熊 彪，王 帥，李必鑫，陸思錫，張 齊

(中國(guó)人民解放軍陸軍勤務(wù)學(xué)院 油料系， 重慶 401311)

油料是戰(zhàn)爭(zhēng)的血液。航空兵場(chǎng)站作為飛機(jī)飛行油料保障的重要基地，擔(dān)負(fù)著平、戰(zhàn)時(shí)為飛機(jī)保障油料的任務(wù)。信息化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，航空兵場(chǎng)站油料保障系統(tǒng)呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)：一是大規(guī)模、多機(jī)種、高強(qiáng)度、多批次作戰(zhàn)飛機(jī)頻繁轉(zhuǎn)進(jìn)、轉(zhuǎn)出航空兵場(chǎng)站，使得航空兵場(chǎng)站油料保障任務(wù)急劇增大、保障難度顯著提高。并且其綜合油料保障能力由油料接卸、儲(chǔ)存、收發(fā)、加注等能力構(gòu)成，且受保障資源、裝(設(shè))備、保障規(guī)程等的影響，系統(tǒng)性更加明顯；二是系統(tǒng)之間耦合更加緊密，涌現(xiàn)特性更強(qiáng)。航空兵場(chǎng)站油料保障系統(tǒng)的涌現(xiàn)性表現(xiàn)為油料保障各子系統(tǒng)(如：接卸、儲(chǔ)存、輸送、加注系統(tǒng))之間的相互作用和影響更強(qiáng)，油料保障系統(tǒng)能力并不是各子系統(tǒng)保障能力的簡(jiǎn)單疊加，而是油料保障活動(dòng)的整體體現(xiàn)，單純的增強(qiáng)某單一能力，并不一定就能明顯提高整體油料保障能力。三是系統(tǒng)表現(xiàn)出明顯的動(dòng)態(tài)離散性特征。航空兵場(chǎng)站油料保障系統(tǒng)受飛機(jī)到達(dá)時(shí)間和數(shù)量、油料加注方式等因素的影響，呈現(xiàn)出離散性系統(tǒng)特性。因此，航空兵場(chǎng)站油料保障系統(tǒng)較為復(fù)雜，必須對(duì)航空兵場(chǎng)站油料保障效能進(jìn)行合理評(píng)估，確保作戰(zhàn)飛機(jī)油料保障任務(wù)順利完成。

當(dāng)前，對(duì)于航空兵場(chǎng)站油料保障效能評(píng)估的方法較多，一類是采用傳統(tǒng)系統(tǒng)還原論方法，如：?jiǎn)涕L(zhǎng)紀(jì)等利用模糊綜合評(píng)判方法對(duì)機(jī)場(chǎng)油料保障效能進(jìn)行評(píng)估[1]，然而由于場(chǎng)站油料保障系統(tǒng)具有很強(qiáng)系統(tǒng)性和不確定性，采用傳統(tǒng)還原論法處理具有很強(qiáng)的主觀性，可能導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果失真；二是利用模擬仿真技術(shù)對(duì)航空兵場(chǎng)站保障能力進(jìn)行評(píng)估[2-3]。如：王世宏等利用GPSSW仿真模型對(duì)作戰(zhàn)飛機(jī)管道加油調(diào)度進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化[4]。但是當(dāng)前主要針對(duì)航空兵場(chǎng)站的單系統(tǒng)進(jìn)行物理仿真研究[5-8]，還未出現(xiàn)從體系視角出發(fā)，基于任務(wù)牽引并反映油料保障系統(tǒng)整體性、復(fù)雜性及涌現(xiàn)性特點(diǎn)，并以體系整體效能為目標(biāo)的場(chǎng)站油料保障系統(tǒng)仿真系統(tǒng)和模型。

本研究從航空兵場(chǎng)站復(fù)雜油料保障系統(tǒng)實(shí)際出發(fā)，基于保障任務(wù)牽引，構(gòu)建基于ARENA的航空兵場(chǎng)站油料保障效能評(píng)估仿真模型，為航空兵場(chǎng)站油料保障效能提升的對(duì)策制訂提供參考。

1 航空兵場(chǎng)站油料保障過(guò)程描述

1.1 航空兵場(chǎng)站油料保障過(guò)程對(duì)象分析

航空兵場(chǎng)站油料保障過(guò)程的對(duì)象包括實(shí)體、資源、事件、保障規(guī)則等。

1) 實(shí)體。航空兵場(chǎng)站油料保障活動(dòng)的實(shí)體分為兩類。一是飛機(jī)，該類實(shí)體根據(jù)飛機(jī)到達(dá)時(shí)間、類型、數(shù)量等信息進(jìn)行區(qū)分；二是油料，油料類實(shí)體根據(jù)油料品種、數(shù)量等進(jìn)行區(qū)分；

