基于ExtendSim的空降训练主要因素优化仿真*

武文，张武生，杜红星，马继军

（1.空军空降兵学院，广西桂林541003；2.解放军77627部队，拉萨850000；3.解放军95985部队，河南开封475000）

基于ExtendSim的空降训练主要因素优化仿真*

武文1，张武生1，杜红星2，马继军3

（1.空军空降兵学院，广西桂林541003；2.解放军77627部队，拉萨850000；3.解放军95985部队，河南开封475000）

针对空降训练的准备、实施、返回3个阶段，基于ExtendSim计算机模拟仿真技术，对空降训练的整个过程进行仿真，通过对仿真结果进行综合分析，对飞机使用数量、投放员数量和跳伞员准备情况影响空降训练实施的主要因素进行优化处理。

空降训练，主要因素，ExtendSim仿真

0 引言

空降训练是空降兵部队、运输航空兵部队军事训练的重要组成部分，是提高部队战斗力的重要途径。通过多年探索和实践，空降兵部队基本上形成了“空降准备-空降实施-空降返回”的三阶段空降训练模式。影响空降训练实施主要因素有：飞机使用数量、投放员使用数量和跳伞员准备情况等，这些因素都有着很大的不确定性。为更好地保证空降训练顺利完成，本文利用仿真软件ExtendSim，建立空降训练仿真模型，实现空降训练过程的动态仿真，以辅助空降训练的科学决策，提高训练效率。

1 仿真流程及评估指标建立

1.1 仿真流程

空降训练过程是指空降人员从第1架次的空降准备到最后1个架次着陆后，飞机和人员返回的全部过程。根据空降训练的进程可分为3个阶段：一是空降准备阶段，主要包括降落伞检查、背伞后检查等准备工作；准备工作一般在跳伞员登机前完成。二是空降实施阶段，主要包括人员登机、飞机输送、投放和跳伞员操纵等实施过程；三是空降返回阶段，主要包括飞机和投放员返回并做好下一次工作准备过程。飞机着陆后，应连续进行下一架次的飞行投放，两架飞机以上做好间隔；投放员在着陆后，离开飞机，经过一段时间的调整和准备后，又进行下一架次的投放工作［1］。其仿真流程如图1所示。

图1 空降训练仿真流程

1.2 相关指标建立

1.2.1 飞机使用数量

飞机使用数量是指飞机在整个空降训练过程中处于使用状态的数量，用u1表示。在仿真系统内，以飞机是否充分使用为评判核心，以此来保证训练过程指挥决策科学合理。

1.2.2 投放员使用数量

投放员使用数量是指投放员在空降实施阶段的处于工作状态的数量，用u2表示。若投放员调整和准备完毕后可以立即跟随下一架次跳伞员登机，则既提高了训练效能，又保证了投放员状态满足训练安全的要求。

1.2.3 跳伞员登机前的准备时间

跳伞员登机前的准备时间主要指跳伞员在登机前整伞、经过检查合格之后，到登机前之间的等待飞机的时间。在仿真系统中，跳伞员登机前的准备时间用于保证跳伞员各架次的准备情况进行预先计划，在登机前合理时间做好空降准备，较好地保证了跳伞员各架次的准备情况科学无误。

2 基于ExtendSim的空降训练仿真模型

2.1 主要仿真模块［2-3］

Extendsim是由美国Imagine That开发的仿真软件。它采用C语言开发，可以对离散事件系统和连续系统进行仿真，且具有较高的灵活性和可扩展性。仿真软件ExtendSim采用直观明了的模块化建模方式，能对服务系统进行良好的仿真实现。本文采用的模块如下：

（1）Items，Executive模块。作用是调度事件发生，为仿真的控制、物件的分配、属性的管理和其他离散事件和离散速率模型提供参数设定。该模块可以设定空降训练的结束时间或设定的跳伞的架次。

（2）Items，Creat模块。用来表示物件到达系统。由于泊松流为输入目标实体的最简单流，且泊松流对仿真系统的考验最大，因此，将该模块中物件到达系统设定为空降架次到达系统，其时间间隔设置服从指数分布(泊松流)。

