航母航空弹药保障能力优化的可拓策略生成研究.pdf

8 兵工自动化 Ordnance Industry Automation2023-06 42(6)doi:10.7690/bgzdh.2023.06.002 航母航空弹药保障能力优化的可拓策略生成研究 王 丰1，李瑞鹏2(1.海军航空大学，山东 烟台 264001；2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083)摘要：为对航母航空弹药保障能力进行优化，提升舰载机出动架次率及航母作战能力，将可拓学相关理论引入弹药保障优化的研究中。运用基元理论和分解、相关等可拓分析方法，对航母航空弹药转运作业的流程进行分析，逐个流程找出影响其转运作业时间的关键因素；用解决矛盾问题的可拓策略生成方法及相容度函数，寻求航空弹药转运作业流程优化的有效途径。算例分析结果表明：该方法比较新颖，思路独特，可靠性较高，实用性较强，可为我国航母弹药贮运系统的设计、优化及建设提供一种思路。关键词：航空弹药；可拓学；关联函数；可拓策略生成 中图分类号：TJ83 文献标志码：A Research on Extension Strategy Generation of Aircraft Carrier Air Ammunition Support Capability Optimization Wang Feng1,Li Ruipeng2(1.Naval Aviation University,Yantai 264001,China;2.School of Earth Sciences and Resources,University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083,China)Abstract:In order to optimize the ammunition support capability of aircraft carrier and improve the sortie rate of carrier-based aircraft and the combat capability of aircraft carrier,the extenics theory was introduced into the research of ammunition support optimization.The process of aircraft carrier ammunition transfer operation is analyzed by using the basic element theory and the extenics analysis methods such as decomposition and correlation,and the key factors affecting the transfer operation time are found out one by one.The effective way to optimize the process of aircraft ammunition transfer operation is sought by using the extenics strategy generation method and compatibility function to solve contradictory problems.The example analysis results show that the method is novel,unique,highly reliable and practical,which can provide an idea for the design,optimization and construction of the ammunition storage and transportation system of aircraft carrier in our country.Keywords:air ammunition;extenics;correlation function;extension strategy generation 0 引言 航母作为海上的移动长城、海上霸主，其发展受到越来越多军事大国的重视。在航母编队中，舰载机是最关键的组成部分，航母全系统和航母编队的绝大多数作战使命都要由舰载机来承担和完成。航空弹药作为舰载机的主要战斗武器，其保障能力是影响舰载机出动架次率的重要因素之一，而舰载机的出动架次率是衡量航母及航母编队的关键指 标1-2；因此，提高航空弹药的保障能力，对提升航母作战能力会产生至关重要的作用。航空弹药转运流程比较复杂，利用可拓学3-4中的基元理论和可拓分析方法，对影响其流程作业的基元进行可拓分析。在此基础上，对可能导致转运流程优化的基元进行可拓变换，通过建立关联函数，利用可拓策略生成方法，寻求航空弹药转运作业流程5-7优化的可拓策略方法，以提高航空弹药转运效率，为提升舰载机出动架次率及航母作战能力提供一种思路和途径。1 可拓策略生成研究 1.1 流程图 航母航空弹药转运作业优化的流程8-9如图 1所示。1.2 具体步骤 航空弹药转运作业优化的可拓策略方法生成基本步骤如下：1)建立优化问题的形式化可拓描述。