管同傲，侯勝利

基于儲運(yùn)單元的航材攜行組配研究

管同傲，侯勝利

（空軍勤務(wù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

為有效提高航材保障應(yīng)急準(zhǔn)備和戰(zhàn)時快速保障能力，探索基于儲運(yùn)單元的航材攜行組配新模式，解決組配航材需求大與庫存條件有限的矛盾問題?？茖W(xué)設(shè)計模塊化航材攜行組配方案，以組配航材需求最少為目標(biāo)，分別構(gòu)建了絕對約束和寬松約束條件下的組配模塊配置優(yōu)化模型，并通過Matlab軟件實(shí)現(xiàn)模型求解自動化。同時，引入模塊配置允許偏差約束條件，以靈敏度分析為方法手段，合理調(diào)整組配方案中與庫存條件不相適應(yīng)的部分。算例分析表明，模塊化航材攜行組配方案能夠使組配規(guī)模和器材需求降低58.9%，可行性大幅提高，文中構(gòu)建的模塊配置優(yōu)化模型既能夠嚴(yán)格按照航材攜行標(biāo)準(zhǔn)精確組配，又能夠根據(jù)現(xiàn)實(shí)狀況靈活應(yīng)變，具有較強(qiáng)的實(shí)用性、適應(yīng)性。航材攜行組配模塊配置優(yōu)化模型能夠支持組配方案的實(shí)施，對航材攜行組配模式研究的推進(jìn)、提高航材保障機(jī)動性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

航材；儲運(yùn)單元；攜行組配

攜行航材是航空兵部隊外出執(zhí)行任務(wù)時，部隊實(shí)施伴隨保障所需攜帶的重要維修保障資源。隨著實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練的不斷深入推進(jìn)，航材伴隨保障任務(wù)也越來越重，但目前部隊仍立足于平時航材保障，長期以來的研究重點(diǎn)都聚集于攜行品種確定[1-5]與攜行數(shù)量預(yù)測[6-11]上，滿足于接到任務(wù)臨時擬制清單、組配器材，極大地影響了部隊的拉動速度。

為適應(yīng)新時期軍事斗爭形勢，保持全時待戰(zhàn)、隨時能戰(zhàn)的高度戒備狀態(tài)，迫切需要探索構(gòu)建規(guī)模適度、響應(yīng)迅速、組配科學(xué)、運(yùn)轉(zhuǎn)順暢的航材任務(wù)攜行體系，提高部隊航材保障應(yīng)急準(zhǔn)備和戰(zhàn)時快速保障能力。本文的研究內(nèi)容是在攜行航材配置理論已經(jīng)相對成熟的基礎(chǔ)上，緊盯空軍未來發(fā)展前沿和戰(zhàn)備訓(xùn)練需要，創(chuàng)新航材攜行組配模式，兼顧不同機(jī)隊規(guī)模和多個任務(wù)方向，依托儲運(yùn)單元，提前完成相關(guān)航材的提取、裝箱等工作，通過科學(xué)的組配模式，優(yōu)化航材任務(wù)攜行體系，簡化任務(wù)準(zhǔn)備工作流程，提高部隊執(zhí)行任務(wù)的時效性，滿足快速機(jī)動、靈活高效的應(yīng)急航材保障需求。

1 航材攜行組配概述

基于儲運(yùn)單元的航材攜行組配是指針對不同作戰(zhàn)保障需求，按照航材攜行標(biāo)準(zhǔn)，將規(guī)定品種、數(shù)量的航材提前進(jìn)行抽組、拆分、裝箱、組套的一種預(yù)先性準(zhǔn)備工作，從而達(dá)到“急時應(yīng)急、戰(zhàn)時應(yīng)戰(zhàn)”的目的。為解決組配規(guī)模大、器材需求多、庫存水平有限的問題，本文采取模塊化思想，利用儲運(yùn)單元對器材進(jìn)行合理編組、靈活組合，科學(xué)設(shè)計便捷高效、可行實(shí)用的航材攜行組配方案。

