裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真理論方法研究

豆超勇，古 平，吳巍屹，趙 明

（1.陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)，河北 石家莊050003；2.73087部隊(duì)，江蘇 徐州221000）

1 引言

隨著改革強(qiáng)軍的穩(wěn)步推進(jìn)和裝備技術(shù)不斷發(fā)展深入，部隊(duì)使命任務(wù)大為拓展、建設(shè)水平全面提高、高新裝備集中列裝，部隊(duì)在迎來新的發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，也面臨著裝備維修保障難度顯著提高、實(shí)裝訓(xùn)練成本大幅提高、能力生成周期明顯增長等現(xiàn)實(shí)問題。開發(fā)裝備維修保障模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，可大幅縮短部隊(duì)裝備維修保障訓(xùn)練培訓(xùn)周期，顯著提高訓(xùn)練質(zhì)量效果，及時(shí)進(jìn)行效能評(píng)估，在部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力生成和保障能力形成中發(fā)揮著重要作用。而裝備維修保障分隊(duì)又是部隊(duì)完成裝備維修保障任務(wù)的主體，也是部隊(duì)完成裝備維修保障任務(wù)的中堅(jiān)力量和具體操作者，因此，部隊(duì)?wèi)?yīng)注重裝備維修保障分隊(duì)的建模與仿真理論方法研究。

2 裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真相關(guān)概念

裝備維修（equipment maintenance）[1]指為使裝備保持、恢復(fù)規(guī)定的技術(shù)狀態(tài)或改善裝備性能而對裝備進(jìn)行維護(hù)和修理的活動(dòng)。按維修性質(zhì)和目的分為預(yù)防性維修、修復(fù)性維修、改進(jìn)性維修；按維修機(jī)構(gòu)和等級(jí)分為基層級(jí)維修、中繼級(jí)維修、基地級(jí)維修。

裝備維修保障（equipment maintenance support）[1]指為保持、恢復(fù)裝備良好技術(shù)狀態(tài)或改善裝備性能而進(jìn)行維護(hù)修理的活動(dòng)。由于裝備維修保障最核心、最主要的內(nèi)容和工作是裝備維修，所以本文研究裝備維修保障建模與仿真關(guān)鍵技術(shù)時(shí)也主要以研究裝備維修的建模與仿真關(guān)鍵技術(shù)為主。

分隊(duì)（element）[1]指直接擔(dān)負(fù)作戰(zhàn)和保障任務(wù)的營級(jí)以下建制單位；相當(dāng)于連或排的軍隊(duì)組織，通常隸屬于中隊(duì)；軍事機(jī)關(guān)各部門和營級(jí)以下單位的通信代號(hào)。本文研究的分隊(duì)指直接擔(dān)負(fù)作戰(zhàn)和保障任務(wù)的營級(jí)以下建制單位。

建模（Modeling）[1]是對真實(shí)世界進(jìn)行抽象的過程或方法。

仿真（simulating），《軍語》上并沒有對其進(jìn)行定義，但對“仿真技術(shù)”（simulation technology）[1]進(jìn)行了定義。仿真技術(shù)指利用計(jì)算機(jī)和其他專用設(shè)備，對實(shí)際的或設(shè)想的對象進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬的技術(shù)。按實(shí)現(xiàn)方法和手段分為物理仿真技術(shù)、數(shù)字仿真技術(shù)和半實(shí)物仿真技術(shù)；按模擬的真實(shí)程度分為實(shí)況仿真技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)和構(gòu)造仿真技術(shù)。根據(jù)《軍語》對“仿真技術(shù)”一詞的定義，可以對“仿真”進(jìn)行類比定義，即仿真是利用計(jì)算機(jī)和其他專用設(shè)備，對實(shí)際的或設(shè)想的對象進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。按實(shí)現(xiàn)方法和手段分為物理仿真、數(shù)字仿真和半實(shí)物仿真；按模擬的真實(shí)程度，分為實(shí)況仿真、虛擬仿真和構(gòu)造仿真。

3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

裝備維修保障建模與仿真能夠?yàn)闆Q策層及時(shí)、科學(xué)地提供當(dāng)前維修保障系統(tǒng)的具體情況，為更好建立和完善裝備維修保障系統(tǒng)提供真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)，是提高裝備維修保障效能的重要途徑。所以，國內(nèi)外對裝備維修保障建模與仿真的研究也愈演愈烈。

3.1 國外研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)70年代起美軍陸續(xù)建立了覆蓋戰(zhàn)略后勤、戰(zhàn)區(qū)后勤和戰(zhàn)術(shù)后勤三個(gè)層次的后勤保障模型體系，并在此后的多次局部戰(zhàn)爭，特別是在伊拉克戰(zhàn)爭中，得到了實(shí)際應(yīng)用，其中具有代表性的裝備保障系統(tǒng)模型有LCOM模型、SCOPE模型、LOGAM模型、LOGSIM模型，關(guān)于這些模型，文獻(xiàn)[2]進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。美國國防部建模與仿真辦公室（DoD Modeling and Simulation Office，DMSO）于1995-10發(fā)布了“建模與仿真主計(jì)劃”（DoD 5000.59-P）。該計(jì)劃第一次正式提出了建模與仿真通用技術(shù)框架，其目的在于建立人、自然環(huán)境、系統(tǒng)等的權(quán)威描述，促進(jìn)各種類型的模型與仿真應(yīng)用以及與之相關(guān)的系統(tǒng)之間互操作，同時(shí)也促進(jìn)建模與仿真部件可重用，實(shí)現(xiàn)仿真規(guī)模的可伸縮性和仿真高性能[3]。

