一種基于離散事件系統(tǒng)的航空指揮保障優(yōu)化方法
【專利摘要】一種基于離散事件系統(tǒng)的航空指揮保障優(yōu)化方法，首先獲取航空指揮保障仿真任務(wù)，將航空指揮保障流程劃分為艦面子流程、起飛子流程、降落子流程，并獲取各個子流程包括的所有離散事件，然后建立航空指揮保障流程的離散事件模型，并完成航空指揮保障仿真任務(wù)，得到航空指揮保障仿真任務(wù)對應(yīng)的離散事件系統(tǒng)，在流程仿真軟件中搭建仿真航空指揮保障仿真任務(wù)對應(yīng)的離散事件系統(tǒng)，最后獲取各個離散事件運(yùn)行時間閾值范圍并對比，得到異常離散事件作為需要調(diào)整的離散事件并輸出。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了航空指揮保障流程的分析及降落成功概率的模擬，能夠發(fā)現(xiàn)航空指揮保障系統(tǒng)的異常離散事件，并進(jìn)行針對性優(yōu)化，具有較好的適用價值。
【專利說明】
-種基于離散事件系統(tǒng)的航空指揮保障優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種航空指揮保障技術(shù)，特別是一種基于離散事件系統(tǒng)的航空指揮保 障優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的離散事件動態(tài)系統(tǒng)（D抓S:Discrete Event Dynamic System)是指受事件 驅(qū)動、系統(tǒng)狀態(tài)跳躍式變化、系統(tǒng)狀態(tài)遷移發(fā)生在一串離散時間點(diǎn)上的動態(tài)系統(tǒng)。D邸S大多 是人造系統(tǒng)，具有比較復(fù)雜的變化關(guān)系，難W采用常規(guī)的微分方程、差分方程等方程模型來 描述。
[0003] 自80年代初，美國哈佛大學(xué)著名學(xué)者Y.C.化教授倡導(dǎo)對DEDS理論進(jìn)行研究W來， 出現(xiàn)了多種形式的DEDS模型設(shè)計(jì)方法。例如，根據(jù)事件發(fā)生時間對所考察對象演變過程的 分析而言是否有必要納入研究范圍，劃分成：1)不帶時標(biāo)的DEDS模型：有限狀態(tài)自動機(jī)模 型、Petri網(wǎng)絡(luò)模型、過程代數(shù)模型、時序邏輯模型，等等；2)帶時標(biāo)的DEDS模型：賦時化化i 網(wǎng)絡(luò)模型、TIM/RTIL模型、雙子代數(shù)模型、排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型、Markov鏈與GSMP模型；3)或根據(jù)系 統(tǒng)輸入信息及狀態(tài)演變的確定/不確定性，分成確定性DEDS模型和隨機(jī)性DEDS模型;也可根 據(jù)狀態(tài)變化的量化特征，分成邏輯(定性)模型與數(shù)量(定量)模型。
[0004] 目前，呢DS建模與模型分析研究處于發(fā)展階段，模型種類較多，但不同模型之間缺 乏必要的轉(zhuǎn)換關(guān)系，且每一種模型描述形式往往只適用于一類或幾類問題，即尚無通用的 適合于各類DEDS研究對象的模型表示方式。從現(xiàn)有模型的形成過程看，D抓S建模的常用方 法主要有排隊(duì)論方法、網(wǎng)絡(luò)圖或事件圖法、形式語言與自動機(jī)方法、隨機(jī)過程(如Markov過 程)描述法和抽象代數(shù)(如極小代數(shù)、極大代數(shù))方法等。
[0005] 航空指揮保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)長久W來，被公認(rèn)為存在高投資、高風(fēng)險，原因是系統(tǒng)只有 在經(jīng)過了較長時期的實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)之后，才會發(fā)現(xiàn)之前設(shè)計(jì)的缺陷和不足，再經(jīng)歷長時間 的摸索改進(jìn)，整個航空指揮保障系統(tǒng)的潛能才會被最大限度的發(fā)揮，而隨著仿真技術(shù)在航 空指揮保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的不斷深入，航空指揮保障系統(tǒng)仿真成為一種能使航空指揮保 障系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)(即航空指揮保障系統(tǒng)平衡)的一種省時、省力、省錢的重要研究工具。
[0006] 航空指揮保障系統(tǒng)平衡是指派作業(yè)到作業(yè)站的決策過程，它可W最小化航空指揮 保障系統(tǒng)中的閑置時間，減少人力成本及設(shè)備成本的浪費(fèi)，從而達(dá)到人力與設(shè)備的高度使 用。例如，若每個作業(yè)站的工作時間不相等，因?yàn)橛行┳鳂I(yè)站有能力W較高的速率指揮保 障，而其它的一些作業(yè)站則無法跟上運(yùn)樣的速率，就會產(chǎn)生作業(yè)快的作業(yè)站暫時停下來等 待慢的作業(yè)站的問題，快速作業(yè)站必須等待其它慢速作業(yè)站的指揮保障完畢，或者被迫減 速指揮保障，W避免作業(yè)站與作業(yè)站之間的作業(yè)停頓。
