基于思維導(dǎo)圖的仿真實(shí)驗(yàn)方法研究

陳欣，藍(lán)國(guó)興，段楓，馬華東

(1.北京郵電大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京100876;2.復(fù)雜系統(tǒng)仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100101;3.北京軍事代表局，北京100191)

0 引言

仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)是指根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和要求，運(yùn)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等有關(guān)的數(shù)學(xué)原理，對(duì)實(shí)驗(yàn)因子、研究方法和實(shí)驗(yàn)步驟的預(yù)先設(shè)定，經(jīng)濟(jì)、科學(xué)地安排實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)技術(shù)。武器系統(tǒng)論證問(wèn)題存在大量的不確定性，影響因素眾多，因素和因素之間的關(guān)聯(lián)異常復(fù)雜。因此，武器系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于研究如何合理選取實(shí)驗(yàn)樣本，控制實(shí)驗(yàn)中的各種因素及水平的變化，制定出一個(gè)優(yōu)化的可行實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程，使之以盡可能少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)來(lái)獲取足夠的、有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或資料，有助于對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出有用的推斷，得出比較可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)論［1］。

經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要是指單因素實(shí)驗(yàn)和多因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。常用的單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有均分法、對(duì)分法、黃金分割法等，多因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有拉丁方設(shè)計(jì)、析因設(shè)計(jì)、正交設(shè)計(jì)等。但經(jīng)典實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法存在以下問(wèn)題［1-2］:一是能處理的因子數(shù)目有限，實(shí)驗(yàn)次數(shù)隨設(shè)計(jì)變量的增加指數(shù)增長(zhǎng)，不易有效的控制;二是從假設(shè)簡(jiǎn)單的低階多項(xiàng)式回歸模型開(kāi)始，且對(duì)于單個(gè)輸入其對(duì)應(yīng)的輸出分布，一般被假設(shè)為正態(tài)獨(dú)立同分布，沒(méi)有考慮到高階交互作用可能產(chǎn)生的影響。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，蘭德公司提出了探索性分析方法，由此產(chǎn)生了支持探索性分析的仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。在探索性分析過(guò)程中，想定空間代表了各種可能情況，支持探索性分析的仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就是如何自動(dòng)生成想定空間，即在充分分析了系統(tǒng)特性后，利用專家知識(shí)、歷史經(jīng)驗(yàn)等盡可能的描述所要探索的空間，然后對(duì)探索參數(shù)采取全面組合設(shè)計(jì)［3］。但探索性分析方法并沒(méi)有給出在仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中如何有效利用專家知識(shí)、歷史經(jīng)驗(yàn)的方法。

本文通過(guò)思維導(dǎo)圖的方式引入專家的先驗(yàn)知識(shí)，并利用本體論的方法進(jìn)行形式化描述，實(shí)現(xiàn)與基于數(shù)學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的結(jié)合，可有效利用專家知識(shí)、歷史經(jīng)驗(yàn)來(lái)減少仿真實(shí)驗(yàn)空間，尋找接近局部最優(yōu)解或滿意解的路徑［4］。

1 基于思維導(dǎo)圖的仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

1.1 思維導(dǎo)圖的基本概念

思維導(dǎo)圖最初是20 世紀(jì)60年代英國(guó)人Tony Buzan 創(chuàng)造的一種筆記方法，是表達(dá)發(fā)射性思維的有效圖形思維工具。思維導(dǎo)圖運(yùn)用圖文并重的技巧，把各級(jí)主題的關(guān)系用相互隸屬與相關(guān)的層級(jí)圖表現(xiàn)出來(lái)，把主題關(guān)鍵詞與圖像、顏色等建立記憶鏈接。圖1是一個(gè)利用思維導(dǎo)圖對(duì)某型坦克論證問(wèn)題進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的輔助設(shè)計(jì)案例，從同一層次的節(jié)點(diǎn)數(shù)目能看到思維的廣度，從一個(gè)分支的長(zhǎng)度能看到思維的深度，離中心節(jié)點(diǎn)表示的內(nèi)容包容度高，離中心節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)的包容度低，更趨向于具體［5］。

