基于混合算法的战时机载弹药保障任务效能评估论文

基于混合算法的战时机载弹药保障任务效能评估*

魏天宇¹张孝虎¹ 雷 宇² 李 涛¹

（1.空军勤务学院航空弹药保障系 徐州 221000）（2.94810部队 南京 210000）

摘要 以某型近距格斗型空空导弹为例，分析了战时机载弹药保障任务特性，运用petri网对技术保障流程逐层进行分解，构造了包括阶段节点、模块节点和单元节点的战时空空导弹保障模型，在此模型的基础上，综合运用幂指数法、层次分析法与专家系统构成混合算法，构建保障任务评估模型，针对不同情况给出模型中各参数计算方法。以某次多机种弹药保障任务为背景，给出评估实例，并对保障结果进行分析，提出了优化方法。为机载弹药保障的指挥决策与效能评估提供了新思路与方法。

关键词 机载弹药保障；效能评估；Petri网；幂指数法；排队论

1 引言

战时机载弹药保障任务呈现保障机种和保障装备型号多，保障时效性强、准备时间短、保障形势复杂、工作量大等特点，是典型的多阶段的动态全过程后勤保障任务^［1]。特别是随着各类新型制导弹药逐步列装部队，不同岗位保障人员作业逻辑复杂、衔接紧密、分布立体，实施保障任务的难度进一步加大^［2]。作为航空兵作战的直接打击武器，机载弹药的保障效能直接影响着航空兵作战的实际效果^［3]。如何对未来信息化条件下的机载弹药保障任务效果进行定量评估，指导部队快速、准确、高效地进行弹药保障，对实现战机的快速、多次出动具有重大意义。

“我国婴幼儿配方乳粉实现了从饱受诟病到凤凰涅槃的巨变，特殊医学配方食品经历了从默默无闻到科学发展的阶段，运动医学营养食品、老年营养食品等产业异军突起，特殊食品已成为食品产业转型升级新的经济增长点。”在日前召开的“2018中国特殊食品合作发展会议（第三届）暨特殊食品产业展览会”上，中国营养保健食品协会会长边振甲表示，从发展到规范，中国特殊食品安全达到了历史最好水平，但虚假夸大宣传、误导消费者、违法添加等潜在风险依然存在，必须加大特殊食品监管力度，构建特殊食品共治格局。

目前，国内外对于不同层级作战指标的模拟系统与效能评估研究较为深入，但是对于装（设）备保障，特别是战术级保障效能评估的相关研究较少^［4～5]。无论是美军及其盟友所使用的最具代表性的两个战争模拟系统——联合战区作战计算机兵棋系统（Joint Theater Level Simulation，JTLS）和联合作战系统（Joint Warface System，JWARS）^［6]，还是我军国防大学研制的兵棋演习系统^［7]，都主要着眼于海陆空与特种部队的前线作战，对于后勤保障领域复杂性的描述只停留在相当粗浅的层面^［8～9]。例如，JTLS系统对于战时各种弹药的运输调配、技术准备过程，仅运用对时间进行延迟的方式来表示，远没有考虑保障人员、（装）设备的数质量、调配方式等相关变量对弹药供应效能的影响^［10]。

本文从战时机载弹药保障的任务特性出发，运用Petri网合理表示调度系统保障任务中多弹种多线程多服务台的特点，针对不同实际情况，提出了机载弹药保障任务的效能评估模型。

乌云其木格：关于水费收补问题的矛盾前面已经涉及了，我想回答的时候侧重于重点时间表。另外，用哪些手段如期实现。

2 战时机载弹药保障任务特性分析

一是保障机种、装备型号多。实战条件下，一只保障分队往往需要同时保障两个以上机种部队，供应的机载制导弹药多达十几种，使用的主要地面保障设备型号可达几十种。

二是保障时效性强、准备时间短。弹药保障必须在战机例行检查或再次起飞准备的有限时间内完成。出现异常空情时，战备转进时间短、弹药保障任务重，对装备保障时效性提出了更高要求。