[0007] 在面臨多種機(jī)型的保障形態(tài)下，如果指揮保障過程不具有彈性，則無法適應(yīng)多變 的作戰(zhàn)任務(wù)，一個完整的航空指揮保障系統(tǒng)通常是離散的動態(tài)系統(tǒng)，運(yùn)個系統(tǒng)中有些數(shù)據(jù) 是可W在系統(tǒng)運(yùn)行之前，便可獲得的，例如指揮保障計(jì)劃中的飛機(jī)、人、出動架次等;但有些 數(shù)據(jù)存在極大的隨機(jī)性，例如:飛機(jī)到達(dá)時間、設(shè)備故障率、設(shè)備維修時間等，該類數(shù)據(jù)能夠 準(zhǔn)確的反映系統(tǒng)實(shí)時狀態(tài)，正是由于該類數(shù)據(jù)的存在，才導(dǎo)致了所有系統(tǒng)中共存的矛盾問 題，即確定的指揮保障任務(wù)和最終的實(shí)際完成出動架次的矛盾。根據(jù)已知的指揮保障數(shù)據(jù)， 借助虛擬技術(shù)對指揮保障線進(jìn)行建模和仿真，在方法得當(dāng)?shù)那疤嵯?，可W降低系統(tǒng)的不確 定性，從而為指揮保障系統(tǒng)的分析和優(yōu)化提供依據(jù)，使得設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)、合理。
[0008] 航空指揮保障系統(tǒng)中存在較多的仿真對象，而且航空指揮保障中的不確定因素會 隨系統(tǒng)的擴(kuò)容而增加，運(yùn)些因素?zé)o法僅用數(shù)學(xué)變量來描述，但對航空指揮保障系統(tǒng)的狀態(tài) 起著至關(guān)重要的作用，不能對其進(jìn)行科學(xué)簡化，例如設(shè)備故障修復(fù)時間、設(shè)備使用率等。上 述因素如果用數(shù)學(xué)模型解決，一般非常困難，因此，對航空指揮保障進(jìn)行性能分析是離散事 件系統(tǒng)仿真的另一個主要應(yīng)用，該仿真通常設(shè)及的主要性能指標(biāo)包括:設(shè)備及航空指揮保 障的利用情況；出動架次分析;航空指揮保障周期分析;機(jī)型混合變化對出動架次的影響； 瓶頸、阻塞及設(shè)備負(fù)荷平衡分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種通過將航空指揮保 障流程劃分為艦面子流程、起飛子流程及降落子流程Ξ個流程，并結(jié)合離散事件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 了對航空指揮保障流程的分析優(yōu)化的基于離散事件系統(tǒng)的航空指揮保障優(yōu)化方法。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于離散事件系統(tǒng)的航空指揮保障優(yōu)化方法，包 括如下步驟：
[0011] (1)獲取航空指揮保障仿真任務(wù)為:每天化波次的戰(zhàn)斗飛機(jī)起落，每波次化架飛機(jī)， 每架飛機(jī)在甲板作業(yè)周期為tl小時，化波次的巡邏飛機(jī)，每波次N4架飛機(jī)，每架飛機(jī)在甲板 作業(yè)周期為t2小時，化波次的預(yù)警飛機(jī)，每波次N6架飛機(jī)，每架飛機(jī)在甲板作業(yè)周期為t3小 時，其中，tl<t2<t3,化>化>化，化>N4>N6,化、N3、化、N2、N4、N6均為整數(shù)；
[0012] (2)將航空指揮保障流程劃分為艦面子流程、起飛子流程、降落子流程，并獲取各 個子流程包括的所有離散事件為飛機(jī)準(zhǔn)備、外觀檢查、充加油氣、通電檢查、數(shù)據(jù)加載、懸掛 武器、掛彈后檢查、慣導(dǎo)對準(zhǔn)、艦面收尾、滑行入位、電氣連接檢查、往復(fù)車張緊、進(jìn)入起飛狀 態(tài)、放飛、形成下滑道、觸艦、復(fù)飛、觸艦后檢查、降落滑行；
[0013] (3)建立航空指揮保障流程的離散事件模型，其中，艦面子流程包括但不限于飛機(jī) 準(zhǔn)備、外觀檢查、充加油氣、通電檢查、數(shù)據(jù)加載、懸掛武器、掛彈后檢查、慣導(dǎo)對準(zhǔn)、艦面收 尾，起飛子流程包括滑行入位、電氣連接檢查、往復(fù)車張緊、進(jìn)入起飛狀態(tài)、放飛，降落子流 程包括形成下滑道、觸艦、觸艦后檢查、降落滑行，當(dāng)觸艦不成功時，飛機(jī)復(fù)飛并重新觸艦； 所述的觸艦成功概率為
[0014]
[0015] 氣候取值范圍為[0，1]，大小與能見度正相關(guān)，飛行員狀態(tài)的取值范圍為[0，1]，大 小與飛行員連續(xù)飛行時間負(fù)相關(guān)；
[0016] (4)使用航空指揮保障流程的離散事件模型完成步驟（1)中的航空指揮保障仿真 任務(wù)，進(jìn)而得到航空指揮保障仿真任務(wù)對應(yīng)的離散事件系統(tǒng)，在流程仿真軟件中搭建仿真 航空指揮保障仿真任務(wù)對應(yīng)的離散事件系統(tǒng)；
[0017] (5)重復(fù)步驟(4)n次，得到各個離散事件的η個實(shí)際運(yùn)行時間，進(jìn)而得到各個離散 事件的平均實(shí)際運(yùn)行時間.