美軍在研究軍事建模與仿真技術(shù)時(shí)，十分重視利用仿真系統(tǒng)對軍事系統(tǒng)的建設(shè)情況進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)建設(shè)中的問題，及時(shí)修正建設(shè)計(jì)劃。美軍通過對海灣戰(zhàn)爭的反思，制定并推行了新軍事革命的戰(zhàn)略計(jì)劃，確定了“提出理論—作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)—實(shí)兵演練”的軍隊(duì)發(fā)展途徑。為此，美軍各軍種和聯(lián)合參謀部相繼建立了多個(gè)作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)施了一系列高級(jí)作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)，并取得了明顯成效。美軍作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室本著以提高作戰(zhàn)能力為目的，在總結(jié)以往作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、分析當(dāng)前軍隊(duì)編制體制和作戰(zhàn)理論方面存在的問題、預(yù)測未來作戰(zhàn)需求的基礎(chǔ)上，采用以作戰(zhàn)模擬、虛擬模擬和實(shí)兵演練相結(jié)合的方法，對美軍在未來多維聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境中新的概念、作戰(zhàn)思想和原則進(jìn)行了研究、實(shí)驗(yàn)和評(píng)估，以尋求增強(qiáng)聯(lián)合部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的方法和途徑，為美軍進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)提供理論依據(jù)和動(dòng)力。建模手段方面，美軍通過CSS、DIF、CMMS模型庫和一些支撐工具支持仿真開發(fā)人員在仿真項(xiàng)目中創(chuàng)建、集成和維護(hù)概念模型，并進(jìn)行概念模型的互操作；建模方法方面，主要采用面向?qū)ο蠓椒ǎ匀蝿?wù)為中心，將軍事行動(dòng)分解為實(shí)體、活動(dòng)、任務(wù)和交互；模型描述方面，特別是可視化方面，主要采用UML、IDEF等方法；概念模型應(yīng)用方面，美軍也十分注意CMMS的重用問題，把它作為建模與仿真資源庫（MSRR）中的一部分。MSRR是與國防建模與仿真相關(guān)的、分布于各軍兵種和相關(guān)組織機(jī)構(gòu)中的各種資源的集合，包括模型、仿真、對象模型、CMMS、算法、實(shí)例數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和管理產(chǎn)品、文檔、工具等，是一種按照資源類別進(jìn)行組織、由所有者負(fù)責(zé)維護(hù)、由分布式網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連的建模與仿真資源系統(tǒng)。

3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)在軍事裝備維修保障建模與仿真關(guān)鍵技術(shù)方面的研究起步相對較晚。自1998年海灣戰(zhàn)爭爆發(fā)，才認(rèn)識(shí)到作戰(zhàn)過程中裝備維修保障的重要作用，開始展開對裝備維修保障建模與仿真關(guān)鍵技術(shù)更加系統(tǒng)的研究，并取得了許多成果。

2000年，柏彥奇教授在其博士論文中，對作戰(zhàn)仿真研究中的技術(shù)突破進(jìn)行了研究，從概念到應(yīng)用總結(jié)出一系列重要理論，對分布式交互仿真的研究起到了很大的推動(dòng)作用[4]。2008年，海軍裝備研究院的夏旻對裝備保障仿真模型的系統(tǒng)建模、任務(wù)規(guī)劃、保障組織建模和維修建模四個(gè)方面進(jìn)行了深入研究，初步構(gòu)思了裝備保障仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路[5]。2008年，張祥林在其博士論文中，將六元建模思想應(yīng)用于裝備保障仿真系統(tǒng)概念模型的研究，將六種概念模型的標(biāo)識(shí)與智能體的六類元素即交互類、屬性、元信息、智能體類、方法和結(jié)構(gòu)建立了映射關(guān)系，提出了基于智能體的六元模型建模方法[6]。2010年，吳秀鵬將模塊化理念引入裝備保障力量領(lǐng)域，從理論和實(shí)踐的角度，對裝備保障力量模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，探索了一條用模塊化思想解決信息化條件下特別是戰(zhàn)時(shí)裝備保障力量的復(fù)雜適應(yīng)性問題的新途徑[7]。2013年，張偉將裝備保障仿真建模劃分為不同階段，抽象出各階段建模的研究對象，構(gòu)建了裝備保障仿真建模體系，并在此基礎(chǔ)上建立了裝備保障仿真建模原型系統(tǒng)[8]。2014年，陳立云從體系作戰(zhàn)裝備保障模擬訓(xùn)練系統(tǒng)研制開發(fā)的實(shí)際需求出發(fā)，對裝備保障仿真系統(tǒng)涉及到的保障實(shí)體、保障對象、保障環(huán)境、保障決策等建模技術(shù)進(jìn)行了深入研究，旨在從系統(tǒng)性、完整性和整體性上為裝備保障仿真系統(tǒng)的建模提供理論和方法支撐[9]。2018年裴國旭認(rèn)為裝備維修保障分布式仿真是裝備保障仿真的重要構(gòu)成部分，通過建立指揮所決策模型和維修力量兵力模型，根據(jù)維修保障方案，對維修保障任務(wù)模擬運(yùn)行，獲取維修單元的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以評(píng)估并優(yōu)化維修保障方案[10]。2019年，郭尚昆著眼于提升陸軍部隊(duì)裝備維修保障能力、滿足維修保障模擬訓(xùn)練需求，充分考慮維修保障工作的特點(diǎn)和規(guī)律，系統(tǒng)地對基于模擬訓(xùn)練的陸軍裝備維修保障數(shù)據(jù)模型構(gòu)建進(jìn)行研究，為維修保障數(shù)據(jù)模型體系的建設(shè)提供理論方法和技術(shù)指導(dǎo)[11]。

