联勤保障指挥决策评估模型构建与仿真分析

2018-09-06李必鑫

装甲兵工程学院学报 2018年3期

熊彪，李必鑫，王帅，樊荣，黎武

(陆军勤务学院油料系，重庆 401331)

指挥决策是联勤保障活动的灵魂，直接影响联勤保障效率和水平。联勤保障涉及后勤各要素的联动，其指挥决策难以进行模型化描述，且联勤保障指挥决策评估也是当前联勤机关首长和参谋部门最为关注的问题，对其进行研究和创新是提升部队战斗力的关键。

目前，国内外学者主要从理论分析的视角研究了联勤保障指挥决策问题[1- 2]，但对于联勤保障效能的量化评估研究并不多。张子昂等[3]利用层次分析法与模糊综合评判法对后勤指挥效能进行了评估，但这种方法主观性太强；文献[4- 5]作者利用多目标优化等系统还原论方法对后勤保障供应链效能评估问题进行了研究，但这种方法仅适用于解决小规模、静态的后勤保障链评估问题，而联勤保障决策问题是战役级以上层次的效能评估问题，涉及的保障实体、资源约束和影响因素众多，传统的还原论方法已难以有效解决其评估问题。联勤保障系统是一个典型的网络化体系，文献[6- 7]作者利用蒙特卡罗模拟、贝叶斯网络、系统动力学方法构建了保障链网络仿真模型，但这类仿真模型仅适用于静态结构网络，难以准确描述和模拟联勤保障链网络结构的动态变化过程。随着复杂网络技术的发展，利用复杂网络技术对保障链网络结构特性进行评估和优化已成为当前保障网络研究的趋势[8- 10]。但是，该类研究往往将保障链网络结构看作稳定的连续网络来分析研究，而实际上联勤保障网络是一种典型的离散系统网络，网络结构随时间的变化而动态变化。

基于此，笔者在分析机械化和信息化联勤保障指挥决策流程的基础上，提出了符合离散系统特点的联勤保障网络模型和保障效能评估指标，并通过模拟仿真对比分析机械化和信息化条件下的联勤保障指挥决策效能，为提高联勤保障指挥决策水平提供参考。

1 联勤保障指挥决策流程分析

联勤保障指挥决策流程可以简单分为机械化战争条件下的传统联勤保障(简称“传统联勤保障”)指挥决策流程和信息化战争条件下的联勤保障(简称“信息化联勤保障”)指挥决策流程。

1.1 传统联勤保障指挥决策流程分析

传统联勤保障具有以下4个特点：

1) 实行划区保障。依据划分区域的原则分配联勤保障力量，实行保障。

2) 以分层逐级保障为主，越级保障为辅。传统联勤保障指挥决策受制于指挥体制和管理水平，按照保障层级逐级指挥、逐级保障。

3) 保障方式以被动保障为主。上级后勤指挥机构对下级各保障实体的物资储备、消耗等信息无法实现全过程实时掌控，只能定期通过后勤报告获取，各级后勤指挥机构无法主动获取保障需求，只有当各保障实体达到规定申请阈值后，方可向上级后勤指挥机构提出后勤保障申请，这种被动的保障方式缺乏主动性，调控管理空间较小。

4) 保障过程管理以粗放式管理为主。各保障实体的物资消耗阈值、申请量等保障过程管理的信息数据只能依靠经验判断来获取，人为因素影响较大，管理方式粗放。

传统联勤保障指挥决策流程如图1所示，具体如下：

1) 根据机械化战争条件下的保障指挥体制，后勤保障指挥可划分为多个层级，各层级负责本级内保障实体的组织指挥及下级保障需求的处理。

2) 各保障实体定期向上级后勤指挥所报告保障实力，当物资消耗达到一定阈值后，即提出保障申请，保障申请信息以电话、电报等形式逐级上报。

3) 上级后勤指挥所收到保障申请信息后，对保障信息进行人工处理，分析判断保障情况：若能满足申请需要，则派出保障分队实施逐级保障；若不能满足申请需要，则向上级后勤指挥所报告并提出保障建议，可由上级保障力量增援或实施越级保障。

4) 后勤保障决策人员制定保障计划，并报上级批准后，以保障指示的形式下达给下级保障部(分)队执行。

1.2 信息化联勤保障指挥决策流程分析

信息化联勤保障是以信息流主导后勤组织计划流，指挥物资流，形成能量流的过程，与传统的联勤保障模式相比，该保障模式更加强调区域一体化保障、精确化保障和主动配送式保障。信息化联勤保障指挥决策流程如图2所示，具体如下：

1) 信息化联勤保障依托信息联通和处理能力，减少了后勤保障层级，后勤保障指挥体制趋于扁平化，后勤保障组织指挥更加及时、顺畅。

2) 依托物联网实时感知各保障实体信息，基于通信网络将感知需求以保障文电的形式上报联勤保障指挥中心。

3) 利用信息系统处理保障需求，并生成保障建议。信息处理中心根据当前战区内部队承担的作战任务、保障任务、保障力量等保障信息，综合分析、评估保障态势，提出保障建议，包括保障关系确定、保障力量指派、保障时间确定、保障等级划分等。