[0018] (6)從外部獲取各個離散事件運(yùn)行時間闊值范圍，并對比各個離散事件的平均實(shí) 際運(yùn)行時間，如果離散事件的平均實(shí)際運(yùn)行時間在對應(yīng)的離散事件運(yùn)行時間闊值范圍內(nèi)， 則當(dāng)前離散事件為正常離散事件，否則當(dāng)前離散事件為異常離散事件，將異常離散事件作 為需要調(diào)整的離散事件并輸出。
[0019] 所述的各個離散事件運(yùn)行時間闊值范圍包括飛機(jī)準(zhǔn)備小于3min，外觀檢查小于 8min，充加油氣小于lOmin，通電檢查小于4min，數(shù)據(jù)加載小于3min，懸掛武器小于12min，掛 彈后檢查小于2min，慣導(dǎo)對準(zhǔn)小于4min，艦面收尾小于3min，艦面流程時間總計(jì)小于25min， 滑行入位小于20s，電氣連接檢查小于10s，往復(fù)車張緊小于30s，進(jìn)入起飛狀態(tài)小于15s，放 飛小于5s，形成下滑道小于lOmin，觸艦小于20s，復(fù)飛小于9min，觸艦后作業(yè)小于30s，降落 滑行小于2min。
[0020] 所述的氣候條件的取值為：當(dāng)能見度為30kmW上時，氣候條件為0.9,當(dāng)能見度為 25-30km時，氣候條件為0.8，當(dāng)能見度為20-25km時，氣候條件為0.7，當(dāng)能見度為15-20km 時，氣候條件為0.6，當(dāng)能見度為10-15km時，氣候條件為0.5，當(dāng)能見度為5-lOkm時，氣候條 件為0.4，當(dāng)能見度為l-5km時，氣候條件為0.3，當(dāng)能見度為0.3-lkm時，氣候條件為0.2，當(dāng) 能見度為小于0.3時，氣候條件為0.1。
[0021] 所述的飛行員狀態(tài)為：當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間小于化時，飛行員狀態(tài)為0.9,當(dāng)飛 行員連續(xù)飛行時間為[化-化]時，飛行員狀態(tài)為0.8,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為[2h-化]時， 飛行員狀態(tài)為0.7,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為[3h-4h]時，飛行員狀態(tài)為0.6,當(dāng)飛行員連續(xù) 飛行時間為[地-化]時，飛行員狀態(tài)為0.5,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為[5h-化]時，飛行員狀 態(tài)為0.4,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為[6h-化]時，飛行員狀態(tài)為0.3,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間 為[7h-化]時，飛行員狀態(tài)為0.2,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間大于化時，飛行員狀態(tài)為0.1，其 中，h為小時。
[0022] 所述的流程仿真軟件為anylogic仿真系統(tǒng)軟件。
[0023] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0024] (1)本發(fā)明通過將航空指揮保障流程劃分為艦面子流程、起飛子流程及降落子流 程Ξ個流程，并結(jié)合離散事件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對航空指揮保障流程的分析，使得航空指揮保障 流程更加清晰；
[0025] (2)本發(fā)明通過對降落成功概率的模擬，實(shí)現(xiàn)了外界因素對航空指揮保障系統(tǒng)的 影響分析，使得航空指揮保障系統(tǒng)更加貼近實(shí)際；
[0026] (3)本發(fā)明通過多次進(jìn)行航空指揮保障流程的離散事件系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)，降低了仿 真試驗(yàn)結(jié)果的偶然性，使得優(yōu)化結(jié)果更加可信；
