通用仿真實(shí)驗(yàn)組織與實(shí)施方法研究

韓志軍

摘 要：通過(guò)忽略不同實(shí)驗(yàn)的細(xì)微差別，抽象仿真實(shí)驗(yàn)組織與實(shí)施的通用模式，從實(shí)驗(yàn)者角度規(guī)定了實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟，規(guī)范了實(shí)驗(yàn)組織實(shí)施過(guò)程，確保實(shí)驗(yàn)的成功實(shí)施。

關(guān)鍵詞：仿真實(shí)驗(yàn) 組織與實(shí)施 實(shí)驗(yàn)方法

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）01（b）-0207-02

仿真實(shí)驗(yàn)已廣泛應(yīng)用于開發(fā)作戰(zhàn)概念、分析戰(zhàn)爭(zhēng)問(wèn)題、評(píng)估作戰(zhàn)方案、檢驗(yàn)作戰(zhàn)效能等作戰(zhàn)研究和輔助決策各個(gè)方面。然而，仿真實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，成功的進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的組織與實(shí)施非常困難。因此，研究一般性仿真實(shí)驗(yàn)的組織與實(shí)施方法，保證實(shí)驗(yàn)活動(dòng)規(guī)范高效的進(jìn)行具有重要的意義。

1 仿真實(shí)驗(yàn)組織的基本過(guò)程

仿真實(shí)驗(yàn)組織的基本過(guò)程主要包括3個(gè)主要階段：仿真實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)施和仿真實(shí)驗(yàn)評(píng)估分析。仿真實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段必須要明確提供已知什么、想要實(shí)驗(yàn)的新知識(shí)是什么和怎么實(shí)驗(yàn)，最終產(chǎn)品為數(shù)據(jù)、模型和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段主要根據(jù)準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)和模型構(gòu)設(shè)實(shí)驗(yàn)手段，并按仿真實(shí)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)控、觀測(cè)和采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。仿真實(shí)驗(yàn)分析階段主要對(duì)實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，得出相應(yīng)結(jié)論以便為實(shí)驗(yàn)人員所用。

2 仿真實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段

仿真實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的目的是清晰地定義仿真實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)、環(huán)境、條件，并制訂仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)施的詳細(xì)計(jì)劃，以確保仿真實(shí)驗(yàn)的價(jià)值和意義，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程始終運(yùn)行在正確的軌道上。

2.1 仿真實(shí)驗(yàn)構(gòu)想

仿真實(shí)驗(yàn)構(gòu)想從軍事角度，在概念層次對(duì)所要做的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)想，明確在什么環(huán)境條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)要發(fā)現(xiàn)或驗(yàn)證演示什么，需要對(duì)什么進(jìn)行調(diào)節(jié)控制以及觀測(cè)記錄什么。實(shí)驗(yàn)構(gòu)想的主要工作包括：（1）確定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，即實(shí)驗(yàn)要發(fā)現(xiàn)或驗(yàn)證的關(guān)系；（2）確定實(shí)驗(yàn)的假設(shè)條件；（3）確定實(shí)驗(yàn)的自變量；（4）確定實(shí)驗(yàn)的因變量；（5）確定實(shí)驗(yàn)需要控制的自變量；（6）確定變量的約束值。

2.2 仿真實(shí)驗(yàn)規(guī)劃

仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和需要考察的變量及關(guān)系確定后，便要對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行規(guī)劃。

2.2.1 仿真實(shí)驗(yàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)要考慮如何將各種變量引入到實(shí)驗(yàn)中。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要將實(shí)驗(yàn)構(gòu)想中列出的變量進(jìn)一步分解細(xì)化，轉(zhuǎn)換為能夠引入部署到實(shí)驗(yàn)中的變量，并將各種變量分為自變量、因變量和中間變量三類。因變量構(gòu)成了實(shí)驗(yàn)分析的目標(biāo)函數(shù)，因變量的選擇必須能完整準(zhǔn)確描述實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，而且要確保因變量的有效性和可靠性指標(biāo)。自變量是對(duì)能夠影響因變量變化的各獨(dú)立因素的度量。因變量通常與眾多自變量有關(guān)，它們之間的因果關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，需要基于實(shí)驗(yàn)構(gòu)想中的假設(shè)將自變量分為控制變量和調(diào)節(jié)變量。中間變量是影響因變量和自變量之間關(guān)系的變量，直接決定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信性，必須認(rèn)真仔細(xì)確定中間變量。

