基于HWME的戰(zhàn)損評(píng)估決策支持體系及其模型庫研究

董原生，潘洪平，李愛民，羅九林

(裝甲兵工程學(xué)院技術(shù)保障工程系，北京100072)

戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估是在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中對(duì)損傷裝備實(shí)施快速評(píng)估，以決策是否維修、在何處維修和如何維修等問題.因此，裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估是對(duì)損傷裝備進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)搶修決策的過程，具有復(fù)雜性、時(shí)效性和快速性的特點(diǎn).根據(jù)裝甲裝備的戰(zhàn)場(chǎng)損傷特點(diǎn)，建立其戰(zhàn)場(chǎng)損傷模式、搶修方法、搶修案例等相關(guān)內(nèi)容數(shù)據(jù)庫;根據(jù)評(píng)估過程不同階段的需求建立戰(zhàn)損評(píng)估分析模型，以規(guī)范損傷分析與評(píng)估過程，實(shí)現(xiàn)針對(duì)特定條件下的裝備戰(zhàn)場(chǎng)搶修方案.開發(fā)裝甲裝備的戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估系統(tǒng)是解決這一問題的有效途徑.

1 戰(zhàn)損評(píng)估決策支持系統(tǒng)的功能需求

開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助的裝甲裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估決策支持系統(tǒng)，目的是輔助實(shí)施裝甲裝備的戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估決策，確定裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷的搶修方案.綜合分析作戰(zhàn)環(huán)境和戰(zhàn)損評(píng)估系統(tǒng)的知識(shí)需求，裝備戰(zhàn)損評(píng)估決策支持系統(tǒng)需具有如下基本功能:

1)技術(shù)支持功能.在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，將裝備的損傷信息、作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)和保障力量的基本情況綜合起來考慮，為單車的戰(zhàn)場(chǎng)搶修提供技術(shù)支持，這是戰(zhàn)損評(píng)估系統(tǒng)的基本功能.

2)網(wǎng)絡(luò)支持功能.隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的變化，需要對(duì)多臺(tái)裝備、不同類型的裝備甚至是各個(gè)軍、兵種的裝備作為一個(gè)系統(tǒng)來考慮.對(duì)裝備損傷實(shí)施聯(lián)合戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估(JBDA，Joint Battlefield Damage Assessment)已經(jīng)成為裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估的重要發(fā)展趨勢(shì)，為此開發(fā)的裝備戰(zhàn)損評(píng)估系統(tǒng)還需提供網(wǎng)絡(luò)支持功能，實(shí)現(xiàn)在戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)的集成.

3)遠(yuǎn)程支援功能.戰(zhàn)損評(píng)估實(shí)施過程對(duì)于復(fù)雜的損傷情景，需要后方專家提供支持，也就是說開發(fā)的戰(zhàn)損評(píng)估系統(tǒng)最好具有遠(yuǎn)程支援功能，這樣就需要評(píng)估系統(tǒng)具有通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻、圖像或語音的傳輸能力.

4)面向多用戶的功能.開發(fā)的裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估系統(tǒng)，不僅需要滿足在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的評(píng)估人員使用其進(jìn)行輔助戰(zhàn)損評(píng)估決策，也需要在評(píng)估系統(tǒng)的形成過程中集成專家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，還需要相關(guān)人員對(duì)數(shù)據(jù)庫的維護(hù)和升級(jí)等，所以開發(fā)裝備戰(zhàn)損評(píng)估系統(tǒng)需要具備一個(gè)面向多用戶的功能.

2 基于HWME的裝甲裝備戰(zhàn)損評(píng)估決策支持平臺(tái)框架的建立

2.1 HWME的基本原理

開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助裝甲裝備戰(zhàn)損評(píng)估系統(tǒng)需要以科學(xué)方法論為依據(jù).我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森為解決復(fù)雜系統(tǒng)或復(fù)雜巨系統(tǒng)問題所提出的定性與定量綜合集成研討廳體系(HWME，Hall for WorkShop of Meta-synthetic Engineering)，為復(fù)雜系統(tǒng)的研究和分析提供了新的指導(dǎo)方法論[1].戰(zhàn)爭(zhēng)系統(tǒng)是一個(gè)具有非線性、不確定性等特征的復(fù)雜系統(tǒng)[2]，戰(zhàn)爭(zhēng)系統(tǒng)對(duì)裝備的功能需求也具有復(fù)雜性特征，而且現(xiàn)代大型武器裝備的功能和結(jié)構(gòu)也都愈來愈復(fù)雜，這樣在作戰(zhàn)背景、裝備戰(zhàn)損和保障力量間權(quán)衡的戰(zhàn)損評(píng)估決策也就變得極其復(fù)雜，為此必須借鑒從定性到定量的綜合集成的方法論來指導(dǎo)戰(zhàn)損評(píng)估決策過程及戰(zhàn)損評(píng)估系統(tǒng)的開發(fā).