4) 保障建议经联勤保障指挥中心批准后，利用通信指挥网络以保障指示的形式下达给相关保障部(分)队执行。

2 联勤保障指挥决策评估模型构建

2.1 联勤保障网络基础模型

后勤保障系统是一个由节点、边和属性组成的有向网络图G=g(V,E,R,ψ)。其中：V为节点集，代表后勤保障系统中的生产工厂、供应仓库、需求部队等保障节点；E为连接节点的边集，代表交通网络与供应保障关系；R为保障实体属性集，如实体容量、位置、装卸货装(设)备、保障优先级等；ψ为关系函数，代表节点与节点之间、节点与边之间、节点属性之间的关系。图3为基于复杂网络模型建立的后勤保障网络结构演化模型。

图3(a)为依据复杂网络技术演化生成的后勤保障网络关系图,其体现了在整个后勤保障过程中，保障网络中保障实体之间曾存在过的保障关系，但并不代表存在保障关系的实体之间就一直存在供应保障活动。图3(b)、(c)分别为t、t+n时刻后勤保障网络的结构，可以看出不同时刻的后勤保障网络的实际供应保障关系存在差别。如：节点4在t时刻与节点2存在保障关系，而在t+n时刻，其与节点1建立了保障关系。后勤保障网络结构的演化取决于保障体制，在联勤保障体制下，后勤保障实体按照保障规则动态构建后勤保障网络。指挥决策流程不同，生成的保障网络结构不同，其保障效能也不同。

2.2 联勤保障指挥决策模型

2.2.1 传统联勤保障指挥决策模型

机械化联勤保障条件下，由于保障体制和手段等方面的限制，后勤保障活动通常按照供应隶属关系逐级保障，保障关系较为固定。在后勤保障网络中，传统联勤保障指挥决策模型(Tradition Joint Logistics Support Model,TJLSM)为

Ri={Vj→Vi|Vj∈VM，Vi∈VN}，

(1)

式中：Vi为第i个供应节点；Vj为第j个需求节点；VN为所有供应节点的集合；VM为所有需求节点的集合；Ri为供应节点Vi的供应关系隶属度。通常情况下，Ri是根据后勤隶属关系来确定的。如：图3(b)中，上级明确供应节点2为需求节点4、6的上级供应节点，则RN2={Vj→VN2|Vj∈{VM4,VM6}}。在作战过程中，需求节点4、6都由供应节点2负责保障。

2.2.2 信息化联勤保障指挥决策模型

信息化联勤保障条件下，所有保障关系由信息化联勤保障指挥决策模型(Information Joint Logistics Support Model,IJLSM)动态确定。信息化联勤保障指挥决策模型为

(2)

信息化联勤保障体制下，战区设立统一的联勤保障指挥机构来负责战区后勤保障系统的指挥，战区指挥机构依托物联网等信息技术实时掌握各保障实体的物资储备量、收发量和输送量等，按照精细化管理要求，自动查询各供应节点的库存情况，一旦需求节点出现保障缺口，即实时生成保障申请，依据供应节点的库存信息与需求节点的消耗信息确定保障优先级别，并依据式(2)动态实时地确定供应节点，向供应节点下达保障申请订单。各供应节点接收保障指挥中心下达的保障申请订单后，实时依据保障优先级别对订单进行排序，按照优先级由高到低的顺序，采取主动配送的方式将物资送至需求单位，依次完成保障任务。

2.3 联勤保障网络效能评估指标

联勤保障网络效能评估需要考虑军事性和经济性2方面的因素，二者对后勤保障网络的影响既相互依存，又相互制约。

针对战役级后勤保障网络，军事效能最为关注的是保障能力。仓储成本并不是后勤保障网络最为关注的问题，在资源充足的情况下，储备量越大，保障网络的弹性越好。因此，对于战役级后勤保障网络的经济性，其最为关注的是关键资源的使用效率，如输送工具的使用效率。

2.3.1 保障能力

保障能力即利用现有保障资源完成保障任务的能力和程度，是后勤保障效能的重要指标。对于战役级保障网络，若在整个作战进程中，需求节点所需要的后勤物资始终处于规定阈值(如0或10%库存水平)以上，则认为保障能力强；若处于阈值以下，则时间越长，保障能力越弱。设ΔPj为需求节点Vj的总保障能力，ΔPj值越小，保障能力越强，其计算公式为

(3)

2.3.2 保障效率

在保障需求得到满足的条件下，必须考虑保障经济性。通常情况下，对于后勤保障网络，整体后勤保障能力由储存能力、装载能力、输送能力、加注能力等构成，各能力的保障效率计算公式为

(4)

式中：s为储备能力、装载能力、输送能力、加注能力中的一种能力；Es为能力s的保障效率，其值越大，保障效率越高；Ms为能力s的应有水平；As为能力s的实际水平。

3 联勤保障指挥决策仿真流程分析

传统联勤保障指挥决策与信息化联勤保障指挥决策仿真的区别主要有如下3点：

2) 订单优先级排序方式不同。传统联勤保障指挥决策中，按照“先生成先保障”的原则对保障订单优先级进行排序；而信息化联勤保障指挥决策中，按照任务特性和需求实时动态地对保障订单进行排序。

