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摘要：本文以HLA（High Level Architecture）为计算机仿真标准，对弹药配送系统进行了建模仿真。在分析弹药配送仿真系统的体系结构基础上，开发了仿真系统中的对象类、交互类以及联邦成员，设计了联邦运行的整个流程。整个弹药配送仿真系统是一个联邦，由作战部队、弹药配送中心、运输中心、弹药仓库和供应商5个联邦成员组成，各联邦成员之间通过公布／订购对象属性和发送交互仿真了整个弹药配送活动，得到满意的配送方案。用HLA技术对弹药配送系统进行仿真研究是一种可行的方法。
关键词：高层体系结构；仿真；弹药保障；配送系统
中图分类号：F253.4文献标识码：A文章编号：1002-3100(2007)04-0100-04
Abstract: The paper models and simulates the system of ammunition delivery with High Level Architecture as the criterion for computer simulation. Based on analyzing architecture of simulation system, we develop the object classes, interaction classes and federate members, then design the whole simulating process. The simulation is a federation formed by five federate members including Combat Troops, distribution center of ammunition support, transport center, magazine and provider. Through publishing or subscribing the attributes of classes and sending or receiving interactions, we simulate the ammunition delivering process, obtain the acceptable vehicle scheduling plan. It is a feasible approach to research system of ammunition delivery with HLA.
Key words: High Level Architecture; simulation; ammunition support; system of delivery
战时弹药供应，是装备物资供应的主要部分，是装备部门的最主要的任务。与一般装备物资供应相比，战时弹药供应有其特殊的规定性，应单独研究。及时、准确、不间断地供应部队弹药，对维护和提高部队战斗力，保障战斗胜利，具有重要意义[1]。信息化战争条件下，对弹药保障提出了更高的要求。一方面，武器种类繁多，同时造成相应的弹药种类增多，弹药的造价也日益昂贵；另一方面，信息化战争的快节奏，弹药消耗量剧增，保障难度加大，传统的保障做法已经不能满足战争的需要。对弹药如何做到及时而充足的补给和适当灵活的控制，既能满足战斗的需要又不浪费，已成为弹药保障工作的一个重要课题。美军针对近几场高技术局部战争出现的问题，基于现代物流技术提出并完善了精确化保障的理念。我军借鉴美军经验，近些年也对弹药精确化配送保障进行了大量的研究，取得了一定的成果。
隨着信息技术高速发展与社会分工的进一步细化，物流业务所包含的服务越来越多，物流活动越来越复杂，并对物流活动提出了零库存、准时制、快速反应的更高要求。这与信息化战争对弹药精确化配送的要求一致。弹药保障部门在进行弹药配送时面临着一系列的问题，包括作战部队请领单合成问题、库存量控制问题、车辆调度问题等。为了保证配送系统高效及低成本的运作，就必须解决这些问题，对弹药配送系统进行优化，其中弹药配送方案的优化是重要的一环。