2.2.2 仿真實(shí)驗(yàn)任務(wù)清單

仿真實(shí)驗(yàn)的任務(wù)清單描述實(shí)驗(yàn)所要完成的各項(xiàng)任務(wù)，包括如下內(nèi)容：（1）任務(wù)：需要做的是什么；（2）資源：每項(xiàng)任務(wù)由哪些組織負(fù)責(zé)，這些組織有什么樣的資源，哪些組織對(duì)各項(xiàng)工作提供支持；（3）時(shí)間表：每項(xiàng)任務(wù)和子任務(wù)應(yīng)該在什么時(shí)間節(jié)點(diǎn)完成以及這些工作時(shí)間順序是什么；（4）邊界：各項(xiàng)工作如何保持足夠的獨(dú)立性，從而可以成功實(shí)施？對(duì)于互相依賴的工作，如何協(xié)調(diào)？（5）偶然性：任務(wù)、資源、時(shí)間表或邊界在可預(yù)測(cè)的環(huán)境中可能需要怎么調(diào)整。

2.2.3 可行性審查

可行性審查目的是：在制訂具體的仿真實(shí)驗(yàn)計(jì)劃之前，盡可能地發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并及早解決問(wèn)題?？尚行詫彶榘ㄏ旅娴墓ぷ鳎海?）確定實(shí)驗(yàn)規(guī)劃的各項(xiàng)任務(wù)及其進(jìn)度是否可行；（2）為實(shí)驗(yàn)規(guī)劃開發(fā)一個(gè)可執(zhí)行的模型進(jìn)行仿真，確保用某種更具體的形式綜合和表達(dá)假設(shè)中所表達(dá)的抽象思想，通過(guò)可執(zhí)行模型進(jìn)行邏輯檢查。

2.3 仿真實(shí)驗(yàn)計(jì)劃

可行性審查之后，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)需要為實(shí)驗(yàn)制訂詳細(xì)的實(shí)施計(jì)劃。仿真實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的好壞將直接影響到仿真實(shí)驗(yàn)的成敗。在前期的工作中已經(jīng)基本確定了實(shí)驗(yàn)設(shè)施，實(shí)驗(yàn)計(jì)劃工作重點(diǎn)將從相對(duì)抽象的問(wèn)題轉(zhuǎn)到實(shí)驗(yàn)中如何具體實(shí)施這些工作上來(lái)。

2.3.1 實(shí)驗(yàn)條件構(gòu)建計(jì)劃

由于仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)十分復(fù)雜，計(jì)劃必須保證有足夠的時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建工作。技術(shù)人員應(yīng)盡可能早地了解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)者的計(jì)劃和目標(biāo)，以便及早開發(fā)相關(guān)技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)從自身專業(yè)領(lǐng)域盡早識(shí)別出存在的風(fēng)險(xiǎn)，并在允許的時(shí)間內(nèi)加以改正。此外，組成實(shí)驗(yàn)環(huán)境的各系統(tǒng)必須得到校驗(yàn)、測(cè)試與確認(rèn)，以使實(shí)驗(yàn)環(huán)境能夠滿足實(shí)驗(yàn)的需要。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制計(jì)劃

由于存在大量的中間變量，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)必須確定如何控制它們的影響。其中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注實(shí)驗(yàn)需求方對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。他們與實(shí)驗(yàn)主體之間的交互，會(huì)改變他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中的工作進(jìn)程。因此，精心計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)要事先考慮到這些因素，在向?qū)嶒?yàn)需求方提供了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程的同時(shí)，盡量避免他們對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響。

2.3.3 數(shù)據(jù)采集和分析計(jì)劃

雖然在實(shí)驗(yàn)中需要先收集數(shù)據(jù)再進(jìn)行分析，但在考慮數(shù)據(jù)采集分析計(jì)劃時(shí)，要首先考慮數(shù)據(jù)采集是否能全面、有效地支持?jǐn)?shù)據(jù)分析的開展。

3 仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段

對(duì)于復(fù)雜的仿真實(shí)驗(yàn)，無(wú)論計(jì)劃多么周詳，都有可能出現(xiàn)意想不到的情況，詳細(xì)計(jì)劃在實(shí)施過(guò)程中都可能要經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)整、改進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)。在仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，需要做好以下3個(gè)方面的工作。

3.1 建立仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境

建立實(shí)驗(yàn)環(huán)境通常由實(shí)驗(yàn)技術(shù)支持人員構(gòu)建完成，需要大量時(shí)間來(lái)搭建需要的系統(tǒng)并對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行檢查，而且經(jīng)常會(huì)超過(guò)預(yù)期估計(jì)的時(shí)間。經(jīng)常遇到的情況是單個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)作、交換信息或訪問(wèn)同一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。將測(cè)試良好的、可靠的系統(tǒng)集成在一起是一項(xiàng)困難的工作。因此，要保證所有系統(tǒng)正常工作和交互，并可以支持實(shí)驗(yàn)，需要提前精心準(zhǔn)備。

