基于多能力属性匹配的工程保障任务分配方法_王东.pdf

78 兵工自动化 Ordnance Industry Automation2023-07 42(7)doi:10.7690/bgzdh.2023.07.017 基于多能力属性匹配的工程保障任务分配方法 王 东1，刘 丽2，黄云会1(1.西南计算机有限责任公司技术中心，重庆 400060；2.重庆建安仪器有限责任公司，重庆 400060)摘要：针对工程兵部(分)队工程保障任务分配中工程作业装备能力特征和任务需求有效匹配的问题，建立工程装备/任务能力属性集合，提出基于多能力属性匹配的任务分配方法。根据工程保障任务特点分解能力属性需求，分析工程装备作业能力，给出工程装备能力优先分配算法，优选出作业时间最短的工程装备集合，以构筑急造军路为例，验证结果表明：该方法能够提高工程装备和任务能力属性的匹配度，为指挥人员精准、高效地制定工程保障计划提供支撑。关键词：工程兵；工程保障任务；任务分配；多能力属性 中图分类号：TJ07 文献标志码：A Engineering Support Task Assignment Method Based on Multi-capability Attribute Matching Wang Dong1,Liu Li2,Huang Yunhui1(1.Technique Center,Southwest Computer Co.,Ltd.,Chongqing 400060,China;2.Chongqing Jianan Instrument Co.,Ltd.,Chongqing 400060,China)Abstract:Aiming at the problem of effective matching between engineering operation equipment capability characteristics and task requirements in engineering support task assignment of engineering corps,an engineering equipment/task capability attribute set is established,and a task assignment method based on multi-capability attribute matching is proposed.According to the characteristics of engineering support tasks,the capability attribute requirements are decomposed,the operation capability of engineering equipment is analyzed,the priority assignment algorithm of engineering equipment capability is given,and the engineering equipment set with the shortest operation time is optimized.Taking the construction of urgent military road as an example,the verification results show that the method can improve the matching degree between engineering equipment and task capability attributes,which provide support for commanders to accurately and efficiently formulate engineering support plans.Keywords:engineering corps;engineering support task;task assignment;multi-capability attribute 0 引言 现代战争形态的不断演变，信息化条件下联合作战的组织形式和对抗方式发生深刻变化1-4。面对未来地面战场环境城市化、互联深入、致命威胁和多方协作的发展趋势，作为陆战场作战保障力量的重要组成部分，工程兵部(分)队需要适应陆军部队全域、敏捷、持续作战的要求，以及遂行任务种类多变、保障时效性要求高、力量要素编成多样等特点1，从部队、分队、班组、装备等不同层级进行各保障力量的工程保障行动规划，完成保障力量编组的能力分析和任务匹配，实现精准、高效地制定保障力量遂行保障任务的决策；因此，需要研究工程保障任务分配方法，构建工程保障任务/工程装备能力属性模型，进行任务需求能力对工程装备能力的多属性匹配，以支撑工程兵部(分)队根据任务需 求和自身作业能力对各层级工程保障作业过程进行优化调度和精确控制，提高工程保障行动作业效率，提升敏捷作战能力。1 工程保障任务分配现状 工程保障任务具有种类数量多、时效性要求高、不同层级任务之间关系复杂等典型特征5。由于现役工程保障力量编制遵循按专业大类编成原则，执行各类任务的工程装备种类繁多，以及指挥信息系统建设起步较晚等客观现状，以往工程保障指挥过程中，通常按照工程保障任务的专业类型和工程保障分队具备的作业能力进行概略区分，由指挥员根据工程保障任务要求、力量编配、作业条件等要素，进行综合分析、主观判断，人工确定执行任务的作业分队/装备和作业时序，依靠指挥员的素养和经 1 收稿日期：2023-03-26；修回日期：2023-04-25 作者简介：王 东(1976)，女，重庆人，硕士，高级工程师，从事炮兵、工程兵指挥信息系统软件和总体设计研究。E-mail:。