一種裝備對(duì)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估方法研究

任曉軍，涂震飚

(1.海軍駐航天科工集團(tuán)第三研究院軍事代表室，北京 100074；2.航天科工集團(tuán)第三研究院 三部，北京 100074)

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一種裝備對(duì)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估方法研究

任曉軍1，涂震飚2

(1.海軍駐航天科工集團(tuán)第三研究院軍事代表室，北京 100074；2.航天科工集團(tuán)第三研究院 三部，北京 100074)

針對(duì)我國(guó)武器裝備體系化發(fā)展需求，深入分析國(guó)外體系研究成果，基于體系結(jié)構(gòu)框架、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及邏輯學(xué)，提出了一種裝備對(duì)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估方法，并建立了涵蓋體系設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、仿真和評(píng)估等綜合支撐平臺(tái)。通過示例對(duì)提出的方法和平臺(tái)的有效性、合理性進(jìn)行了驗(yàn)證，為體系研究和建設(shè)提供了技術(shù)積累。

體系；工程理論；體系設(shè)計(jì)；貢獻(xiàn)率

體系研究和建設(shè)都不可避免地需要體系工程理論方法的支撐。與體系的理解與認(rèn)識(shí)一樣，體系工程的概念也存在眾多分歧，不同領(lǐng)域的學(xué)者和工程實(shí)踐人員都有不同的理解和認(rèn)識(shí)。體系工程在不同領(lǐng)域的理解存在5個(gè)方面的共性：1)體系工程是能力集成工程；2)體系工程是復(fù)雜需求獲取工程；3)體系工程是綜合集成體的演化工程；4)體系工程是學(xué)科交叉、系統(tǒng)交互過程；5)體系工程不是最優(yōu)化工程，而是權(quán)衡與平衡工程。體系工程的實(shí)踐主要包括體系需求與頂層設(shè)計(jì)、體系集成與構(gòu)建以及體系演化等。通過體系需求與頂層設(shè)計(jì)，結(jié)合體系支撐平臺(tái)，可獲得滿足使命任務(wù)的可執(zhí)行動(dòng)態(tài)體系。在體系設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，開展裝備對(duì)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估方法研究，有助于解決體系頂層設(shè)計(jì)、裝備發(fā)展與作戰(zhàn)運(yùn)用等問題。

1　國(guó)外體系研究情況

以美國(guó)為代表的強(qiáng)國(guó)體系研究理論方法逐步趨于成熟。1996年6月7日，美國(guó)頒布了《指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)和情報(bào)、監(jiān)視、偵察(C4ISR)體系結(jié)構(gòu)框架》1.0版，是為了響應(yīng)《克林格-科恩法案》，它取代了《信息管理技術(shù)體系結(jié)構(gòu)(TAFIM)》。1997年12月18日，美國(guó)頒布了《C4ISR框架》2.0版。2003年8月30日，美國(guó)頒布了DoDAF1.0版，調(diào)整了《C4ISR框架》2.0版，并將體系結(jié)構(gòu)的原則和實(shí)踐的應(yīng)用范圍從C4ISR領(lǐng)域擴(kuò)展到所有的聯(lián)合能力域(JCA)。2009年5月28日，美國(guó)國(guó)防部首席信息官正式頒布了《美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架》2.0版。DoDAFV2.0擴(kuò)展了以前框架開發(fā)的成果，以獲取關(guān)于網(wǎng)絡(luò)中心化的體系結(jié)構(gòu)信息，支撐國(guó)防部的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)略，并描述能促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境的構(gòu)建和維護(hù)的面向服務(wù)的解決方案。DoDAFV2.0還將繼續(xù)更新，并不斷增強(qiáng)對(duì)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)及其導(dǎo)出信息的使用的支撐，以滿足網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境(NCE)中決策者日益增加的要求[1-9]。