3.2 仿真實(shí)驗(yàn)的預(yù)測(cè)試

實(shí)驗(yàn)預(yù)演或預(yù)測(cè)試是正式實(shí)驗(yàn)之前，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行的預(yù)演或彩排，目的是發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃中存在的漏洞，以便修改和充實(shí)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃；發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，提前制定解決預(yù)案；對(duì)沒(méi)有實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的參與人員進(jìn)行培訓(xùn)。對(duì)復(fù)雜仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)試是一個(gè)必需的先決條件，是實(shí)驗(yàn)實(shí)施的一個(gè)重要階段，要給予特別重視，因?yàn)檫@是提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，確保實(shí)驗(yàn)高效、順利進(jìn)行的關(guān)鍵。

3.3 仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)施

在實(shí)驗(yàn)實(shí)施工程中，仿真實(shí)驗(yàn)最主要的任務(wù)是：（1）質(zhì)量控制，確保實(shí)驗(yàn)按計(jì)劃和設(shè)計(jì)進(jìn)行，排除外部因素干擾；（2）數(shù)據(jù)完整性，確保收集到正確的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)采集、聚合、存儲(chǔ)或數(shù)據(jù)化簡(jiǎn)的過(guò)程中沒(méi)有偏差；（3）聽取所有參與者的反饋，確保高質(zhì)量的數(shù)據(jù)采集，對(duì)可能影響數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)解釋的問(wèn)題都進(jìn)行充分的收集了解。

4 仿真實(shí)驗(yàn)分析階段

數(shù)據(jù)分析、對(duì)實(shí)驗(yàn)做出評(píng)估、撰寫分析報(bào)告，以及報(bào)告、出版和發(fā)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是仿真實(shí)驗(yàn)不可分割的一部分，也是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、提高實(shí)驗(yàn)價(jià)值、擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)影響及應(yīng)用的重要方式。

4.1 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析的目的是對(duì)實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，即實(shí)驗(yàn)的因果假設(shè)是否一致做出合理的解釋。分析采用的形式通常有討論會(huì)和工作組兩種。如果實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)是線性關(guān)系，通常使用通用線性模型進(jìn)行分析。如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是非線性關(guān)系，一般做法是使用各種轉(zhuǎn)換工具，把非線性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成線性關(guān)系。

4.2 實(shí)驗(yàn)評(píng)估

實(shí)驗(yàn)評(píng)估是對(duì)實(shí)驗(yàn)做出最后評(píng)價(jià)，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的重要步驟。實(shí)驗(yàn)評(píng)估有時(shí)也稱作實(shí)驗(yàn)分析，它與數(shù)據(jù)分析的區(qū)別在于：一是二者分析的內(nèi)容不同。數(shù)據(jù)分析主要用于分析從實(shí)驗(yàn)中收集來(lái)的數(shù)據(jù)，其結(jié)果是形成數(shù)據(jù)分析報(bào)告。而實(shí)驗(yàn)評(píng)估是以數(shù)據(jù)分析結(jié)論為基礎(chǔ)，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)做出評(píng)價(jià)，其結(jié)果表現(xiàn)形式是實(shí)驗(yàn)報(bào)告；二是實(shí)施分析的人員不同。數(shù)據(jù)分析人員是專職從事分析的技術(shù)人員。而實(shí)驗(yàn)評(píng)估人員是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)人員，有很多軍事人員參與，特別是實(shí)驗(yàn)報(bào)告要由軍事人員撰寫，而數(shù)據(jù)分析報(bào)告由數(shù)據(jù)分析人員撰寫。

4.3 撰寫報(bào)告

仿真實(shí)驗(yàn)通常要撰寫兩份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，一份初步報(bào)告和一份詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。初步報(bào)告通常以簡(jiǎn)短公文或簡(jiǎn)報(bào)兩種形式撰寫，目的是向?qū)嶒?yàn)需求方報(bào)告實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)論。詳細(xì)報(bào)告不僅要闡明實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，而且要詳細(xì)描述實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)，包括：一是仿真實(shí)驗(yàn)要回答哪些問(wèn)題；二是仿真實(shí)驗(yàn)為什么能回答這些問(wèn)題；三是參加仿真實(shí)驗(yàn)的人員、時(shí)間和地點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)是如何組織實(shí)施的；四是實(shí)驗(yàn)中發(fā)生了什么情況，并詳細(xì)描述每個(gè)情況；五是實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

參考文獻(xiàn)

[1] David S Alberts， Richard E hayes. Code of best practice for experimentation[M].CCRP USA：2002.

[2] McCue B. The Practice of Military Experimentation[EB/OL]. http：//www.cna.org，2003.

[3] 曹裕華，管清波，等.作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)理論與技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

[4] 卜先錦，董獻(xiàn)洲.作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與運(yùn)籌分析方法[J].軍事運(yùn)籌與系統(tǒng)工程，2009，23（3）：16-21.