1.1 儲運(yùn)單元概念

儲運(yùn)單元是為適應(yīng)各型裝載平臺，便于開展機(jī)械化、集裝化運(yùn)輸而設(shè)計的一種標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的包裝單元，達(dá)到儲、運(yùn)、包一體化[12-13]。航材儲運(yùn)單元采用前開門箱式結(jié)構(gòu)，如圖1所示，箱組裝車狀態(tài)不需要將箱組卸車，碼放狀態(tài)即可取放物資，使用便捷，適合車載物資保障，可以滿足倉庫儲存、車輛運(yùn)輸、快速展開等特性要求，見圖2—3。尺寸以目前廣泛使用的運(yùn)輸集裝箱和空運(yùn)托盤尺寸為依據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行多次等分和迭代而獲得，確保組合集裝時運(yùn)輸空間利用率最大化，可實(shí)現(xiàn)器材配套組合集裝規(guī)劃、防差錯快速裝箱等功能，見圖4。

利用航材儲運(yùn)單元的上述特點(diǎn)優(yōu)勢，可將其應(yīng)用于航材伴隨保障，實(shí)現(xiàn)攜行航材單元化儲運(yùn)，通過各個儲運(yùn)單元間的相互組合，靈活組配出能夠滿足不同作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)模航材需求的航材攜行戰(zhàn)套。

1.2 基本組配規(guī)則

根據(jù)飛機(jī)力量編制情況和任務(wù)現(xiàn)實(shí)需求，將機(jī)隊規(guī)模劃分為4個梯度開展組配研究，分別為2機(jī)、4 機(jī)、8機(jī)和16機(jī)。依據(jù)歷史任務(wù)保障經(jīng)驗(yàn)，組配時可參考如下規(guī)則進(jìn)行。

圖3 包裝箱展開作為貨架使用

圖4 包裝箱托盤運(yùn)輸

1）2—4機(jī)為小規(guī)模機(jī)隊，只考慮適量增加航材品種、數(shù)量作為補(bǔ)充，并將4機(jī)攜行戰(zhàn)套作為組配基數(shù)。

2）4—8機(jī)達(dá)到中等規(guī)模機(jī)隊，攜行量上應(yīng)給予倍數(shù)增加（4機(jī)的2倍），并適量增加航材品種、數(shù)量作為補(bǔ)充。

3）8機(jī)到16機(jī)接近大規(guī)模機(jī)隊，便于集中保障，攜行數(shù)量上應(yīng)適當(dāng)降低倍數(shù)比例（4機(jī)3倍），并適量增加航材品種、數(shù)量作為補(bǔ)充。

其中，小規(guī)模機(jī)隊任務(wù)出動較為經(jīng)常，大中規(guī)模機(jī)隊任務(wù)出動頻次較少，在考慮多點(diǎn)保障問題上，應(yīng)滿足2機(jī)、4機(jī)6個任務(wù)方向需要，8機(jī)3個任務(wù)方向需要，16機(jī)2個任務(wù)方向需要。

1.3 組配模塊設(shè)計

為適應(yīng)上述組配規(guī)則，增強(qiáng)航材組配靈活性、準(zhǔn)確性，在組配模塊設(shè)計方面，以“體系優(yōu)化、結(jié)構(gòu)合理、易行有效”為原則，采取“基數(shù)(B)+補(bǔ)充(S)”模塊組合策略，構(gòu)建航材攜行組配模塊體系如圖5所示。根據(jù)功能作用，模塊主要分為2類：一是基數(shù)模塊B，由2個子模塊B0、B1構(gòu)成B=B0+B1，是構(gòu)成各級戰(zhàn)套的基礎(chǔ)性模塊，發(fā)揮主體作用；二是補(bǔ)充模塊S，共有5種，即S0、S1、S2、S3、S4，對基數(shù)變換過程中產(chǎn)生的差值進(jìn)行修正。

