陸思錫 周慶忠 楊凌峰

摘要:運用系統(tǒng)動力學原理及VENSIM建模平臺建立了航空兵作戰(zhàn)油料保障的仿真決策模型,以航空兵場站油料存儲量為切入點,將航空兵作戰(zhàn)油料保障的各種要素結(jié)合起來。通過實例仿真,分析了兩個重要參數(shù)值的改變對仿真結(jié)果的影響,并確定出其對油料保障效率的影響程度,從而為航空兵作戰(zhàn)油料保障提供科學的定量決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞:航空兵;油料保障;決策;系統(tǒng)動力學;仿真

中圖分類號:E234文獻標識碼:A

Abstract: This paper has established a simulation decision-making model of air arm POL(Petrol Oil and Lubricants)service in wartime, which is based on system dynamics and the modeling platform of vensim, and has taken the POL storage of air arm aerodrome as a cut-in point to combine all kinds of factors in the POL service. The influence of simulation result which caused by the change of two important parameters has been analyzed by simulating an example, and the influence degree of POL service efficiency has also been confirmed, which offers scientific and quantificational decision-making basis to the air arm POL service in wartime.

Key words: air arm; POL service; decision-making; system dynamics; simulation

0引言

航空兵部隊是重要的空中作戰(zhàn)力量,其作戰(zhàn)效能直接影響到我方對制空權(quán)的控制,以及與其他軍兵種協(xié)同作戰(zhàn)的效果。油料保障,作為航空兵作戰(zhàn)重要的后勤保障工作之一,對航空兵作戰(zhàn)效能具有重要影響?？茖W、合理地油料保障決策可以為航空兵部隊提供更加高效、可靠的戰(zhàn)時油料保障,從而提高航空兵部隊的整體作戰(zhàn)效能。因此,研究航空兵作戰(zhàn)油料保障決策問題具有十分重要的理論和現(xiàn)實意義。

在信息化戰(zhàn)爭條件下,戰(zhàn)場環(huán)境的透明化、不確定性以及空間轉(zhuǎn)換節(jié)奏的加快,使航空兵作戰(zhàn)油料保障呈現(xiàn)出更加復雜的動態(tài)性,增加了油料保障的難度,對油料保障決策者提出了更高的要求[1]。對于信息化戰(zhàn)爭條件下動態(tài)變化的航空兵油料保障決策問題,傳統(tǒng)的靜態(tài)方法很難湊效,而系統(tǒng)動力學(System Dynamics)則為解決動態(tài)復雜性問題提供了一種可行的理論與方法。系統(tǒng)動力學是美國麻省理工學院的福瑞斯特(Jay W. Forrester)教授于1956年創(chuàng)始的一門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學科,它綜合了反饋控制論、信息論、系統(tǒng)論、決策論、計算機仿真以及系統(tǒng)分析的實驗方法,利用系統(tǒng)思考的觀點來界定系統(tǒng)的組織邊界、運作及信息傳遞流程,以因果反饋關(guān)系描述系統(tǒng)的動態(tài)復雜性,并建立量化模型,利用計算機仿真方法模擬不同策略下現(xiàn)實系統(tǒng)的行為模式,最后通過改變結(jié)構(gòu),幫助人們了解系統(tǒng)動態(tài)行為的結(jié)構(gòu)性原因,從而分析并設(shè)計出解決動態(tài)復雜問題的方案[2-4]。

為了把決策建立在更加科學的基礎(chǔ)之上,本文將航空兵作戰(zhàn)油料保障作為一個系統(tǒng)來分析,以系統(tǒng)動力學理論為工具,對航空兵作戰(zhàn)油料保障進行仿真建模研究。

1航空兵作戰(zhàn)油料保障動力學模型的建立

1.1模型假設(shè)

由于對航空兵作戰(zhàn)油料保障的仿真建模是一項復雜的系統(tǒng)工程,需要對某些影響因素進行一些合理的假設(shè)才能使問題更好地得到解決,因此對模型的建立作出了如下假設(shè):(1)只考慮對單一機種的油料保障情況。(2)航空兵油料保障在時間上是連續(xù)的。(3)作戰(zhàn)飛機的戰(zhàn)損情況服從一定規(guī)律。(4)不考慮對作戰(zhàn)飛機數(shù)量的增援。(5)忽略油料保障人員及設(shè)施設(shè)備的戰(zhàn)損情況。

1.2流圖的建立及主要方程的確定

1.2.1流圖的建立

航空兵場站油料實時存儲量、場站油料保障速度、油料消耗量、需要補給的油料數(shù)量、油料補給速度等是影響航空兵作戰(zhàn)油料保障的幾個主要因素,下面將著重對這幾個變量及相關(guān)影響因素進行分析。

