調配保障的效率出發，應該選擇運輸時間較短的調配方案。

(2) 運輸里程。通常運輸里程與運輸的時效性是等價的，從供應點到需求點的里程越小，所需時間就越短。但在某些情況下，比如從供應點到需求點有兩條路徑，一條路里程長，但是路況好，通行時間短；另一條里程短，但路況不好，通行時間長，此時運輸里程與運輸時間就不等價。

(3) 運輸路線的安全因素。武器裝備具有精密性和易燃易爆等特點，對儲運要求非常嚴格。而戰時路況較平時會有一定程度的下降，裝備可能在運輸過程中出現損毀。另外戰時交通補給線也是敵方重點打擊的對象，在運輸途中裝備可能會因敵方火力攻擊而毀損。在運輸調度時，必須要考慮裝備能否安全到達。

(4) 道路通行能力。通行能力是指該路段上單位時間的最大運輸通行量，道路通行能力受路面材質、車道寬度、道路縱坡、轉彎半徑、橋梁載重、隧道高度和道路海拔等因素影響。戰時運輸車輛眾多，可能會因為堵塞而影響任務的達成，因此在規劃裝備調運時必須考慮道路的通行能力。

(5) 成本因素。由于裝備調配任務連接地理上有一定距離的點，需要使用的各種保障裝備較多，運輸成本相對較高，合理的裝備調配方案能夠減少運輸周轉，降低運輸成本。而且戰時任務時間集中，常常會出現運力不足的情況(包括車輛和燃料)，研究裝備調配的經濟性可以緩解運力不足的影響，因此戰時裝備調配保障要考慮經濟性因素。

綜上所述，戰時裝備調配保障調運方案的影響因素如圖2所示。

圖2 路徑規劃的影響因素

3.2指標取值和權重的確定

影響運輸方案優劣的因素有運輸路線的時效性、安全性、道路通行能力和運輸成本。這些因素具有很強的模糊性和不確定性，屬性值和權重的確定具有一定難度。因為運輸路徑選擇的經濟性要求不是很高，在此采用德爾菲法得到屬性值[13]，采用AHP法得到屬性權重，具體實施如下：

3.2.1各指標值的確定

根據專家調查的結果，分別計算各個備選線路的運輸時間、運輸里程、安全通過概率、運載能力和運輸成本。

(1) 運輸時間(T)。從導彈倉庫到陣地的裝備運輸有一個時間期限，裝備必須在該期限內運送到陣地。這個期限有兩種獲得方式，一是上級規定，二是根據最小運送時間(即最后一批裝備到達陣地的時間)決定。

(2) 運輸里程(L)。運輸里程是地理上連接供應點和需求點的路線長度。

(3) 安全系數(R)。道路安全系數用一對節點之間的安全通過概率來度量。影響因素有路徑隱蔽性、道路沿線防衛強度、暴露于敵軍火力之下的時間及該路段到敵戰區的空中直線距離等，綜合考慮這些因素后用百分比量化。

(4) 運載能力(G)。道路運載能力用單位時間內通過裝備的數量衡量。道路運載能力受路面材質、車道寬度、道路縱坡、轉彎半徑、橋梁載重、隧道高度和道路海拔等因素影響。

(5) 運輸耗費(C)。運輸耗費由運輸途中燃料消耗和飲食供應以及住宿安排等因素決定。如果動員民用力量參加保障，還要支付民用力量的費用。

設從導彈倉庫到陣地的備選運輸線路集合為M=(1,2,…，m),第i條線路的運輸時間為Ti，運輸里程為Li，安全通過概率為Ri，運載能力為Gi，運輸距離為Di。由于運輸路線分為兩個環節，運輸時間、距離和運輸成本通過累加計算得到，安全通過概率通過累乘計算得到，道路運載能力取兩段線路的最小值。

3.2.2指標權重的確定[14]