2 航材攜行組配方案

在航材攜行組配模塊體系結(jié)構(gòu)下，按照比例關(guān)系，確定“基數(shù)(B)+補(bǔ)充(S)”模塊組配方案，根據(jù)機(jī)隊規(guī)模，選取相應(yīng)模塊進(jìn)行快速組合，形成所需航材攜行戰(zhàn)套。在合成戰(zhàn)套基礎(chǔ)上，可結(jié)合具體任務(wù)，做出適當(dāng)微調(diào)；在緊急狀態(tài)下，亦可作為先行物資，用于應(yīng)對戰(zhàn)時或任務(wù)初期保障需求，并等待后續(xù)補(bǔ)充。航材攜行組配規(guī)則方式見表1和圖6。

“基數(shù)(B)+補(bǔ)充(S)”模塊組合方式，是針對航材攜行配置梯度變化特點(diǎn)所采取的一種科學(xué)方法手段，利用7種、32個模塊間的有機(jī)組合實(shí)現(xiàn)航材攜行快速組配。組配航材需求量大與航材庫存數(shù)量有限之間的矛盾問題突出，“基數(shù)”思想提高了模塊通用性、融合性，降低了模塊冗余性；“補(bǔ)充”策略同樣注重模塊利用率問題，適當(dāng)增設(shè)通用補(bǔ)充模塊，避免重復(fù)性、盲目性補(bǔ)充，多措并舉縮減組配規(guī)模、減少庫存需求。同時，模塊體系結(jié)構(gòu)精簡，組合方式復(fù)雜性低，提高了航材攜行組配的操作性、快速性、高效性。

圖5 航材攜行組配模塊體系

表1 戰(zhàn)套組配規(guī)則

Tab.1 Matching rules for combat sets

圖6 航材攜行組配方案示意圖

3 航材攜行組配模塊配置

在上述航材攜行組配方案中，關(guān)鍵在于解決兩個問題，一是模塊配置問題，合理確定組配方案中底層子模塊的航材配置，使模塊按規(guī)則組合形成的各級航材戰(zhàn)套與對應(yīng)攜行標(biāo)準(zhǔn)相一致，并保證組配航材需求量最少；二是裝載問題，即根據(jù)航材及包裝箱規(guī)格大小，充分利用航材儲運(yùn)單元空間進(jìn)行裝載，使所需儲運(yùn)單元數(shù)量最少。關(guān)于航材裝載算法之前已有相關(guān)較為成熟的研究[14-16]，文中這里不再另做研究，主要針對第一個問題，建立模型進(jìn)行求解。

3.1 模型參數(shù)

3.2 模型構(gòu)建

組配航材需求量越少，庫存要求越低，組配難度越小、規(guī)模越精簡、經(jīng)濟(jì)性越好。組配航材需求量等于所有模塊航材配置數(shù)量之和，以組配航材需求量最少為目標(biāo)函數(shù)，見式（1）。

根據(jù)表1各級戰(zhàn)套組配規(guī)則，建立變量間的相互關(guān)系及約束條件?？紤]到約束條件的嚴(yán)格程度會影響組配方案的現(xiàn)實(shí)可行性，區(qū)分絕對約束和寬松約束建立數(shù)學(xué)模型。

1）絕對約束條件。絕對約束條件下，模塊按規(guī)則組合生成的各級戰(zhàn)套必須完全符合對應(yīng)航材攜行標(biāo)準(zhǔn)，不允許上下偏差的存在，低于標(biāo)準(zhǔn)會影響作戰(zhàn)航材保障率，高于標(biāo)準(zhǔn)會擴(kuò)大保障規(guī)模、影響保障機(jī)動性。

式中：1234為常量。

2）寬松約束條件。由于器材庫存水平有限，絕對約束條件下的模塊配置往往易與庫存條件相沖突，組配航材需求量高于庫存量，組配方案實(shí)施難度大，因此，按照“寧多勿少、能退不補(bǔ)”的原則，保證軍事效益和組配效率，將約束條件進(jìn)一步放寬，僅將航材攜行標(biāo)準(zhǔn)作為邊界下限，從而求取組配模塊最低要求配置。

