兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 240595-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0595
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袁子龙1, 何非1,*(), 赵建波2,3, 王少参3, 江明明1
收稿日期:
2024-07-18
上线日期:
2025-05-07
通讯作者:
基金资助:
YUAN Zilong1, HE Fei1,*(), ZHAO Jianbo2,3, WANG Shaoshen3, JIANG Mingming1
Received:
2024-07-18
Online:
2025-05-07
摘要:
针对航母舰载机弹药保障作业的时限性和复杂性,在已知保障任务的前提下,通过场景建模和任务分配等手段,提出一种面向阱口的舰载机弹药保障作业的调度优化方法。构建以避障原则的运输路径模型、以均衡原则的弹药分配模型,与兼顾实战性和高效性的舰载机弹药转运调度模型。结合实际作业情况,通过Safe A*算法和贪婪算法确定各阱口的保障对象,提出一种基于染色体片段编码的改进遗传算法,以最小化弹药保障作业完成时间为目标对调度模型进行求解。研究结果表明,新方法在优化方案耗时和资源利用等方面均优于其他分配策略和调度算法,验证了其在实际弹药保障过程中具有可行性和高效性。
中图分类号:
袁子龙, 何非, 赵建波, 王少参, 江明明. 航母舰载机保障作业任务分配及弹药转运调度优化方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(5): 240595-.
YUAN Zilong, HE Fei, ZHAO Jianbo, WANG Shaoshen, JIANG Mingming. Optimization Method of Carrier-borne Aircraft Support Operation Assignment and Ammunition Transport Scheduling[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(5): 240595-.
算法: | 车辆调度冲突处理与优先级校验修正 | |
---|---|---|
输入: | 任务列表tasks (包含优先级信息),车辆使用情况vehicle_usage,转运时间transport_times,车辆列表vehicles | |
输出: | 校正后的方案安排 | |
1 | 初始化车辆使用表vehicle_usage | |
2 | 对任务列表tasks按优先级从高到低排序 | |
3 | For task in tasks: | |
4 | 取出任务的转运车vehicle,开始时间start_time,优先级priority | |
5 | If vehicle在使用中: | |
6 | 获取上一次的结束时间last_end_time | |
7 | 计算回程空窗期=last_end_time + transport_times[vehicle] | |
8 | If start_time <回程空窗期: | |
9 | 检查当前任务与占用任务的优先级 | |
10 | If当前任务优先级较高: | |
11 | 将占用任务的start_time推迟到回程空窗期 | |
12 | 更新占用任务的结束时间 | |
13 | else | |
14 | 更新当前任务的start_time=回程空窗期 | |
15 | 检查是否有空闲车辆free_vehicle: | |
16 | If存在free_vehicle: | |
17 | 重新分配任务到free_vehicle,并更新该车辆的使用时间 | |
18 | else | |
19 | 任务必须等待,更新start_time=回程空窗期 | |
20 | 重新计算任务的end_time=start_time+duration | |
21 | 更新vehicle_usage[vehicle]=end_time | |
22 | Back调整后的任务时间安排 |
算法: | 车辆调度冲突处理与优先级校验修正 | |
---|---|---|
输入: | 任务列表tasks (包含优先级信息),车辆使用情况vehicle_usage,转运时间transport_times,车辆列表vehicles | |
输出: | 校正后的方案安排 | |
1 | 初始化车辆使用表vehicle_usage | |
2 | 对任务列表tasks按优先级从高到低排序 | |
3 | For task in tasks: | |
4 | 取出任务的转运车vehicle,开始时间start_time,优先级priority | |
5 | If vehicle在使用中: | |
