基于HLA的战役航材备件需求仿真研究

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基于HLA的战役航材备件需求仿真研究SimulatingResearchonAerialSparePartsDemandofCampaignBasedonHLA■王政1陈云翔’王莉莉2／1空军工程大学工程学院294608部队在分析系统功能要求的基础上．提出基于HLA的战役航材备件需求系统仿真框架，对仿真系统联邦成员的功能进行划分．分析系统的信息交互．探讨系统实现所需的关键技术．构建了战役航材备件需求仿真平台，给出了仿真平台的工作流程。组嚣窭蓑霎鬟墨裟鬻罢筹提高现代战争条件下航空兵的作战效能，保持作战飞机较大的出动强度具有重要意义。对于战伤飞机的修复和故障排除，最迅速、有效的方法就是换件，通过快速供应充足的备件，以换件修理、换件排故来赢得时间。因此，准确预测整个战役航材备件的需求量，在战前对所需航材备件预先准备，是部队战斗力的物质保证。为了评判储备的航材备件数量是否满足战役的需要，需要构建一个战役航材备件需求仿真系统。本文利用HLA(高层体系结构HighLevelArchiteture，HLA)思想，建立了基于HLA的战役航材备件需求仿真系统，分析和设计了系统框架结构和信息流程，探讨了系统实现的关键技术，并构建了战役航材备件需求系统仿真平台，给出了仿真平台的工作流程。HLA主要内容高层体系结构HLA的核心思想是互操作和重用，能够将真实仿真、虚拟仿真和构造仿真集成到一个综合的仿真环境中，满足复杂大系统的需要，基于HLA的分布仿真是仿真发展的大方向。HLA主要由规则，对象模型模板OMT和运行支撑构架RTI的接口规范说明组成。规则描述了联邦成员和RTI的责任及关系，是仿真实现正确交互的基础；对象模型模板则提供一种标准的文档格式来描述联邦及其成员对象的模型信息。接口规范以服务的形式定义了联邦中成员进行信息交互的方式，包括可调用的服务和应提供的回调服务，分为联邦管理、声明管理、对象管理、所有权管理、时间管理和数据分发管理。一个联邦中的各个成员之间的交互作用是通过HLA中一个重要部件——运行支撑架构RTI提供的服务来实现的，即在一个联邦的执行过程中，所有的联邦成员应按照HLA的接口规范所要求的方式同RTI进行数据交换，实现成员间的交互作用。仿真框架设计1．仿真系统的功能战役航材备件需求分析的目标是使战场抢修中所需的航材备件能得到及时和充分的供应，它集战役过程描述、战伤备件航材需求仿真，故障航材备件需求仿真等功能于一体。因此仿真系统的功能要求如下。(1)能够进行系统的动态描述，刻画战役的进展情况；(2)能够依据数学模型，解算各个仿真实体，并产生其他模块的相关信息；(3)具有可重用性，支持系统功能的扩展，(4)提供仿真实体对象的数据库，能够实时调用仿真数据解算仿真模型。2．系统体系结构根据战役航材备件需求系统仿真任务要求和HLA体系结构特点，可以确定仿真系统由管理控制、战役描述、数据库、数据记录、飞机战伤，故障航材备件需求，战伤航材备件需求以及综合显控台等联邦成员组成。系统结构如图l所示。3．联邦成员功能管理控制联邦成员，战役描述联邦成员属于导演成员组，负责联邦运行的管理、仿真进程的控制，为仿真运行提供基本的作战数据。数据库联邦成员提供仿真成员的详细数据，包括备件种类数据、任务数据、部件寿命分布、飞机信息数据、威胁数据、消耗率等。数据记录联邦成员负责采集仿真过程中的相关数据，并以数据库或数据文档的形式进行存档，以支持仿真的重演、结果输出和评估。需求仿真成员组的各个成员分别用于实现战役航材备件需求仿真系统的功能，包括战伤仿真，备件需求仿真等。—翻匝硼啊空维修与工蠢I70,AVIATIONMAINTENANCE&ENGINEERINGl’。 导演成员组管理控制联邦成员l战役描述联邦成员l数据库联邦成员l数据记录联邦成员ll／＼{乡<多七乡<乡RTIr铎命俞命之多之乡之多需求仿真飞机战伤故障备件需战伤备件需综合显控台成员组联邦成员求联邦成员联邦成员图1仿真系统总体结构系统信息交互仿真系统各联邦成员通过RTI发布自己的信息，并订购所需要的信息，整个仿真系统的信息交互过程如图2所示。管理控制联邦成员在联邦执行时公布初始化数据，负责初始化战役描述系统、飞机战伤仿真系统等的性能参数。战役描述联邦成员是仿真系统的主体，在仿真运行时，根据战役时间的推进，生成每天的作战任务。并将任务信息提供给飞机战伤联邦成员和故障航材备件需求联邦成员。综合显控台联邦成员是整个仿真系统的核心，根据需求仿真成员的运行需要，向数据库联邦成员发送控制命令，为需求仿真成员提供订购的仿真数据和需求信息需门拦件高求r’一部件寿命分布任务信息故障飞机数据模型。数据库联邦成员负责向对应的联邦成员发放需要的数据，在任务完成后，更新返场飞机的数据。数据记录联邦成员负责记录战伤飞机和故障飞机的数据，并将结果反馈给数据库联邦成员。飞机战伤联邦成员用于仿真飞机的战伤分布。根据获取的任务信息，威胁信息，调用仿真模型进行解算。故障航材备件需求联邦成员用于计算故障飞机的航材备件需求，根据部件的寿命分布，调用故障航材备件需求模型进行解算。