当前，物流系统的研究方法有基于Petri网的网络模型的方法和面向对象的离散事件建模仿真方法[2]。弹药配送系统是一个分布式、交互、复杂的大系统。弹药保障部门的配送活动越来越复杂，对于大规模的配送任务，配送中心要与配送系统内部的其他部分进行频繁的信息交换，包括作战部队、弹药仓库、供应商、运输中心等。针对配送活动的这些特点，本文尝试将HLA（High Level Architecture）高层体系结构标准应用于弹药配送系统的仿真研究。HLA高层体系结构是一种先进的分布式仿真标准。HLA的提出，其目的是针对复杂大系统，提高建立模型与仿真的效率、促进系统之间的互操作和可重用，降低建模与仿真的费用[3]。本文基于对弹药配送系统初步研究，按照HLA高层体系结构，对弹药配送系统模型进行设计和开发，仿真获得满意的弹药配送方案和系统平稳运行的有效参数，从而优化弹药配送系统，辅助物流决策。
1HLA简介
HLA是美国国防部建模与仿真办公室于1996年提出的建模与仿真技术框架的核心部分。HLA重点解决两个关键问题：一是要促进仿真系统之间的互操作；二是要有利于仿真模型在不同的仿真应用的重用[4]。作为建模与仿真的高层体系结构，HLA主要由三部分组成：
（1）规则（Rules）：规定了所有联邦及其联邦成员必须符合的要求，表述HLA中各个部件的功能划分和逻辑关系，体现了HLA的基本构思和原则。
（2）对象模型模板OMT（Object Model Template）：是用来描述HLA对象模型的结构框架，它描述了HLA中对象模型的对象类、属性、交互参数以及相关信息的格式和方法。OMT是使仿真系统具有互操作性与重用性的重要机制之一，它将面向对象的思想和方法引入分布仿真系统。
（3）运行支撑环境RTI（Run-Time Infrastrue）接口规范说明（Interface Specification）：定义联邦成员与联邦中其它成员进行信息交互的方式，即RTI的服务。其定义了RTI的6大管理功能，即联邦管理、声明管理、对象管理、所有权管理、时间管理和数据分发管理[5]。
HLA是一个开发的、支持面向对象的体系结构。它最显著的特点是通过提供通用的、相对独立的支持服务程序，将应用层同底层支撑环境分离，即将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层通信三者分开，隐蔽各自的实现细节，从而可以使各部分相对独立地进行开发，最大程度地利用各自领域的最新技术来实现标准的功能和服务，适应新技术的发展。
2弹药配送仿真系统设计与开发
为了有效促进基于HLA的仿真系统的开发，美国国防部建模与仿真办公室提出了开发分布式交互仿真系统的软件工程方法，即联邦开发和执行过程模型FEDEP（Federation Development and Execute Process Model）。它是指导HLA分布仿真系统设计开发的基本方法。本文根据FEDEP，对弹药配送仿真系统进行初步的设计和开发。
2.1弹药精确化配送系统
战时，弹药保障部门实时收到所属作战部队陆续发来的弹药请领单，服务前台系统将作战部队的请领单和作战单位信息发送给弹药配送中心，配送中心接收到这些请领单后根据仓库库存量信息，返回该请领单确认信息。弹药配送中心根据作战部队的地理位置，利用最短路径模型，求出该作战部队与装备保障网络的其他作战部队及下级保障部门的最短距离，形成弹药配送网络，为生成弹药配送计划做准备。接着弹药配送中心筛选出计划执行的请领单，并根据请领单要求和配送车辆情况，结合配送网络，生成车辆配载计划和优化路线，得出满意的配送方案。然后弹药配送中心发送配送方案到运输中心，车辆运输中心调度车辆执行方案。如果库存量不够低于警戒线，则仓库向配送中心发出库存警告，然后配送中心向相应的弹药供应商或上级弹药保障部门发出补货请求，供货商或上级弹药保障部门及时响应请求并向仓库补货以保证作战部队的需求。车辆按计划完成任务以后，向弹药配送中心发出信息，至此一批弹药配送执行过程结束。配送流程的示意图如图１所示，箭头表示信息传递的方向。
2.2仿真系统的HLA联邦体系结构