4.2.1节的假设条件基础上增加如下假设：

3 基于petri网的机载弹药保障任务改进幂指数模型

3.1 基于Petri网的战时机载弹药保障流程分析

Petri网适用于系统描述和分析，能够在保证严格语义的基础上，运用图形语言形象表现保障任务中不同模块的并发和异步状态，广泛应用于过程建模与仿真中^［11]。通过Petri网表现保障任务，既可中刻画各子系统的静态组织结构，又可反应保障中人、事、物的变化状态和彼此关联影响，能够很好地展现复杂系统中可能出现的同步异步、兼容冲突、资源共享互斥等情况。

对问卷中定序和定距题目，共13道题进行项目鉴别度检验。各题目的t检验结果均为P<0.01，表明题目的分值差异显著，具有较强鉴别力。

以某型近距格斗型空空导弹为例，导弹中队在战时空空导弹飞行保障流程可简化为如图1所示的四个步骤，任务准备阶段、技术准备阶段、外送阶段、退场阶段。每个母阶段可向下分为业务操作线（Operation Line）和指挥协调线（Command Line），业务操作线负责导弹各阶段的业务准备、实施，指挥协调线负责业务进行中的相关人员及装、设备的指挥、协调调度。

图1 战时空空导弹飞行保障流程

各个阶段又可向下分解为不同的子任务，建立战时空空导弹保障模型（Workflow Model for Wartime Air-to-air Missile Logistics，WMWAML），如图2所示。

图2 战时空空导弹保障模型

对战时空空导弹保障模型（WMWAML）做出如下 定 义 ：WMWAML=｛V，R，φ，E｝ ，其 中 ，V =V_r ∪V_p ∪V_m ∪V_u ，V_r 为保障任务根（root）节点集合，在图2中如V ₀所示；V_p 为阶段（phase）节点集合，在图2如V ₁₁所示；V_m 为模块（module）节点集合，在图2如V ₂₁所示；V_u 为单元（unit）节点，不可再向下细分，根据属性不同可分为指挥协调、业务操作两类，如图2中V ₃₁、V ₃₂所示。关系集R =R ₁∪R ₂，其中R ₁={m ，o }，分别表示不同垂直层次之间的关系是不可选（mandatory）或可选（optional）的；R ₂={s ，e }，分别表示同级别层次之间的关系是前置开始关系还是前置结束关系。m ，o ，s ，e (V )→φ (V )，φ (V )表示谓语函数，对于∀V_n ∈V ₀，φ (V_n )表示与节点V_n 存在φ 关系的所有节点集合；E ={ }(V_i ，V_j )|V_i ，V_j ∈V 表示不同节点之间的关系集合。

3.2 幂指数模型

幂指数法是系统模型分析的一种常用方法，广泛运用于军事效能评估领域。作为一种定性与定量相结合的多目标决策方法，能够运用相对简单的结构简洁明了地表现各子指标之间相互关系。战时机载弹药保障任务效能评估指数模型表示为

在上式中，用X =（x ₁，x ₂，…，x_n ）表示不同效能指标；C_s 表示机载弹药保障能力，相对独立，由式（2）计算求得；C_l 根据不同情况，可分别由式（14）或式（21）计算求得；C_m 通过式（3）求得，C_n 通过参谋部门及领域专家运用主观判定法确定，如式（4）所示通过AHP法确定。

4 保障任务评估模型

4.1 模型分析

通过对不同类型机载弹药保障流程的分析，将保障效能评估指标划为实力背景、过程效能与结果效能。三个二级指标可向下再分不同子指标，如图3所示。

图3 机载弹药保障效能评估指标

机载弹药保障实力背景属于事前评价，是指保障人员、机载弹药及相关保障装（设）备模型的实体类型、特征、编成等的总和。

1.1 样品采集 采集苍山北部鱼山（25°45′49.80″N，100°07′44.64″E）、中部感通寺（25°39′21.84″N，100°10′57.52″E）和南部江风寺（25°34′48.10″N，100°12′7.56″E）火烧迹地、近火烧地以及苍山中部兰峰（25°40′21.92″N，100°05′19.77″E）非火烧地土壤样品共208份。采集方法：采集时去除表层土壤，取0～20 cm深度的土壤300 g左右，装入自封袋中，详细记录样品信息，所有采集的样品带回实验室后4℃冰箱保存，1周内处理完所有样品。