（3）Items，Queue模块。按照“先到先服务”的原则，设置信息处理的顺序。该模块主要设置跳伞员的准备等待时间。

（4）Items，Activity模块。对实体执行某种操作，需要消耗一定的时间，并通常需要资源的参与。主要包括飞机运输、返回及投放员休息等处理平台模块。

（5）Items，Batch模块。允许多个来源的物件合并成一个物件。该模块设置为在投放员、飞机、跳伞员3个要素到位后方可运行，三者缺一不可。

（6）Items，Unbatch模块。将1个输入物件拆分成多个物件。该模块设置为跳伞员离机的第1拆分过程，投放员和飞机分离的第2拆分过程。

（7）路由模块。包括Items，Select Item In和Items，Select Item Out两种模块，实现路径合并和等概率选择路径。

（8）Items，Resource模块。为仿真模型存储和提供物件，可以应用在开放和闭合系统中。该模块对投放员、飞机进行存储和输出。

（9）Items，Set模块。可将指定的属性附加给实体。该模块用来设置飞机的时间属性，以便于统计模块对飞机周转时间和流经的单元数量进行统计。

（10）Items，Information模块。用于记录和统计通过某一系统单元的实体信息。该模块结合Set模块对飞机实体的属性进行设置。

（11）Value，Discrete Event模块。图形化显示输出数据。该模块输出跳伞员的准备、飞机使用率和投放员使用率等随时间的变化图形。

（12）Value，Simulation variable模块。该模块可获取实体当前时间。该模块利用Set模块可将当前时间作为属性值赋予实体。

（13）Value，Mean&Variance模块。统计一次运行中的平均周转时间。该模块可以统计飞机的整个训练中的平均周转时间。

（14）Value，lookup table模块。该模块是数据统计和输出模块。该模块对飞机数量进行统计，并输出相应的数值。

（15）Items，Exit模块。表示任务完成。

2.2 仿真模型

空降训练主要因素优化仿真的基本步骤是：首先选取空降训练的流程作为一个整体事件，然后在事件中选取影响空降训练主要因素作为变量，接着运行该事件，同时记录这些主要因素的状态变化，循环往复，直到仿真结束。

采用该软件建立仿真模型，对空降训练效能进行仿真分析，仿真模型如图2所示。

图2 基于ExtendSim空降训练仿真图

2.2.1 空降准备阶段

根据跳伞员准备的特点，将跳伞员的准备情况看成一个离散事件来处理，基于此，可以用Extend-Sim的“Create”模块来仿真跳伞员的准备情况，以此产生跳伞员架次的目标流。跳伞员的等待属性通过“Queue”模块设置，并通过“Discrete Event1”图表模块可以察看和分析跳伞员准备情况。跳伞员准备情况不足，就会影响飞机的充分使用；如果准备等待时间过长，就会影响到跳伞员体力消耗；在仿真中可通过观察跳伞员的等待情况对空降的准备做出调整。

2.2.2 空降实施阶段

通过lookup table模块对飞机数量进行统计，并输出相应的数值来决定模块“Activity 5”中的飞机间隔时间。通过“Batch”合并模块体现跳伞员、投放员登上飞机，进入处理模块“Activity1”仿真输送过程；根据飞机输送时间情况设置模块的处理时间，输送通路数根据飞机架次来设置。通过“Unbatch1”拆分模块体现跳伞员跳离飞机实施投放。通过处理模块“Activity 2”体现跳伞员操纵降落伞面向中心点和着陆后到预定地域集结。

2.2.3 空降返回阶段

飞机、投放员通过“Select Item In”路由模块，进入处理模块“Activity3”仿真返回过程；根据飞机返回输送情况设置模块的处理时间。通过“Unbatch2”拆分模块体现飞机着陆后投放员离机，进入处理模块“Activity4”仿真休息和投放下一架次准备过程。飞机进入“Resourse2”模块待命工作，投放员在经过休整后也进入“Resourse1”模块处于待命状态，通过“Discrete Event2”图表模块可以察看投放员和飞机的使用数量。从模块“Set”和“Simulation variable”中设置飞机起点时间，到“Information”模块为终点作为一个循环周期，通过“Information”模块的CT点上连接“Mean&Variance”模块，可以统计飞机在训练中的平均周转时间进行分析推理，在模块“Create”的“Create item by scheduel”栏中进行设置；以调整跳伞员准备、投放员使用数量和飞机使用数量等各个参数。

