吳龍濤，王生鳳,李 浩

(1.裝甲兵工程學(xué)院技術(shù)保障工程系，北京 100072； 2.裝甲兵工程學(xué)院科研部，北京 100072)

基于灰熵的裝甲裝備器材主動調(diào)劑方法

吳龍濤1，王生鳳2,李 浩1

(1.裝甲兵工程學(xué)院技術(shù)保障工程系，北京 100072； 2.裝甲兵工程學(xué)院科研部，北京 100072)

針對裝甲裝備器材調(diào)劑時(shí)效性不強(qiáng)的問題，依據(jù)裝備工作時(shí)長與器材需求分布，預(yù)測了器材消耗性節(jié)點(diǎn)(消耗點(diǎn))的器材需求量，并結(jié)合器材資源點(diǎn)(資源點(diǎn))的器材儲備實(shí)況，確定了消耗點(diǎn)的器材調(diào)劑需求量；通過引入灰熵來評估不同消耗點(diǎn)器材調(diào)劑需求的相對緊迫程度，并考慮器材調(diào)劑成本，構(gòu)建了裝甲裝備器材主動調(diào)劑決策模型；最后，結(jié)合算例驗(yàn)證了模型的合理性與有效性。

裝甲裝備； 器材主動調(diào)劑； 灰熵

合理的器材保障方式是裝備保障活動有效開展的前提，是順利完成部隊(duì)訓(xùn)練、演習(xí)等任務(wù)的基礎(chǔ)。目前，裝甲裝備器材保障方式主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，以逐級申請、逐級供應(yīng)為主，其保障周期相對較長且產(chǎn)生“牛鞭效應(yīng)”，難以保證器材籌措、供應(yīng)的合理性與科學(xué)性，同時(shí)也加大了器材消耗性節(jié)點(diǎn)(簡稱“消耗點(diǎn)”)器材短缺情況發(fā)生的可能性。

目前，針對裝備器材調(diào)劑方面的研究較為寬泛，主要涉及跨區(qū)調(diào)劑、應(yīng)急調(diào)劑等。如：可榮博等[1]以成本控制為目標(biāo)，構(gòu)建了基于區(qū)內(nèi)調(diào)劑與跨區(qū)調(diào)劑的供應(yīng)保障模型；王鐵寧等[2]針對裝備應(yīng)急器材調(diào)劑決策問題，構(gòu)建了面向裝備應(yīng)急器材調(diào)度決策的廣義最優(yōu)路徑模型和運(yùn)輸模型；王勝德等[3]設(shè)計(jì)了器材資源調(diào)度系統(tǒng)，加快了器材調(diào)度的響應(yīng)速度；張琦等[4]構(gòu)建了基于GPS的工程裝備保障資源優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)工程保障資源的可視化調(diào)度奠定了基礎(chǔ)；馮堅(jiān)等[5]建立了公路網(wǎng)絡(luò)模型和優(yōu)化調(diào)度模型，實(shí)現(xiàn)了維修保障資源的科學(xué)調(diào)度；牛天林等[6]結(jié)合信息、資源和效能三者之間的關(guān)系與維修資源保障指揮管理過程，研究了信息化條件下裝備戰(zhàn)場維修資源保障問題。

上述研究為提升裝甲裝備器材調(diào)劑的科學(xué)性提供了有力支撐，但其多側(cè)重于算法研究，很少針對調(diào)劑過程來分析研究。同時(shí)，由于目前裝甲裝備器材需求調(diào)劑多以下級單位的器材申請為調(diào)劑起始點(diǎn)，上級單位的主動性調(diào)劑相對不足，這也在一定程度上影響了器材保障效益。

為此，筆者以隊(duì)屬器材資源點(diǎn)(簡稱“資源點(diǎn)”)及對應(yīng)的器材消耗點(diǎn)為研究對象，依據(jù)裝備工作時(shí)長與器材需求分布，預(yù)測其器材需求；結(jié)合資源點(diǎn)器材儲備實(shí)況，引入灰熵來衡量不同消耗點(diǎn)器材調(diào)劑的緊迫程度；考慮調(diào)劑成本，構(gòu)建裝備器材主動調(diào)劑決策模型，為有針對性地進(jìn)行器材調(diào)劑和提升器材保障效益提供參考。

