后勤建模与仿真技术综述

后勤建模与仿真技术综述摘要：本文简要介绍了美国防部建模与仿真技术的发展，概要分析了国外的一些后勤仿真模型的基本情况，并总结了国外当前后勤仿真建模的基本特点。

最后，本文对国内开展后勤仿真建模的研究与应用提出了一些建议。

关键词：仿真建模后勤维修1)美国国防部建模与仿真技术发展情况概述计算机仿真技术是一种用途广泛的技术，在民用和国防领域都具有广泛的用途。

在国防领域，仿真技术的应用，可以在各个方面提高部队的作战能力，它可以有效地降低部队的训练费用，提高部队的作战训练水平，提高装备的设计水平和寿命周期费用，提高装备的使用和维修水平，提高部队的战备完好性。

基于自身国防发展战略的需求，美国国防部对仿真技术的重要意义给予了高度的重视。

从1991年以来，美国国防部先后发布了多项建模与仿真（M&S）政策性文件，如DoDD 5000.59 - M&S Management，DoDI 5000.61 - Verification, Validation, and Accreditiation，Charter of the EXCIMS，DoD 5000.59-P - M&S Master Plan等。

其中DoDD 5000.59 概述了国防部的建模与仿真政策、机构职能和管理规程，而DoD 5000.59-P则是国防部指导、组织和集中力量于其建模与仿真职能和工作，解决当前的共同问题的第一个全局性的规划性文件。

这两个文件，成为指导美国国防部仿真技术开发与应用的关键文件。

国防部还于1994年在国防部内成立了“国防部建模与仿真办公室（DMSO）”，该办公室的工作目标是“领导和团结国防部的建模与仿真团队，促进建模与仿真科学和技术的发展，以此来保证现在和将来的战斗人员拥有先进的且可负担得起的建模与仿真工具、产品和能力来支持他们完成任务，并赋予他们革命性的战争取胜能力。

”在DMSO的组织和领导下，已经将美国国防部的其他相关部门、陆海空及海军陆战队的仿真中心、政府的实验室、工业界以及NATO和国际仿真技术组织有机地联系在一起，大力地推动仿真技术在美军的训练、分析、采办和实验等领域的应用，取得了显著的成效。

在其领导下，目前国防部正在实施三个基于国防信息基础设施（Defense Information Infrastructure，DII）的仿真系统项目，即联合建模仿真系统（Joint Modeling and Simulation System，JMASS）、联合仿真系统（Joint Simulation System，JSIMS）及联合作战系统（Joint Warfight System，JWARS），将它们分别用于支持装备的采办、部队的训练和战场/战役分析。

根据1995年发布的DoD 5000.59-P，整个国防部在仿真技术的发展上，将有计划地实现六个目标：1)为M&S开发一个通用的技术框架；2)提供对自然环境及时而权威的表达；3)提供对系统的权威的表达；4)提供对人类行为的权威表达；5)建立一个M&S基础设施，满足开发和终端用户的需要；6)共享M&S带来的益处。

根据这一计划，在DMSO的领导下，国防部的体系结构管理工作组（AMG）于1995年开始制订HLA（High-Level Architecture，高层体系结构）。

制订HLA的目的是为国防部的所有仿真系统确立一个统一的技术体系结构，它能够增强仿真系统之间的可互操作性和可重用性，并提高仿真系统的仿真能力和效费比。

HLA是实施全国防部建模与仿真通用技术框架（CTF）的关键步骤，也是其基石。

以HLA为基础的先进建模与仿真技术为将大量不同的计算机仿真系统、现实作战系统和武器系统仿真器集成在一起创造了条件。

由此而产生的“系统的系统”将为地理上分布的用户－战斗人员、武器系统开发商、使用分析人员，提供一个具有实时交互能力的人工环境。

HLA 为国防部提供了促进功能不同的仿真系统之间的可互操作性以及重用仿真系统模块的必要工具。

从1995年开始，HLA已经经历了四个发展阶段：初始定义阶段、基线定义阶段、IEEE标准化阶段和推广应用阶段。

1999年12月HLA已经被批准为IEEE标准，目前已经进入推广应用阶段。

国防部已经将HLA指定为国防部所有仿真系统的标准技术结构，并要求以HLA取代分布交互式仿真（DIS）和集成仿真协议（ALSP）。

国防部还要求到1999年将不再投资开发或修改不符合HLA标准的仿真系统，到2001年将不再使用不符合HLA标准的现有仿真系统。

HLA已经得到了国防部各部门、广大工业界、国防软件开发商、国际仿真社团等的广泛支持和接受。

国防部以HLA为标准，正在开发超过25种的各种用途的仿真系统，它们主要涉及训练、分析和采办等应用。

国防部还正在开发一个原理样机运行基础设施（RTI）软件，它被用于建立和运行使用HLA的原理样机，这一支持性软件可以用来开发、验证HLA规范中要求的功能，并提高其置信度。

采办、装备保障及RMS仿真一直是美国国防部建模与仿真技术应用的重点领域，也是国防部节约采办开支、缩短装备开发周期、提高装备战备完好性和装备保障保障的费效比的有效手段。

从19世纪70年代以来，国防部及各军兵种先后开发了多种大型的仿真系统，如LCOM、TIGER、TSAR、ACIM、CALM、THUNDER、ARROWS模型等，这些模型有些还在使用和改进，但由于技术陈旧或者不符合HLA标准，多数已经停用。

从1998年开始，国防部开始实施HLA 过渡计划，对一些现有的模型和正在开发的模型进行HLA标准的转换，而近些年新开发的装备保障模型，均采用了HLA规范，如LOGSIM、SIMULOGS、ELIST、LOGAM等。