3 仿真分析

在模型中假定某型飞机数量为10架，每架投放员为n名，两架飞机以上每间隔5 min起飞，空中输送及投放时间共为60 min，飞机投放后返回时间为30 min，投放员下飞机后进行了20 min调整和准备时间，设定空降训练时间为1 000 min；仿真过程中尽可能保证飞机的充分使用。

3.1 对投放员数量进行仿真分析

其他各模块相关数据在保证飞机充分使用的情况下，对投放员的数量进行仿真。飞机要充分使用，投放员的数量必须充分满足。仿真结果如下页图3所示，横轴Time表示空降训练时间，纵轴Value表示飞机使用数量和投放员使用数量。由图3可见，仿真中始终有一组投放员处于等待登机状态，所以实际所需投放员数量应等于仿真数量减一组；飞机的第1批次起飞，投放员和飞机的数量相匹配，由于投放员工作完毕后要进行下一架次的投放调整和准备，而飞机则继续工作，这样投放员的组数就高于飞机的使用数量，在第一批次以后的投放中，投放员的数量达到了最高15 n，并且这个数值一直稳定持续下去。因此，要达到飞机的充分使用，投放员的数量不少于15 n，实际所需投放员数量应不少于14 n。

图3 飞机和投放员的使用数量

4.2 对跳伞员准备情况进行仿真分析

首先，先通过产生模块“Create”设置随机性行为服从指数函数“Exponential”，以跳伞员最佳准备状态为基准，通过多次仿真，得出跳伞员准备好的平均时间为8.921 568 6 min，这种随机性空降准备情况可通过图表模块“Plotter，Discrete Event”察看和分析；仿真结果如图4所示，横轴Time表示空降训练时间，纵轴Value表示跳伞员准备好后等待的架次数量。跳伞员的准备也出现了过长过短情况，过长影响跳伞员的体力，过短由于时间仓促，准备不充分，影响空降安全。因此，通过“Information”模块的CT点上连接“Mean&Variance”模块，可以统计飞机在训练中的平均周转时间进行分析推理，在模块“Create”的“Create item by scheduel”栏中进行设置；如图5所示，仿真结果显示出一个相对稳定的状态，这种对跳伞员各架次的准备情况进行预先计划，在登机前做好空降准备，较好地保证了跳伞员各架次的准备情况科学合理。

5 结束语

从基于ExtendSim空降训练模型仿真的情况可知，可在模型中设定各种在空降训练中遇到的情况，能够分析和解决空降训练中的各种问题，因此，ExtendSim模型相比传统解析模型，具有建模直观、迅速的特点。空降训练系统是一个比较复杂的离散随机系统，本文在优化理论、算法以及仿真建模等方面做了一些工作，但在以下方面还需进行深入研究：一是在仿真优化方法方面，对如何减少仿真模型对系统优化结果的影响程度，提高模拟数据的准确性，需要进一步地研究；二是在建立空降训练仿真模型时，相关数据和实际数据可能有一定的差别，应加强验证，使得模型更加完善。

图4 随机性空降准备

图5 计划性空降准备

［1］许光明，王伯运.空降训练与技术［M］.桂林：桂林空军学院，2006.

［2］秦天保，王岩锋.面向应用的仿真建模与分析——使用ExtendSim［M］.北京：清华大学出版社，2011.

［3］王涛.基于ExtendSim的弹炮结合系统作战效能仿真研究［J］.火炮发射与控制学报，2013，25（1）：20-23.

Research on Optimized Simulation of Major Factors of Airborne Training Based on ExtendSim

WU Wen1，ZHANG Wu-sheng1，DU Hong-xing2，MA Ji-jun3

（1.Air Force Airborne Academy，Guilin 541003，China；

2.77627 Troops of PLA，Lasa 850000，China；3.95985 Troops of PLA，Kaifeng 475000，China）

According to three processes of preparation，enforcement and returning in airborne training，the whole process of airborne training is simulated by using computer simulation technique based on ExtendSim，by analyzing comprehensively on the result，major factors that affects airborne training are optimized，such as number of plane，number of airdrop workers and preparation state of parachute and so on.

airborne training，major factor，ExtendSim simulation

TP391.9，E274.2

A

1002-0640（2015）02-0137-04

2013-12-18

2014-01-19

空军军事理论研究任务基金资助项目（13KZ3F1-036ER）

武文（1964-），男，安徽宿县人，教授，硕士生导师。研究方向：空降兵作战指挥。