4 研究現(xiàn)狀的分析總結(jié)

通過對國內(nèi)外裝備維修保障建模與仿真研究現(xiàn)狀的分析，得出新體制下中國軍裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真研究存在的不足，并針對不足提出科學(xué)合理的應(yīng)對策略。

4.1 存在不足

通過分析和總結(jié)發(fā)現(xiàn)，中國軍對新體制下裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真的研究還存在以下三個(gè)方面的不足。

4.1.1 新體制下裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真內(nèi)容還不夠明確

近年來，中國軍對新體制下裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真研究越來越多，但研究內(nèi)容差別很大，導(dǎo)致研究得出的結(jié)論也大相徑庭，不利于新體制下裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真研究的發(fā)展。

4.1.2 新體制下裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真流程還不夠規(guī)范

隨著中國軍裝備保障體制的轉(zhuǎn)型和裝備建設(shè)的發(fā)展，新體制下裝備維修保障分隊(duì)的建設(shè)已取得了很多成果，對建立適應(yīng)信息化戰(zhàn)爭需求的新體制下裝備維修保障分隊(duì)系統(tǒng)模型的相關(guān)研究也達(dá)到了一定高度，但是這些研究要么是較宏觀而不利于操作，要么是較具體只適合特定專業(yè)而缺乏普遍的指導(dǎo)意義。

4.1.3 新體制下裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真理論技術(shù)還不夠全面

裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真理論技術(shù)研究內(nèi)容相對單一、方法不夠先進(jìn)、系統(tǒng)比較片面、操作性也不夠強(qiáng)，不能滿足現(xiàn)代化戰(zhàn)爭裝備維修保障通用性、高效性和不確定性的任務(wù)特點(diǎn)需求。

4.2 應(yīng)對策略

4.2.1 明確新體制下裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真的內(nèi)容

立足新體制下裝備維修保障分隊(duì)的特征和保障單元的需求，提出基于主體、行為、客體的裝備維修保障模型分析方法；構(gòu)建滿足新體制下裝備維修保障分隊(duì)模擬訓(xùn)練需求的裝備維修保障模型；借鑒系統(tǒng)科學(xué)與方法論的思想，對新體制下裝備維修保障分隊(duì)裝備維修保障主體、行為和客體進(jìn)行研究并建立模型。

4.2.2 規(guī)范新體制下裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真的流程

近年來，國內(nèi)外在裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真方面的研究比較多，但建模與仿真的流程缺乏統(tǒng)一的規(guī)范。本文通過借鑒系統(tǒng)科學(xué)與方法論的思想，基于“圍繞行為、著眼主體、面向客體”的理論框架，規(guī)范新體制下裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真流程。

4.2.3 豐富新體制下裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真的理論技術(shù)

實(shí)現(xiàn)分析決策、尋路、戰(zhàn)損評(píng)估、檢測維修等方面的自主化，提高裝備維修保障效能；創(chuàng)新方法精準(zhǔn)表示裝備維修保障分隊(duì)力量和裝備維修保障能力的變化；針對新體制下裝備維修保障分隊(duì)裝備維修保障活動(dòng)的靈活性、隨機(jī)性特征，利用新體制下裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真的優(yōu)勢，開發(fā)裝備維修保障分隊(duì)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，靈活編組、按需抽組和自動(dòng)解聚新體制下裝備維修保障分隊(duì)裝備保障力量。

5 結(jié)束語

通過對裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真相關(guān)概念的界定及其國內(nèi)外研究情況的分析，找出了中國軍裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真存在的問題，并給出了解決問題的方法，為新體制下裝備維修保障分隊(duì)建模與仿真的理論研究和裝備維修保障模擬訓(xùn)練系統(tǒng)順利研發(fā)提供了思路。