MES 技术在舰载机调度仿真系统中的应用

李韦翰

(空军指挥学院，北京 100097)

0 引 言

关于舰载机的调度问题，目前较为成熟的体系是以多主体系统（MAS）展开的相关研究，并由此延伸出装备保障、舰面布放、出动离场等细化研究思路，将航母战略布局与人工智能技术结合，并结合各种算法，如PSO 算法、CE-PF 算法、改进GA 算法等进行融合处理，可以达到很好的效果。MES 技术应用于舰载机调度仿真系统研究，则主要以舰载机出动回收、人员及弹药分布交互式仿真为主，并对软件的开发过程进行详尽探讨[1-3]。而以上研究成果，都为进一步工作奠定了坚实的理论基础。

本文以计算机软件MES 为研究工具，探讨其在航母出动回收系统中的应用功效，旨在提升舰载机调度效率，完善系统网络架构设计，优化智慧航母出动回收仿真系统的可行性，从战略层面考虑航母作业调度的问题，基于现有资料中相关调度技术策略进行运筹学方法优化[4-6]。

1 问题描述及模型

1.1 航母调度问题

假设在一批次舰载机中，有n种不同数量的舰载机要处理，记入{J1，J2，...，Jn}中；共m个舰载机，记入{M1，M2，...，Mm}；舰载机i过程可以用集合Oi来表示，记{Oi1，Oi2，...，Oij}；每次调度都能随意选择舰载机，同时又能达到出动回收要求，在实际航母出动回收调度体系里，因使用频率较高、年限等因素不同时，使得舰载机在出动回收过程中功率及出动回收时间都不一样，因此，以最大的出动回收时间、机械负载达到最小、出动回收油耗作为研究航母调度可行性的关键问题。

1.2 问题模型

1.2.1 条件假设1）同一台舰载机同一时刻只能出动回收一个舰载机；2）同一舰载机的同一道调度在此时只能在一台舰载机上出动回收；3）任意舰载机的调度在出动回收开始后不能中止；4）不同舰载机之间不存在先后顺序；5）同一舰载机的调度之间有出动回收先后关系，必须在前置调度完成后才能出动回收；6）在零时刻所有舰载机都可以开始出动回收。

1.2.2 数学模型构建

式（1）～式（3）为目标函数，式（1）显示最小完工时间是根据最晚完工出动回收舰载机的相应时间来确定；式（2）为装置负荷；式（3）为这批舰载机出动回收的能耗。对于上述目标函数，本研究过程的约束条件为：

1.2.3 参数定义

相关参数含义如表1 所示。

表1 相关变量及含义Tab.1 Relevant variables and their meanings

1.3 MES 技术应用可行性分析

1.3.1 技术可行性

本次选取的舰载机调度系统，主要使用ASP.NET和MYSQL 数据库作为该系统设计和实现的一个重要工具，该设计思路便于航母舰载机操作人员的调度仿真和运用，利于二次扩展。

舰载机调度系统的硬件要求是极其苛刻与严格，需使用一种便于实现的通用硬件进行配置。然而硬件方面要求达不到，据此本文基于web 浏览器的服务应用，将舰载机相关基础设施与便携式笔记本电脑连通。在开启调度仿真期间，ASP.NET 的基本知识已经满足要求，且MYSQL 数据库的操作也吸取和积存了相关编程的知识，例如软件测试，本设计统一采取UML 建模语言，并具有一定的辨认性、敏捷性。

1.3.2 操作可行性在实践中加强舰载机调度，最为重要的目的是提升航母的作战能力。而基于MES 技术应用，可以让该系统具有一个较为直观的导航界面，且在操作流程上易于上手，方便相关人员进行人机交互，直接通过通信卫星的信号传递，进行线上联网操作。

2 系统设计

2.1 系统总体设计

基于MES 技术，对舰载机管理系统展开的总体结构主要包括系统管理、基本信息管理、舰载机调度管理、油耗管理、故障检修管理以及调度员轮换安排管理，并对管理员及飞行员进行相对应的编号。

2.2 系统功能模块设计

系统设计和布局，是确定整体架构和各个功能模块在系统研究过程中的关键问题。结构化系统设计背后的理念，是将整个系统中的关键模块合理地分割出来，由上至下将其划分成几个独立的子系统，然后再根据这些模块进行划分成几个模块。每一个可执行的计算机模块也都可以作为子模板使用，即单层、独立程序。本舰载机调度系统主要分为管理员、飞行员两大模块，并按照三级系统对整个管理结构进行细化设计。