圖1 武器系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維導(dǎo)圖的例子Fig.1 The mind mapping case of the weapon system simulation experiment

近年來(lái)，部分研究人員將思維導(dǎo)圖引入對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的研究，如趙力昌等將在戰(zhàn)略問(wèn)題研究中應(yīng)用思維導(dǎo)圖，主要用于戰(zhàn)略問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和表現(xiàn)以及針對(duì)戰(zhàn)略問(wèn)題分析的思維激勵(lì)，特別研究運(yùn)用思維導(dǎo)圖來(lái)支持針對(duì)戰(zhàn)略問(wèn)題的博弈研討活動(dòng)［6］。同樣在仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中也可以采用思維導(dǎo)圖的方式，引入專家的先驗(yàn)知識(shí)。其優(yōu)勢(shì)在于:

1)思維導(dǎo)圖以形象化的圖形方式，便于專家的直觀理解，實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域?qū)＜抑g的溝通和交流;

2)思維導(dǎo)圖發(fā)散性的表現(xiàn)方式，符合宏觀到微觀，由抽象到具體的思維過(guò)程，易與專家的思維過(guò)程相結(jié)合;

3)思維導(dǎo)圖中節(jié)點(diǎn)關(guān)系既有層次又有關(guān)聯(lián)，可解決體系問(wèn)題復(fù)雜性和關(guān)聯(lián)性造成的分析層面的問(wèn)題，反映問(wèn)題層次之間、分支之間、節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系。

4)思維導(dǎo)圖可以通過(guò)專家間的協(xié)作研討產(chǎn)生，即可以相互啟發(fā)，又可以避免主導(dǎo)性的影響。

1.2 思維導(dǎo)圖的仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)案例

針對(duì)陸軍數(shù)字化合成營(yíng)的作戰(zhàn)效能評(píng)估問(wèn)題，采用思維導(dǎo)圖進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)的輔助設(shè)計(jì)。紅方數(shù)字化合成營(yíng)涉及7 種裝備，每種裝備有5 個(gè)主要性能指標(biāo)，裝備之間的數(shù)量比例方案近5 種，將超過(guò)2.9 ×1025個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)方案，計(jì)算機(jī)仿真是無(wú)法適用的。建立仿真實(shí)驗(yàn)的思維導(dǎo)圖如圖1所示的，用于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要包括3 類節(jié)點(diǎn)，一類是初始節(jié)點(diǎn)用于輸入武器裝備分析問(wèn)題的描述，如圖1中“陸軍數(shù)字化部隊(duì)作戰(zhàn)效能分析問(wèn)題”;一類為分析節(jié)點(diǎn)，代表實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的分析過(guò)程，如“作戰(zhàn)對(duì)手”節(jié)點(diǎn)包括藍(lán)方的機(jī)步營(yíng)和坦克營(yíng)，而“對(duì)比方案”節(jié)點(diǎn)為紅方坦克營(yíng)和數(shù)字化合成營(yíng)?！霸u(píng)估指標(biāo)”節(jié)點(diǎn)包括紅方藍(lán)方損失比和紅方藍(lán)方交換比兩個(gè)指標(biāo)，其中紅方藍(lán)方損失比=紅方損失數(shù)/藍(lán)方損失數(shù)，表示紅方裝備損失數(shù)量和藍(lán)方裝備損失數(shù)量的比例。其值越小，表示紅方的作戰(zhàn)效能越大。紅方藍(lán)方交換比=紅方藍(lán)方損失比/初始兵力比，表示紅方和藍(lán)方的裝備體系作戰(zhàn)效能比值，如果為1，表示紅方的裝備體系和藍(lán)方的裝備體系作戰(zhàn)效能相當(dāng)，越小表示紅方的裝備體系效能越優(yōu)。此外，數(shù)字化合成營(yíng)考慮的關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)主要包括:紅方主戰(zhàn)坦克數(shù)字化改造后提高目標(biāo)獲取時(shí)間對(duì)整體作戰(zhàn)效能的影響，紅方偵察雷達(dá)等偵察裝備對(duì)目標(biāo)偵察定位誤差對(duì)整體作戰(zhàn)效能的影響等。一類為實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，是代表需要通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析的問(wèn)題，如圖1中“需求滿足度分析”、“關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)分析”節(jié)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)就代表了一個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)又進(jìn)一步可分為枚舉節(jié)點(diǎn)、結(jié)論節(jié)點(diǎn)、數(shù)學(xué)節(jié)點(diǎn)。