綜合集成方法采取從上而下和由下而上的研究路線，從整體到部分再由部分到整體，把宏觀和微觀研究統(tǒng)一起來，最終從整體上研究和解決問題;同時(shí)采取人與機(jī)結(jié)合、人與網(wǎng)結(jié)合但以人為主的技術(shù)路線[3].按照綜合集成方法的研究路線，開發(fā)裝備戰(zhàn)損評(píng)估系統(tǒng)需要構(gòu)建戰(zhàn)損評(píng)估專家體系、戰(zhàn)損評(píng)估機(jī)器體系和戰(zhàn)損評(píng)估知識(shí)體系等3個(gè)體系.

2.2 戰(zhàn)損評(píng)估決策支持平臺(tái)的基本框架

開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助戰(zhàn)損評(píng)估系統(tǒng)輔助戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下裝甲裝備的戰(zhàn)損評(píng)估決策，就是要充分利用計(jì)算機(jī)模型技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將軍事理論、武器系統(tǒng)分析結(jié)果和外圍的專家群體集成起來實(shí)施戰(zhàn)損評(píng)估決策，所以開發(fā)戰(zhàn)損評(píng)估過程是一個(gè)多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的綜合集成過程，基于HWME思想的裝甲裝備戰(zhàn)損評(píng)估決策支持平臺(tái)的基本構(gòu)成如圖1所示.

圖1 裝甲裝備戰(zhàn)損傷評(píng)估決策支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

評(píng)估系統(tǒng)的輸入包括3個(gè)方面的內(nèi)容，即裝備損傷信息描述、事先輸入的保障資源編配信息和由作戰(zhàn)任務(wù)決定的作戰(zhàn)需求描述信息;輸出內(nèi)容為裝備的戰(zhàn)場(chǎng)搶修決策方案.搶修方案在后方專家體系的技術(shù)和智力的外部作用下，形成最終搶修決策并傳輸給前方裝備保障指揮機(jī)構(gòu)，由裝備指揮員定下戰(zhàn)場(chǎng)搶修決心，下達(dá)給裝備修理機(jī)構(gòu).支撐裝甲裝備戰(zhàn)損評(píng)估平臺(tái)運(yùn)行的內(nèi)部組件包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫和模型方法庫，其中模型方法庫是平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的核心組件.

3 戰(zhàn)損評(píng)估決策支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 多用戶開發(fā)模式

基于HWME思想的裝備戰(zhàn)損評(píng)估決策支持系統(tǒng)，其開發(fā)過程主要面向3個(gè)層次的用戶(見圖2):

1)開發(fā)用戶.主要指軟件開發(fā)人員，負(fù)責(zé)對(duì)軟件系統(tǒng)及評(píng)估系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的更新和維護(hù);

2)專業(yè)用戶.主要指裝備、保障、軍事等領(lǐng)域的專家，主要負(fù)責(zé)對(duì)具體裝備進(jìn)行FMEA/DMEA分析、DTA分析、搶修方法分析和作戰(zhàn)任務(wù)形式化描述等活動(dòng);

3)最終用戶.指戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下對(duì)裝備損傷進(jìn)行評(píng)估的評(píng)估人員，利用評(píng)估決策支持平臺(tái)進(jìn)行快速的戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估，確定處理類型、修復(fù)方法和所需時(shí)間，輸出裝備的搶修和處置方案.

圖2 裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷系統(tǒng)面向的用戶類型

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

開發(fā)裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估系統(tǒng)離不開數(shù)據(jù)庫的支持，建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的目的是收集并存儲(chǔ)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，最大限度地利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)存儲(chǔ)信息進(jìn)行多種形式的分析處理[4].裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，一般包括戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估案例庫和典型裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷數(shù)據(jù)庫，本文主要介紹基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，其構(gòu)成如圖3所示.