以美國(guó)為代表的強(qiáng)國(guó)已將體系作戰(zhàn)用于實(shí)際戰(zhàn)爭(zhēng)?？偨Y(jié)分析近20年來的各場(chǎng)信息化高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)，以美國(guó)為首的西方軍事強(qiáng)國(guó)，利用先進(jìn)的體系作戰(zhàn)理論和體系設(shè)計(jì)技術(shù)，已完成信息嵌入時(shí)期的軍事信息化，正從綜合集成時(shí)期逐步走向全面融合的體系對(duì)抗時(shí)期。美軍的打擊鏈完成時(shí)間由1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中的100 min逐漸減至2003年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)的10 min。再看2011年的利比亞戰(zhàn)爭(zhēng)，聯(lián)軍的信息化作戰(zhàn)體系已經(jīng)取得了較好的作戰(zhàn)效果，標(biāo)志著以精確打擊武器為核心的信息化武器裝備體系的日臻成熟。這也切實(shí)凸顯出新軍事變革的重要特點(diǎn)，體系作戰(zhàn)和對(duì)抗成為信息化戰(zhàn)場(chǎng)的基本特征。

2　基于體系頂層設(shè)計(jì)的貢獻(xiàn)率方法研究

2.1裝備對(duì)體系貢獻(xiàn)率的認(rèn)識(shí)

體系貢獻(xiàn)率是指裝備系統(tǒng)對(duì)作戰(zhàn)/裝備體系的貢獻(xiàn)程度，但如何度量存在各種不同看法。主要是由于體系具有復(fù)雜性、涌現(xiàn)性、動(dòng)態(tài)性和進(jìn)化性等獨(dú)有的性質(zhì)，導(dǎo)致傳統(tǒng)的基于數(shù)學(xué)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等評(píng)估方法無法解決體系貢獻(xiàn)度評(píng)估問題。

裝備對(duì)體系貢獻(xiàn)率研究面臨著多種挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的方法不完全適用，需要尋求新的貢獻(xiàn)度方法；裝備能夠完成的任務(wù)種類不同，需要明確是針對(duì)特定的作戰(zhàn)體系還是裝備體系；體系要素眾多，關(guān)系復(fù)雜，需要明確體系的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)關(guān)系，應(yīng)研究什么樣的體系設(shè)計(jì)方法與支撐平臺(tái)有待確定；體系規(guī)模龐大，依靠實(shí)戰(zhàn)獲取體系各要素參數(shù)可能性小，需要明確體系各要素關(guān)鍵參數(shù)的取值，應(yīng)研究什么樣的體系仿真手段有待確定。

2.2裝備對(duì)體系貢獻(xiàn)率方法研究

評(píng)估裝備對(duì)體系的貢獻(xiàn)率的實(shí)質(zhì)就是對(duì)體系各要素(裝備)重要程度的計(jì)算。根據(jù)已知數(shù)學(xué)理論，系統(tǒng)某要素的重要程度可以轉(zhuǎn)化為該因素的波動(dòng)對(duì)整體的影響程度，利用該值為改進(jìn)作戰(zhàn)體系和優(yōu)化作戰(zhàn)流程提供數(shù)據(jù)支撐。為實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備對(duì)體系的貢獻(xiàn)率計(jì)算，應(yīng)用了基于概率論-邏輯學(xué)的解析計(jì)算方法[10-13]，具體步驟如下。

1)明確被評(píng)裝備可參與的作戰(zhàn)體系。一個(gè)裝備可能完成不同作戰(zhàn)任務(wù)，而不同的作戰(zhàn)任務(wù)可能對(duì)應(yīng)著不同的作戰(zhàn)體系，因此，一個(gè)裝備對(duì)裝備體系的貢獻(xiàn)度是多個(gè)作戰(zhàn)體系貢獻(xiàn)度的和，權(quán)重根據(jù)任務(wù)的重要程度確定。