1 裝甲裝備器材調(diào)劑過程

器材保障是由一系列事件(消耗、申請、發(fā)貨、到貨和生產(chǎn)等)和具有一定時(shí)間跨度的過程(消耗過程、運(yùn)輸過程、生產(chǎn)過程等)組成的?，F(xiàn)行的裝甲裝備器材的調(diào)劑過程可劃分為2個(gè)階段：

1)器材調(diào)劑方案生成階段。該階段主要結(jié)合消耗點(diǎn)的裝甲裝備器材需求與資源點(diǎn)的器材儲備實(shí)況，確定其器材調(diào)度需求(若資源點(diǎn)不能滿足消耗點(diǎn)的器材需求，則消耗點(diǎn)轉(zhuǎn)化為需求點(diǎn))，并上傳至上級調(diào)度機(jī)構(gòu)對其進(jìn)行處理，形成器材調(diào)劑方案。

2)器材調(diào)劑方案落實(shí)階段。該階段主要根據(jù)下達(dá)的裝甲裝備器材調(diào)劑信息，使其他資源點(diǎn)或生產(chǎn)工廠采用合適的器材供應(yīng)方式將器材運(yùn)輸至產(chǎn)生器材調(diào)劑需求的資源點(diǎn)。

裝甲裝備器材調(diào)劑流程[7]如圖1所示。

圖1 裝甲裝備器材調(diào)劑流程

由此可見：器材調(diào)劑計(jì)劃的審核、決策過程耗時(shí)甚長，在很大程度上影響了裝備器材調(diào)劑的效率。若上級保障機(jī)構(gòu)充分掌握所屬單位的器材消耗情況，則可結(jié)合資源點(diǎn)的器材實(shí)時(shí)儲備情況，及時(shí)、準(zhǔn)確地預(yù)測消耗點(diǎn)的器材調(diào)劑需求，有針對性、主動地調(diào)劑器材，進(jìn)而在一定程度上提高器材調(diào)劑效率和器材保障效益。

2 裝甲裝備器材主動調(diào)劑決策模型

器材調(diào)劑決策過程涉及因素較多，既有定量因素，又有定性因素，因此是一個(gè)灰色過程，且為離散事件組成的有限信息空間，熵作為衡量孤立物質(zhì)系統(tǒng)偏離平衡狀態(tài)的函數(shù)，可有效地處理離散化事件，且熵越小，表明系統(tǒng)偏離平衡狀態(tài)的程度越大，灰熵即為灰色系統(tǒng)的熵。

2.1 灰熵

(1)

若器材資源點(diǎn)所儲備的器材能滿足消耗點(diǎn)的器材需求，則稱該子系統(tǒng)(含消耗點(diǎn)與資源點(diǎn))處于平衡態(tài)；反之，該子系統(tǒng)的平衡狀態(tài)被打破，稱之為非平衡態(tài)。灰熵通過定量地評估單個(gè)子系統(tǒng)偏離平衡狀態(tài)的程度，來衡量不同子系統(tǒng)器材調(diào)劑需求的緊迫程度，進(jìn)而提高器材調(diào)劑決策的科學(xué)性。為簡化建模過程，進(jìn)行如下假定：

1)忽略調(diào)劑過程所需的運(yùn)力及容量約束，假定均能滿足其需求約束；

2)忽略不同型號裝備間部件的互換性，即不同型號裝備器材具有通用性。

2.2 器材調(diào)劑需求確定

2.2.1 器材需求分析

對裝備部件、零部件(統(tǒng)稱“部件”)工作時(shí)長與器材需求的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知：大多數(shù)裝備部件工作時(shí)長與器材需求量存在映射關(guān)系，且其可歸納為指數(shù)分布、正態(tài)分布和威布爾分布3類。筆者僅對壽命分布滿足上述3類分布的器材需求進(jìn)行研究。

1)指數(shù)分布

當(dāng)裝備某部件的故障率近似為恒定常數(shù)時(shí)，其器材需求也是常數(shù)，則可利用指數(shù)分布模型來描述其器材保障概率P(w)，即

(2)