6 | 获取上一次的结束时间last_end_time | |
7 | 计算回程空窗期=last_end_time + transport_times[vehicle] | |
8 | If start_time <回程空窗期: | |
9 | 检查当前任务与占用任务的优先级 | |
10 | If当前任务优先级较高: | |
11 | 将占用任务的start_time推迟到回程空窗期 | |
12 | 更新占用任务的结束时间 | |
13 | else | |
14 | 更新当前任务的start_time=回程空窗期 | |
15 | 检查是否有空闲车辆free_vehicle: | |
16 | If存在free_vehicle: | |
17 | 重新分配任务到free_vehicle,并更新该车辆的使用时间 | |
18 | else | |
19 | 任务必须等待,更新start_time=回程空窗期 | |
20 | 重新计算任务的end_time=start_time+duration | |
21 | 更新vehicle_usage[vehicle]=end_time | |
22 | Back调整后的任务时间安排 |
弹药转运车 类型cg | 弹药运输 类型dk | 弹药运输 类型数量cgk | 运输速度cg,v/ (m·min-1) |
---|---|---|---|
Ⅰ | AAM/AGM/ASM | 2/2/1 | 20 |
Ⅱ | AGM/ASM | 2/1 | 30 |
Ⅲ | ASM | 1 | 25 |
表1 弹药转运车信息
Table 1 Information table of ammunition transfer vehicle
弹药转运车 类型cg | 弹药运输 类型dk | 弹药运输 类型数量cgk | 运输速度cg,v/ (m·min-1) |
---|---|---|---|
Ⅰ | AAM/AGM/ASM | 2/2/1 | 20 |
Ⅱ | AGM/ASM | 2/1 | 30 |
Ⅲ | ASM | 1 | 25 |
阱口 缓冲区 | 中心 坐标/cm | 转运车数量/辆 | 车辆 编号cs | ||
---|---|---|---|---|---|
类型Ⅰ | 类型Ⅱ | 类型Ⅲ | |||
a1 | (37.5,25) | 2 | 4 | 4 | 1~10 |
a2 | (58.5,25) | 1 | 5 | 4 | 11~20 |
a3 | (77.5,25) | 3 | 3 | 4 | 21~30 |
a4 | (87.5,8) | 2 | 2 | 6 | 31~40 |
表2 阱口缓冲区任务信息
Table 2 Mission information table of elevator hatch buffer areas
阱口 缓冲区 | 中心 坐标/cm | 转运车数量/辆 | 车辆 编号cs | ||
---|---|---|---|---|---|
类型Ⅰ | 类型Ⅱ | 类型Ⅲ | |||
a1 | (37.5,25) | 2 | 4 | 4 | 1~10 |
a2 | (58.5,25) | 1 | 5 | 4 | 11~20 |
a3 | (77.5,25) | 3 | 3 | 4 | 21~30 |
a4 | (87.5,8) | 2 | 2 | 6 | 31~40 |
舰载机 保障站位 | 中心 坐标/cm | 弹药需求 (AAM,AGM,ASM) |
---|---|---|
b1 | (24.5,11.5) | (0,2,2) |
b2 | (24.5,19.5) | (2,0,2) |
b3 | (32.5,14.5) | (0,2,2) |
b4 | (38.5,11.5) | (2,0,2) |
b5 | (40.5,19.5) | (0,2,2) |
b6 | (42.5,14.5) | (0,2,2) |
b7 | (44.5,9.5) | (2,0,2) |
b8 | (50.5,16.5) | (2,2,0) |
b9 | (48.5,22.5) | (2,2,0) |
b10 | (55.5,20.5) | (2,0,2) |
b11 | (54,25) | (2,2,0) |
b12 | (66.5,6.5) | (0,2,2) |
b13 | (63.5,19.5) | (2,0,2) |
b14 | (69.5,20.5) | (2,2,0) |
b15 | (72.5,6.5) | (0,2,2) |
b16 | (76.5,6.5) | (2,2,0) |
b17 | (72.5,15.5) | (0,2,2) |
b18 | (74.5,21.5) | (2,0,2) |
b19 | (81,25) | (0,2,2) |
b20 | (83.5,11.5) | (2,0,2) |
b21 | (83.5,17.5) | (2,0,2) |