節(jié)點(diǎn)之間可以有鏈接關(guān)系，一種為關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖1中從“作戰(zhàn)對(duì)手”到“不同作戰(zhàn)對(duì)手”，這種關(guān)聯(lián)關(guān)系，表示仿真實(shí)驗(yàn)的相關(guān)取值來(lái)源于相關(guān)分析節(jié)點(diǎn);一種是決策關(guān)系，如圖1中，從“需求滿足度分析”節(jié)點(diǎn)到結(jié)論節(jié)點(diǎn)之間的鏈接關(guān)系。

圖1所示的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的總體思路，首先進(jìn)行尋需優(yōu)化，得到滿足作戰(zhàn)需求的初始候選裝備體系方案，其次進(jìn)行尋優(yōu)得到最優(yōu)的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)集。根據(jù)分析，仿真實(shí)驗(yàn)分為3 個(gè)方面:

1)能力需求的滿足度分析。分析設(shè)計(jì)的紅方數(shù)字化合成營(yíng)能否具備與藍(lán)方數(shù)字化機(jī)步營(yíng)和坦克營(yíng)相抗衡的作戰(zhàn)能力?紅方數(shù)字化合成營(yíng)相對(duì)現(xiàn)有坦克營(yíng)作戰(zhàn)能力的提高程度?

2)武器裝備體系結(jié)構(gòu)的分析。分析研究數(shù)量編配問(wèn)題，探索數(shù)字化部隊(duì)合適的武器裝備編配比例。

3)關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的分析。分析數(shù)字化部隊(duì)的關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)對(duì)整體作戰(zhàn)效能的影響，得出關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的合理取值范圍。

1.3 思維導(dǎo)圖的形式化建模

利用思維導(dǎo)圖進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在具有形象化優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也存在缺乏形式化描述的問(wèn)題，無(wú)法使計(jì)算機(jī)直接理解和使用思維導(dǎo)圖中的內(nèi)容，需引入形式化的方式加以描述。

本文利用本體論對(duì)思維導(dǎo)圖進(jìn)行形式化的描述。本體論是哲學(xué)概念，但近幾十年里，這個(gè)詞被應(yīng)用到計(jì)算機(jī)界，并在人工智能、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言以及數(shù)據(jù)庫(kù)理論中扮演著越來(lái)越重要的作用。本體論是概念化的詳細(xì)說(shuō)明，一個(gè)本體往往就是一個(gè)正式的詞匯表，其核心作用就在于定義某一領(lǐng)域或領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)詞匯以及他們之間的關(guān)系。OWL 是W3C 開(kāi)發(fā)的一種網(wǎng)絡(luò)本體語(yǔ)言，用于對(duì)本體進(jìn)行語(yǔ)義描述。本文將基于OWL 語(yǔ)言對(duì)思維導(dǎo)圖進(jìn)行形式化描述。

針對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的用途，可將思維導(dǎo)圖分為分析節(jié)點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)、結(jié)論節(jié)點(diǎn)、數(shù)學(xué)節(jié)點(diǎn)等。根據(jù)思維導(dǎo)圖基本以樹狀結(jié)構(gòu)為主，輔助節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，建立如圖2所示的定義。

相關(guān)定義如下:

1)本體類(OWL:Class)定義

節(jié)點(diǎn)(Node)是思維導(dǎo)圖中所有概念對(duì)象的表現(xiàn)。

子節(jié)點(diǎn)(SunNode)是節(jié)點(diǎn)的子類。

葉子節(jié)點(diǎn)(LeafNode)表示此子節(jié)點(diǎn)沒(méi)有子節(jié)點(diǎn)。

根節(jié)點(diǎn)(RootNode)是節(jié)點(diǎn)的子類，是思維導(dǎo)圖的出發(fā)點(diǎn)。

分析節(jié)點(diǎn)(AnalyseNode)是子節(jié)點(diǎn)的子類，代表實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的分析過(guò)程，如圖2中所示的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)分析、作戰(zhàn)對(duì)手分析等。