(1)模型中的流位(Level)變量為航空兵場站油料實時存儲量,它由流率(Rate)變量場站油料保障速度及油料補給速度共同決定。

(2)場站油料保障速度由油料消耗量和油料保障時間限制共同決定。其中,油料消耗量由作戰(zhàn)飛機架次、空中主油消耗率、單機油料基數(shù)量決定。

(3)油料補給速度由需要補給的油料數(shù)量和參戰(zhàn)飛機平均消耗速度決定。其中,需要補給的油料數(shù)量由場站油料存儲量、油料消耗量、場站油料安全存儲量、機動或不可用油料存儲量共同決定。

通過上述分析,利用VENSIM平臺構(gòu)建的模型流圖如圖1所示。

1.2.2主要方程的確定

在確定作戰(zhàn)飛機架次時,考慮到飛機的戰(zhàn)損情況,選用了指數(shù)函數(shù)來描述飛機數(shù)量的變化情況;在油料補給速度的關(guān)系式中,采用了IF THEN ELSE函數(shù),其目的是保證在各個階段都是以最快的速度進行油料補給;考慮到油料保障具有一定的滯后性,在保障速度的關(guān)系式中采用了平滑函數(shù)SMOOTH來實現(xiàn)。

模型中的關(guān)鍵數(shù)學關(guān)系式如下:

(1)航空兵場站油料實時儲存量=INTEG(油料補給速度-場站油料保障速度)

(2)需要補給的油料數(shù)量=場站油庫安全容量+油料消耗量-航空兵場站油料存儲量-機動或不可用油料存儲量[5]x

(3)油料消耗量=單機油料基數(shù)量*空中主油消耗率*作戰(zhàn)飛機架次*(1+地空主油消耗比)[5]

(4)作戰(zhàn)飛機架次=初始飛機數(shù)量*出動率*出動強度*(1-單位時間戰(zhàn)損率)^ Time

(5)油料補給速度=IF THEN ELSE(參戰(zhàn)飛機平均油料消耗速度/(需要補給的油料數(shù)量/油料補給調(diào)整時間)<1,需要補給的油料數(shù)量/油料補給調(diào)整時間,參戰(zhàn)飛機平均油料消耗速度)

(6)場站油料保障速度=SMOOTH(油料消耗量/油料保障時間限制,油料保障調(diào)整時間)

2實例仿真分析

下面以某次作戰(zhàn)某航空兵場站對進駐部隊的某一機種進行油料保障為例對模型進行仿真分析。

2.1仿真條件

模型的運行環(huán)境參數(shù)設(shè)置分別為:INITIAL TIME=0,FINAL TIME=240(hour),STEP TIME=1(hour),即仿真的時間為10天,步長為1小時,各參數(shù)及初值設(shè)置如表1所示。

2.2仿真結(jié)果輸出

通過運行VENSIM得到航空兵場站油料實時存儲量、油料消耗量、油料保障速度、油料補給速度的仿真曲線如下圖所示,部分仿真數(shù)據(jù)如表2所示。

2.3仿真結(jié)果分析

(1)從圖2可以看出,在作戰(zhàn)開始的20小時內(nèi),油料存儲量迅速減少,最低存儲量為1.3e+006kg。這是由于在作戰(zhàn)開始階段參戰(zhàn)飛機數(shù)量較多,戰(zhàn)況較為激烈,因此耗油量較大,同時,油料補給速度在作戰(zhàn)開始的20小時內(nèi)小于油料保障速度,從而導致場站油料存儲量在作戰(zhàn)開始的20小時內(nèi)迅速下降。在作戰(zhàn)20小時之后,由于作戰(zhàn)飛機數(shù)量的減少,且隨著時間的推移,戰(zhàn)況激烈程度明顯降低,油料消耗量開始減少,同時,油料補給速度在作戰(zhàn)20小時后與場站保障速度基本保持了同步,因此場站油料存儲量在20小時后開始逐步回升,并在235小時以后趨于穩(wěn)定。

(2)從圖4可以看出,油料補給速度在作戰(zhàn)開始的20小時內(nèi)迅速增加,這是由于存儲量迅速減少,需要對場站油料存儲量進行補給,而只有依靠提高油料補給速度才能達到補給效果。當補給速度增加到與保障速度相當?shù)臅r候,隨著油料消耗量的減少,油料存儲量開始穩(wěn)定,這時對油料補給速度的要求就沒有開始階段時高,因此油料補給速度開始與油料保障速度呈相似的變化規(guī)律,并逐步降低,在230小時后趨于穩(wěn)定。