本文从弹药精确化配送系统整体入手，为了建立简单而有效的模型，对弹药配送系统进行简化，认为实际系统由5个部分组成：作战部队、弹药配送中心、仓库、供应商（包括上级弹药保障部门）、运输中心。各部分在地理位置上是分开的，而且各自的功能是相对独立的。设定整个弹药配送系统是一个联邦，各个功能相对独立的部分为联邦成员，则整个仿真系统由5个联邦成员组成，分别为：作战部队、弹药配送中心、运输中心、仓库、供应商。整个仿真系统的HLA联邦体系结构如图2所示。
各个联邦成员通过HLA的运行支撑环境RTI提供的六大服务，实现彼此信息的交换和共享，完成仿真的任务。
2.3开发FOM和SOM
根据以上对仿真系统的初步分析，可以确定该仿真系统的联邦对象模型（FOM）包括5个仿真对象模型（SOM）：作战部队、弹药配送中心、运输中心、仓库、供应商。FOM的主要目的是为联邦成员之间的数据交换提供一个通用、标准格式的说明。数据内容包括所有对象类和交互类以及这些类的属性和参数。SOM是单一联邦成员的对象模型，它描述了联邦成员可以对外部公布或需要订购的对象类、对象类参数、交互类、交互参数的特性,这些特性反应了联邦成员在参与联邦运行时所具有的能力。
2.3.1FOM中对象类与交互类设计
设计对象类、交互类，是为了确定各联邦成员之间的数据流和控制流。联邦成员通过定购自己感兴趣的对象类和交互类，发布其它成员所需的对象类和交互类，来实现联邦成员之间的信息交换和互操作。
根据弹药配送仿真系统的功能和所要完成的任务，系统中的对象类和交互类如下:
（1）仿真系统中的对象类及其属性：
作战部队类：作战部队、作战部队名称、作战部队位置。
车辆类：车牌号、车辆型、车辆载重量、车辆容量、车辆状态（是否在运输中心待命）、配送路线、当天工作量（吨·公里数）、使用年限。
仓库类：弹药代码、货物数量、弹药存放位置。
配送计划类：计划编号、车辆型号、配送路线。
（2）仿真系统中的交互类及其参数：
发送请领单类：弹药代码、弹药名称、请领数量、要求弹药送达日期、弹药到达的最早时间、弹药到达的最晚时间。
询问库存量类：弹药代码。
修改库存量类：弹药代码、变化的状态（减少或增加）、数量。
补货请求类：弹药代码、数量。
2.3.2SOM的设计
各SOM的公布/订购关系如表所示。
根据分析的FOM的对象类/交互类和SOM的公布/订购关系，利用HLA建模工具，对FOM和SOM建模的结果：（1）FOM的模型（.omt）文件；（2）联邦运行的FED文件（.fed）。这两个文件都是文本文件，文件的内容是按照一定的格式将建模的结果信息显示出来。这些模型为联邦成员代码的實现做了准备工作。以这些模型为基础，利用软件可以生成相应的Visual C++代码。
3弹药配送系统仿真
弹药配送仿真系统各联邦成员之间的交互过程比较复杂，特别是处于整个仿真系统中心地位的弹药配送中心，它要与作战部队、运输中心、仓库和供应商不停地发生信息交互，是整个仿真过程得以实现的关键。仿真系统大体工作流程描述如图3所示。根据车辆调度问题的改进节约算法，配送中心仿真得到满意的配送方案，按照该方案执行订单，可以实现在满足客户需求的基础上，尽可能降低配送成本，优化配送系统的目标。
4结束语
弹药配送系统是一个分布式、交互、复杂的大系统，构造一个完善的分布交互仿真系统是非常困难的。HLA高层体系结构作为一种先进的分布式仿真标准，是针对复杂大系统建模仿真而提出的。本文将HLA仿真标准应用于弹药配送系统的研究。基于笔者对开发基于HLA的弹药配送仿真系统的初步研究和实践，给出了仿真系统的体系结构，并对联邦和联邦成员进行了初步的设计和开发，仿真得到满意的配送方案。本文是将HLA应用于军事物流领域的一个初步的尝试，对于研究弹药配送系统，辅助弹药保障决策以及推动HLA标准的应用有一定的理论和实践意义。
参考文献：
[1] 赵武奎. 装备保障学[M]. 北京：解放军出版社，2003.
[2] 朱卫锋，费奇. 复杂物流系统仿真及其研究现状[J]. 系统仿真学报，2003,15(3):353-356.
[3] 周彦，戴剑伟. HLA仿真程序设计[M]. 北京：电子工业出版社，2002.