79王 东等：基于多能力属性匹配的工程保障任务分配方法第 7 期验，实现对保障作业分队的时序、协同、效率等控制管理。随着工程保障指挥信息建设发展，依托信息/智能化技术的计算和分析能力，工程保障指挥在任务分配、过程控制、效果评估等多方面初步实现信息融合和突破。如何进行多个保障作业分队的任务分配、单一作业分队的任务规划、作业分队间的任务协同，是充分运用工程兵部队各层级保障力量的保障能力、有效发挥保障效能所必须解决的关键问题。对于工程保障任务分配来说，有效完成保障任务关键是从所属保障力量各个保障作业分队/装备中筛选出最合适的作业分队/装备。目前现役/在研指挥信息系统的工程保障任务分配方法仅根据任务专业类型遍历作业分队所编配的工程装备进行匹配，在搜索到能够满足任务需求的作业平台时就结束对当前任务的搜索，随机性太强，没有考虑工程装备在能力、执行效率等方面的影响。笔者从工程装备和任务能力需求 2 方面分析工程装备的作业能力属性；同时，结合工程任务清单分析各级任务的作业能力需求，根据工程装备的能力属性建立任务和工程装备的映射关系，考虑执行任务的工程装备与任务需求能力关系，采用基于工程装备能力属性匹配的任务分配算法，提升保障任务和作业装备之间匹配度。以道路保障分队完成构筑急造军路保障任务为例，根据急造军路保障任务的具体要求，按照工程保障任务清单，分析急造军路子任务的作业能力多样性要求、作业装备数量限制、作业时序约束，综合考虑作业装备和任务需求的作业能力，形式化定义工程保障任务分配问题，根据任务的能力需求、数量需求选择执行任务的工程装备，提出基于能力属性匹配的任务分配算法，工程保障任务分配的决策实践提供理论依据。2 工程保障能力属性分析 工程装备是完成工程保障任务的基础，工程保障分队通过使用工程装备实施各种工程措施，遂行工程保障任务，是执行工程保障做作业的最小单元；因此，工程保障任务的能力属性从工程装备级进行分析，结合工程装备性能特点对工程保障任务的能力需求进行分析，明确任务的能力属性描述。根据构筑急造军路任务的作业内容和特点，分析各子任务和执行任务作业的工程装备特性，定义 急造军路任务作业能力属性描述如表 1 所示。表 1 构筑急造军路所需能力属性描述 能力属性 能力属性描述 能力属性 能力属性描述 a1 挖方作业 a5 障碍排除 a2 填方作业 a6 伪装作业 a3 运土作业 a7 标记设置 a4 夯实作业 当工程保障任务是构筑路基时，需要完成填方、挖方、运土、夯实等多种工程保障作业，而道路保障分队编成的工程装备(包括挖掘机、挖坑机、装载机、多用途工程车等)种类较多，作业性能不一，进行任务分配时，就需要综合考量工程装备的作业能力属性、数量、作业效率等多种因素。从任务的作业能力需求出发，将构筑路基的能力属性定义为 ti=a1,a2,a3,a4，其包含用于完成任务所需的作业能力属性；而道路保障分队编配的执行该任务 ti的工程装备集合为|19iMmi=，每个工程装备因为其性能、专业的差异性而具有不同的能力，如表 2 所示。表 2 工程装备能力特征描述 保障作业平台 能力 保障作业平台 能力 m1,m4 a1,a3,a4 m7,m9 a2,a4 m2 a2,a5 m5,m6 a3,a6 m3,m8 a6 例如，工程装备 m1具有挖方、填方和夯实等能力；同时，各工程装备对执行该任务均有一个标准的作业时间。为完成任务 ti需要选择最合适的工程作业装备子集|19iMmi=，这样，各工程装备的能力属性组合可以覆盖任务所需的能力属性组合，例如，可为任务 ti分配 3 个工程装备 m1、m2、m4或 m4、m7、m9等，组合的能力属性均可涵盖 ti所有能力属性需求。此外，还需考虑作业时间需求约束，工程装备集合需在任务完成时限内，完成任务 ti。通常执行工程保障任务需要多台、多种能力属性的工程装备执行作业；同样，工程装备因其专业性能，具有的作业能力属性的种类是有限的，一个任务会需要多个具有不同能力属性的工程装备相互合作完成任务作业。在实际运用中，可根据工程装备是否具有任务需求的能力属性对工程装备和任务进行关联，即工程装备若具有某种能力属性，标记该装备的此项能力为 1，否则为 0。然后，根据作业能力需求和最短时间使用的要求，将工程保障任务分解给多个具有不同能力属性的工程装备，使得工程装备集合能够覆盖保障任务所需的能力属性，且作业时 80 兵工自动化第 42 卷间最短。3 工程保障任务分配算法 3.1 任务分配数学模型 工程保障任务分配问题实质可以看成一种不平衡指派问题(assignment problem)6，在满足特定指派要求条件下，使指派方案总体效果最佳。根据工程保障分队编配情况，设工程装备集合为 M=m1,mi,mn，mi为第 i 工程装备，i1,n；同时，设任务所需能力集合 A=a1,aj,am，aj表示第 j 种能力，j1,m，任务 t=(At,Pt)可表示任务集合 T 中任一任务，At=a1,ak表示任务 t 所需能力属性列表标记，Pt=p1,pk表示任务 t 对各能力的工程装备数量需求。对于 M，可设 mi=(Ai,Pi,Qi,Zi)，其中：Ai=ai1,aij,aik为工程装备mi具备的作业能力列表，Pi=i1,ij,ik中 ij为工程装备mi可用能力 aij执行不同任务的数量，Qi=1 i,ij,ik中ij为工程装备 mi正在用能力 aij执行任务的数量，且当 mi的能力 aij执行任务数量ij增加 1 但不超过 ij时，即ij=ij+1，Zi=zi1,zij,zik中 zij表示工程装备 mi用能力 aij执行任务 t 的作业时间，用ijijijkzz=表示，其中ijz表示工程装备mi用能力 aj执行单个任务时的作业时间，ijk表示mi用能力 aj正在执行 k 个任务作业时间折扣因子，其 ijk(0,1，ijk=1，且满足 ijkijk-1。工程保障任务分配问题的数学模型可以表 示为：11min()nkijijijxz=+；(1)s.t.1,jiijjiaAxjk，；(2)1,1,iji