[0027] (4)本發(fā)明通過比較各個離散事件運(yùn)行時間闊值范圍和各個離散事件的平均實(shí)際 運(yùn)行時間，能夠發(fā)現(xiàn)航空指揮保障系統(tǒng)的異常離散事件，并進(jìn)行針對性優(yōu)化，具有較好的適 用價值。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明一種基于離散事件系統(tǒng)的航空指揮保障優(yōu)化方法原理流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，W航空指揮保障系統(tǒng)為研究對象，首先建立離散事 件系統(tǒng)模型，并完成其與anylogic仿真模型的轉(zhuǎn)換;然后利用anylogic對系統(tǒng)進(jìn)行仿真研 究，通過大量數(shù)據(jù)采集建立航空指揮保障離散事件仿真模型，完成仿真設(shè)置、輸出分析，最 后利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理對航空指揮保障的出動架次進(jìn)行合理的估算，逐步發(fā)現(xiàn)并調(diào)整航空指揮 保障瓶頸和不合理布局，從而改進(jìn)完善航空指揮保障方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明方法進(jìn) 行詳細(xì)說明，本發(fā)明一種基于離散事件系統(tǒng)的航空指揮保障優(yōu)化方法原理流程圖如圖1所 示包括如下步驟：
[0030] 第一步：明確航空指揮保障系統(tǒng)參數(shù)及需求
[0031] 持續(xù)出動模型是模擬在持續(xù)出動策略下的飛機(jī)在艦面的轉(zhuǎn)運(yùn)，彈射W及回收的問 題。通過仿真試驗(yàn)需要得到合理的艦面作業(yè)流程和時間節(jié)點(diǎn)，使航母能夠在滿足出動計(jì)劃 的前提下持續(xù)循環(huán)不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0032] 本發(fā)明按照每日晝間12小時計(jì)算，循環(huán)出動計(jì)劃如下：
[0033] (1)晝間8波次的作戰(zhàn)飛機(jī)(戰(zhàn)斗機(jī)/電子戰(zhàn)飛機(jī)/無人機(jī)），每波次10架，甲板作業(yè) 周期1.5小時；
[0034] (2)6波次的巡邏飛機(jī)(戰(zhàn)斗機(jī)/無人機(jī)），每波次2架飛機(jī)，甲板作業(yè)周期2小時；
[0035] (3)4波次的預(yù)警飛機(jī)，每波次1架飛機(jī)，甲板作業(yè)周期3小時。
[0036] 其中，航母艦面布局包括4條彈射跑道;3部飛機(jī)升降機(jī)，其中，右艇2部，左艇1部； 小型艦島，位于右艇尾部；13個一站式保障站點(diǎn)（首部右艇10個，首部左艇3個)+8個集中式 保障站點(diǎn)(艦島后方3個，著艦跑道尾部2個，左艇升降機(jī)前后各一個，左艇4號起飛位置附近 1個），一站式保障站點(diǎn)為自主滑入滑出，集中式保障站點(diǎn)為牽引車牽入，自主劃出。
[0037] 如表1所示為艦面流程，艦面流程包括飛機(jī)準(zhǔn)備、外觀檢查、充加油氣、通電檢查、 數(shù)據(jù)加載、懸掛武器、掛彈后檢查、慣導(dǎo)對準(zhǔn)、艦面收尾。
[0038] 表1艦面流程結(jié)構(gòu)組成
[0039]
[0040]
[0041] 起飛流程包括滑行入位、電氣連接檢查、往復(fù)車張緊、進(jìn)入起飛狀態(tài)、放飛，其中， 滑行入位20s，飛機(jī)從偏流板后方滑向彈射器位置，電氣檢查及連接10s，滑過往復(fù)車并張緊 30s，進(jìn)入起飛狀態(tài)15s，發(fā)動機(jī)火焰顏色變化，放飛5s，飛機(jī)與往復(fù)車向前滑出，復(fù)位10s，往 復(fù)車返回及放下偏流板，儲氣筒充氣35s，下次彈射的制約因素。
[0042] 回收流程(降落流程)如表2所示包括形成下滑道、觸艦、降落滑行，當(dāng)觸艦不成功 時，飛機(jī)復(fù)飛并重新觸艦。
[0043] 表2降落流程結(jié)構(gòu)組成
[0044]
'[0045]第二步:確定航空指揮保障系統(tǒng)的主要流程 ' '
[0046] 航空指揮保障系統(tǒng)是一個典型的離散事件系統(tǒng)，對于離散事件系統(tǒng)應(yīng)該首先分析 構(gòu)成系統(tǒng)的要素，但是航空指揮保障系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，直接分析要素會比較困難且雜 亂，而將系統(tǒng)分解為小塊進(jìn)行分析會較為簡單且清晰，本發(fā)明選擇根據(jù)流程來分解系統(tǒng)，首 先分析系統(tǒng)中的主要流程，再分析不同流程中的要素。