[4] 吴义明，齐欢. 基于HLA的城市交通控制系统仿真[J]. 计算机仿真，2004,21(6):159-161.
[5] 齐欢，代建民，吴义明. HLA仿真与UML建模[M]. 北京：科学出版社，2004.
关键词：高层体系结构；仿真；弹药保障；配送系统
中图分类号：F253.4文献标识码：A文章编号：1002-3100(2007)04-0100-04
Abstract: The paper models and simulates the system of ammunition delivery with High Level Architecture as the criterion for computer simulation. Based on analyzing architecture of simulation system, we develop the object classes, interaction classes and federate members, then design the whole simulating process. The simulation is a federation formed by five federate members including Combat Troops, distribution center of ammunition support, transport center, magazine and provider. Through publishing or subscribing the attributes of classes and sending or receiving interactions, we simulate the ammunition delivering process, obtain the acceptable vehicle scheduling plan. It is a feasible approach to research system of ammunition delivery with HLA.
Key words: High Level Architecture; simulation; ammunition support; system of delivery
战时弹药供应，是装备物资供应的主要部分，是装备部门的最主要的任务。与一般装备物资供应相比，战时弹药供应有其特殊的规定性，应单独研究。及时、准确、不间断地供应部队弹药，对维护和提高部队战斗力，保障战斗胜利，具有重要意义[1]。信息化战争条件下，对弹药保障提出了更高的要求。一方面，武器种类繁多，同时造成相应的弹药种类增多，弹药的造价也日益昂贵；另一方面，信息化战争的快节奏，弹药消耗量剧增，保障难度加大，传统的保障做法已经不能满足战争的需要。对弹药如何做到及时而充足的补给和适当灵活的控制，既能满足战斗的需要又不浪费，已成为弹药保障工作的一个重要课题。美军针对近几场高技术局部战争出现的问题，基于现代物流技术提出并完善了精确化保障的理念。我军借鉴美军经验，近些年也对弹药精确化配送保障进行了大量的研究，取得了一定的成果。
隨着信息技术高速发展与社会分工的进一步细化，物流业务所包含的服务越来越多，物流活动越来越复杂，并对物流活动提出了零库存、准时制、快速反应的更高要求。这与信息化战争对弹药精确化配送的要求一致。弹药保障部门在进行弹药配送时面临着一系列的问题，包括作战部队请领单合成问题、库存量控制问题、车辆调度问题等。为了保证配送系统高效及低成本的运作，就必须解决这些问题，对弹药配送系统进行优化，其中弹药配送方案的优化是重要的一环。