2.4參數(shù)值的改變對仿真結(jié)果的影響分析

在仿真過程中我們發(fā)現(xiàn),油料補給調(diào)整時間和油料保障時間限制這兩個參數(shù)對航空兵作戰(zhàn)油料保障效果的影響較大,其分別影響油料補給速度和油料保障速度這兩個變量,從而進一步影響場站油料存儲量。因此,通過控制這兩個參數(shù),就可以提高油料保障的效率;分析其對油料保障的影響,就可為決策者提供可靠的決策依據(jù)。下面分兩種情況著重就時間參數(shù)的設(shè)置對仿真結(jié)果的影響進行討論。

(1)將油料保障時間限制每次減少0.1小時,其它參數(shù)值與2.1節(jié)設(shè)置一致,得到不同油料保障時間限制條件下的場站油料實時存儲量仿真結(jié)果如圖6所示。圖中曲線1～4分別表示油料保障時間限制分別為0.2、0.3、0.4、0.5小時的油料實時存儲量。從圖中可以看出,參數(shù)值的改變對油料實時存儲量在開始階段的減少量影響較明顯,曲線1與曲線4的對比尤為明顯。當油料保障時間限制從原來的0.5小時調(diào)整為0.2小時后,相當于提高了油料保障速度,但油料補給速度并沒有提高,從而使得油料支出量大于油料補給量,油料實時存儲量比調(diào)整前減少得更多,因此出現(xiàn)不能滿足作戰(zhàn)油料保障需求的情況。

(2)將油料補給調(diào)整時間從5小時每次增加2小時至12小時,其它參數(shù)值與2.1節(jié)設(shè)置一致,得到不同油料調(diào)整時間條件下的場站油料實時存儲量仿真結(jié)果如圖7所示。圖中曲線1～5分別表示油料補給調(diào)整時間為12、11、9、7、5小時的場站油料實時存儲量。從圖中可以看出,油料存儲量在開始階段隨調(diào)整時間的增加而減少得較為明顯。當油料補給調(diào)整時間從5小時調(diào)整為12小時后,相當于降低了油料補給速度,同時由于油料保障速度保持穩(wěn)定,從而使得油料補給量小于油料支出量,場站油料實時存儲量減少較快,不能滿足作戰(zhàn)油料保障的需要。

2.5油料保障決策分析

從2.4節(jié)的分析中可知,油料保障時間限制和油料補給時間是兩個非常重要的參數(shù)值,改變這兩個參數(shù)值,將影響航空兵作戰(zhàn)油料保障的整體效率,因此,在進行油料保障決策時,需要合理地確定這兩個參數(shù)值,才能使油料保障獲得最佳的效果。在確定這兩個參數(shù)值時,既要考慮到時效性,又要考慮到戰(zhàn)時的實際情況,如果把油料保障時間限制確定得太短或者將油料補給調(diào)整時間確定得太長,都會增加油料保障難度,降低油料保障效率。從2.4節(jié)的分析來看,油料保障時間限制不應(yīng)低于0.2小時,同時考慮到戰(zhàn)時對時間要求較高,因此,油料保障時間限制不應(yīng)超過0.5小時。同理可以分析出如果油料補給調(diào)整時間太短,不僅不利于本級油料保障,還會給上級油料調(diào)運增加很大難度,因此結(jié)合戰(zhàn)時的實際情況(如敵方對我打擊等造成的戰(zhàn)損情況)考慮,調(diào)整時間不應(yīng)低于5小時,同時考慮到戰(zhàn)時的時間限制,調(diào)整時間不應(yīng)超過12小時。此外,在作戰(zhàn)開始的20小時內(nèi),由于諸多不確定因素的存在,油料消耗量將比預期更大,因此,應(yīng)采取措施加強這段時間內(nèi)的油料補給。例如,開設(shè)野戰(zhàn)油庫儲油、利用野戰(zhàn)輸油管線進行油料補給等,以確保油料保障工作的順利進行。

3結(jié)束語

本文以航空兵場站油料實時存儲量為著眼點,將油料保障過程作為一個系統(tǒng)來考慮,利用系統(tǒng)動力學的方法對航空兵作戰(zhàn)油料保障進行了建模與仿真,并分析了參數(shù)值改變對油料保障的影響,為航空兵作戰(zhàn)油料保障提供了定量決策依據(jù)。由于時間、條件和作者能力有限,文章尚存在構(gòu)建的模型深度和廣度不夠、反饋控制理論與數(shù)學知識的應(yīng)用不夠等不足之處,這些都有待在后續(xù)的研究中進一步完善。

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