全局组织结构控制之抢滩登陆

1 使命 (Mission)

  一个由海军和海军陆战队组成的联合小组被指派完成一项军事使命，其中包括占领一个海港和一个机场，以便引入后续部队。已有两个合适的登陆区域被指定为北滩和南滩，其中北滩有一条通往海港的道路，南滩有一条通往机场的道路。从情报来源可以得知敌对势力的大致分布，并且会有预计的反击。
  理论知识可以参照：https://blog.csdn.net/weixin_44575152/article/details/124933983

2 使命分解与任务图

  图1所示的任务图展示了任务流程、约束，以及偏好，其中任务过程包括任务执行逻辑，约束表示任务依赖关系，而偏好指定任务权限结构。图2展示了任务所需要的资源矩阵以及已有的资产矩阵。

图1：使命分解后的任务图

 

图2：(a) 任务需求矩阵；(b) 资产资源能力矩阵

3 缜密计划与中心任务分配

  图3展示了操作级别控制中的规划决策者 (DM) 所指定的中心计划，其提供了以下信息：
  1）优化后的战术单元 (TU) 数量$M=4$，如图中的对角阴影方块；
  2）每个TU的任务分配$\{g_{i,m}\}$；
  3）每个TU的资源分配$\{q_{j,m}\}$；
  4）资产到任务的初步分配。

图3：操作级别控制 (OLC) 中的计划DM所指定的中心计划

 
  OLC中的规划DM基于图4提出的算法将中心计划和任务优先图分解为若干子计划和子任务优先图，然后将它们分布在TU之间。图5展示了任务优先级。图6展示了每个TU下任务的执行顺序。

图4：全局调度算法

 

图5：任务优先级

 

图6：每个TU任务的执行顺序

4 战术级别调度

  多目标优化算法 (MOEA) 用于处理战术级别调度，当优化完成后，每个TU将获得$N_{s,m}$个Pareto解。每个TU的$N_{s,m}$是不同的，其主要依赖于本地资产和任务分配，部分依赖于本地人口的多样性。图7展示了每个TU的Pareto front。每个本地Pareto最优解对应了一个任务-资产分配矩阵和一个本地最有行程表。因此，战术级调度提供了一个本地调度信息池，操作级全局调度构建过程可以从中构建具有多个备选方案的全局调度。

图7：每个TU的Pareto front

5 操作级别行程构建

  操作级行程构建负责组装本地行程表以形成排序的L近邻全局进度表，解决冲突并实现OLC目标。图8展示了操作级别MOEA生成的Pareto最优解，共计14种最优情况。优化目标的值包括总体任务完成准确率 (TCA)、操作间隔，以及广义的基于Pareto的尺度无关适应度函数 (GPSIFF)。表1展示了Pareto最优解的优化目标的值。结果显示即使使命从最优调度变化最差调度，组织的性能也不会过多损害。

图8：L近邻调度解

 

表1：优化目标的值

  图9展示了最优调度，每个资产都在特定的时间段被分配给一个或者多个任务。调度可以分为五个阶段：0–29、30–49、50–66、67–88，以及89–122。在两个连续的时间阶段之间，没有或很少有交错任务，因此可以识别边界。

图9：最优调度

  14个Pereto最优表明有14\个可选的全局调度表可供OLC的协调DM选择，以适应不断变化的环境。图10展示了前十个调度，其显示多个调度之间是很相似的，这意味着适应成本是很低的。当当前计划需要调整时，它可以最大限度地减少对任务操作的干扰。

图10：L近邻调度表

6 扰动下的重调度

  当扰动如资产损坏或者其他紧急事件发生时，基于最佳调度的使命可以向其他调度转变。在每个阶段开始时，操作级别的规划DM需要评估每个资产的状态来决定是否需要改变调度。以下两个例子说明该过程如何工作：
  1）资产10损坏：假设任务依据最佳调度执行，而资产10 (近空支援单位, CAS) 在试图保卫航母群 (任务 1) 时遇到强大的敌军，并在任务第一阶段遭受重大伤亡。由于大规模损坏，CAS不得不退出，然而根据当前调度，CAS需要在时间间隔51–58、68–76，以及111-120期间执行北滩抢夺 (任务7) 以及机场抢夺 (任务16)。在第二阶段，调度便需要在资产10失灵的情况下改变。通过近邻搜寻，第三个调度表将作为备选。在余下的使命则在没有资产10的情况下进行，如图11。

图11：调度转变

  2）紧急事件：假设当前调度是第一个调度。在时间 51，敌军部队向友军守卫的机场发动地面攻击。需要将执法步兵部队或特种作战部队派往机场。此任务与任务17具有相似的资源需求。通过回顾已完成类似任务的第一阶段，规划DM发现资产 6、15、17、18，以及19 已在类似任务上进行了协调。然而，在当前时间，资产6将执行一个新任务 (任务 8)；因此，应用这组资产可能不合适。然后，规划DM从备选行程表4和5中发现，特种作战部队 (资产17)，或资产17和步兵单位2 (资产19) 的组合可以完成任务。最终决定将资产17和19都发送到机场，因为这将缩短任务执行时间，并且对资产17的下一个任务执行 (任务13) 影响较小。调整后的调度如图12。

图12：调度调整