[0047] 任何一架飛機(jī)在起飛前都要經(jīng)過25分鐘的艦面流程，然后到彈射器位置等待彈射 起飛，其流程可W總結(jié)為：飛機(jī)準(zhǔn)備工作一外觀檢查一充加油氣一通電檢查一數(shù)據(jù)加載一 懸掛武器一掛彈后檢查一慣導(dǎo)對準(zhǔn)一收尾工作一滑行入位一連接及檢查一往復(fù)車張緊一 進(jìn)入起飛狀態(tài)一放飛;然后進(jìn)入起飛流程，當(dāng)飛機(jī)完成任務(wù)需要返航降落時，就進(jìn)入降落流 程，一架飛機(jī)在降落前首先飛行到下滑道的位置，然后從下滑道至觸艦，如果在上一個流程 中出現(xiàn)問題，則進(jìn)入復(fù)飛流程，飛過一個五邊后繼續(xù)進(jìn)入正常的降落流程。如果一架飛機(jī)能 夠正常觸艦，則接下來的流程是觸艦后作業(yè)，包括一系列的檢查等內(nèi)容，最后飛機(jī)滑往保障 點(diǎn)進(jìn)行保障，等待下一個波次的出動起飛。故航空指揮保障系統(tǒng)的持續(xù)出動模型可分解為 Ξ個流程:艦面流程、起飛流程W及降落流程。運(yùn)Ξ個流程可W較好的描述整個系統(tǒng)功能， 對系統(tǒng)進(jìn)行較好的模擬。
[0048] 第Ξ步:分析各流程中的要素
[0049] 離散事件系統(tǒng)由各種要素構(gòu)成，運(yùn)些要素有實(shí)體、事件、活動、狀態(tài)、進(jìn)程、仿真鐘、 事件表、統(tǒng)計(jì)、結(jié)束條件。在第一步中，本發(fā)明將系統(tǒng)分解為了Ξ個流程，其實(shí)流程相當(dāng)于是 進(jìn)程，進(jìn)程是由有序的事件和活動組成，事件和活動的發(fā)生依賴于實(shí)體，且會引起系統(tǒng)或?qū)?體狀態(tài)的變化，所W運(yùn)一步我們分析流程中的實(shí)體、事件、活動W及相應(yīng)的狀態(tài)。
[0050] (1)艦面流程
[0051] 艦面流程描述的是飛機(jī)在起飛前的準(zhǔn)備流程，設(shè)及到的實(shí)體有飛機(jī)、檢查點(diǎn)、加油 氣點(diǎn)、掛彈點(diǎn)，其中，飛機(jī)為臨時實(shí)體，其余為永久實(shí)體。艦面流程中的活動有飛機(jī)準(zhǔn)備、外 觀檢查、充加油氣、通電檢查、數(shù)據(jù)加載、懸掛武器、掛彈后檢查、慣導(dǎo)對準(zhǔn)、收尾。事件有飛 機(jī)準(zhǔn)備開始、飛機(jī)準(zhǔn)備結(jié)束、外觀檢查開始、外觀檢查結(jié)束、充加油氣開始、充加油氣結(jié)束、 通電檢查開始、通電檢查結(jié)束、數(shù)據(jù)加載開始、數(shù)據(jù)加載結(jié)束、懸掛武器開始、懸掛武器結(jié) 束、掛彈后檢查開始、掛彈后檢查結(jié)束、慣導(dǎo)對準(zhǔn)開始、慣導(dǎo)對準(zhǔn)結(jié)束、收尾開始、收尾結(jié)束。 在艦面流程中，隨著事件和活動的發(fā)生，系統(tǒng)的狀態(tài)在改變，主要體現(xiàn)在永久實(shí)體的忙與 閑，W及臨時實(shí)體飛機(jī)處于不同的狀態(tài):飛機(jī)準(zhǔn)備狀態(tài)、外觀檢查狀態(tài)、充加油氣狀態(tài)、通電 檢查狀態(tài)、數(shù)據(jù)加載狀態(tài)、懸掛武器狀態(tài)、掛彈后檢查狀態(tài)、慣導(dǎo)對準(zhǔn)狀態(tài)、收尾狀態(tài)、艦面 流程完成狀態(tài)。
[0052] (2)起飛流程
[0053] 起飛流程描述的是飛機(jī)的起飛過程，起飛流程設(shè)及到的實(shí)體有飛機(jī)、保障點(diǎn)、滑行 道、檢查點(diǎn)、彈射器、起飛滑道，其中飛機(jī)為臨時實(shí)體，其余實(shí)體為永久實(shí)體。起飛流程中的 活動有滑行、連接檢查、進(jìn)入起飛狀態(tài)、放飛、復(fù)位、儲氣筒充氣。起飛流程中的事件有保障 開始、保障結(jié)束、滑行開始、滑行結(jié)束、連接檢查開始、連接檢查結(jié)束、進(jìn)入起飛狀態(tài)開始、進(jìn) 入起飛狀態(tài)結(jié)束、放飛開始、放飛結(jié)束、復(fù)位開始、復(fù)位結(jié)束、儲氣筒充氣開始、儲氣筒充氣 結(jié)束。隨著事件和活動的發(fā)生，系統(tǒng)的狀態(tài)在改變，主要體現(xiàn)在永久實(shí)體的忙與閑，W及臨 時實(shí)體飛機(jī)處于不同的狀態(tài):初始狀態(tài)、保障狀態(tài)、滑行中、檢查中、進(jìn)入起飛狀態(tài)中、放飛 中、放飛成功。
[0054] (3)降落流程
[0055] 降落流程描述的是飛機(jī)的降落過程，設(shè)及到的實(shí)體有飛機(jī)、甲板、滑道，其中飛機(jī) 為臨時實(shí)體，其余實(shí)體為永久實(shí)體。降落流程中的活動有下滑道、觸艦、觸艦后作業(yè)、降落滑 行、復(fù)飛。事件有下滑道開始、下滑道結(jié)束、觸艦開始、觸艦結(jié)束、觸艦后作業(yè)開始、觸艦后作 業(yè)結(jié)束、降落滑行開始、降落滑行結(jié)束。復(fù)飛開始、復(fù)飛結(jié)束。飛機(jī)的狀態(tài)有飛行狀態(tài)、下滑 道狀態(tài)、觸艦狀態(tài)、觸艦后作業(yè)狀態(tài)、降落滑行狀態(tài)、復(fù)飛狀態(tài)、降落成功狀態(tài)。