2)設(shè)計(jì)相關(guān)作戰(zhàn)體系。需要對(duì)每個(gè)與被評(píng)裝備有關(guān)的作戰(zhàn)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，明確體系所包含的環(huán)節(jié)、各裝備之間的作戰(zhàn)鏈關(guān)系，形成作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)。為了設(shè)計(jì)出滿足作戰(zhàn)任務(wù)需求的作戰(zhàn)體系，該部分需要體系設(shè)計(jì)方法進(jìn)行支持。

3)邏輯拓?fù)滢D(zhuǎn)化。根據(jù)作戰(zhàn)體系確定的兵力構(gòu)成和設(shè)計(jì)的作戰(zhàn)流程，基于邏輯學(xué)的理論方法將作戰(zhàn)體系轉(zhuǎn)化為方便計(jì)算的邏輯拓?fù)鋱D。應(yīng)用邏輯學(xué)中的與門、或門和混合門等基本概念，將作戰(zhàn)流程里各個(gè)環(huán)節(jié)抽象簡(jiǎn)化，形成可應(yīng)用概率論計(jì)算的邏輯拓?fù)鋱D。

4)計(jì)算框架形成。在得到的各個(gè)環(huán)節(jié)邏輯因果關(guān)系基礎(chǔ)上，按照概率論中隨機(jī)事件發(fā)生概率及相互關(guān)系的理論基礎(chǔ)，形成體系完成任務(wù)情況的解析計(jì)算公式，并確定各級(jí)指標(biāo)計(jì)算方法及其對(duì)應(yīng)的含義。

5)體系貢獻(xiàn)率計(jì)算。根據(jù)形成的計(jì)算框架，按照貢獻(xiàn)率即該要素(裝備)的波動(dòng)對(duì)整體的影響程度的理論認(rèn)識(shí)，最終通過計(jì)算框架對(duì)代表該要素(裝備)參變量的偏導(dǎo)運(yùn)算，計(jì)算得到該要素(裝備)的貢獻(xiàn)率。將被評(píng)裝備所參與的多個(gè)作戰(zhàn)體系的貢獻(xiàn)率加權(quán)求和，即為該裝備對(duì)體系的貢獻(xiàn)率。

3　面向體系設(shè)計(jì)與貢獻(xiàn)率的體系支撐平臺(tái)建設(shè)

針對(duì)裝備對(duì)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估以及體系作戰(zhàn)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、驗(yàn)證與評(píng)價(jià)等需求，按照體系研究的不同階段，分別開發(fā)了體系設(shè)計(jì)與驗(yàn)證平臺(tái)、體系仿真平臺(tái)，并正在建立綜合集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)體系貢獻(xiàn)率研究、體系設(shè)計(jì)和體系評(píng)估等全過程一體化設(shè)計(jì)。

3.1體系設(shè)計(jì)與可視化驗(yàn)證平臺(tái)

體系設(shè)計(jì)與可視化驗(yàn)證平臺(tái)(見圖1)主要用于解決武器裝備體系和作戰(zhàn)體系的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化，體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證，裝備對(duì)體系的貢獻(xiàn)率，體系作戰(zhàn)條件下各裝備的功能、接口、信息關(guān)系，以及作戰(zhàn)運(yùn)用等設(shè)計(jì)與分析等問題。

圖1　體系設(shè)計(jì)與可視化仿真平臺(tái)

3.2體系仿真平臺(tái)

體系仿真平臺(tái)(EffSIM)(見圖2)主要用于解決此類仿真系統(tǒng)開發(fā)、運(yùn)行及蒙特卡洛分析方面的問題，其可提供高效的組件化建模仿真與分析環(huán)境，提升裝備體系論證與體系效能分析效率，解決仿真速度和規(guī)模的瓶頸。EffSIM依托參數(shù)化組件化建模、海量仿真實(shí)體的快速運(yùn)行、蒙特卡洛仿真任務(wù)并行分發(fā)與數(shù)據(jù)收集技術(shù)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的仿真支撐工具集，實(shí)現(xiàn)組件化仿真系統(tǒng)的快速構(gòu)建與體系級(jí)海量兵力實(shí)體的快速對(duì)抗仿真，支持蒙特卡洛仿真在無人干預(yù)條件下的全自動(dòng)運(yùn)行，提高攻防對(duì)抗仿真分析能力。

