分布式海战场物资投送混合问题优化研究.pdf
《分布式海战场物资投送混合问题优化研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《分布式海战场物资投送混合问题优化研究.pdf(6页珍藏版)》请在文库网上搜索。
1、舰 船 电 子 工 程2023 年第 9 期1引言分布式杀伤概念诞生于2014年美国海军战争学院的一次兵器推演,经过不断的丰富和发展,被应用于海上作战,与传统方式的集中作战指挥不同,分布式海战更加重视作战单元的进攻能力,这是因为在现代信息化战争发展的现实背景下,在双方作战装备差距不断缩小的情况下,传统作战方式已经不再具有优势,分布式杀伤概念充分发挥作战单元的自主性,同时,重视指挥协同,使得分散部署的作战力量更有利于形成损伤能力12。在传统的海上作战思想中,后勤保障大多以伴随保障为主,然而,在分布式海战环境下,作战单位小型化,再以补给舰伴随小型作战编队已不合适3,因此随着作战方式的转变,作战力量
2、单元逐步多元,作战区域逐渐扩大,海上后勤保障方式也必须与之相适应。2研究背景及目的2.1研究背景目前,国内外研究海上物资投送主要以路径选择为重点,研究编队规模和路径混合问题的少,例如文献 3 研究了海况影响下的分布式海战补给路径规划问题,但是该研究未考虑补给舰编队配置问题,尤其在考虑军事背景下时限要求的情况下,对海上物资投送的优化研究较少49。本文重点研究在分布式海上作战的背景下,依托后方保障基地,收稿日期:2023年3月19日,修回日期:2023年4月28日基金项目:军队建设“十四五”总体规划骨干支撑项目(编号:145AKJ270001000X)子项目资助。作者简介:曾祥兵,男,硕士研究生,
3、研究方向:工程项目管理。曾斌,男,博士,教授,研究方向:信息管理。总第 351 期2023 年第 9 期舰 船 电 子 工 程Ship Electronic EngineeringVol.43 No.9分布式海战场物资投送混合问题优化研究曾祥兵曾斌(海军工程大学管理工程与装备经济系武汉430033)摘要随着海上作战思想的转变,传统的物资保障方式已经不能满足作战需要。论文着眼船队规模和路径混合问题,考虑船队航行过程中所产生的航行成本、运营成本其他成本、随机维修成本等综合成本,构建数学优化模型,并通过分布式海战的保障案例,对该模型进行了验证,实验证明该模型能够辅助决策选择最佳的船队规模和路径,为分
4、布式海战物资保障提供决策思路。关键词分布式海战;物资投送;船队规模;最优成本;航线选择中图分类号TP391.9DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2023.09.027Research on the Hybrid Problem of Distributed Naval BattlefieldMaterial DeliveryZENG XiangbingZENG Bin(Department of Management Engineering and Equipment Economics,Naval University Engineering,Wuhan430033)
5、AbstractWith the change of the idea of the naval operation,the traditional material support mode can not meet the need ofthe operation.This paper focuses on the mixed problem of fleet size and path size,Considering the combined costs of navigationcosts,operating costs,and random maintenance costs du