[0056] 第四步:分析仿真中的其他要素
[0057] 離散事件系統(tǒng)中的要素有實(shí)體、事件、活動、狀態(tài)、進(jìn)程、仿真鐘、事件表、統(tǒng)計(jì)、結(jié) 束條件，本發(fā)明第Ξ步分流程分析了實(shí)體、事件、活動、狀態(tài)和進(jìn)程，本步驟需要分析其余的 要素。
[0058] 仿真鐘:仿真必須跟蹤當(dāng)前仿真時間，計(jì)量單位適用于系統(tǒng)建模。在離散事件仿真 中，不是實(shí)時仿真，時間是跳躍的，因?yàn)槭录l(fā)在瞬間，所W仿真推動時間跳躍到下一個活 動開始時間。在航空指揮保障系統(tǒng)中，事件較多，流程也有Ξ個，如果時間不統(tǒng)一，仿真的進(jìn) 行會比較困難，比較混亂，所W需要一個統(tǒng)一的時間來控制整個仿真，即為仿真鐘，每個事 件的發(fā)生都在一個離散的時間點(diǎn)，事件的發(fā)生推動著仿真鐘的推進(jìn)。
[0059] 事件表:仿真至少有一個仿真事件表。它有時被稱為等待事件集，因?yàn)樗谐鲋?仿真得到的結(jié)果且還未被仿真的事件。在航空指揮保障中也存在著事件表，每個流程都有 不同的事件，系統(tǒng)中存在著多架飛機(jī)，每架飛機(jī)可能處于不同流程，也可能處于同一流程的 不同狀態(tài)，他們所處的狀態(tài)不同，下次出現(xiàn)的事件也不同，運(yùn)些所有可能發(fā)生的事件構(gòu)成了 一個事件表。
[0060] 統(tǒng)計(jì):仿真的目的是根據(jù)仿真中發(fā)生的現(xiàn)象來分析系統(tǒng)，得出結(jié)論，所W仿真通常 需要跟蹤統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，量化其中感興趣的方面。在仿真模型中，性能指標(biāo)不是來自概 率分布的分析，而是在不同模型的運(yùn)行中取平均值。通常構(gòu)造置信區(qū)間W幫助評估產(chǎn)出的 質(zhì)量。在航空指揮保障系統(tǒng)的平衡設(shè)計(jì)過程中，本發(fā)明關(guān)注系統(tǒng)的平衡性W及出動的架次 率，因此統(tǒng)計(jì)量主要與運(yùn)些有關(guān)，所W本發(fā)明統(tǒng)計(jì)空中飛機(jī)的數(shù)量W及總出動架次。
[0061] 結(jié)束條件：因?yàn)榛顒邮亲耘e的，理論上一個離散事件仿真可W-直運(yùn)行下去。因此 必須決定仿真的結(jié)束條件。在航空指揮保障系統(tǒng)中，本發(fā)明需要仿真一天十機(jī)八波次的出 動情況，所W設(shè)定八波次的調(diào)度結(jié)束為仿真的結(jié)束條件。
[0062] 第五步:建立航空指揮保障系統(tǒng)的離散事件系統(tǒng)仿真模型
[0063] 建立航空指揮保障流程的離散事件模型，其中，艦面子流程包括但不限于飛機(jī)準(zhǔn) 備、外觀檢查、充加油氣、通電檢查、數(shù)據(jù)加載、懸掛武器、掛彈后檢查、慣導(dǎo)對準(zhǔn)、艦面收尾， 起飛子流程包括滑行入位、電氣連接檢查、往復(fù)車張緊、進(jìn)入起飛狀態(tài)、放飛，降落子流程包 括形成下滑道、觸艦、降落滑行，當(dāng)觸艦不成功時，飛機(jī)復(fù)飛并重新觸艦。根據(jù)上述分析，W 流程為基礎(chǔ)對每架飛機(jī)進(jìn)行建模，形成仿真模型。仿真模型主要由運(yùn)些視圖組成：艦面視 圖、起飛流程視圖、降落流程視圖和彈射器流程視圖。
[0064] 第六步:仿真分析結(jié)果
[0065] 在不同的天氣、飛行人員狀態(tài)的情況下，對上述模型進(jìn)行多次仿真分析，對航空指 揮保障的出動架次進(jìn)行了合理的估算，模擬了天氣、飛行人員狀態(tài)的不確定對系統(tǒng)的影響， 逐步發(fā)現(xiàn)并調(diào)整了航空指揮保障瓶頸和不合理布局，在不斷的跌迭代過程中，最終得到最 優(yōu)布局，使得航母能夠在滿足出動計(jì)劃的前提下持續(xù)循環(huán)不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0066] 另外，在航空指揮保障系統(tǒng)中，存在著不確定因素，在飛機(jī)的降落過程中，不是每 一次都能成功降落的，在降落不成功的時候會進(jìn)行復(fù)飛，那么如何模擬運(yùn)一過程就是本發(fā) 明的一個關(guān)鍵點(diǎn)。