3) 保障关系构建方式不同。传统联勤保障指挥决策中，需求节点Vj与供应节点Vi的保障关系是固定不变的，按照划区保障的原则固定Vi与Vj之间的保障关系。而信息化联勤保障指挥决策中，需求节点Vj与供应节点Vi的保障关系并不固定，需依据实时库存、运力等信息动态确立。

4 实例分析

某战区油料保障网络包括供应油库3座(1、2、3号)，需求油库(站)16座。其中：1、2、3号供应油库的库容量分别为10 000、900、1 600 m3；且1号供应库有1条固定管线与炼油厂相连，由炼油厂供应油料，并利用输油管线向2、3号供应油库输转油料；1、2、3号供应油库利用运油卡车向各需求油库(站)供应油料。已知战前各油库的油料都已储备到位，3个供应油库各配置了50辆运油车，作战时间为20 d。图5为某战区油料保障网络示意图。

4.1 数据分析

表1为仿真模拟相关数据，主要包括需求油库(站)容量、平均消耗量和初始申请阈值。

加油站平均消耗量表示加油站保障其他作战部队时，平均每小时消耗的油料量。本次仿真模拟不考虑油品因素。

初始申请阈值是加油站根据需要提出申请的库存容量。当加油站的油料储备量下降到该阈值时，需要向上级供应单位提出补给申请，上级供应单位接到补给申请后，派出运油分队向各加油库(站)补给油料。

4.2 运力分析

炼油厂至1号供应油库的管线输油能力为30 m3/h，1号供应油库至2、3号供应油库的管线输油能力为20 m3/h。战区现有运油车辆150辆，按照战前部署，在1、2、3号供应油库分别部署运油力量50辆，设其运行速度为30 km/h，仿真过程中不考虑车辆损坏情况。

表1 仿真模拟相关数据

4.3 仿真分析

利用Rockwell Software公司开发的ARENA仿真软件，构建了某战区油料保障网络仿真评估模型系统。在各初始参数相同的条件下，从保障能力和保障效率2方面对传统和信息化2种联勤保障指挥决策的保障效能进行评估。

4.3.1 保障能力分析

表2为2种联勤保障指挥决策下该战区油料保障网络保障能力对比。可以看出：采用TJLSM时，通过对再补给申请阈值进行优化处理，取最优申请阈值方案进行仿真，该战区油料保障网络仍有15个油库(站)出现了库存量为0(断供)的情况，如2号供应油库在模拟仿真的20 d内有39.9 h断供，该战区16个需求油库(站)，共产生了785 h的断供；而采用IJLSM，断供总时长下降至422.4 h。通过模拟仿真评估分析可知：采用IJLSM生成的保障网络保障能力更强。这主要取决于联勤保障指挥决策流程。采用TJLSM生成的保障网络对保障申请实行粗放式被动管理，各需求油库(站)的库存量只有低于规定的再补给申请阈值，才能向上级后勤指挥所提出保障申请，该申请是一个大批量的物资申请订单，需同时派出多辆输送车辆组成车队实施保障，本实例中，15次模拟平均产生订单196个，需运输车辆3 229台次，平均每个订单需车辆约16.5台次。而信息化条件下，各需求油库(站)不设定再补给申请阈值，保障需求信息由战区联勤保障指挥中心依托信息化技术实时感知，当需求满足派生订单要求(本实例设定为需求量≥1台运油车容量)后，自动生成保障申请订单，选定并指挥供应油库(站)执行订单，订单下发后，供应油库(站)根据保障对象的实时库存容量及需求油库(站)的需求情况对当前所有订单重新进行排序，再分步执行保障任务。因此，与传统联勤保障模式相比，信息化联勤保障模式是一种主动配送式、精细化的保障模式，有效提高了保障能力。

表2 2种联勤保障指挥决策模型的保障能力对比

4.3.2 保障效率评估

对于战区油料保障网络保障效率，最为关键的是输送效率、装载效率和卸载效率。

1) 油料输送效率。表3为2种联勤保障指挥决策模型的油料输送效率对比。可见：采用TJLSM，经过15次仿真实验，订单需求车辆平均为3 229台次，模拟20 d作战周期内，保障过程中实际发出车辆为2 001台次，订单满足程度约为62%；采用IJLSM，订单满足程度约为96%，表明采用精细化管理、精确化保障的IJLSM，其油料输送效率更高。

2) 油料装载效率。表4为2种联勤保障指挥决策模型的油料装载效率的对比。可以看出：经过15次的仿真实验，采用TJLSM的车辆在1号供应油库等待指派任务的平均等待时间为9.5h，而订单在1号供应油库等待车辆保障的平均等待时间为27.68 h，这说明车辆与订单的匹配度不高，协调性较差，出现车辆空闲时无订单，或订单产生时车辆已外出执行任务的情况。采用IJLSM时，综合考虑了供应油库订单量和运油车辆可用数量等情况，从而使车辆与订单更匹配、更协调，保障的精确化水平更高。