当前，物流系统的研究方法有基于Petri网的网络模型的方法和面向对象的离散事件建模仿真方法[2]。弹药配送系统是一个分布式、交互、复杂的大系统。弹药保障部门的配送活动越来越复杂，对于大规模的配送任务，配送中心要与配送系统内部的其他部分进行频繁的信息交换，包括作战部队、弹药仓库、供应商、运输中心等。针对配送活动的这些特点，本文尝试将HLA（High Level Architecture）高层体系结构标准应用于弹药配送系统的仿真研究。HLA高层体系结构是一种先进的分布式仿真标准。HLA的提出，其目的是针对复杂大系统，提高建立模型与仿真的效率、促进系统之间的互操作和可重用，降低建模与仿真的费用[3]。本文基于对弹药配送系统初步研究，按照HLA高层体系结构，对弹药配送系统模型进行设计和开发，仿真获得满意的弹药配送方案和系统平稳运行的有效参数，从而优化弹药配送系统，辅助物流决策。
1HLA简介
HLA是美国国防部建模与仿真办公室于1996年提出的建模与仿真技术框架的核心部分。HLA重点解决两个关键问题：一是要促进仿真系统之间的互操作；二是要有利于仿真模型在不同的仿真应用的重用[4]。作为建模与仿真的高层体系结构，HLA主要由三部分组成：
（1）规则（Rules）：规定了所有联邦及其联邦成员必须符合的要求，表述HLA中各个部件的功能划分和逻辑关系，体现了HLA的基本构思和原则。
（2）对象模型模板OMT（Object Model Template）：是用来描述HLA对象模型的结构框架，它描述了HLA中对象模型的对象类、属性、交互参数以及相关信息的格式和方法。OMT是使仿真系统具有互操作性与重用性的重要机制之一，它将面向对象的思想和方法引入分布仿真系统。
（3）运行支撑环境RTI（Run-Time Infrastrue）接口规范说明（Interface Specification）：定义联邦成员与联邦中其它成员进行信息交互的方式，即RTI的服务。其定义了RTI的6大管理功能，即联邦管理、声明管理、对象管理、所有权管理、时间管理和数据分发管理[5]。
HLA是一个开发的、支持面向对象的体系结构。它最显著的特点是通过提供通用的、相对独立的支持服务程序，将应用层同底层支撑环境分离，即将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层通信三者分开，隐蔽各自的实现细节，从而可以使各部分相对独立地进行开发，最大程度地利用各自领域的最新技术来实现标准的功能和服务，适应新技术的发展。
2弹药配送仿真系统设计与开发
为了有效促进基于HLA的仿真系统的开发，美国国防部建模与仿真办公室提出了开发分布式交互仿真系统的软件工程方法，即联邦开发和执行过程模型FEDEP（Federation Development and Execute Process Model）。它是指导HLA分布仿真系统设计开发的基本方法。本文根据FEDEP，对弹药配送仿真系统进行初步的设计和开发。
2.1弹药精确化配送系统
战时，弹药保障部门实时收到所属作战部队陆续发来的弹药请领单，服务前台系统将作战部队的请领单和作战单位信息发送给弹药配送中心，配送中心接收到这些请领单后根据仓库库存量信息，返回该请领单确认信息。弹药配送中心根据作战部队的地理位置，利用最短路径模型，求出该作战部队与装备保障网络的其他作战部队及下级保障部门的最短距离，形成弹药配送网络，为生成弹药配送计划做准备。接着弹药配送中心筛选出计划执行的请领单，并根据请领单要求和配送车辆情况，结合配送网络，生成车辆配载计划和优化路线，得出满意的配送方案。然后弹药配送中心发送配送方案到运输中心，车辆运输中心调度车辆执行方案。如果库存量不够低于警戒线，则仓库向配送中心发出库存警告，然后配送中心向相应的弹药供应商或上级弹药保障部门发出补货请求，供货商或上级弹药保障部门及时响应请求并向仓库补货以保证作战部队的需求。车辆按计划完成任务以后，向弹药配送中心发出信息，至此一批弹药配送执行过程结束。配送流程的示意图如图１所示，箭头表示信息传递的方向。
2.2仿真系统的HLA联邦体系结构
本文从弹药精确化配送系统整体入手，为了建立简单而有效的模型，对弹药配送系统进行简化，认为实际系统由5个部分组成：作战部队、弹药配送中心、仓库、供应商（包括上级弹药保障部门）、运输中心。各部分在地理位置上是分开的，而且各自的功能是相对独立的。设定整个弹药配送系统是一个联邦，各个功能相对独立的部分为联邦成员，则整个仿真系统由5个联邦成员组成，分别为：作战部队、弹药配送中心、运输中心、仓库、供应商。整个仿真系统的HLA联邦体系结构如图2所示。