[0067] 在實(shí)際系統(tǒng)中，影響飛機(jī)降落是否成功主要有Ξ個因素:天氣條件、飛行員狀態(tài)和 降落時間。當(dāng)天氣條件越好，飛行員狀態(tài)越好，降落時間在白天時，飛機(jī)越容易降落成功;而 當(dāng)天氣條件越差，飛行員狀態(tài)越差，降落時間在晚上時，飛機(jī)降落越容易失敗。本發(fā)明根據(jù) 調(diào)研大致估計(jì)了降落成功概率與運(yùn)些因素的關(guān)系如下：
[006引
[0069] 氣候條件的取值為：當(dāng)能見度為30kmW上時，氣候條件為0.9，當(dāng)能見度為25-30km 時，氣候條件為0.8，當(dāng)能見度為20-25km時，氣候條件為0.7，當(dāng)能見度為15-20km時，氣候條 件為0.6，當(dāng)能見度為10-15km時，氣候條件為0.5，當(dāng)能見度為5-lOkm時，氣候條件為0.4，當(dāng) 能見度為l-5km時，氣候條件為0.3，當(dāng)能見度為0.3-lkm時，氣候條件為0.2，當(dāng)能見度為小 于0.3時，氣候條件為0.1。飛行員狀態(tài)為：當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間小于化時，飛行員狀態(tài)為 0.9,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為[Ih-化]時，飛行員狀態(tài)為0.8,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為 [化-3h]時，飛行員狀態(tài)為0.7,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為[3h-4h]時，飛行員狀態(tài)為0.6,當(dāng) 飛行員連續(xù)飛行時間為[4h-化]時，飛行員狀態(tài)為0.5,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為[5h-化] 時，飛行員狀態(tài)為0.4,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為[6h-化]時，飛行員狀態(tài)為0.3,當(dāng)飛行員連 續(xù)飛行時間為[7h-化]時，飛行員狀態(tài)為0.2,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間大于化時，飛行員狀態(tài) 為0.1，其中，h為小時
[0070] 同時，在仿真模型中，可W手動調(diào)節(jié)天氣條件和飛行員狀態(tài)，降落時間由模型自動 計(jì)算得出，再根據(jù)上述公式可W計(jì)算出降落成功概率，飛機(jī)W降落成功概率降落成功或降 落失敗復(fù)飛，運(yùn)樣可W較好的模擬不確定因素對系統(tǒng)的影響。
[0071] 本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于離散事件系統(tǒng)的航空指揮保障優(yōu)化方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 獲取航空指揮保障仿真任務(wù)為:每天見波次的戰(zhàn)斗飛機(jī)起落，每波次犯架飛機(jī)，每架 飛機(jī)在甲板作業(yè)周期為。小時，N3波次的巡邏飛機(jī)，每波次N 4架飛機(jī)，每架飛機(jī)在甲板作業(yè) 周期為t2小時，他波次的預(yù)警飛機(jī)，每波次N6架飛機(jī)，每架飛機(jī)在甲板作業(yè)周期為t 3小時，其 中，均為整數(shù)； (2) 將航空指揮保障流程劃分為艦面子流程、起飛子流程、降落子流程，并獲取各個子 流程包括的所有離散事件為飛機(jī)準(zhǔn)備、外觀檢查、充加油氣、通電檢查、數(shù)據(jù)加載、懸掛武 器、掛彈后檢查、慣導(dǎo)對準(zhǔn)、艦面收尾、滑行入位、電氣連接檢查、往復(fù)車張緊、進(jìn)入起飛狀 態(tài)、放飛、形成下滑道、觸艦、復(fù)飛、觸艦后檢查、降落滑行； (3) 建立航空指揮保障流程的離散事件模型，其中，艦面子流程包括但不限于飛機(jī)準(zhǔn) 備、外觀檢查、充加油氣、通電檢查、數(shù)據(jù)加載、懸掛武器、掛彈后檢查、慣導(dǎo)對準(zhǔn)、艦面收尾， 起飛子流程包括滑行入位、電氣連接檢查、往復(fù)車張緊、進(jìn)入起飛狀態(tài)、放飛，降落子流程包 括形成下滑道、觸艦、觸艦后檢查、降落滑行，當(dāng)觸艦不成功時，飛機(jī)復(fù)飛并重新觸艦;所述 的觸艦成功概率為氣候取值范圍為[〇，1]，大小與能見度正相關(guān)，飛行員狀態(tài)的取值范圍為[〇，1]，大小與 飛行員連續(xù)飛行時間負(fù)相關(guān)； (4) 使用航空指揮保障流程的離散事件模型完成步驟（1)中的航空指揮保障仿真任務(wù)， 進(jìn)而得到航空指揮保障仿真任務(wù)對應(yīng)的離散事件系統(tǒng)，在流程仿真軟件中搭建仿真航空指 