1）保障人员实力背景主要包括描述该保障分队成员的重要信息，包括人数、归建、职务、岗位对口情况、平均（最大）行动速度、单位时间最大保障效率、体能消耗指数等。

2）机载弹药实力背景是指可用于实施保障的各类机载弹药的主要信息，包括型号、数量、质量状况、储存状况、各环节所需技术保障基础时间等。

宣传是一门观念的营销艺术。它通过各种传媒技术，将宣传者的理念、追求，经过精心地包装和加工后，向受众进行灌输、宣传和推广，其主要目的就是希望后者了解、认可、支持前者的主张和做法，以此为其特定治理策略提供民意上的合法性基础。宣传的性质和主要做法类似于广告学和市场营销学中的推广和营销：不断重复地播放、无孔不入地覆盖、简单明了的字眼、字面上的暖意和温情、有意识的方向引导等。尽管有些宣传本身被不少人指责为“选择性报道”(只报喜不报忧)、“倾向性引导”，但作为一项被党政系统熟练操作的技术，其在运动式治理中还是有诸多价值的。

3）保障装（设）备实力背景是指机载弹药测试设备、保障装备等的主要信息，主要包括数量、质量状况、保障效能、保障装备影响指数等，其中影响指数主要是指该保障装（设）备在外在因素（如天气、地形、连续使用时长等）对其性能的影响因子。

机载弹药保障过程效能属于事中评价，主要目的是在保障流程中对不同类型的机载弹药、保障人员、相关装设备所产生的各种活动行为的效能进行评估。根据机载弹药技术保障流程及组织编制，可分为机载弹药保障技术勤务效能和机载弹药保障指挥体制效能。

1）机载弹药保障勤务效能。主要从业务的技术角度评估在完成机载弹药保障任务过程中各成员所进行的不同活动、基本流程、及其彼此之间逻辑关系是否合规，主要包括机载弹药储存保管、接收发付、运输、维护与修理、质量控制等。

2）机载弹药保障指挥效能。主要包括机载弹药保障人员分组、配置、行动，隶属、保障关系调整等方面的效能。

机载弹药保障结果效能属于静态特征，是指在整个保障任务结束后，对关键指标的统计，如在整个保障过程消耗的总时间、保障过程中动用各成员的完成任务所用时间、完成保障工作的弹药数、质量等。

机载弹药保障能力（Capacity for Aerial Ammunition Support）是指战术级机载弹药保障部队中人员、装备、设备在规定时间内满足外场供弹需求的程度，受人员编成及业务能力、装（设）备数量及良好率、天气等自然条件的影响，是典型模糊性因子，本文用C_s 表示，如式（2）所示：

式中，C_m 表示担任本次保障任务的分队的事前条件，即图中实力背景的因子，主要由保障人员的实力编成m ₁、实体属性特征m ₂、实体类型m ₃，机载弹药的实力编成m ₄、实体属性特征m ₅、实体类型m ₆，保障装（设）备的实力编成m ₇、实体属性特征m ₈、实体类型m ₉、影响指数m ₁₀构成。m_i （i =1，2，…，10）的值根据各指标的特点实际情况由弹药保障方面的专家确定，如式（3）所示。

式中，a_i 表示各背景因子的权重

C_n 表示本次保障任务完成过程及结果的行动效能，即图3中的过程效能及结果效能的因子，主要由机载弹药保障勤务效能m ₁₁、机载弹药保障指挥效能m ₁₂、保障时间消耗m ₁₃、保障效果和关联影响m ₁₄构成。

我读高中，是在本县最大的县中。离家远，只好住校，可那时学校的条件差，只提供宿舍，没有床，要学生自己带。

式中，b_i 、c_i 、d_i 均表示权重，且满足：

4.2 模型参数C_l 计算方法

确定机载弹药保障效能参数C_l 的核心在于定量判断保障人员在各工作环节的绩效指标，本文参考国内外民用领域复杂协同作业任务流程分析的相关算法，运用排队网络的相关模型来确定模型参数C_l 。就单个保障人员而言，主要有下述两种保障任务情况。