2) 資源。航空兵場(chǎng)站油料保障的資源包括人員、裝(設(shè))備等，如：儲(chǔ)備罐、消耗罐、收發(fā)油裝置等；

3) 事件。引起油料保障系統(tǒng)觸發(fā)的行為，例如：飛機(jī)到達(dá)，油料短缺等。

4) 保障規(guī)則。是指保障過(guò)程中需要遵循的規(guī)則。例如：按照航空油料管理規(guī)定，航空油料在使用前必須在沉淀罐內(nèi)靜置36 h以上方能發(fā)出使用。

5) 保障活動(dòng)。保障活動(dòng)由事件引發(fā)，伴隨事件的終止而終止。

1.2 航空兵場(chǎng)站油料保障流程分析

航空兵場(chǎng)站是航空兵飛行裝備補(bǔ)給油料的重要基地。航空兵油料加注方式主要有管道直線加油和油車加油兩種方式，管道直線加油需要場(chǎng)站預(yù)先鋪設(shè)管道加油系統(tǒng)。油車加油主要依托油車實(shí)施機(jī)動(dòng)加油。如圖1所示為航空兵場(chǎng)站油料保障業(yè)務(wù)活動(dòng)過(guò)程圖。

整個(gè)航空兵場(chǎng)站油料保障業(yè)務(wù)流可分為飛機(jī)流和油料流。飛機(jī)流包括了飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)、飛行指揮中心、指揮飛機(jī)到達(dá)停機(jī)位、飛機(jī)保障、飛機(jī)離開等流程。油料流是指油料先由儲(chǔ)備罐流向消耗罐，通過(guò)消耗罐靜置過(guò)程、利用管線發(fā)至外場(chǎng)油料保障中心、外場(chǎng)油料保障中心利用管道加油或油車加油的方式將油料加注至飛機(jī)等流程。

2 基于ARENA的航空兵場(chǎng)站油料保障系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建

Arena是美國(guó)Rockwell Software公司開發(fā)的通用仿真軟件，具有功能強(qiáng)大、使用方便、界面直觀、動(dòng)畫顯示等優(yōu)點(diǎn)[9-11]，可以有效對(duì)具有離散系統(tǒng)特點(diǎn)的航空兵場(chǎng)站油料保障系統(tǒng)建模和仿真分析。

2.1 仿真功能模塊分析

××場(chǎng)站油料保障仿真評(píng)估模型的功能模塊包括指揮調(diào)度系統(tǒng)模塊、飛機(jī)到達(dá)系統(tǒng)模塊、消耗罐油料補(bǔ)給系統(tǒng)模塊、停機(jī)坪直線加油系統(tǒng)模塊、油料保障中心油車補(bǔ)油系統(tǒng)模塊、油車加油系統(tǒng)模塊等6個(gè)子系統(tǒng)功能模塊。六大功能模塊相互作用構(gòu)成了航空兵場(chǎng)站油料保障體系系統(tǒng)，如圖2所示為功能子模塊的相互關(guān)系圖。

指揮控制模塊主要模擬場(chǎng)站油料保障指揮控制過(guò)程，包括對(duì)保障信息的實(shí)時(shí)掌控及對(duì)保障實(shí)體和過(guò)程的實(shí)時(shí)控制；飛機(jī)到達(dá)系統(tǒng)模塊主要模擬飛機(jī)到達(dá)；消耗罐油料補(bǔ)給系統(tǒng)模塊模擬儲(chǔ)備罐向消耗罐補(bǔ)充油料以及消耗罐靜置和發(fā)油過(guò)程；直線加油系統(tǒng)模塊模擬飛機(jī)實(shí)施直線加油作業(yè)；油車補(bǔ)油及油車加油系統(tǒng)模塊共同完成油車加油作業(yè)的模擬過(guò)程。各子模塊之間存在著信息與物質(zhì)的傳遞和交互，通過(guò)模塊組成的體系系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。例如：飛機(jī)加油方式的決策是由指揮調(diào)度模塊與飛機(jī)到達(dá)模塊共同完成。飛機(jī)到達(dá)后，指揮調(diào)度系統(tǒng)模塊根據(jù)場(chǎng)站保障現(xiàn)狀和保障可能決策飛機(jī)加油方式，由飛機(jī)到達(dá)模塊執(zhí)行和實(shí)施飛機(jī)加油方式的選擇與應(yīng)用功能。

如圖3所示為基于ARENA的油料保障中心油車補(bǔ)油系統(tǒng)模塊圖。在此模塊中，油料作為實(shí)體，油車作為一種資源，當(dāng)油車到達(dá)油料保障中心后，先判斷補(bǔ)油口是否有空閑，當(dāng)其中之一存在空閑時(shí)，油車占用加油口。通過(guò)加油準(zhǔn)備延時(shí)，加油口以××L/min的速度進(jìn)行加油，油料流入油車中。當(dāng)油車補(bǔ)油完成后，離開補(bǔ)油口前往停機(jī)坪實(shí)施加油作業(yè)。具體而言，該模塊主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