2.3 舰载机调度仿真系统数据库设计

数据库设计作为记录舰载机调度信息的核心，是做好排障措施、防范调度隐患、复盘经验成果的关键，因此在收集、整理及分析相关数据的过程中，做好数据库设计显得尤为重要，本文基于MES 技术，结合现在调度情况，对未来的相关调度需求进行深化分析，由此搭建一个针对性的解决调度问题的数据库。

2.3.1 MES 数据库需求分析

对航母舰载机调度的调查流程如图1所示。

图1 系统流程图Fig.1 System flowchart

舰载机调度系统通过对不同管理员的权限限制，来实现航母各部门的不同需求，通过调研发现，本系统应设计如下数据项和数据结构：

1）管理员基本信息包含个人信息、工作信息，联系方式等，在本设计中对此类信息都有进行统一管理，具体信息有管理员姓名、性别、身份证号、初领舰载机时间、舰载机号、舰载机调度期限等。

2）可输入舰载机基本信息，显示舰载机信息状态，可查看舰载机状态。

3）维修保养信息。如果舰载机在维修中，系统会指示舰载机在维修中，这对于舰载机调度很有用。主要维修信息包括舰载机编号、常见故障维修、配套材料说明、上次检修时间、更换零件信息及备忘单等。

4）用车人员在系统中提交申请信息，由领导审批，根据舰载机状态，指派合适的舰载机。归还时，进行回车操作，完成闭环管理流程。舰载机航行信息有：舰载机编号、飞行员姓名、舰载机出动时间、回收时间、舰载机航行公里和耗油量等。

5）系统根据出动和回收信息设置生成相关调度基础数据，方便航母定期维护及不定期的检修。

2.3.2 数据库概念结构设计

在实体规划中，本设计具体实体包括飞行员、舰载机、舰载机航行信息、维修信息、事故信息等。各实体间的E-R 关系以舰载机实体为例，其各实体间关系E-R 如图2 所示。

图2 各实体间关系E-R 图Fig.2 E-R diagram of relationships between entities

2.3.3 数据库逻辑结构实现

经过上述系统概念设计和需求分析，现将数据库结构模型转化为能被选定的SQL 数据库管理系统（DBMS）支持的实际数据模型。

1）飞行员表

飞行员表设置内容包括了飞行员和管理员信息，如表2 所示。

表2 飞行员信息表Tab.2 Pilot information table

2）管理员表

管理员相关信息主要包括舰载机和管理员相关信息，如表3 所示。

表3 管理员信息表Tab.3 Administrator information table

3）舰载机基本信息表

舰载机信息包含舰载机编号、舰载机颜色、发动机号、舰载机登记时间、服役时间、主要飞行员等，如表4 所示。

表4 舰载机信息表Tab.4 Information of carrier-based aircraft

4）维修信息表

维修信息主要包括舰载机编号、归属航母、故障内容、里程数、备注等，如表5 所示。

表5 维修信息表Tab.5 Maintenance information sheet

5）舰载机航行信息表

舰载机航行信息包括舰载机编号、调度负责人姓名、舰载机航行出动时间和回收时间、舰载机航行公里和耗油量等，如表6 所示。

表6 舰载机航行信息表Tab.6 Carrier aircraft navigation information sheet

表7 登录测试用例Tab.7 Login test cases

3 MES 技术应用测试

3.1 仿真系统登录

1）飞行员名和密码正确，成功登陆；

2）飞行员名可用，密码错误。

3.2 舰载机信息管理结果验证

对舰载机信息的添加、删除、修改进行验证，表8为舰载机信息测试用例。

表8 舰载机信息测试用例Tab.8 Carrier-based aircraft information test cases

按上述方法对各个功能模块进行逐一测试，直到达到系统设计的预定功能为止。

4 结 语

基于MES 技术，围绕飞行员和舰载机调度需求设计的本系统，通过测试得出，该舰载机仿真信息在进行系统性管理时，能达到预期工作目标。所有基本功能均已实现与可执行，具备操作简单，系统运行良好且极具应用的优势，值得推广。