揮保障仿真任務(wù)對應(yīng)的離散事件系統(tǒng)； (5) 重復(fù)步驟(4)n次，得到各個離散事件的η個實(shí)際運(yùn)行時間，進(jìn)而得到各個離散事件 的平均實(shí)際運(yùn)行時間； (6) 從外部獲取各個離散事件運(yùn)行時間閾值范圍，并對比各個離散事件的平均實(shí)際運(yùn) 行時間，如果離散事件的平均實(shí)際運(yùn)行時間在對應(yīng)的離散事件運(yùn)行時間閾值范圍內(nèi)，則當(dāng) 前離散事件為正常離散事件，否則當(dāng)前離散事件為異常離散事件，將異常離散事件作為需 要調(diào)整的離散事件并輸出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于離散事件系統(tǒng)的航空指揮保障優(yōu)化方法，其特征在 于:所述的各個離散事件運(yùn)行時間閾值范圍包括飛機(jī)準(zhǔn)備小于3min，外觀檢查小于8min，充 加油氣小于lOmin，通電檢查小于4min，數(shù)據(jù)加載小于3min，懸掛武器小于12min，掛彈后檢 查小于2min，慣導(dǎo)對準(zhǔn)小于4min，艦面收尾小于3min，艦面流程時間總計(jì)小于25min，滑行入 位小于20s，電氣連接檢查小于10s，往復(fù)車張緊小于30s，進(jìn)入起飛狀態(tài)小于15s，放飛小于 5s，形成下滑道小于lOmin，觸艦小于20s，復(fù)飛小于9min，觸艦后作業(yè)小于30s，降落滑行小 于2min〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于離散事件系統(tǒng)的航空指揮保障優(yōu)化方法，其特征 在于:所述的氣候條件的取值為：當(dāng)能見度為30km以上時，氣候條件為0.9,當(dāng)能見度為25-30km時，氣候條件為0.8，當(dāng)能見度為20-25km時，氣候條件為0.7，當(dāng)能見度為15-20km時，氣 候條件為ο . 6，當(dāng)能見度為10-15km時，氣候條件為0.5，當(dāng)能見度為5-10km時，氣候條件為 〇. 4，當(dāng)能見度為l-5km時，氣候條件為0.3，當(dāng)能見度為0.3-lkm時，氣候條件為0.2，當(dāng)能見 度為小于〇. 3時，氣候條件為0.1。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于離散事件系統(tǒng)的航空指揮保障優(yōu)化方法，其特征 在于:所述的飛行員狀態(tài)為：當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間小于lh時，飛行員狀態(tài)為0.9,當(dāng)飛行員 連續(xù)飛行時間為[lh_2h]時，飛行員狀態(tài)為0.8,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為[2h-3h]時，飛行 員狀態(tài)為0.7,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為[3h-4h]時，飛行員狀態(tài)為0.6,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行 時間為[4h-5h]時，飛行員狀態(tài)為0.5,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為[5h-6h]時，飛行員狀態(tài)為 0.4,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為[6h-7h]時，飛行員狀態(tài)為0.3,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間為 [7h-8h]時，飛行員狀態(tài)為0.2,當(dāng)飛行員連續(xù)飛行時間大于8h時，飛行員狀態(tài)為0.1，其中，h 為小時。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于離散事件系統(tǒng)的航空指揮保障優(yōu)化方法，其特征 在于:所述的流程仿真軟件為any 1 og i c仿真系統(tǒng)軟件。
【文檔編號】G06F17/50GK105825013SQ201610151085
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月16日
【發(fā)明人】李海旭, 秦遠(yuǎn)輝, 李寶柱, 羅永亮
【申請人】中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院