她觉得有眼泪由眼眶里涌出来，啪嗒啪嗒滴在白茫落户雪地里，砸出细小的雪窝窝，要是让“老黄”回头来看见，让那两个老家伙看见，又会笑话她心肠软，刀子嘴，豆腐心吧。想到这里，她赶紧往回走。

一个保障分队一次仅保障一种类型的弹药，作如下假设：

1）不同架次机载弹药保障任务下达时间点t 是一个Poisson过程，即满足Poisson分布，参数为λ ，符合独立同分布。

2）各保障分队成建制开展作业。假设当不同架次机载弹药保障任务下达后，分队人员均在位，不会因为关键环节人员缺位而导致整个保障过程停滞。

3）需要保障的弹药种类总数为m 。

4）在t 时刻同时有n 个保障分队能够开展作业，且每个保障分队一次仅对一个类型的机载弹药提供技术保障。

5）m 种弹药最多可分为排为n 队，每队待保障的弹药数量为

6）每个队列中有s_i 个相互独立的服务点，每个服务点可根据保障子流程分别提供保障，每个服务点的利用效率为表示不同各保障人员花费在各保障子流程上的平均比例时间，其反映了保障分队的保障能力（sμ ）被待保障弹药平均使用的比例。ρ_i ＜1，以避免无限排队。

4.2.1 情况一

由以上假设可知，模型中设定的机载弹药保障模型可以当作一个开放的排队系统，由于任意一个队列一次仅对一种弹药进行技术保障，不会出现队列交叉的情况，因此运算较为简单。队列状态概率的稳态差分方程如式（7）所示：

其中：

通过递归法解式可得状态概率P_{i (0)}为

平均队列长度L_e 为

其中，L_ew 表示不含正在被保障的机载弹药的平均队列长度，即平均等待队列长度。

由律特法则（Little’s Law）可得

其中，T_ew 表示每种弹药在等待序列中的期望等待时间，T_e 表示在等待序列中的总等待时间。

其中，n_c 表示在T时间内完成保障任务分队的平均值。INT []表示取整。

由式（14）可得，在一个保障分队一次仅保障一种类型的机载弹药的假设下，其保障效能可表示为

展开为

j =1，2，…，m δ_j ≥0，如式（18）所示：

4.2.2 情况二

在战时状态下每个保障分队需要同时保障多种机载弹药，保障分队中的成员需要完成多种任务（即到达多个不同的服务点）。针对此种情况在

三是保障形势复杂、工作量大。制导弹药保障呈动态保障态势，随部队换防、任务变动、空情变化以及战备转进情况实时变化。另外，保障分队除担负制导弹药日常战训保障外，还有大批库存弹药需要定检、维护，装备保障任务十分繁重，人员、装（设）备经常需要分班作业，力量调配难度大。

1）一个保障分队一次需保障K 种不同类型的弹药。

2）每名保障分队成员在完成保障子任务i 后，随机进行剩余子任务j （j =1，2，…，m ）的概率为P_{i ，j} 。

由以上假设可得保障分队在完成保障子任务i 后退出整个保障任务系统的概率为q_i ，如式（17）所示：

将第j 个队列的总到达率，即从第j 个队列内部的转入的到达率与其余队列转入第j 个队列的和，设为δ_j ( )

罗恬听到“噗”的一声，像刺进了一团皮革。她惊恐地抬起头，发觉杜朗并没有疼痛的表情。罗恬这才松了口气，拔出匕首说：“太不可思议了，你是怎么做到的？”

大曲在存储过程中受存储条件的影响，会出现断面发暗、霉变、裂缝、脱壳以及理化指标波动等现象，还有可能对酿酒以及大曲自身质量带来影响，多数酒企都无相应标准对此进行科学管理和控制。现用曲（为方便阅读，以下将存储后的大曲称为现用曲）的感官表象与出房曲相比有较大不同，如：断面多数呈暗灰色、黑褐色，易出现裂缝、脱壳、霉变，虫害严重等。为了对这些表象进行科学评价，达到全面管控的目的，本文以江苏洋河酒厂的中高温大曲为对象，利用高通量测序技术对现用曲感官质量进行研究和评价。