界定航空弹药转运作业优化问题的目标和条件，并用基元3-4分别刻画为 G 和 L，建立问题的形式化可拓描述为：1 收稿日期：2023-02-06；修回日期：2023-03-05 作者简介：王 丰(1985)，男，山东人，硕士，工程师，从事系统仿真与集成研究。E-mail:。9王 丰等：航母航空弹药保障能力优化的可拓策略生成研究第 6 期 PG L。2)建立核优化问题的可拓模型。分析、提炼并建立航空弹药转运作业优化问题的核优化问题为000PGL。图 1 航母航空弹药转运作业优化的流程 3)建立相容度函数。根据航空弹药转运作业的实际问题，建立相容度函数10-11K(P)。若K(P)0，说明航空弹药转运作业的优化问题未得到解决；若K(P)=0，说明优化问题为临界问题，未得到解决；若K(P)0，则说明航空弹药作业的优化问题得到解决。4)对核优化问题进行拓展分析。若K(P)0，则运用相关、蕴含、发散、可分解和可扩等拓展分析方法对目标或者条件进行拓展分析，形成可拓分析树，找出影响弹药转运作业的关键基元。5)进行可拓变换。对拓展分析得到的基元进行可拓变换或可拓变换的运算，由于传导变换的作用，会使优化问题的相容度函数发生改变。若变换实施后的相容度函数()0K P，说明弹药转运作业的优化问题得到解决；若()0K P，说明优化问题未得到解决，则需要再次对核优化问题进行拓展分析，或再次对拓展分析得到的基元进行可拓变换。6)生成可拓策略方法。通 过 可 拓 变 换 的 计 算，能 使 相 容 度 函 数()0K P 的可拓变换(1,2,)iin，即为解决弹药转运作业优化问题的可拓策略方法，从而生成可拓策略方法集合。可以根据航空弹药转运优化问题的实际情况，选出较优的可拓策略方法进行实施。2 算例分析 通过一个算例验证模型方法的有效性。航母现有的作战能力为a，限于篇幅，仅从涉及航空弹 药12-16转运流程的航母结构布局及技术改进角度出发，对航母航空弹药转运流程的优化进行研究，从而为提高航空弹药保障能力及航母作战能力提供一种思路和方法。2.1 问题的形式化可拓描述 该问题的形式化可拓模型3-4为 PG L；,ltacct航母作战能力转运支配对象航空弹药施动对象转运人员流程提取 装配 运输时间分钟。航母舰载机的出动架次率是衡量航母作战能力的关键指标，而影响舰载机出动架次率的重要因素之一是航空弹药的转运。通过分析，建立该问题的核问题为：000,=,1,PGLja出动支配对象挂弹舰载机时间天架次架次。航母作战能力 以,Xt为正域，建立简单的相容度函 数为：()()0K LK xtxtt 。即此问题为临界问题。2.2 对问题的条件进行可拓分析 对条件进行可拓分析，寻找途径和方法，使相容度函数 K(L)0。航母航空弹药转运作业流程包括弹药的提取、装配、运输等环节。对0L进行可分解分析，有：0123/,LLLL。式中：1=(,)L航空弹药转运流程提取；10 兵工自动化第 42 卷 2=,L航空弹药转运流程装配；3=,L航空弹药转运流程运输。对 L1进行相关分析，有：11,=1,2,LB取出支配对象弹药托盘施动对象转运人员设备叉车设备起重机。对 B1进行进一步分析，有：11112,BBB。其中：11,=,kgBQ叉车动力电力驱动最大载重；12,=,sBc转运人员能力素质良好操作熟练度。对 L2进行相关分析，得：22,=,LBA装配支配对象弹药施动对象装配人员 装配区设施、设备装配台 绞弹机。对 B2进行进一步相关分析，有：221222324,BBBBB。其中：21,1,=2,AB装配区位置舰艏船员食堂位置舰舯船员食堂；22,=,dBc装配人员考核等级称职操作熟练度；2323=,Bx装配台效率；2424=,Bx绞弹机效率。对 L3进行相关分析，得：33,=1,2,LB运输支配对象弹药施动对象转运人员设备武器升降机设备运输车。对 B2进行进一步相关分析，有33132,BBB 221222324,BBBBB。式中：3131,=,Bm武器升降机位置甲板飞行作业区下动力电动液压数量部；323232,=,MBx弹药转运车型号动力人力效率。根据以上可拓分析，形成弹药转运作业流程的简单可拓分析树：11112212202232431332/BLBBBLLBBBLB。2.3 可拓变换和可拓策略的生成 通过对可拓分析树中的相关基元进行可拓变换或者可拓变换的运算，寻找可能引起转运作业优化的途径和思路。作可拓变换：1111,=,kgBTBQ叉车动力电力驱动最大载重。式中 QQ。经过传导变换，传导效应为 QQ，使提取弹药人员一次性提取的弹药数量及重量增加，从而使弹药转运时间得到一定程度的优化。此时：1111=BtT Tctt；11()()0K LK xtt 。通过加强转运人员平时的训练和培训工作，使 1212,=,BsTBc转运人员能力素质良好操作熟练度。式中sscc。经过基元的传导变换，使弹药提取17的时间得到相应的缩短，从而转运作业流程得到优化。此时：1212=BtT Tctt；12()()0K LK xtt 。作可拓变换：2121,1,1=2,2BATB装配区位置专门区域位置专门区域。即在2甲至6甲设置专门的弹药装配区，不再占用舰员的食堂区域，省去装配弹药时拆卸和安装相关设施、设备的时间。此时有：2121=BtT Tctt；21()()0K LK xtt 。作可拓变换：11王 丰等：航母航空弹药保障能力优化的可拓策略生成研究第6期 2222,=,BdTBc装配人员考核等级称职操作熟练度。式中ddcc。经过基元的传导变换，传导效应为ddcc。