實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)(ExperiNode)是子節(jié)點(diǎn)的子類，代表考慮的問(wèn)題，如圖2中需求滿足度分析。

數(shù)學(xué)節(jié)點(diǎn)(MathNode)是子節(jié)點(diǎn)的子類，定義為基于數(shù)學(xué)的仿真實(shí)驗(yàn)取值方法。

結(jié)論節(jié)點(diǎn)(ResultNode)是子節(jié)點(diǎn)的子類，此節(jié)點(diǎn)的取值，將取決于某個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。

邊(Side)表示節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。

2)屬性(OWL:Property)定義

關(guān)系屬性(Relation)是定義域和值域均為節(jié)點(diǎn)的屬性，表現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。

兄弟關(guān)系屬性(BrotherRelation)是關(guān)系屬性的子屬性，表現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間是同級(jí)關(guān)系。

祖先關(guān)系屬性(AncestorRelation)是關(guān)系屬性的子屬性，表現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間是上下級(jí)關(guān)系。

圖2 基于本體論的思維導(dǎo)圖定義Fig.2 The definition of mind mapping based of ontology

父子關(guān)系屬性(FatherRelation)是關(guān)系屬性的子屬性，表現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間是自接上下級(jí)關(guān)系。

鏈接屬性(Connection):定義域?yàn)檫?，值域?yàn)楣?jié)點(diǎn)，表現(xiàn)邊是鏈接到節(jié)點(diǎn)的關(guān)系。

決策屬性(Decide):定義域?yàn)閷?shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，值域?yàn)榻Y(jié)論節(jié)點(diǎn)，表示某個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果決定結(jié)論節(jié)點(diǎn)的取值。

關(guān)聯(lián)屬性(Correspond):定義域?yàn)榉治龉?jié)點(diǎn)，值域?yàn)閷?shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，表現(xiàn)為某個(gè)實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)是對(duì)應(yīng)于某各體系分析問(wèn)題。

解釋屬性(Explain):定義域?yàn)楣?jié)點(diǎn)對(duì)象和邊對(duì)象，值域?yàn)樽址愋?，定義為對(duì)節(jié)點(diǎn)的文本解釋。

2 思維導(dǎo)圖到仿真實(shí)驗(yàn)方案的轉(zhuǎn)換

實(shí)現(xiàn)思維導(dǎo)圖到仿真實(shí)驗(yàn)方案的轉(zhuǎn)換，除了對(duì)思維導(dǎo)圖進(jìn)行形式化定義外，也需要對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)本身進(jìn)行形式化定義，同時(shí)建立二者之間的映射關(guān)系。

2.1 仿真實(shí)驗(yàn)的形式化建模

從仿真實(shí)驗(yàn)的角度看，包括實(shí)驗(yàn)因子、實(shí)驗(yàn)因子集等概念。對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的本體定義，如圖3所示。

2.1.1 類定義

實(shí)驗(yàn)集(ExperimentSet):定義為實(shí)現(xiàn)特定武器系統(tǒng)評(píng)估任務(wù)所進(jìn)行的一系列仿真實(shí)驗(yàn)集合。

實(shí)驗(yàn)(Experiment):實(shí)驗(yàn)是針對(duì)特定武器系統(tǒng)評(píng)估任務(wù)中某一具體評(píng)估問(wèn)題所設(shè)計(jì)的仿真實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)必須有一個(gè)以上的因子集，用于代表仿真實(shí)驗(yàn)中需要考慮的變化因素集。

因子(Factor):定義為可控的輸入變量，其變化可以影響輸出的變化。

因子集(FactorSet):定義為多個(gè)因子的集合，其中一次實(shí)驗(yàn)就具有一個(gè)因子集。

因子值(FactorValue):因子所對(duì)應(yīng)的具體取值。

因子值集(FactorValueSet):每個(gè)因子可取一系列的具體值，將這些值定義為因子值集合，也稱因子水平。

樣本值(FactorSetValue):因子集中每個(gè)因子取一個(gè)特定值，所組成的集合為樣本值，也是一次仿真實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的輸入值。

