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作战指挥工作流程建模方法

归档日期:07-14       文本归类:后方指挥      文章编辑:爱尚语录

  2006年 12 月 第 20 卷 第 6期 装甲 兵工 程学 院学 报 Journ al of A cadem y of A rm ored Force Engin eering D ec1 2006 V o.l 20 N o. 6 作战指挥工作流程建模方法 朱敏洁 谭亚新 马亚龙 ( 装甲兵工程学院装备指挥与管理系, 北京 100072) 摘 要: 针对作战指挥工作流程的建模与仿真研究较少的现状, 采用了基于高 级 Petri网的建模方法。首先在企业相关概念定义基础上, 对建模对象 ) ) ) 作战指 挥工作流程进行了定义, 简要介绍了 Petri网建模方法的特点以及对基本 P etri网的 扩展, 举例说明了 4种过程机制映射到 P etri网上的方法, 提出结合树状组织结构图 和资源管理表的方法扩展 Petri网库所容量的含义及管理机制。 关 键 词: 工作流程建模; P etri网; 资源分配 中图分类号: TP39119; E 072 文献标志码: A 文章编号: 1672-1497( 2006) 06-0017- 04 M odeling of Command W orkflow ZHU M in- jie TAN Y a-x in MA Y a-L ong ( D epartm ent of Equ ipm ent Comm and and A dm in istration of the A cadem y of A rm ored Force Eng ineering, Beijing 100072, Ch ina) Abstract: Currently there is relatively less research and study on m odeling and sim ulation of the wo rkf low o f com bat comm and. T his paper em ploys a m ode ling m ethod wh ich is based on the high- level Pe tri N e.t B ased on the related concept used in the civil enterpr ises, it starts w ith the concept and def in ition of the w orkflow o f com bat comm and, w hich is the m odeling subjec.t And then the characterist ics o f the P etriN et are introduced br ie fly. Som e exam p les illustrate the transform m ethod from four kinds o f process to Pe triN e.t A new m ethod, w hich is com bined w ith o rgan ization figure and resource labe,l is put forw ard to extend the token m eaning and m anagem ent o f the P etri N e.t K ey w ord s: w ork flow m ode;l Petri N e;t resource assignm ent 近年来, 武器装备论证研 制的仿真系统、各 种规模的战斗对抗仿真系统纷纷涌现出来, 但目 前的作战仿真系统对作战指挥的仿真, 主要侧重 于智能仿线 种方法: 人 在回路 的方法和利用人工智能技 术实现指挥决策。这 些方法解决了仿真系统中的智能决策问题, 而指 挥的方式、手段、指挥 机构的工作流程等 因素还 没有进行描述。笔者 就作战指挥工作流 程的建 模方法进行了研究。 1 作战指挥工作流程模型 关于 / 工作流程 0, 在企业管理和计算机软件 开发等领域已经有了相关的概念, 称 / 业务流程 0 或 / 业务进程 0 ( Business Process) , 即每项业务的 操作流程。相似的, 对作战指挥工作流程及模型 作如下定义: 定义 1 作战指挥工作流程指的是作战指挥 活动的操 作流 程, 由 固有的 若干 操作 或任 务组 成。作为作战指挥, 每项指挥活动都要一件一件 地处理。具体的一 项指挥活动称为该 工作流程 的一个案例或实例。 定义 2 作战指挥工作流程模型是对作战指 挥工作流程的形式化描述, 包括描述任务间依赖 关系 ( 因果依赖与规章依赖 ) 的工作流程逻辑、显 性内容和资源利用情况。 定义 2中使用的概念 / 因果依赖 0、/ 规章依 收稿日期: 2006-07-04 作者简介: 朱敏洁 ( 1974-), 女, 天津人, 博士研究生. 