并输出结果。战伤航材备件需求联邦成员用于计算战伤飞机的航材备件需求，根据飞机的战伤数据，调用战伤备件需求模黼跆Ij叠笪亘■轻丽可初舭瓜I丽I信l初始化l战伤备件需求l息交互管理控制I仞始化+战役描述警l馑孺任务信息l战伤飞机数据数据记录反馈图2系统信息交互图74I丽空维信与工蠢EⅢ皿’。IAmTIONMAINTENANCE占ENGINEERING胁数据任务数数据库管理型进行解算，并输出结果。关键技术研究(1)战役仿真建模技术战役描述联邦成员的主要功能是根据战役的作战的天数、参战的部队，按照时间的推进，以天为单位将战役划分为若干个子过程进行仿真，它是整个系统实现的基础。根据战役时间的连续性，循环此应用过程来对战役进行描述。(2)数据库设计数据库联邦成员是仿真系统的数据中心，战役航材备件需求系统数据库主要的对象实体包括部件寿命分布、作战飞机信息，备件数据、任务数据、威胁数据、故障率、消耗率等。因此，数据库设计采用面向对象的设计思想，通过对所有对象实体的分析，细化对象实体的属性和操作，指定对象属性的详细类型，补全对象之间的关系，不断细化数据库。(3)时间管理方式在分布式仿真中，时间管理占有非常重要的地位。HLA将联邦成员的逻辑时间管理策略分为时间控制(TR)和时间受限(TC)。本系统中联邦成员和对象类较多，主要解决的是战役描述联邦成员任务生成与战伤仿真联邦成员仿真开始、飞机战伤仿真联邦成员仿真结束与故障航材备件需求联邦成员仿真开始的同步问题，这几个联邦成员应采用“既时间控制又时间受限”的策略同步推进。而数据记录联邦成员应采用TC，对其他联邦成员如无特殊要求可采用TR时间管理策略。仿真平台总体设计由战役航材备件需求系统组成结构分析可知，仿真平台主要由仿真主控平台、数据库、战役描述模块、战伤仿真模块和备件需求模块组成。如图3所示。战役航材备件需求系统仿真平台具体工作过程如下。(1)仿真开始，将系统初始化，系统参数置零，输入战役目的、参战飞机数据、战役天数；(2)以天为单位，将战役过程分解，依据每天的战斗任务目标，调用数据库数据，解算每天飞行架次，参战飞机、攻击目标等数据· IATP组织概况国萎慧黛慧三7黑：。TechnicalPooling)组织，是一个国际性的、独立的、非官方的、非赢利性航空公司民间组织。通过该组织形式，航空公司会员之间可在异地经停站点共享飞机零备件、地面设备／工具、地面维护服务、人力资源和飞机恢复包等资源，达到节约成本、准时放行、安全营运的目的。该组织每年召开两次交流会，会议期间，与会的各航空公司和协作单位可以与全球100多家航空公司和维修企业充分交流，互通有无，增进彼此了解与合作。1948年，一些欧洲航空公司率先在共享航空器材、地面设备和维修服务方面实行共享，后来随着越来越多的航空公司加入，1967年在法国巴黎正式命名为IATP。随着IATP影响力的进一步扩大，该组织开始接收航空供应／维修厂家作为协作成员，并于2005年的卢森堡会议上成立了专职机构，建立了公司网页。目前，该组织已拥有11l家航空公司和29家维修公司的正式成员，分布在400多个站点，涵盖了14000多件器材，价值超过4亿美元。其组织机构和共享形式如图l所示。成员航空公司：每个成员航空公■孙凌／南京航空航天大学司都要指定一名资深代表，这位代表既要熟悉本公司的运作和需求，同时也要深谙IATP的运作模式。作为成员与组织的联系人，资深代表负责操作本公司的共享库维护和网站信息的管理，以及年会的联系和组织的投票权利。参与IATP的航空公司几乎涵盖了全球各大航空公司，包括加拿大航、法航、国航、东航，华航、英国维珍、美联航、美国达美航空、汉莎航空、全日空、日航、美西北航．国泰航、新航等。协作成员：包括航空器材制造商和维修商，可以提供航线维护的工程服务公司，如Ameco、汉莎技术公司、厦门图5仿真平台构成示意图(3)根据解算的战斗任务目标数据，调用飞机战伤仿真模块，计算飞机战伤分布以及战损飞机数量，(4)根据解算的战斗任务目标数据，调用故障航材备件需求仿真模块，计算故障航材备件需求量，(5)依据飞机战伤分布数据，调用战伤航材备件需求仿真模块，计算战伤航材备件需求量，(6)将战损飞机和战伤飞机数据输入数据库，更新战备完好飞机数据；(7)综合故障航材备件需求量和战伤航材备件需求量，得到一天战斗任务目标完成后的航材备件需求量，(8)记录一天的航材备件需求量，输出结果并叠加，仿真时钟加1，判断仿真次数是否大于等于战役天数，结果为否，则继续进行下一天仿真，结果如果为真，则输出仿真后的叠加结果，仿真结束。结论利用仿真技术研究战役航材备件需求的品种和数量，是航材备件需求研究的重要手段之一。基于这种需求，本文研究开发了基于HLA的战役航材备件需求仿真系统，建立了该系统的仿真平台，并给出了仿真平台的工作过程。HLA的可重用性、灵活性和互操作性的特点能快速地实现系统仿真。由于HLA的开放性，可以在HLA联邦中添加、删除、修改仿真模块，使仿真结果更贴近实际。需迸一步完善的是仿真的实时性以及提高部分联邦成员的仿真复杂度，使仿真结果更加准确。曩嚣Ⅱ丑日颞空维培与工程l7式AVIATIONMAJNTENANCE占ENGINEERINGlou