圖2　EffSIM軟件架構(gòu)

4　裝備對(duì)體系貢獻(xiàn)率評(píng)估應(yīng)用實(shí)例

4.1導(dǎo)彈對(duì)參與的作戰(zhàn)體系分析

假設(shè)導(dǎo)彈1可以完成1項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)，即任務(wù)1，導(dǎo)彈2可以完成3項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)，包括任務(wù)1、任務(wù)2和任務(wù)3，所以導(dǎo)彈1可參與的作戰(zhàn)體系主要為體系1，導(dǎo)彈2可參與的作戰(zhàn)體系包括體系1、體系2和體系3。下述以體系1為例，計(jì)算導(dǎo)彈1和導(dǎo)彈2對(duì)體系1的貢獻(xiàn)率。體系1動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)示意圖如圖3所示。按照體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，結(jié)合體系結(jié)構(gòu)框架，利用體系設(shè)計(jì)與驗(yàn)證平臺(tái)，提出了體系解決方案，建立了可執(zhí)行的動(dòng)態(tài)領(lǐng)域概念模型，為體系研究與貢獻(xiàn)率分析提供了有效方法和手段。

4.2裝備對(duì)體系貢獻(xiàn)率分析

應(yīng)用體系設(shè)計(jì)與可視化驗(yàn)證平臺(tái)完成體系框架及作戰(zhàn)流程的設(shè)計(jì)，確定了參與作戰(zhàn)的兵力構(gòu)成和具體作戰(zhàn)活動(dòng)。1)預(yù)警偵察裝備：監(jiān)視衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、偵察飛機(jī)和預(yù)警雷達(dá)等；2)指控通信裝備：主要包括指揮系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈和通信網(wǎng)等；3)火力打擊裝備：發(fā)射平臺(tái)，分別裝備導(dǎo)彈，在預(yù)定海域巡邏待戰(zhàn)，執(zhí)行打擊任務(wù)。

根據(jù)上一步確定的打擊作戰(zhàn)的兵力構(gòu)成和作戰(zhàn)流程，應(yīng)用邏輯學(xué)理論將作戰(zhàn)流程里各個(gè)環(huán)節(jié)抽象簡(jiǎn)化，形成可應(yīng)用概率論計(jì)算的邏輯拓?fù)鋱D(見圖4)。按照上述模型和計(jì)算拓?fù)?，?yīng)用概率論基本方法形成計(jì)算框架(見表1)。

圖3　體系1動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)示意圖

圖4　作戰(zhàn)體系計(jì)算邏輯拓?fù)鋱D

任務(wù)完成能力一級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)計(jì)算值1-1-E1()1-E2()E1=P1P2P3E1偵察定位=P1P2=1-1-P1()1-P2()或E1偵察定位=P1P2=1-1-P1()1-P2()1-P3()E1生存=PE1打擊=PE2=P1P2P3E2偵察定位=P1P2=1-1-P1()1-P2()或E2偵察定位=P1P2=1-1-P1()1-P2()1-P3()1-P4()E2生存=PE2打擊=P

對(duì)三級(jí)指標(biāo)中各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行賦值計(jì)算，其中部分指標(biāo)通過專家根據(jù)系統(tǒng)性能和試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接給出；但部分指標(biāo)，例如導(dǎo)彈打擊毀傷能力，由于缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及打擊過程中目標(biāo)選擇、攔截對(duì)抗等情況的不確定性，此處不采用一般的數(shù)值計(jì)算方法，采用“建?！抡妗y(tǒng)計(jì)”的方法，應(yīng)用EffSIM等體系仿真平臺(tái)來分析反艦導(dǎo)彈的打擊毀傷能力。