3.3 模型求解

通過對模型觀察分析發(fā)現(xiàn)，航材攜行組配模塊配置優(yōu)化問題可以歸結(jié)為整數(shù)規(guī)劃問題，求解該類問題可調(diào)用Matlab 2021b中的linprog( )函數(shù)，輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，按照邏輯關(guān)系，通過編程實(shí)現(xiàn)逐項(xiàng)器材模塊配置優(yōu)化模型求解自動化。

3.4 靈敏度分析

在絕對約束條件和寬松約束條件下，分別可求得航材攜行組配模塊的理想配置和最低配置。為增強(qiáng)模型的可變性、適應(yīng)性，為決策者提供更多可選擇的配置方案，使模塊配置能夠依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況做出最優(yōu)調(diào)整，文中在寬松約束模型中引入模塊配置允許偏差上限條件，見式（4）

式中：1、2、3、4分別為2機(jī)、4機(jī)、8機(jī)、16機(jī)標(biāo)準(zhǔn)偏差，即各級戰(zhàn)套配置與航材攜行標(biāo)準(zhǔn)的差值；為模塊配置偏差，即2機(jī)、4機(jī)、8機(jī)、16機(jī)標(biāo)準(zhǔn)偏差之和；up為模塊配置允許偏差上限值。

以up作為靈敏度分析的變化參數(shù)，以航材攜行組配模塊最低配置的模塊配置偏差作為up的最大值max，使up由0逐漸增加至max，并求解相應(yīng)允許偏差范圍內(nèi)的最優(yōu)模塊配置，與此同時，觀察模塊配置偏差數(shù)和組配航材短缺數(shù)的變化趨勢。

式中：Qobj為模型最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值，即當(dāng)前約束條件下的組配航材需求最小值；C為器材庫存量。靈敏度分析流程見圖7。圖7中，i表示組配方案中第i項(xiàng)航材；n表示組配方案航材總項(xiàng)數(shù)；表示第i項(xiàng)航材的模塊配置允許偏差上限；表示的最大值，即組配模塊最低配置的模塊配置偏差。

4 算例分析

以某型飛機(jī)航材攜行組配為例，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需求，分別測算出2機(jī)、4機(jī)、8機(jī)、16機(jī)的航材攜行標(biāo)準(zhǔn)，部分器材見表2。在此基礎(chǔ)上，利用建立的航材攜行組配模塊配置優(yōu)化模型，計算航材攜行組配模塊配置及需求量。

首先，根據(jù)表2航材攜行標(biāo)準(zhǔn)，在絕對約束條件下，求解航材攜行組配模塊的理想配置。為說明模塊組配方式的優(yōu)越性，文中將組配方案優(yōu)化結(jié)果與獨(dú)立組配方式進(jìn)行對比，見表3。獨(dú)立組配方式是指4級、17個戰(zhàn)套組配獨(dú)立進(jìn)行、互不交叉。由表可得，獨(dú)立組配方式雖然簡單但結(jié)構(gòu)組成不合理，冗余成分多，器材利用率低，組配完成共需6項(xiàng)器材224件，庫存動用多，組配規(guī)模大，現(xiàn)實(shí)條件支撐困難；模塊組配方式能夠克服以上缺點(diǎn)，組配完成僅需6項(xiàng)器材92件，組配規(guī)模和器材數(shù)量縮減58.9%，航材攜行組配方案科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性優(yōu)勢顯著。

同時，從表中可以發(fā)現(xiàn)，器材4和器材6的庫存量較少，無法滿足組配要求，共造成5件組配航材短缺。為解決上述矛盾問題，在寬松約束條件下，可求得航材攜行組配模塊的最低配置。組配模塊配置發(fā)生變化的部分見表4—5。

表2 部分航材攜行標(biāo)準(zhǔn)