各个联邦成员通过HLA的运行支撑环境RTI提供的六大服务，实现彼此信息的交换和共享，完成仿真的任务。
2.3开发FOM和SOM
根据以上对仿真系统的初步分析，可以确定该仿真系统的联邦对象模型（FOM）包括5个仿真对象模型（SOM）：作战部队、弹药配送中心、运输中心、仓库、供应商。FOM的主要目的是为联邦成员之间的数据交换提供一个通用、标准格式的说明。数据内容包括所有对象类和交互类以及这些类的属性和参数。SOM是单一联邦成员的对象模型，它描述了联邦成员可以对外部公布或需要订购的对象类、对象类参数、交互类、交互参数的特性,这些特性反应了联邦成员在参与联邦运行时所具有的能力。
2.3.1FOM中对象类与交互类设计
设计对象类、交互类，是为了确定各联邦成员之间的数据流和控制流。联邦成员通过定购自己感兴趣的对象类和交互类，发布其它成员所需的对象类和交互类，来实现联邦成员之间的信息交换和互操作。
根据弹药配送仿真系统的功能和所要完成的任务，系统中的对象类和交互类如下:
（1）仿真系统中的对象类及其属性：
作战部队类：作战部队、作战部队名称、作战部队位置。
车辆类：车牌号、车辆型、车辆载重量、车辆容量、车辆状态（是否在运输中心待命）、配送路线、当天工作量（吨·公里数）、使用年限。
仓库类：弹药代码、货物数量、弹药存放位置。
配送计划类：计划编号、车辆型号、配送路线。
（2）仿真系统中的交互类及其参数：
发送请领单类：弹药代码、弹药名称、请领数量、要求弹药送达日期、弹药到达的最早时间、弹药到达的最晚时间。
询问库存量类：弹药代码。
修改库存量类：弹药代码、变化的状态（减少或增加）、数量。
补货请求类：弹药代码、数量。
2.3.2SOM的设计
各SOM的公布/订购关系如表所示。
根据分析的FOM的对象类/交互类和SOM的公布/订购关系，利用HLA建模工具，对FOM和SOM建模的结果：（1）FOM的模型（.omt）文件；（2）联邦运行的FED文件（.fed）。这两个文件都是文本文件，文件的内容是按照一定的格式将建模的结果信息显示出来。这些模型为联邦成员代码的實现做了准备工作。以这些模型为基础，利用软件可以生成相应的Visual C++代码。
3弹药配送系统仿真
弹药配送仿真系统各联邦成员之间的交互过程比较复杂，特别是处于整个仿真系统中心地位的弹药配送中心，它要与作战部队、运输中心、仓库和供应商不停地发生信息交互，是整个仿真过程得以实现的关键。仿真系统大体工作流程描述如图3所示。根据车辆调度问题的改进节约算法，配送中心仿真得到满意的配送方案，按照该方案执行订单，可以实现在满足客户需求的基础上，尽可能降低配送成本，优化配送系统的目标。
4结束语
弹药配送系统是一个分布式、交互、复杂的大系统，构造一个完善的分布交互仿真系统是非常困难的。HLA高层体系结构作为一种先进的分布式仿真标准，是针对复杂大系统建模仿真而提出的。本文将HLA仿真标准应用于弹药配送系统的研究。基于笔者对开发基于HLA的弹药配送仿真系统的初步研究和实践，给出了仿真系统的体系结构，并对联邦和联邦成员进行了初步的设计和开发，仿真得到满意的配送方案。本文是将HLA应用于军事物流领域的一个初步的尝试，对于研究弹药配送系统，辅助弹药保障决策以及推动HLA标准的应用有一定的理论和实践意义。
参考文献：
[1] 赵武奎. 装备保障学[M]. 北京：解放军出版社，2003.
[2] 朱卫锋，费奇. 复杂物流系统仿真及其研究现状[J]. 系统仿真学报，2003,15(3):353-356.
[3] 周彦，戴剑伟. HLA仿真程序设计[M]. 北京：电子工业出版社，2002.
[4] 吴义明，齐欢. 基于HLA的城市交通控制系统仿真[J]. 计算机仿真，2004,21(6):159-161.
[5] 齐欢，代建民，吴义明. HLA仿真与UML建模[M]. 北京：科学出版社，2004.