影響運輸方案優劣的每一個因素都可以看成方案的屬性，則屬性集合G=(G1，G2，G3，G4，G5)={時效性，里程，安全系數，運載能力，成本}。

采用AHP法得到屬性權重，W=(ω1,ω2,…,ω5)并且滿足：

3.3模型求解

對待選運輸路徑進行優劣排序是一個多屬性決策問題，文中采用逼近于理想解排序法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution，TOPSIS)進行分析，其優點是能對各決策方案進行排序比較，它基于歸一化后的原始數據矩陣，找出有限方案中的最優方案和最劣方案，然后獲得某一方案與最優方案和最劣方案間的距離(用差的平方和的平方根值表示)，從而得出該方案與最優方案的接近程度，并以此作為評價各方案優劣的依據[15]。基本步驟為：

(1) 指標值的確定。通過計算得到每條路徑的各屬性指標值，將元素轉化為效益值，構造決策矩陣A。

(2) 對決策矩陣A進行規范化處理得到決策矩陣B，其元素為：

(3) 指標權重的確定。分別用ωT,ωL,ωR,ωG,ωC表示時間、里程、安全系數、運載能力、成本的權重，利用AHP法得到影響陣地優劣的5個因素的權重W=(ωT,ωL,ωR,ωG,ωC)。

(4) 由矩陣B構造加權的規范決策矩陣C，其元素為：cii=wibii。

(5) 求理想解p+和負理想解p-。

(6) 計算每個評價對象對理想解p+、p-的距離和對理想解p+的相近接近度。

容易看出，0≤pi≤1，pi越接近于1，說明被評價方案i越接近理想解。

(7) 將pi按由大到小的排序，為每個任務選擇最優路線。

(8) 通過單目標線性規劃求得效益最大的運輸方案。

(9) 約束條件的審查。因為戰時裝備運輸量大，隨機性強，需要對方案中的導彈倉庫的供應能力、路段運載能力和保障中心的容納能力進行審查，對于不符合約束條件的方案重新調整，可以在第(7)步中對部分任務選擇次優路徑計算，再驗證約束條件。如此循環，最終會求得符合約束的滿意方案。

4 結 語

多供應點到多需求點的裝備并行調配問題，需求量大，當各任務都選擇綜合效益最高的路徑時，裝備調配任務可能會和導彈倉庫的供應能力、路段通行能力、保障中心的容納能力等因素產生沖突，此時可以對部分運輸任務用次優路線進行調整，最終可以得到滿足各種約束的最優裝備調配保障方案。本文通過建立實戰背景下導彈裝備調配保障兩級配送網絡模型，得到每個需求點的最優配送路徑和最優數量分配，研究結果對于部隊導彈裝備及其他設備物資的優化保障具有指導意義。

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OptimizationofMissileEquipmentSupportSchemeunderActualCombatEnvironment

WANGGuangyuana,SHADepenga,ZHANGYaoqinga,MAOShichaob

(a. Department of Military Education and Training; b. Graduate Students’ Brigade,Navy Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001, Shandong, China)

To solve the optimization problem of equipment support program under actual combat environment, the transportation scheduling, location and path planning are combined, and the parallel distribution problem of wartime equipment which is from multi supply points to multi demand points has been studied. This paper has completed a comprehensive evaluation of the factors such as transportation time, transportation mileage, safety factor, transportation capacity, transportation cost, etc by using TOPSIS method, sorted the comprehensive benefit values of each scheme, and established the network model of missile equipment deployment support for two-level distribution. The optimal distribution route and optimal number allocation of each demand point are obtained finally.

actual combat environment; equipment support; technique for order preference by similarity to ideal solution (TOPSIS)

E 951.3

A

1006-7167(2017)09-0282-05

2016-12-18

王光源(1964-)，男，山東文登人，博士，教授，主要研究方向：武器系統應用與保障工程。Tel.:18663867596； E-mail:ytwang2006@163.com