上节已知，每个服务点的利用效率为若 ∀i ∈1，2，…，m ，满足ρ_i ＜1，则该系统保持稳定且稳定队列长度的概率分布P (m )如式（19）所示：

观赏竹栽培品种整理。主要开展牡竹属、慈竹属等观赏竹栽培品种的整理与新品种定名工作，现阶段已完成牡竹属1种新品种的定名，取得国际登录号；以及川牡竹1号、硬头黄7号新品种登录的申报工作。

以上方程组满足：

与上一节类似，任一个开放排队系统单独看来，均与独立的排队系统相同，对平均队列长度L_e 、平均等待队列长度L_ew 求解。

每种弹药在等待序列中的期望等待时间T_ew ，在等待序列中的总等待时间T_e ，其中，δ_i 由式（18）求得。

由于在实际情况中，尚未完成保障流程的机载弹药不需要被所有空闲保障人员遍历，故将单一排队系统中从外部到达的保障人员的到达率设为ω ，故在一个保障分队一次保障一种类型的机载弹药的假设下，其保障效能可表示为

柑橘缺钾症状。老叶叶尖首先发黄，叶片略呈皱缩，随缺钾程度加重叶片逐渐由扭弯、卷曲、皱缩而呈杯状。新叶一般为正常绿色，但结果后期当年生叶片叶尖也会明显发黄，在高产脐橙上尤其严重。果小、着色不好，皮薄且光滑，果食味淡。严重缺钾时，可导致叶落、梢枯、果落、果裂。

5 应用实例

5.1 效能计算

设某次作战任务中，A场站军械股接收B场站转场入编的各类弹药及伴随保障人员，不同机载弹药的保障难度与保障分队的保障能力各不相同。假设转场后该股存有6类机载弹药，其对应保障分队（即服务台）、服务率等信息由表2给出。设纳编后勤务效能m ₁₁=0.87、指挥效能m ₁₂=0.85、保障时间消耗m ₁₃=0.94、保障效果和关联影响m ₁₄=0.91。

在确定变量、控制变量分析后，学生能明白控制哪些变量及如何控制变量，基本形成实验设计思路。在此基础上，学生还需要思考选择最佳实验思路，围绕变量将已确定的变量处理方法变成具体的、可操作的实验步骤，制定科学合理的实验方案，从而顺利地达到预期效果。

表1 待保障弹药基本信息

表1中，所有数据经过变形处理，服务率归一化为无量纲量，表示在单位时间内完成D_i (i =1，2，…，6)机载弹药的数量。

通过4.2.1节所给式（10）～（15）依次计算平均队列长度L_e 、平均等待队列长度L_ew 、总等待时间T_e 、期望等待时间T_ew 、完成保障任务分队的平均值n_c 、保障任务效能C_l 。结果如表2所示。

例如：高中历史教学中在讲述到鸦片战争的内容中，就可将火热一时的宫廷剧加以引入，如《步步惊心》等系列展示清朝繁花锦盛的宫廷剧作为导入内容，这是当下学生比较熟悉的，从影片当中所展现的内容，其实是和真正的历史中的清王朝有着不同。真实的历史清朝是走下坡路的华丽的老牛，而鸦片战争的序幕就让中国两千多年封建社会走向了终结。然后将鸦片战争的课程内容的学习呈现出来，这样通过比较热点的内容在课堂上作为引入点，这对激发学生的兴趣就比较有效。

表2 纳编后保障分队保障实施情况

表2中，n_c 一列M (N )表示在单位时间内，保障人员可以完成N 枚机载弹药的保障任务，但实际仅需完成M 枚的情况。

求得C_l 后，由专家系统经层次分析确定幂指数模型中四个幂指数，a ₁=0.3，a ₂=0.4，a ₃=0.3，将参数带入式（1）得

5.2 结果分析

由表2可知，在规定时间内，L2、L3、L5未完成任务，其原因各不相同。L2虽然使用装备总数仅为3，但是服务率仅为0.48；L3在使用装备种类较多的情况下，需要完成60个单位的弹药保障任务，总体任务量较大；L5同样存在服务率过低的问题。针对以上情况；一是采取通过向上级申请增加仓库机载制导弹药检测人员编制员额，以满足装备保障任务需求，二是加强精细化管理，立足部队现有条件和资源，创新保障模式，合理进行编制，精简保障人员和流程，将岗位分工相互独立、单一的技术保障，转变为综合式的集约化保障，将岗位分工独立、单一的技术保障，转化为综合式的集约化保障。