1) 模擬運(yùn)加油車按照順序到達(dá)油料保障中心排隊(duì)等待補(bǔ)油；

2) 模擬運(yùn)加油車到達(dá)補(bǔ)油口，占用補(bǔ)油口補(bǔ)油車位；

3) 模擬補(bǔ)油裝置按照一定的流量為油車補(bǔ)充油料；

4) 模擬運(yùn)加油車補(bǔ)油完畢后，離開補(bǔ)油車位，釋放補(bǔ)油口。

2.2 仿真評(píng)估指標(biāo)分析

以航空兵場(chǎng)站油料保障任務(wù)為牽引，構(gòu)建航空兵場(chǎng)站油料保障效能評(píng)估指標(biāo)體系，是對(duì)航空兵場(chǎng)站油料保障效能進(jìn)行分析的基礎(chǔ)。航空兵場(chǎng)站油料保障效能評(píng)估需要考慮軍事性和經(jīng)濟(jì)性兩方面因素。這兩方面因素既相互依存，又相互制約。經(jīng)濟(jì)性必須以軍事性為基礎(chǔ)，離開軍事性談經(jīng)濟(jì)性沒(méi)有意義，但如果只考慮軍事性不考慮經(jīng)濟(jì)性是不現(xiàn)實(shí)的。因此，對(duì)于軍事后勤保障網(wǎng)絡(luò)而言，其保障效能評(píng)估必須首要考慮軍事性指標(biāo)，在軍事性指標(biāo)得以滿足的條件下，再考慮經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。對(duì)于航空兵場(chǎng)站油料保障系統(tǒng)而言，軍事性評(píng)估指標(biāo)可以用保障能力來(lái)表示；軍事系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估指標(biāo)不能單純的以保障成本為目標(biāo)，成本因素只在建設(shè)中重點(diǎn)考慮，航空兵場(chǎng)站油料保障系統(tǒng)最為關(guān)注的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)應(yīng)為效率指標(biāo)。因此，航空兵場(chǎng)站油料保障效能仿真評(píng)估指標(biāo)體系可以由保障能力指標(biāo)和保障效率指標(biāo)構(gòu)成。

2.2.1 保障能力指標(biāo)

對(duì)于航空兵場(chǎng)站油料保障而言，保障能力指標(biāo)是最為重要的指標(biāo)，即戰(zhàn)時(shí)條件下，運(yùn)用場(chǎng)站現(xiàn)有油料保障資源，完成場(chǎng)站飛機(jī)油料保障任務(wù)的能力和程度。作為航空兵場(chǎng)站，可以使用作戰(zhàn)時(shí)間內(nèi)實(shí)際保障飛機(jī)量與到達(dá)飛機(jī)量的比率表示保障能力?？捎墒?1)表示

(1)

式中： ΔP為表示航空兵場(chǎng)站的油料保障能力，ΔP值越大，保障能力越高；CS為表示已完成油料保障任務(wù)的飛機(jī)數(shù)；CA為表示實(shí)際到達(dá)場(chǎng)站的飛機(jī)數(shù)。

2.2.2 保障效率指標(biāo)

時(shí)間是評(píng)價(jià)保障效率的有效指標(biāo)，對(duì)于航空兵油料保障效率而言，本研究使用到場(chǎng)飛機(jī)平均保障時(shí)間表示保障效率，即飛機(jī)到場(chǎng)加油所需要的平均保障時(shí)長(zhǎng)?？捎上率奖硎?/p>

(2)

其中：ΔE為表示航空兵場(chǎng)站的油料保障效率，ΔE值越小，保障效率越高；Timei為表示第i架到場(chǎng)飛機(jī)完成油料保障所需要的時(shí)間。

在使用到場(chǎng)飛機(jī)平均保障時(shí)間表示保障效率時(shí)，還必須關(guān)注另一個(gè)保障效率指標(biāo)max(Timei)，即最大保障時(shí)間。最大保障時(shí)間越小，一定程度上也反映該場(chǎng)站保障效率越高。