運(yùn)行(Run):對(duì)應(yīng)仿真系統(tǒng)的一次運(yùn)行過(guò)程。運(yùn)行集(RunSet):對(duì)應(yīng)仿真系統(tǒng)的多次運(yùn)行過(guò)程。

2.1.2 屬性定義

決策屬性(Decide):定義域和值域均為實(shí)驗(yàn)對(duì)象上的屬性，表現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)之間的影響分析關(guān)系。

具有屬性(Has):分別定義為仿真實(shí)驗(yàn)具有一個(gè)因子集，每個(gè)因子具有一個(gè)因子值集，仿真實(shí)驗(yàn)具有一個(gè)運(yùn)行集。

圖3 基于本體論的仿真實(shí)驗(yàn)定義Fig.3 The simulation experiment definition based of ontology

集合屬性(Is-a-set-of):運(yùn)行集對(duì)象和運(yùn)行對(duì)象，實(shí)驗(yàn)集對(duì)象和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，因子集對(duì)象和因子對(duì)象，因子值集對(duì)象和因子對(duì)象之間都具有集合屬性。

輸入屬性(Input):定義域?yàn)闃颖局怠⒅涤驗(yàn)檫\(yùn)行，表示一次運(yùn)行，需要一個(gè)樣本值作為輸入。

取值屬性(Value):定義域?yàn)橐蜃又担涤驗(yàn)閿?shù)字、字符、布爾域，表示一個(gè)因子值將在3 個(gè)域上取值。

2.2 思維導(dǎo)圖到仿真實(shí)驗(yàn)方案的映射算法

在上述形式化定義的基礎(chǔ)上，需建立從思維導(dǎo)圖到仿真實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的映射算法。映射算法建立的基本原則如下幾條:

1)如果為葉子節(jié)點(diǎn)，同時(shí)不為數(shù)學(xué)節(jié)點(diǎn)和結(jié)論節(jié)點(diǎn)則定義為一個(gè)因子值;

2)如果為葉子節(jié)點(diǎn)同時(shí)為數(shù)學(xué)節(jié)點(diǎn)，則按數(shù)學(xué)定義展開(kāi)為一系列因子值;

3)如果為葉子節(jié)點(diǎn)同時(shí)為結(jié)論節(jié)點(diǎn)，則必須有一個(gè)決策屬性與結(jié)論節(jié)點(diǎn)相連，決策邊的末節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)因子的因子值集由頭節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所確定;

4)葉子節(jié)點(diǎn)上一層節(jié)點(diǎn)為一個(gè)因子，其所有子節(jié)點(diǎn)為因子值集;

5)一層節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)為一個(gè)實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)樣本為所有因子之間組合的方式;

6)根節(jié)點(diǎn)的所有實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)集。

3 仿真實(shí)驗(yàn)方案生成效能評(píng)估結(jié)果

3.1 案例的仿真實(shí)驗(yàn)方案生成

根據(jù)1.3 節(jié)中基于本體的思維導(dǎo)圖定義，可得到以下仿真實(shí)驗(yàn)方案:

1)進(jìn)行能力需求的滿足度分析，形成如下4 套方案:①紅方坦克營(yíng)對(duì)藍(lán)方機(jī)步營(yíng);②紅方坦克營(yíng)對(duì)藍(lán)方坦克營(yíng);③紅方數(shù)字化合成營(yíng)對(duì)藍(lán)方機(jī)步營(yíng);④紅方數(shù)字化合成營(yíng)對(duì)藍(lán)方坦克營(yíng)。

通過(guò)上述4 個(gè)方案分別分析紅方數(shù)字化合成營(yíng)和紅方現(xiàn)有坦克營(yíng)在遭遇藍(lán)方機(jī)步營(yíng)和坦克營(yíng)時(shí)的作戰(zhàn)效能，分析紅方數(shù)字化合成營(yíng)相對(duì)現(xiàn)有坦克營(yíng)作戰(zhàn)效能的提高程度，驗(yàn)證紅方數(shù)字化合成營(yíng)對(duì)于未來(lái)作戰(zhàn)需求的滿足度。

2)關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)化分析，通過(guò)選取在裝備的數(shù)字化改造中有決定性影響的關(guān)鍵因素，取一定區(qū)間的變化量，通過(guò)指標(biāo)的變化區(qū)間來(lái)研究分析關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)與最終作戰(zhàn)效能之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和整體作戰(zhàn)效能的變化趨勢(shì)，從而確定關(guān)鍵戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的合理取值范圍。

3.2 分析結(jié)論

3.2.1 能力需求的滿足度仿真分析

4 個(gè)方案的仿真結(jié)果見(jiàn)圖4.