根據(jù)形成的計(jì)算框架和指標(biāo)值，通過對(duì)導(dǎo)彈1、導(dǎo)彈2打擊能力的參變量偏導(dǎo)運(yùn)算，計(jì)算得到導(dǎo)彈1、導(dǎo)彈2的貢獻(xiàn)率。體系指標(biāo)值(參考)見表2。

表2　體系指標(biāo)值

通過表2計(jì)算可得到，導(dǎo)彈1的體系貢獻(xiàn)率是0.397 6，導(dǎo)彈2的體系貢獻(xiàn)率是0.290 8。由此可以得出在相同條件下，由于導(dǎo)彈1的突防打擊能力優(yōu)于導(dǎo)彈2，其體系貢獻(xiàn)率也大于導(dǎo)彈2。

4.3導(dǎo)彈對(duì)裝備體系貢獻(xiàn)率

按照上述方式計(jì)算獲得導(dǎo)彈2對(duì)體系2的貢獻(xiàn)率為0.198 6，導(dǎo)彈2對(duì)體系3的貢獻(xiàn)率為0.421 5，所以導(dǎo)彈2對(duì)裝備體系貢獻(xiàn)率為體系1、體系2和體系3的貢獻(xiàn)率之和為0.910 9。由于導(dǎo)彈1只參與體系1，所以導(dǎo)彈1對(duì)裝備體系貢獻(xiàn)率也為0.397 6。

5　結(jié)語

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)以體系對(duì)抗為主，縱觀美國(guó)近20年的體系研究與建設(shè)，體系頂層設(shè)計(jì)方法與驗(yàn)證平臺(tái)是體系研究的關(guān)鍵。我國(guó)通過近些年的不斷努力攻關(guān)，在體系設(shè)計(jì)、優(yōu)化和評(píng)估等體系理論方法以及支撐體系可執(zhí)行建模、驗(yàn)證和仿真等平臺(tái)建設(shè)方面取得了一些成果；但面向?qū)崙?zhàn)以及未來裝備發(fā)展需求，仍有很多關(guān)鍵問題有待進(jìn)一步解決。本文基于體系工程理論，提出了一種定量化裝備對(duì)體系貢獻(xiàn)率的評(píng)估方法，并給出了實(shí)際應(yīng)用示例。后續(xù)將面向復(fù)雜環(huán)境下體系對(duì)抗實(shí)戰(zhàn)，深入開展體系頂層設(shè)計(jì)、體系領(lǐng)域概念建模、裝備對(duì)體系貢獻(xiàn)率和裝備體系化運(yùn)用等研究，明確各武器裝備在體系中的地位和貢獻(xiàn)率，為我國(guó)體系研究和建設(shè)提供有力支撐。

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責(zé)任編輯馬彤

Research on a Assessment Method of Equipment to System Contribution Rate

REN Xiaojun1，TU Zhenbiao2

(1.The Third Research Institute of Military Agent’s Room of Navy in Aerospace Science and Industry Group，Beijing 100074, China；2.The Third Research Institute Aerospace of Science and Industry Corporation, Beijing 100074, China)

To meet the systematism development requirement of weaponry, on the basis of architecture framework, architecture design and logistic, deeply analyze the related international research results, an assessment method for the contribution rate of equipment to the system is proposed and an integrated application platform covering system design, proving, simulation and evaluation is established. One application example checks the validity and rationality of the method and platform. Finally, provide the technical accumulation for system research and construction.

system, engineering theory, architecture design, contribution rate

E 0

A

任曉軍(1978-)，男，工程師，主要從事武器裝備在體系中的作戰(zhàn)較能評(píng)估及應(yīng)用等方面的研究。

2016-08-04