6、ring the course of the voyage,building mathematical models,the model isverified by a distributed naval warfare support case,experiments prove that the model can assist decision-making to select the optimal fleet size and path,and to provide decision-making ideas for distributed naval warfare materia
7、l support.Key Wordsdistributed naval warfare,material delivery,fleet size,optimal cost,route selectionClass NumberTP391.9131总第351期利用更加合理的补给船队规模和路径完成物资远程投送任务。为了更好地优化船队规模和路径,本文综合分析影响舰船运输的航线选择、船队组成方式、天气环境等诸多因素,建立数学模型,得出综合成本最小的编队方案,为船队规模和路径选择提供决策支撑。2.2研究目的本文的研究目的是探讨补给舰在分布式海战条件下进行物资投送的编队规模和路径优化思路,为选择运输方案
8、提供决策支撑,预定后方保障基地及待保障区域,建立较为简单的预定义航线1、2、3、4、5(如图1)。航线主要是基于两种思路生成,第一种思路是从后方保障基地出发,顺序访问待保障区域(如路线1和路线2),路线1和路线2均能独立完成所有区域的物资投送,两种线路采取相反的访问顺序,主要是考虑提高补给舰的安全性和灵活性。第二种思路是补给舰从后方保障基地出发,访问一部分需要保障的区域后回到后方保障基地装载物资(如路线3,路线4和路线5),路线3、路线4以及路线5因不具备独立完成全部区域所需物资投送的能力而需要混合使用。为增强物资保障的可靠性,假设保障基地并不唯一(设为A1、A2),且两个保障基地的仓储容量均
9、能满足作战区域B至F所需的全部物资。3构建综合成本最优化数学模型3.1模型参数设置为了使得船队在物资运输保障的过程中产生的综合成本最小,对船队运行进行参数和决策变量设置。V:补给船类型集合,V(i)表示i型船,V(i)V;QV(i):表示V(i)型补给舰的容量(单位:千吨);nV(i):表示现有 V(i)型补给舰的数量(单位:艘);vV(i):表示现有 V(i)型补给舰的航行速度(单位:海里/h);LV(i):表示 V(i)型补给舰的装(卸)货效率(单位:吨/h);PV(i,j):表示V(i)型补给舰执行物资投送任务后处于j状态(分为良好、一般、较差、差四个等级)的概率;SV(i,j):表示V
10、(i)型补给舰处于j状态而产生的对应维修成本;eV(i):表示V(i)型补给舰的期望维修成本;Z:表示待保障的区域集合,Z(i)表示i区域,Z(i)Z;QZ(i):表示待保障区域Z(i)的物资需求量(单位:吨);R:路线集合,R(i)表示第i条路线,R(i)R;DR(i);表示路线R(i)的航行距离;t1v(i)R(i):表示V(i)型补给舰在路线R(i)上的装(卸)货时间(单位:h);t2v(i)R(i):表示V(i)型补给舰在路线R(i)上的等待时间(单位:h);BV(i)R(i)N:表示在第N次编队保障时,若V(i)型补给舰在路线R(i)上航行则取1,否则取0;t:执行补给任务的最大允许
11、时间(单位:h);图1预定义航线图线路1线路3作战区线路2线路4线路5出发港曾祥兵等:分布式海战场物资投送混合问题优化研究B区C区D区E区F区132舰 船 电 子 工 程2023 年第 9 期N:最大允许的编队保障次数(单位:h);Cv(i):表示 V(i)型补给舰的航行成本(万元/1000海里);GV(i):表示维持V(i)型补给舰正常运行状态的其他成本(元/日);Mav(i):表示V(i)型补给舰因执行物资投送任务后增加的保养成本(万元/1000海里)。决策变量设置如下:QV(i)R(i)N:表示在第N次编队保障时,V(i)型补给舰在路线R(i)上航行的数量。3.2构建目标函数补给编队航行