Tab.2 Standard for carrying of partial air materials

表3 航材攜行組配模塊理想配置

Tab.3 Ideal configuration of air material carrier assembly module 件

表4 航材攜行組配模塊最低配置

Tab.4 Minimum configuration of air material carrier assembly module 件

表5 戰(zhàn)套配置及模塊配置偏差

Tab.5 Combat sets configuration and module configuration deviation 件

根據(jù)表4—5可得，在最低要求條件下，6項(xiàng)器材的組配需求總數(shù)為80，模塊配置偏差總數(shù)為4，組配航材短缺總數(shù)為1。由此可見，航材攜行組配模塊最低配置會導(dǎo)致各級戰(zhàn)套航材配置數(shù)量偏多，機(jī)動性能有所損失，但組配航材需求量得到了降低，庫存適應(yīng)性更強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性更高。

圖8 靈敏度分析迭代曲線

由圖8可知，隨著模塊配置偏差約束條件的放寬，偏差值越來越大，短缺航材越來越少，曲線上的每一個波動點(diǎn)均可生成一個新的組配模塊配置方案，決策者可根據(jù)現(xiàn)實(shí)狀況選取松緊適度的約束條件，對模塊配置方案做出調(diào)整或制定庫存補(bǔ)充計劃。尤其是曲線末端，航材攜行組配模塊配置已達(dá)到最低，但依然存在少部分器材有所短缺，這些器材因庫存水平過低，成為制約航材攜行組配完成的瓶頸，這類器材應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注，對庫存進(jìn)行補(bǔ)充加強(qiáng)，從而優(yōu)化航材資源分布結(jié)構(gòu)、提高航材戰(zhàn)備能力。

5 結(jié)語

以促進(jìn)航材保障敏捷化、機(jī)動化、高效化為牽引，利用儲運(yùn)單元創(chuàng)新航材攜行組配模式并展開相關(guān)研究。以模塊化為思想，科學(xué)設(shè)計航材攜行組配方案，并構(gòu)建航材攜行組配模塊配置優(yōu)化模型，為組配方案的實(shí)施提供模型支持。算例表明，該模型能夠優(yōu)化組配模塊配置，滿足組配方案要求，減少組配航材需求，同時，具有良好的可調(diào)節(jié)性，能夠靈活調(diào)整組配方案，更好地適應(yīng)現(xiàn)實(shí)庫存狀況。文中在航材攜行組配模式研究方面進(jìn)行了大膽的探索和嘗試，為適應(yīng)空軍發(fā)展建設(shè)要求、提高備戰(zhàn)打仗能力做出理論上的貢獻(xiàn)，但在方案設(shè)計上還存在一定的局限性，需要繼續(xù)完善和進(jìn)一步優(yōu)化。

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Carrying and Assembling of Air Materials Based on Storage and Transportation Unit

GUAN Tong-ao, HOU Sheng-li

(Air Force Logistics Academy, Jiangsu Xuzhou 221000, China)

The work aims to explore a new model based on the storage and transportation unit to solve the contradiction between the large demand and the limited inventory condition of assembling air materials and improve the ability of emergency preparation and quick support in war time. The modular air material carrying and distribution scheme was designed scientifically. In order to meet the minimum demand of assembling air materials, the optimization model of the module configuration under absolute constraints and loose constraints was constructed, and the model was solved automatically by MATLAB software. At the same time, the module configuration deviation constraint was introduced, and the sensitivity analysis was used to adjust the parts of the assembling scheme which are not suitable for the inventory condition. The example showed that the modular air material carrier assembly scheme could reduce the size of assembly and the demand of equipment by 58.9%, and greatly improve the feasibility. The module configuration optimization model constructed in this paper could not only be used strictly in accordance with the standard of air material carrier, but also be flexible according to the actual situation, and had strong practicability and adaptability. The optimization model can support the implementation of the assembling scheme, and it is of great practical significance to promote the research of the model and improve the maneuverability of air material carriers.

air material, storage and transportation unit, carrying assembly

TB485

A

1001-3563(2022)23-0289-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.23.034

2022?02?21

管同傲（1997—），男，碩士生，主攻航材保障決策與信息化。

侯勝利（1977—），男，博士，副教授，碩導(dǎo)，主要研究方向?yàn)榭刂瓶茖W(xué)與工程。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