18 装甲兵工程学院学报 第 20卷 赖 0、/ 显 性内容 0、/ 资源 0仍然采用企 业中相关 概念的定义, 即: 若工 作流程中后一个操 作或任 务的执行依赖于前一个操作的结果, 则称这 2个 操作之间存在因果依赖关系; 由规章制度产生的工 作流程中 2个操作的前后关系, 称规章依赖; 一个 操作产生的信息如果是选择后继操作的依据, 则称 该信息为显性内容, 否则称为隐性内容; 工作流程 中有些任务必须由人来完成, 有些则可以由计算机 系统自动完成, 称执行任务的实体为资源。 对作战指挥工作流程的建模, 不仅要如实地 反映指挥 机构各个 人员 ( 指挥 员与 指挥机 关人 员 ) 的工作过程, 更深层次的目 的是希望发现流 程中的冲突问题, 使得指挥活 动更加有序, 保持 指挥机构中各组成部分的高效工作以及 各组成 部分保持一定比例和最佳相互关系。 鉴于 Petri网建模方法在工作流研究领域的 成功应用, 因此笔者采用基于高级 Petri网进行建 模。作战指挥工作流 程的特点是工作的 时间受 到严格的限制, 各个工作环节 紧密相关, 涉及的 人员多, 跨部门的协调量大, 因此在降低 P etri网 复杂程度、减小规模方面要做 相应的改进, 如对 工作流程进行分层建模。另外, 为了描述工作流 程中对资源的使用情况, 以及资源的组织结构关 系对工作流程的影响, 笔者提出辅以树状的组织 结构图及资源管理表。 2 Petri网建模方法 P etri网的 原型是 Carl Adam P etri提出 的用 于模拟通信系统的网状结构模型, 其特点包括: ( 1) Petri网模型可以用图形表示, 具有直观、 易懂的特点, 便于参与研究工作流的人员之间进 行可视化的交流, 对描述、分析流程并发 现问题 有很大优势; ( 2) Petri网理论具有严密的数学背景, 有数 学公式作支持, 使得它可以建立工作流的数学模 型来描述系统的行为; ( 3) Petri网的分析技术可以检验模型的有效 性, 帮助分析工作流中资源分配的合理性; ( 4) Petri网特别适用于建模和分析那些具有 并行、同步动作的离散事件, 这一特点与 工作流 的特点相符合; ( 5) Petri网既可以用于静态的结构分析, 又 可以用于动态的行为分析; ( 6) 综合了数据流、控制流和状态转移。 但是, 基本 Petri网存在着的一个主要弱点是 规模难以控制。当系统的可达状态增加时, 模型 的复杂性将呈指数增长, 使 P etri网模型的分析和 理解变得十分困难。另外, 基本 P etri网中的库所 ( places) 、变迁 ( transitions) 和标记 ( tokens) 所携 带的系统信息量不够丰富, 不涉及时间因素, 仅 能反映出事件间的因果关系等约束, 限制了基本 P etri网的应用。因 此, 出 现了许多 对 P etri网的 扩展。 颜色扩 展: 将同 属性 的标 记染 上同 一种 颜 色, 不同属性的标记则以不同的颜色区分。变迁 将根据标记的颜色决定是 否执行。这 种扩展使 得 P etr i网可以用同一个网处理带有不同信息的 事件。对于每个变迁都需要指出其前置条件, 往 输出库 所送 出的 标 记个 数 和 产生 出 来 标记 的 属性。 时间扩展: 将标记加一个时间属性, 指明标 记何时以 后可 用, 并 增加变 迁对 标记 产生 的延 时。时间扩展使 Petri网可以处理与时间有关的 问题, 尤其是解决了任务执行时间的延时问题。 层次扩展: 引入分层建模的思想, 通过 ( 子 ) 过程 ( Subprocess) 的应用, 可以自顶而 下或自底 向上层次化地构造 P etri网。层次的扩展使得 P etri网能够描述复杂的过程, 同时能够重用已经定 义过的过程。 3 作战指挥工作流程的建模 对指挥工作流程的 建模聚焦在处 理事件的 过程以及资源。下面将这些概念映射到 P etri网 和树状组织结构图上。 311 过程 过程定义了哪些任务需要被执行, 还包括一 系列决定执行次序的条件。因此使用 P etri网来 建立过程模型是很适合的。该网有一个过程 / 起 点 0和 / 终点 0。用库所表示条件, 用变迁表示任 务。过程一般都可以用 4种基本机制来建模, 即 顺序、选择、并行、循环。 31111 顺序执行 顺序执行指的是任务一个接一个地执行, 通 常任务之间有明确的因果依赖关系。例如, 第一 个任务 的结果 是第二 个执 行任 务所需 的输 入。 在 Petri网中, 这种形式的路由通过在两个任务之 间添加一个库所进行链接的方式来建模。例如, 在战斗的组织阶段, 指挥流程一般是顺序执行了 解任务、判断情况、定下决心、下达命令等 任务。 顺序执行模型如图 1所示。 第 6期 朱敏洁等: 作战 指挥工作流程建模方法 19 图 1 顺序执行模型 C1、C2、C3、C4 分别是了解任务、判断情况、定 下决心、下达命令执行前必须满足的条件。如 C1 代表接受上级任务, C2 代表已理解任务, C3 代表 形成了敌我态 势的初步 判断, C4 代表形成 了决 心, 制定了作战计划, C5 代表命令已下达。 