12、过程综合成本主要考虑包括补给舰固定的航行成本、定期保养成本、维修成本、折旧成本等因素。3.2.1航行成本航行成本是指综合考虑补给舰航行过程中的燃料的消耗量、当期燃料价格、航行里程等因素后的成本,如式(2):V(i)VR(i)RCV(i)DR(i)QV(i)R(i)N(1)式中CV(i)为补给舰V(i)单位里程燃料成本,DR(i)为路线R(i)的航行距离,QV(i)R(i)N为补给编队队在第N次编队时补给舰V(i)在路线上R(i)的数量。3.2.2保养成本补给舰在运营过程中需要进行定期保养,不管补给舰是否航行,均会产生一定的保养费用,这一部分保养费用可以称之为最低保养成本,随着补给舰累计里程和使
13、用年限的增加,保养成本也会随着增加,这一步分因执行任务而即将增加的保养成本,称为航行增加成本(单位:万元/1000海里),记为Mav(i)。因最低保养成本在非航行状态时也不可避免产生,为了简化模型,在目标函数中并不考虑该部分的成本,重点考虑补给舰因执行任务增加的保养成本。需要注意的是,本文重点考虑船队编队执行保障任务时船队规模及路线的混合优化,前文提到的补给舰的年度折旧成本也不予考虑,因为无论是否在路线上航行,折旧成本都必然会发生,因航行增加而产生的加速折旧,一并将之考虑在增加的保养成本里。因执行保障任务而增加的保养成本如式(2):V(i)VR(i)RMaV(i)DR(i)QV(i)R(i)N
14、(2)3.2.3其他成本补给舰在航行、停留过程中,除了前文提到的航行成本,还会不可避免地产生其他成本,以此保证补给舰正常的运行状态,本文称之为其他成本,船队在航行过程中产生的累计其他成本如式(3):V(i)VR(i)RGV(i)TV(i)R(i)QV(i)R(i)N(3)式中的时间参数TV(i)R(i)表示补给舰V(i)在路线R(i)上往返一次所耗费的时间,主要包括补给舰航行时间、在出发港及各作战区域不可避免的等待时间、装卸货时间,如式(4):TV(i)R(i)=(DR(i)vV(i)+t1V(i)R(i)+t2V(i)R(i)(4)3.2.4维修成本维修成本是指在考虑补给舰平时维护保养的基础
15、上,进一步考虑补给舰故障、恶劣天气造成的损害、补给舰操作运行人员综合能力等因素,为简化模型,本文将这些不确定因素统称为随机因素,因随机因素影响而产生的维修成本称为随机维修成本。随机因素产生影响后,维修耗费成本主要与补给舰所处状态相关,用PV(i,j)表示i型补给舰处于j状态下的概率,而i型补给舰处于j状态下相应的维修成本用 SV(i,j)表示,假设将状态j等级分为良好、一般、较差、差等四个等级1012。补给舰Vi的状态概率矩阵及相应维修成本矩阵分别如式(5)、(6):PV(ij)=PV11PV12PV13PV14PV21PV22PV23PV24PVi1PVi2PVi3PVi4(5)SV(ij)
16、=SV11cSV12cSV13cSV14cSV21cSV22cSV23cSV24cSVi1cSVi2cSVi3cSVi4c(6)由补给舰的状态概率矩阵和相应维修成本矩阵可得维修成本,如式(7):V(i)VR(i)RQV(i)R(i)NPV(ij)SV(ij)(7)综上可得最优化成本目标函数(8)。minz=V(i)VR(i)RCV(i)DR(i)QV(i)R(i)N+V(i)VR(i)RMaV(i)DR(i)QV(i)R(i)N+V(i)VR(i)RGV(i)TV(i)R(i)QV(i)R(i)N+V(i)VR(i)RQV(i)R(i)NPV(ij)SV(ij)(8)约束条件如式(9)(13)
17、:V(i)VR(i)RQViQV(i)R(i)N=Z(i)ZQZ(i)(9)133总第351期V(i)VR(i)RQV(i)QV(i)R(i)N=Z(i)ZR(i)QZ(i)(10)V(i)VR(i)RQV(i)R(i)NnV(i)V(i)V(11)QV(i)R(i)NZ(12)V(i)VR(i)RBV(i)R(i)N(DR(i)vV(i)+t1V(i)R(i)+t2V(i)R(i))t(13)式(9)确保补给舰在编队航行后,能够满足各区域的物资总需求;式(10)确保补给舰在编队航行后,通过路线R(i)提供的物资数量不超过其所能覆盖的需保障区域的物资总需求;式(11)确保在每次编队航行过程中,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 分布式 海战 物资 投送 混合 问题 优化 研究