2) 国外典型后勤仿真模型举例a) LCOM模型LCOM（Logistics Composite Model）是一个基于蒙特卡洛、资源排队论、系统工程的仿真工具，创建于20世纪60年代末，是由美国空军后勤司令部航空系统中心（ASC）发起，美国兰德公司与空军后勤司令部共同合作开发的装备评估与分析仿真系统。

LCOM最早主要用于空军维修人力资源与飞机出勤率的研究，目前它被作为一个策略分析工具使用。

它的特点在于，能够将基地级的维修保障资源相互联系起来，并分析它们对飞机出勤率等与装备的可靠性、维修性、保障性关系很密切的性能参数的影响。

LCOM模型的用途主要包括：（1）确定最优的后勤资源组合，这些资源主要包括人力、备件、保障设备和保障设施；（2）评估维修需求、工作负荷、维修策略、保障方案等因素的变化对装备使用效能带来的影响；（3）评估备选设计方案的保障性；（4）用来实施灵敏度分析，分析的因素可以包括飞机固有性能、零件/子系统可靠性、维修策略/规程、基地管线时间、备件数量、保障设备、设施、人力和其他资源、涂层/密封修复时间、飞机周转时间、出勤率、出动时间、已部署飞机的数量、分散的工作位置、磨损、改良诊断/可达性、任务综合、关键与非关键维修等；（5）LCOM的输出可以输入费用模型来进行寿命周期费用分析。

LCOM模型目前被广泛地用于后勤、可靠性、维修性、保障性的权衡、分析等领域，曾主要用于飞机，但也适用于各种武器系统。

目前美国防部采办部门将其广泛地用于各项武器系统的采办，如F-16、F-22、C-17、CV-22、JSF等项目。

20世纪90年代中期，LCOM曾经历了用F-15E在“沙漠风暴行动”中的数据进行的检验，结果证明LCOM是一个非常准确而有效的仿真模型。

目前LCOM模型正在进行改造性开发，改造的最终目标是将LCOM改造为基于最新技术、能够在PC机上运行、运行效率高且易于使用与维护的、集成的、便携式桌面分析软件包；同时在保留其原有功能的基础上，使LCOM能够支持对具有多个使用基地、具有多种武器装备的复合型系统的仿真分析。

改造计划还通过向HLA规范的过渡，使LCOM模型具有更好的系统兼容性、可互操作性、可重用性以及软件可移植性和便携性。

b) OPUS10模型OPUS10是由瑞典系统与后勤工程公司（SYSTECON）开发的一个多功能计算机仿真模型，它可以用来解决与后勤相关的各种问题，如后勤方案、后勤费用、系统可用度等。

它是能够在备选的后勤保障机构、系统设计参数、维修策略、库存策略、商业利益等问题之间进行权衡的研究与决策工具。

与其他模型相比，OPUS10具有更通用、更强大的建模能力，这主要体现在以下几点：3)基本上不受保障级别、不同器件的数量以及装备结构深度等方面的限制；4)能够处理保障机构和装备分解结构中的跳跃和不对称情况；5)具有模拟通用器件和多系统通用子系统的能力；6)支持对可修与不可修件的寿命周期保障费用的建模；7)支持对不同维修策略（换件维修、修理与更换）的建模；8)可以同时考虑来往于各保障站点的运输时间，而其他模型通常只考虑从保障站点到达的运输时间；9)允许对受多个站点保障的站点进行建模，允许对相同器件的修理时间片断或者按器件类型对需求流进行不同保障站点的分流进行建模，这是在现实应用中越来越普遍的情况，其他模型通常不支持这种建模；10)在保障方案的优化过程中考虑横向或变通保障问题，以及延期交货优先性的问题，能够大大降低费用；11)对不可修单元和部分可修单元采用不同的算法，这样可以得到更精确的结果；12)在对保障方案的优化过程中，该模型还对系统级单元考虑最佳的修理位置（级别），而其他模型通常是通过与专用的修理级别模型接口来获取相关信息；13)考虑并模拟错误的更换、非故障报废因素；14)对系统的建模层次包括组件、LRU、SRU、部分可修LRU、部分可修SRU、报废元件、报废零件。

OPUS10是一个经历了30年开发的优化的软件模型。

它在确定备件需求方面与其他方法相比，达到了前所未有的精度。

通过用户的使用评价，认为该模型可以使用户实现：●降低维修费用（超过50%）；●降低备件费用（通常可达到20～30%）；●在给定预算的条件下实现更高的系统可用度；●降低与大量备件库存有关的其他费用（储存、登记、员工工资等）；●最小化参数（价格、故障率、周转时间等）变化带来的风险，其确定的最优结果具有很低的敏感性；●模拟非常灵活的供应保障活动；●比较不同的备选方案；●确定优化的备件配置/分类；●确定最优的维修位置；●选择最具效费比的解决方案。

OPUS10可用于产品寿命周期的所有阶段，特别是在产品的早期设计阶段，效益更加显著。

OPUS10已经被成功地应用在许多不同的、积极寻求降低保障费用（备件、维修等）、同时保持或提高产品的可用度的领域，例如飞机、铁路、雷达、电讯、国防和钻井平台等。

OPUS10目前在全球有500多个用户，其中包括10个国家的空军、6个国家的陆军和3个国家的海军，以及大量的大型公司和机构，如BAE系统公司、波音、洛克希德马丁、SAAB、DASA、CASA、Alenia、Alvis、Agusta和Celsius等。