31112 选择执行 选择执行是在 2个或 多个任务中选 择一个 执行, 一般需要在多任务选择 之前, 增加 一个决 策任务来决定应执行哪一个任务。例如, 作战过 程中当一梯队作战单位进展顺利, 提前完成预定 计划时, 指挥员需要决策是继续扩大战果向纵深 发展, 还是转入防 御, 配合 二梯队的进攻。选择 执行模型如图 2所示。 图 2 选择执行模型 31113 并行执行 并行执行是指多个任 务同时执行或 以任意 次序执行。一般要人为地添加 2个任务, 一个是 在需要并行的多个任务执行之前加一个 / 分解 0 任务, 在任务执行之后加 / 合并 0任务。这样就可 以实现多任务的并行。例如, 在指挥所制定作战 计划时, 各种计划是同时制定的, 而后进行汇总。 并行执行模型如图 3所示。 其中的 / 组织制定计划 0就承担了任务分解 作用, 在 C2、C4、C6 中分别产生一个标记, 使得 3 个任务可以同时展开; / 汇总计划 0承担了 / 合并 0 任务, 在 C3、C5、C7 中都有标记时, 在 C8 中产生 标记, 使得计划审批得以实施。 31114 循环执行 循环执行是指某些任务需要反复执行, 直到 满足一定的条件之后才能 执行其他任务。这种 执行机制需要在建模时增加 / 循环判断 0任务, 以 判断是否继续循环或跳出循环去执行其他任务。 例如, 在作战过程中, 指挥员需要时刻 关注战场 态势的变化, 下达控制指令, 判断是否 完成预定 的作战任务。循环执行模型如图 4所示。 其中, / 完成预定任务 0承担了 / 循环判断 0任 务, 每次执行到该任务时, 首先判断是 否完成了 预定的作战任务, 而后在 C1、C5 中的一处生成一 个标志, 决定是继续循环还是结束战斗。 312 资源 指挥工作流程中的 资源是指执行 任务的指 挥人员和他们使用的指挥工具。一般用 P etri网 中库所的容量来表示资源利用情况, 但是作战指 挥工作流程中的资源 ( 指挥人员、指挥工具 ) 种类 多, 关系复杂, 用库所的容量不能全面的体现, 因 此笔者提 出另 一种建 模方法, 即 结合 树状 图和 图 3 并行执行模型 图 4 循环执行模型 20 装甲兵工程学院学报 第 20卷 P etri网的表达方式。 首先, 对指挥工作流程中的资源进行分类: ( 1) 按作战指挥业务分类: 将任务与相应业 务类的资源正确链接, 可以确保资源具有相应的 资格执行特定的任务。按业务分类如图 5所示。 ( 2) 按在组织结构中的位置分类: 将任务与 某组织类的资源正确链接, 可以确保任务在组织 的正确位置中得到执行。用树状图表示 组织结 构图是较清晰的。某 师基本指挥所的组 织结构 如图 6所示。 图 5 业务分类图 第 2步建立工作流程 Petri网与资源之间的 对应关系, 进行资源分配。分配时既要指明资源 的业务类型也要指明资源的组织位置。 第 3步建立资源管理表。可以按照表 1的格 式设计资源管理表。 表 1 资源管理表 资源数量 组织位置 作战 侦察情 炮兵 业务 报业务 业务 防空 ,, 业务 计划协调组 4 - - - 政治工作组 指挥中心 火力协调组 - - - - - 1 1 机要组 1 - - - 资源管理表是一个动态变化的数据表, 根据 工作流程对资源的占用和释放, 实时改变各类资 源的数量。 第 4步在模型运算时, 以工作流程模型为主 线, 按任务的先后顺序执行, 由资源分 配将任务 链接到相应的资源, 查找资源管理表中是否有可 图 6 基本指挥所组织结构示意图 用的、闲置的资源, 若有, 则可以执行任务并占有 资源, 否则, 需要等待 相应的资源被其他 任务释 放后, 才可以执行任务。当任务完成后 ( 经过工 作时间的延时 ), 释放相应的资源。在这里默认: 一个任务可以由一个资源完 成 ( 否则, 可以将任 务再细分 ); 一个资源在一个时 刻只能处理一个 任务; 相同组 织位置 中相同 业务 的资 源不再 区 分, 完全相同。 4 结束语 笔者针对当前作战指 挥理论研究的 热点问 题 ) ) ) 提高信息化条件下作战指挥效能, 提出使 用建模与仿真的方法辅助军事人员加强 对作战 指挥效率的量化研究。通过借鉴其他学 科的研 究成果, 对作战指挥中一个重要环节 ) ) ) 作战指 挥工作流程, 提出了建模方法, 即以 P etri网方法 为主, 以树状组织结构图和资源管理表为辅。通 过建模, 建立仿真系统, 监控仿真过程中 P etri网 的运行状 态, 可以找 到工作 流程 设计 的薄 弱环 节, 发现各种资源比例的不 合理之处, 提出资源 分配的改进方案。 参考文献: [ 1 ] 袁崇义. Petri网原理与应用 [ M ] . 北京: 电子工业出版 社, 2005. 3. [ 2 ] 王光宙. 作战指挥学 [ M ] . 北京: 解放军出版社, 2004. 7. [ 3 ] 薛毅. 数 学建 模 基础 [ M ]. 北 京: 北京 工 业 大学 出 版 社, 2004. 4. [ 4 ] 张瑾. 协同设计中工作流 管理研 究 [ D ]. 重庆: 西 南交 通 大学, 2005.

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