圖4 能力需求的滿足度仿真結(jié)果Fig.4 The simulation results of meeting demand

從仿真結(jié)果看藍(lán)方機(jī)步營(yíng)和坦克營(yíng)的武器裝備體系數(shù)量和性能均明顯優(yōu)于紅方現(xiàn)行裝備最先進(jìn)坦克的坦克營(yíng)。而紅方數(shù)字化合成營(yíng)，優(yōu)化了裝備體系構(gòu)成，形成了遠(yuǎn)、中、近不同距離不同層次的打擊能力。作戰(zhàn)效能有較大提升。

3.2.2 關(guān)鍵信息化戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)化分析結(jié)果

1)武器目標(biāo)獲取時(shí)間

目標(biāo)獲取時(shí)間是指坦克從一個(gè)目標(biāo)的射擊完成到進(jìn)行下一個(gè)目標(biāo)射擊所需要的時(shí)間。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，得到仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 目標(biāo)獲取時(shí)間和殺傷數(shù)的變化趨勢(shì)Fig.5 The trend of target acquisition time vs kill number

從殺傷數(shù)仿真結(jié)論上看，隨紅方直瞄武器目標(biāo)獲取時(shí)間增加，紅方直瞄武器的殺傷數(shù)減小并成指數(shù)變化。因此紅方直瞄武器目標(biāo)獲取時(shí)間對(duì)紅方體系效能的貢獻(xiàn)度比較大，未來(lái)直瞄武器目標(biāo)獲取時(shí)間的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)值，定在2～4 min 比較合適。

2)目標(biāo)偵察定位誤差

目標(biāo)偵察定位誤差是衡量陸軍地面?zhèn)刹煅b備的主要指標(biāo)。

從火炮的殺傷數(shù)仿真結(jié)論上看，隨紅方火炮目標(biāo)偵察定位誤差的增加，紅方火炮武器的殺傷數(shù)的總體趨勢(shì)為逐步減小，如圖6所示。當(dāng)紅方火炮武器目標(biāo)偵察定位誤差大于90 m，火炮武器的殺傷數(shù)將降低到0，同時(shí)可以看出從60～70 m，火炮武器的殺傷數(shù)變化斜率比較大，而小于60 m 后，間瞄武器的殺傷數(shù)將相對(duì)保持穩(wěn)定，因此初步將地面?zhèn)刹煅b備對(duì)于遠(yuǎn)程目標(biāo)的偵察定位誤差設(shè)定為30～50 m米比較合適。

圖6 目標(biāo)偵察定位誤差與兵力損失比和兵力交換比的關(guān)系Fig.6 Relation of target location error vs loss exchange ratio and fire exchange ratio

4 結(jié)論

本文研究了利用思維導(dǎo)圖方法的仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，得到以下研究結(jié)論:

1)在利用仿真進(jìn)行武器系統(tǒng)研究時(shí)，其仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不能完全依賴數(shù)學(xué)方法完成，將導(dǎo)致仿真實(shí)驗(yàn)方案的海量性。

2)利用思維導(dǎo)圖方式圖形化展現(xiàn)專家的先驗(yàn)知識(shí)和仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程，可通過(guò)引入專家領(lǐng)域知識(shí)的方式減少仿真實(shí)驗(yàn)方案的樣本數(shù)。

3)利用本體論對(duì)思維導(dǎo)圖和仿真實(shí)驗(yàn)兩個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行形式化描述，可將思維導(dǎo)圖這種非形式化描述自動(dòng)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可理解的仿真實(shí)驗(yàn)方案。

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