6 结语

本文通过对战时机载弹药保障任务特性进行分析，运用Petri网以某型近距格斗型空空导弹为例，对技术保障流程逐层进行分解，构造了包括阶段节点、模块节点和单元节点的战时空空导弹保障模型，在此模型的基础上，综合运用幂指数法、层次分析法与专家系统，构建保障任务评估模型。针对某次多机种弹药保障任务，给出评估实例，并对保障结果进行分析，提供了优化方法，为机载弹药保障的指挥决策与效能评估的新思路与方法。

参考文献

［1]康宗宇，陈义军，陈伟.航空战时弹药保障供应能力优化预测仿真［J].计算机仿真，2017（2）：49-52.

［2]张继尧，等.装备保障人员优化配置方法研究［J].火力与指挥控制，2016，41（10）：192-196.

［3]MCCOLLOM N.F-35 joint strike fighter autonomic logistics and prognostics and health management［C]//Proc.of DoD Maintenance Symposium&Exhibition Presentations，2006.

［4]蔡纪伟，王桂起.装备保障计算机兵棋推演体系［J].火力控制与指挥，2013，38（11）：28-31.

［5] Ross D.Designing a System on System Wargame［R].USA：US Air Force Research Lab，2010.

［6]韩志军，等.计算机兵棋推演系统研究［J].计算机仿真，2011，28（4）：10-13.

［7]于广海，贺尚锋，赵英虎.加快推进我军兵棋系统建设应把握的问题［J].指挥学报，2013（3）：47-49.

［8]苏亮，刘苏洋，韩冰.兵棋在军事训练中的运用［J].海军学术研究，2010（3）：44-46.

［9]ZHANG S，KANG R，IIE X，etl.China’s efforts in prognostics and health management［J].IEEE Trans，on Components and Packaging Technologies， 2008，2（31）：509-518.

［10]曹毅.战略战役后勤与装备保障兵棋推演应把握的问题［J].国防大学学报（军事后勤与军事装备研究），2015（6）：83-85.

［11]袁崇义.Petri网应用［M].北京：科学出版社，2013：12-14.

［12]余高达，赵潞生.军事装备学［M].北京：国防大学出版社，2010：1-15.

Effectiveness Evaluation of Wartime Airborne Ammunition Support Task Based on Hybrid Algorithm

WEI Tianyu¹ZHANG Xiaohu²LEI Yu²LI Tao¹
（1.Department of Aerial Ammunition Support，Air Force Logistics University，Xuzhou 221000）（2.No.94810 Troops of PLA，Nanjing 210000）

Abstract The characteristics of wartime airborne ammunition support missions are analyzed.Taking a short-range combat air-to-air missile as an example，the petri net is used to decompose the technical support process layer by layer，and the wartime airspace including phase nodes，module nodes and unit nodes is constructed.Based on this model，the missile support model is based on the hybrid algorithm of power index method，analytic hierarchy process and expert system to construct a support task evaluation model.The calculation methods of each parameter in the model are given for different situations.Taking a multi-type ammunition support task as the background，an evaluation example is given，and the guarantee results are analyzed，and an optimization method is proposed.New ideas and methods are supported for command decision and effectiveness evaluation of airborne ammunition support.

Key Words airborne ammunition support，effectiveness evaluation，Petri net，exponential method，queuing theory

中图分类号 TP29

DOI： 10.3969/j.issn.1672-9730.2019.09.032

*收稿日期： 2019年3月12日，

修回日期： 2019年4月13日

作者简介： 魏天宇，男，硕士研究生，研究方向：机载武器系统与运用。张孝虎，男，博士，副教授，研究方向：航空弹药保障。雷宇，男，硕士研究生，研究方向：装备指挥管理。李涛，男，硕士，副教授，研究方向：航空弹药保障。

Class Number TP29

标签：机载弹药保障论文;  效能评估论文;  Petri网论文;  幂指数法论文;  排队论论文;  空军勤务学院航空弹药保障系论文;  94810部队论文;