式中：te為壽命分布滿足指數(shù)分布的部件累計(jì)工作時(shí)長；x為該部件在t時(shí)刻發(fā)生故障時(shí)可提供的器材數(shù)量；α為該部件發(fā)生故障的概率；L為該部件的裝配數(shù)量；we為滿足保障概率所需的器材需求量。

2)正態(tài)分布

當(dāng)裝備某部件的使用壽命近似為恒定時(shí)長時(shí)，可利用正態(tài)分布模型來描述其器材的需求量wz，則

(3)

3)威布爾分布

當(dāng)裝備某部件的壽命分布具有“浴盆曲線”特點(diǎn)時(shí)，可利用形狀參數(shù)為β、尺度參數(shù)為η的威布爾分布模型來描述其器材需求量wb，則

(4)

依據(jù)器材需求分布情況,采用蒙特卡羅仿真-邊際效益分析法[10]求解裝備、消耗點(diǎn)的器材需求量。

2.2.2 器材調(diào)劑需求分析

(5)

2)裝備Ey中壽命分布滿足正態(tài)分布的部件k的器材需求量為

艷陽冬日，在昆明郊野公園第四屆香草節(jié)上，6萬株芳香萬壽菊在冬日艷陽中開放得格外燦爛，金黃的花海景致美不勝收，吸引大批游人前來賞花觀景，享受陽光明媚的芬芳假日。

(6)

3)裝備Ey中壽命分布滿足威布爾分布的部件l的器材需求量為

(7)

(8)

若uc≥0，表示資源點(diǎn)儲備的器材能滿足消耗點(diǎn)的需求；若uc<0，則器材資源點(diǎn)儲備的器材不能滿足消耗點(diǎn)的需求，需要進(jìn)行器材調(diào)劑；器材調(diào)劑決策不僅要考慮需求的緊迫程度，還需考慮在滿足器材調(diào)劑前提下的調(diào)劑成本，通常情況下包括時(shí)間成本、保障成本以及特殊情況下的安全性成本。

2.3 器材主動調(diào)劑決策模型

灰熵能較準(zhǔn)確地度量子系統(tǒng)偏離平衡狀態(tài)的程度，若器材資源點(diǎn)的儲備能滿足消耗點(diǎn)需求，則對子系統(tǒng)的平衡狀態(tài)無影響，故令uclnuc=0。因此，調(diào)劑對象應(yīng)為uc<0時(shí)對應(yīng)的器材，由于灰熵的組成元素應(yīng)保證uc≥0；考慮調(diào)劑成本，以平時(shí)調(diào)劑為研究對象構(gòu)建裝備器材主動調(diào)劑決策模型，具體步驟如下。

1)計(jì)算消耗點(diǎn)G的器材需求灰熵H(UG)，即

(9)

2)計(jì)算調(diào)劑成本f(UG)。引入相關(guān)性因子γ(0≤γ≤1)，統(tǒng)籌時(shí)間成本f1(UG)與保障成本f2(UG)，調(diào)劑成本f(UG)為

f(UG)=f1(UG)+γf2(UG)。

(10)

式中：f1(UG)包括裝載時(shí)間f1-1(UG)、運(yùn)輸時(shí)間f1-2(UG)和卸載時(shí)間f1-3(UG)，若不考慮因交通擁堵、保障能力不足而引起的時(shí)間消耗，僅考慮理想狀態(tài)下的時(shí)間成本，則

f1(UG)=f1-1(UG)+f1-2(UG)+f1-3(UG)。

(11)

保障成本f2(UG)包括裝載成本f2-1(UG)、運(yùn)輸成本f2-2(UG)和卸載成本f2-3(UG)，即

f2(UG)=f2-1(UG)+f2-2(UG)+f2-3(UG)。

(12)

3)計(jì)算消耗點(diǎn)G的器材調(diào)劑需求量。引入相關(guān)性因子φ(0≤φ≤1)來協(xié)調(diào)灰熵結(jié)果與調(diào)劑成本，可得器材消耗點(diǎn)的器材調(diào)劑需求量R(UG)為

R(UG)=H(UG)+φf(UG)。

(13)

3 算例分析

表1 器材消耗點(diǎn)的器材需求量及對應(yīng)資源點(diǎn)的庫存量

表2 消耗點(diǎn)器材調(diào)劑過程的時(shí)間成本和保障成本

器材調(diào)劑決策過程如下:

1)確定器材調(diào)劑需求量

2)計(jì)算器材需求的灰熵

3)計(jì)算器材調(diào)劑成本

消耗點(diǎn)G1：時(shí)間成本f1(UG1)=f1-1(UG1)+f1-2(UG1)+f1-3(UG1)=444(min)；保障成本f2(UG1)=f2-1(UG1)+f2-2(UG1)+f2-3(UG1)=427(元) 。

消耗點(diǎn)G2：時(shí)間成本f1(UG2)=f1-1(UG2)+f1-2(UG2)+f1-3(UG2)=560(min)；保障成本f2(UG2)=f2-1(UG2)+f2-2(UG2)+f2-3(UG2)=408(元)。

4)計(jì)算器材調(diào)劑需求量

消耗點(diǎn)G1：R(UG1)=1.02+φ1(444+427γ1)。消耗點(diǎn)G2：R(UG2)=0.62+φ2(560+408γ2)。

假定2個(gè)消耗點(diǎn)器材調(diào)劑背景相同，相關(guān)性因子近似相等，則

當(dāng)φ(116-19γ)<0.4時(shí)，R(UG1)>R(UG2)，即G1的器材調(diào)劑需求量相對較大；

當(dāng)φ(116-19γ)>0.4時(shí)，R(UG1)

當(dāng)φ(116-19γ)=0.4時(shí)，R(UG1)=R(UG2)，即G1、G2的器材調(diào)劑需求量相同。

由此可見：對器材調(diào)劑需求進(jìn)行量化既可為器材調(diào)劑決策提供定量支撐，也可為提升調(diào)劑決策科學(xué)性奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

筆者以裝備部件工作時(shí)長與器材需求分布為基礎(chǔ)，預(yù)測了消耗點(diǎn)的器材需求，并應(yīng)用灰熵理論實(shí)現(xiàn)了消耗點(diǎn)間器材調(diào)劑需求的定量化評估，構(gòu)建了裝備器材主動調(diào)劑決策模型，為裝甲裝備器材調(diào)劑提供了新思路，但該方法對器材需求預(yù)測的準(zhǔn)確性要求較高，需進(jìn)一步明確該模型的適用對象，并在下一階段對其進(jìn)行重點(diǎn)研究。

[1] 可榮博,王鐵寧,于雙雙.裝備器材調(diào)劑供應(yīng)保障決策模型[J].裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào),2014,28(1):21-23.

[2] 王鐵寧,梁波,曹鈺,等.基于多資源點(diǎn)的裝備應(yīng)急器材調(diào)度決策模型[J].裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào),2012,26(6):10-14.

[3] 王勝德,李慶全.裝備器材資源調(diào)度系統(tǒng)研究[J].中國物流與采購,2015(2)：76-77.

[4] 張琦,曹江,唐建,等.工程裝備保障資源優(yōu)化配置與調(diào)度系統(tǒng)[J].中國工程機(jī)械學(xué)報(bào),2010,8(1): 115-119.

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[10] 龍軍,康銳,馬麟,等.任意壽命分布的多部件系統(tǒng)備件配置優(yōu)化算法[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2007,33(6):698-700.

(責(zé)任編輯: 王生鳳)

Method of Armored Equipment Material Initiative Regulating Based on Gray Entropy

WU Long-tao1,WANG Sheng-feng2,LI Hao1

(1.Department of Technical Support Engineering,Academy of Armored Force Engineering,Beijing 100072,China；2.Department of Science Research,Academy of Armored Force Engineering,Beijing 100072,China)

In allusion to the insufficient effectiveness for the material regulating of armored equipment,based on the equipment service time and material requirement,the material requirement of the employed point is forecasted,combined with the real material live repertory of resource point,the requirement of material scheduling is determined; the gray entropy is introduced to weigh the comparatively pressing degree for different unit,and the initiative decision-support model is constructed with considering the sche-duling cost.At last,the rationality and validity of the model is verified by a numerical example.

armored equipment； material regulation； gray entropy

1672-1497(2017)01-0030-05

2016-09-23

軍隊(duì)科研計(jì)劃項(xiàng)目

吳龍濤(1989-)，男，博士研究生。

E92

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2017.01.007