此可拓变换缩短了弹药的装配时间，优化了弹药转运作业18-19流程。此时：2222=BtTTctt，22()()0K LK xtt 。作可拓变换：232323=(,)BTBx装配台效率；242424=(,)BTBx绞弹机效率。即通过采用新技术，改进装配台和绞弹机的性能，提高设备的运行效率，缩短弹药装配的时间。经过传导变换的作用，优化了弹药转运作业流程。此时：2323=BtTTctt，23()()0K LK xtt ，2424=BtTTctt，24()()0K LK xtt。作可拓变换：222231,=,BTBm武器升降机位置右侧 靠近舷侧动力永磁电机驱动数量部。即通过将武器升降机在飞行甲板的开口位置改为在飞行甲板的右侧，靠近甲板舷侧的位置，同时避开起飞和着舰区。这个可拓变换减少了弹药转运对飞行作业的影响，优化了转运作业；采用新技术，利用永磁电机作为武器升级机的动力输出，提高升降速度和运行效率，减少故障的发生；一定程度上优化了弹药转运作业流程。此时：3131=BtT Tctt；31()()0K LK xtt 。根据上述的可拓变换，若从优化航母结构布局及采用新技术角度，可生成可拓策略方法为：21232431322123243132,1,2,3,=4,5,BBBBBTBTBTBTTBTB提升支配对象航母作战能力可拓策略可拓策略可拓策略可拓策略可拓策略。3 结论 笔者将可拓策略方法引入到航空弹药保障能力的优化中，用形式化的可拓模型刻画优化问题，通过分解、相关等分析方法对航空弹药转运作业的各个流程进行分析，找出与各转运作业相关的基元，从而找出转运作业优化的关键。结合关联函数，寻求航母航空弹药转运作业优化的可拓策略方法。下一步，将对相关领域进行深入研究，并利用计算机编程简化优化的过程。参考文献：1 史文强,李彦庆,陈练.航母的航空弹药贮运作业解析J.舰船科学技术,2013,35(6):136-141.2 叶文,赵建忠,吕晓峰.航空弹药供应保障存在的问题及对策J.国防科技,2017,38(2):42-45.3 杨春燕,蔡文.可拓工程M.北京:科学出版社,2014:21-78 4 WANG F,ZHANG J C,LI R H.Process element on expansion of the random processs mean function and variance functionC/Extenics and Innovation Methods-Proceedings of the In-ternational Symposium on Extenics and Innov-ation Methods.China,2013.5 钮建伟,秦洁,丁文英.基于资源限制的多目标网络计划优化模型J.工业工程,2015,18(6):116-124.6 晋伊灿,陈立云,高秀峰,等.信息化条件下航空弹药复合保障模式J.兵工自动化,2014,33(2):11-14.7 YAKHCHALI S 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强 度,2020,42(5):1024-1032.A*(上接第 7 页)至此整个推演过程结束，完成了对某岛夺取与控制的全流程推演，验证了体系结构模型的一致性及完整性。4 结束语 笔者梳理了 DoDAF 体系建模的主要流程，分析了核心的视图及视点，并通过某岛夺取与控制任务进行了仿真推演，推演了作战要素及其之间的运行策略，整个推演过程能够更清晰地描述作战场景下的需求，为后续装备需求提供决策参考。参考文献：1 陈奎兆,王江云.飞行仿真器自动飞行系统研究J.系统仿真学报,2006,18(z2):706-709.2 宋友凯,严建钢,曾家有.护航编队中防空舰艇反导作战队形的研究J.舰船电子工程.2010,30(3):27-29.3 陆敏,王国刚,黄湘鹏,等.解读北约体系结构框架NAF J.指挥控制与仿真.2010,32(5):117-122.4 黄文化,罗强一,张新强,等.国防部体系结构框架2.0 新发展研究J.计算机光盘软件与应用,2012(4):187-188.5 李龙跃,刘付显.DoDAF 视图下的反导作战军事概念模与仿真系统设计J.指挥控制与仿真,2012,34(5):76-80.6 李雪超,张金成,陈欢欢,等.基于 DoDAF 的多层弹道导弹防御系统模型研究J.指挥控制与仿真,2010,32(5):45-48.7 朱刚,谭贤四,王红,等.军事体系结构框架元模型发展趋势J.飞航导弹,2014(6):62-67.8 周菁,杨鸣坤,王磊,等.基于 DoDAF 的有/无人协同特战系统总体结构设计J.兵工自动化,2021,40(1):3-7.9 吴昊,王宇.基于 STK 的 MEO 卫星通信系统的仿真与覆盖分析J.电子设计工程,2017,25(22):120-123.A*(上接第 11 页)15 赵建忠,李海军,方轶,等.航母航空弹药作战保障能力建设J.国防科技,2016,37(4):104-108.16 岳奎志,韩维,陈小卫,等.载机军舰航空弹药贮运系统 建 模 与 仿 真 分 析 J.计 算 机 应 用,2011,31(12):3425-3428,3433.17 吕开东,朱齐丹,李新飞.舰载机航空保障需求及排队网络模型研究J.飞行力学,2014,32(1):88-92.18 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