戰(zhàn)場(chǎng)損傷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫主要保存一般的、典型的、通用的戰(zhàn)場(chǎng)損傷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的最底層，它是支持戰(zhàn)場(chǎng)損傷分析系統(tǒng)及戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估實(shí)施系統(tǒng)快速有效運(yùn)行的基礎(chǔ)，其基本功能是為其它分系統(tǒng)尤其是損傷分析系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息.

圖3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)成

戰(zhàn)場(chǎng)損傷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的組成有:損傷模式、損傷原因、損傷影響、規(guī)定功能、檢測(cè)與檢查方法、搶修與修理方法、搶修資源、典型零部件元器件、典型機(jī)構(gòu)裝置、多媒體信息文件，等等.

3.3 模型庫設(shè)計(jì)

模型庫是戰(zhàn)損評(píng)估系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的核心，模型庫的實(shí)現(xiàn)以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫為支撐，主要模型包括損傷定位分析模型、搶修方法決斷模型(搶修方法、搶修時(shí)間和搶修資源)、損傷-功能映射模型和搶修方案綜合權(quán)衡模型，模型在評(píng)估過程中的作用和數(shù)據(jù)庫調(diào)用關(guān)系如圖4所示.

3.4 案例庫設(shè)計(jì)

3.4.1 案例庫設(shè)計(jì)

案例庫是用來儲(chǔ)存過去案例的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，案例按照一定的組織方式存儲(chǔ)在案例庫中，案例庫中的每一個(gè)案例包括問題的一般性描述和結(jié)論，不同類型的案例適用的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)不同，一個(gè)新案例存入案例庫時(shí)同時(shí)也就建立了關(guān)于這個(gè)案例的主要特征的索引.

戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估案例庫由實(shí)施過的戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估案例組成.戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估案例庫包括的內(nèi)容有:裝備名稱、作戰(zhàn)任務(wù)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、損傷描述、評(píng)估程序、評(píng)估結(jié)果、搶修方法、搶修資源、搶修結(jié)果反饋信息以及在這些內(nèi)容基礎(chǔ)上提取的有關(guān)規(guī)則.損傷評(píng)估案例庫的案例信息主要用于支持基于案例及其它方法的智能推理和搜索，為實(shí)施智能化的損傷評(píng)估提供案例支持.

3.4.2 專家知識(shí)的嵌入

圖4 評(píng)估過程模型庫的組成及其基本功能

評(píng)估決策的獲取，采用了3種途徑:1)基于案例分析技術(shù)獲取評(píng)估決策.即通過以往戰(zhàn)例、軍事演習(xí)等歷史數(shù)據(jù)形成典型案例庫，把當(dāng)前案例與案例庫進(jìn)行比對(duì)，如果相同或相似，則認(rèn)為可以引用以前已評(píng)估的結(jié)論，從而達(dá)到快速評(píng)估的目的.比對(duì)過程中通過模板匹配方法進(jìn)行處理，即將已經(jīng)處理過的案例作為模板.2)基于戰(zhàn)場(chǎng)損傷分析技術(shù)獲取評(píng)估決策.即根據(jù)模型庫進(jìn)行損傷評(píng)估分析，確定損傷原因與損傷程度，判斷損傷等級(jí)，從而形成評(píng)估決策.3)基于HWME理論并結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)損傷分析技術(shù)，將所有專家的經(jīng)驗(yàn)判斷融入到評(píng)估決策中，完成專家知識(shí)的嵌入，并形成最終的裝備損傷評(píng)估決策.

4 結(jié)束語

裝備戰(zhàn)場(chǎng)損傷評(píng)估是一個(gè)復(fù)雜的決策過程，傳統(tǒng)的損傷評(píng)估系統(tǒng)僅僅是針對(duì)損傷現(xiàn)象進(jìn)行評(píng)估，缺乏對(duì)損傷評(píng)估過程復(fù)雜性的認(rèn)識(shí)和考慮，而本文提出的基于HWME的戰(zhàn)損評(píng)估決策支持體系，綜合運(yùn)用從定性到定量的綜合集成的方法論思想，將軍事理論、武器系統(tǒng)分析結(jié)果和外圍的專家群體集成起來實(shí)施戰(zhàn)損評(píng)估決策，是一種全新的評(píng)估決策方法.可以預(yù)見，通過進(jìn)一步的研究，將來開發(fā)的基于HWME的戰(zhàn)損評(píng)估決策支持系統(tǒng)，對(duì)于提高評(píng)估決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性具有重要意義.

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