3 仿真案例

3.1 實(shí)例概述

20××年×月×日，敵方對(duì)我邊境爭(zhēng)議地區(qū)發(fā)動(dòng)突然進(jìn)攻，我××場(chǎng)站承擔(dān)殲×、殲×等多型飛機(jī)自衛(wèi)反擊作戰(zhàn)飛行保障任務(wù)。場(chǎng)站油料儲(chǔ)備方面，場(chǎng)站現(xiàn)有儲(chǔ)備罐組10個(gè)，總庫(kù)容量42 000 m3；使用罐2個(gè)，每個(gè)容量為4 000 m3，場(chǎng)站儲(chǔ)備罐、使用罐與飛行油料保障中心通過(guò)10寸鋼制管線相連。場(chǎng)站油料加注方面，場(chǎng)站同時(shí)具備直線加油和油車加油能力。直線加油系統(tǒng)可同時(shí)為6架飛機(jī)加油，外場(chǎng)加油站油車補(bǔ)油口4個(gè)，可同時(shí)給4臺(tái)(輛)20 000 L油車采用壓力加油的方式補(bǔ)充油料。場(chǎng)站裝備20 000 L油車共8輛，油罐車到達(dá)補(bǔ)油口準(zhǔn)備加油時(shí)間服從三角分布(2,4,5)(時(shí)間單位：min)；加油完畢后，離開加油口時(shí)間也服從三角分布(2,4,5)(時(shí)間單位：min)。油車穿梭補(bǔ)給路程時(shí)間服從三角分布(8,10,12)。預(yù)計(jì)空中作戰(zhàn)時(shí)間周期預(yù)計(jì)20天。飛機(jī)到場(chǎng)流量如圖4所示，到場(chǎng)飛機(jī)類型及油箱容量如表1所示。戰(zhàn)區(qū)聯(lián)指要求××場(chǎng)站對(duì)本次作戰(zhàn)油料保障能力進(jìn)行評(píng)估，提出油料保障建議。

飛機(jī)類型油箱容量/L到場(chǎng)概率殲×100000.45殲××200000.15殲轟××300000.20伊爾××500000.20

3.2 實(shí)例分析

為對(duì)××場(chǎng)站本次作戰(zhàn)油料保障能力進(jìn)行評(píng)估，本文利用ARENA軟件對(duì)場(chǎng)站油料保障業(yè)務(wù)流程進(jìn)行模擬，運(yùn)行15次，取平均值，得到如下結(jié)論。

3.2.1 油料保障能力評(píng)估

如表2所示為經(jīng)15次模擬取均值得到的油料保障能力統(tǒng)計(jì)分析表。由表2可知，在預(yù)計(jì)作戰(zhàn)時(shí)間20天內(nèi)，平均到場(chǎng)飛機(jī)數(shù)位1 694.27架次，實(shí)際完成油料保障的飛機(jī)數(shù)為1685.47架次，油料保障能力ΔP值為99.48%。從數(shù)值分析可知，該場(chǎng)站總體保障能力較高，基本能夠完成保障任務(wù)。

表2 油料保障能力統(tǒng)計(jì)分析

3.2.2 油料保障效率評(píng)估

如表3所示為經(jīng)15次模擬，取均值得到的油料保障能力統(tǒng)計(jì)分析表。由表3可知，在現(xiàn)有保障力量條件下，采用直線加油的飛機(jī)總架次為1 562.07架次，平均油料保障時(shí)間為1.177 3 h，最大保障時(shí)間為2.565 h。采用油車加油方式保障的飛機(jī)總架次為123.4架次，平均油料保障時(shí)間1.272 h，最大保障時(shí)間為10.213 h。所有飛機(jī)平均保障時(shí)間大約為1.184 h。

理想狀態(tài)下，伊爾××采用直線加油最短時(shí)間大約為0.78～0.84 h，殲轟××采用油車加油最短時(shí)間約為0.583～0.667 h。而現(xiàn)有保障力量和保障任務(wù)條件下，所有飛機(jī)平均保障時(shí)間大約為1.184 h。這說(shuō)明油料保障效率并不是很高，究其主要原因是由于飛機(jī)到場(chǎng)時(shí)間及數(shù)量較為集中，短時(shí)間內(nèi)大量飛機(jī)到達(dá)機(jī)場(chǎng)保障，從而造成此情況出現(xiàn)。

表3 油料保障效率統(tǒng)計(jì)分析

4 結(jié)論

基于航空兵場(chǎng)站油料保障系統(tǒng)保障能力評(píng)估的需要，提出了基于ARENA的航空兵場(chǎng)站油料保障能力評(píng)估模型及方法，并通過(guò)數(shù)值模擬仿真實(shí)例對(duì)某航空兵場(chǎng)站作戰(zhàn)油料保障能力進(jìn)行了分析和評(píng)估，得出從保障能力和保障效率兩個(gè)指標(biāo)反映該航空兵場(chǎng)站油料保障能力的量化指標(biāo)值。航空兵場(chǎng)站油料保障系統(tǒng)是一個(gè)典型的具有復(fù)雜性、涌現(xiàn)性和離散性特點(diǎn)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，基于ARENA軟件構(gòu)建的離散性模擬仿真模型系統(tǒng)，可以有效解決此類系統(tǒng)的評(píng)估問(wèn)題，為作戰(zhàn)決策提供參考。

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