b22 | (86.5,24.5) | (0,2,2) |
b23 | (91.5,10.5) | (0,2,2) |
b24 | (95.5,12.5) | (2,2,0) |
表3 保障舰载机任务信息
Table 3 Mission information table of carrier-borne aircraft
舰载机 保障站位 | 中心 坐标/cm | 弹药需求 (AAM,AGM,ASM) |
---|---|---|
b1 | (24.5,11.5) | (0,2,2) |
b2 | (24.5,19.5) | (2,0,2) |
b3 | (32.5,14.5) | (0,2,2) |
b4 | (38.5,11.5) | (2,0,2) |
b5 | (40.5,19.5) | (0,2,2) |
b6 | (42.5,14.5) | (0,2,2) |
b7 | (44.5,9.5) | (2,0,2) |
b8 | (50.5,16.5) | (2,2,0) |
b9 | (48.5,22.5) | (2,2,0) |
b10 | (55.5,20.5) | (2,0,2) |
b11 | (54,25) | (2,2,0) |
b12 | (66.5,6.5) | (0,2,2) |
b13 | (63.5,19.5) | (2,0,2) |
b14 | (69.5,20.5) | (2,2,0) |
b15 | (72.5,6.5) | (0,2,2) |
b16 | (76.5,6.5) | (2,2,0) |
b17 | (72.5,15.5) | (0,2,2) |
b18 | (74.5,21.5) | (2,0,2) |
b19 | (81,25) | (0,2,2) |
b20 | (83.5,11.5) | (2,0,2) |
b21 | (83.5,17.5) | (2,0,2) |
b22 | (86.5,24.5) | (0,2,2) |
b23 | (91.5,10.5) | (0,2,2) |
b24 | (95.5,12.5) | (2,2,0) |
结果 | 改进GA | 传统GA |
---|---|---|
车辆平均利用率/% | 43.01 | 39.46 |
舰载机等待总耗时/min | 24.62 | 31.25 |
最优解耗时/min | 45.00 | 49.03 |
最优解收敛代数 | 34 | 341 |
算法平均执行时间/s | 1.24 | 1.67 |
表4 算例结果对比
Table 4 Comparison of the example results
结果 | 改进GA | 传统GA |
---|---|---|
车辆平均利用率/% | 43.01 | 39.46 |
舰载机等待总耗时/min | 24.62 | 31.25 |
最优解耗时/min | 45.00 | 49.03 |
最优解收敛代数 | 34 | 341 |
算法平均执行时间/s | 1.24 | 1.67 |
分配策略 | 考虑优先级 | 最优解/min |
---|---|---|
路径均衡 | 是 | 45.00 |
否 | 34.10 | |
路径最近 | 是 | 49.27 |
否 | 36.64 | |
对象轮询 | 是 | 50.15 |
否 | 37.26 |
表5 不同策略最优解对比(优先级)
Table 5 Optimal solutions of different strategies (priority)
分配策略 | 考虑优先级 | 最优解/min |
---|---|---|
路径均衡 | 是 | 45.00 |
否 | 34.10 | |
路径最近 | 是 | 49.27 |
否 | 36.64 | |
对象轮询 | 是 | 50.15 |
否 | 37.26 |
3种分配策略 | 8架舰载机 最优解/min | 16架舰载机 最优解/min | 24架舰载机 最优解/min |
---|---|---|---|
路径均衡 | 33.07 | 36.77 | 45.00 |
路径最近 | 34.82 | 38.80 | 48.27 |
对象轮询 | 35.13 | 40.25 | 50.15 |
表6 不同策略最优解对比(保障数量)
Table 6 Optimal solutions of different strategies (guaranteed quantity)
3种分配策略 | 8架舰载机 最优解/min | 16架舰载机 最优解/min | 24架舰载机 最优解/min |
---|---|---|---|
路径均衡 | 33.07 | 36.77 | 45.00 |
路径最近 | 34.82 | 38.80 | 48.27 |
对象轮询 | 35.13 | 40.25 | 50.15 |
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