人在環(huán)裝備綜合保障仿真技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望

梁精睿 曹軍海 安斌來(lái)

摘要：在一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的背景下，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中對(duì)一體化聯(lián)合保障的要求逐步增加，傳統(tǒng)的只是針對(duì)保障體系進(jìn)行仿真評(píng)估的方法已經(jīng)逐漸不能滿(mǎn)足現(xiàn)階段對(duì)裝備綜合保障體系的評(píng)估、優(yōu)化以及其中人員訓(xùn)練等要求。本文從回顧現(xiàn)階段裝備綜合保障領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀出發(fā)，分析現(xiàn)有方法的存在的問(wèn)題，為后續(xù)進(jìn)行基于人在環(huán)的裝備綜合保障仿真進(jìn)行了展望。

Abstract： Under the background of integrated joint operations， the requirement of integrated joint support in modern warfare is increasing gradually. The traditional method of simulation evaluation for support system can not meet the requirements of evaluation， optimization and personnel training of equipment integrated support system at this stage. This paper reviews the current research situation in the field of equipment integrated support， and analyses the existing problems of the existing methods， and looks forward to the follow-up simulation of equipment integrated support based on man-in-the-loop.

關(guān)鍵詞：一體化聯(lián)合保障;裝備綜合保障;人在環(huán)

Key words： integrated joint guarantee;integrated equipment support;man-in-the-loop

中圖分類(lèi)號(hào)：E92 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）09-0181-04

0 ?引言

隨著時(shí)間的推移，世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力以及國(guó)防科技實(shí)力的提升，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的形勢(shì)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變革。區(qū)別于以往的單一軍種甚至單一兵種的對(duì)抗，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)往往是陸、海、空、天、電磁五位一體的聯(lián)合作戰(zhàn)。這種變化的本質(zhì)是由以往的單一軍兵種體系之間的對(duì)抗演變?yōu)槎嘬姺N聯(lián)合的體系對(duì)抗。在20世紀(jì)80年代以來(lái)，歷次戰(zhàn)爭(zhēng)的科技水平逐漸提升，高技術(shù)含量的作戰(zhàn)形勢(shì)越來(lái)越考驗(yàn)部隊(duì)裝備綜合保障的實(shí)力，可以說(shuō)，一個(gè)國(guó)家軍隊(duì)的裝備保障的實(shí)力的高低某種程度上可以決定其國(guó)防力量的強(qiáng)弱。因此為了充分發(fā)揮現(xiàn)有裝備的實(shí)力，就要做好裝備的保障工作。但軍事裝備區(qū)別于民用設(shè)備，有著價(jià)格昂貴、數(shù)量較少、不便于進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)等特點(diǎn)，所以多采用仿真的技術(shù)來(lái)對(duì)裝備保障的體系的結(jié)構(gòu)組成、人員配比、資源配置進(jìn)行研究，同時(shí)也可以用仿真推演的方法對(duì)保障體系中的各個(gè)崗位人員進(jìn)行訓(xùn)練。

文章簡(jiǎn)要的總結(jié)了裝備綜合保障仿真以及其結(jié)合人在環(huán)方法的相關(guān)研究進(jìn)展。首先回顧了裝備綜合保障仿真的國(guó)外研究情況，其次從裝備綜合保障和系統(tǒng)建模仿真兩個(gè)方面回顧了國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)展，接著回顧了基于人在環(huán)方法的裝備綜合保障的運(yùn)用現(xiàn)狀，從中提煉了研究中存在的問(wèn)題，展望了未來(lái)的研究發(fā)展趨勢(shì)。

1 ?裝備綜合保障仿真的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

裝備綜合保障仿真的研究，是基于裝備保障的領(lǐng)域，在信息化、一體化的實(shí)戰(zhàn)背景，對(duì)部隊(duì)的裝備保障中各個(gè)要素、各部門(mén)人員和各種裝備進(jìn)行全面的、詳盡的數(shù)學(xué)和決策建模，對(duì)整個(gè)保障流程進(jìn)行合理的描述，為后續(xù)業(yè)務(wù)推演程序的建立、新人員新裝備的訓(xùn)練提供詳細(xì)的、可靠的參數(shù)。

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

在開(kāi)展裝備保障仿真業(yè)務(wù)推演方面，以美國(guó)為代表的西方國(guó)家一直走在研究的前列。為適應(yīng)新的作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)樣式對(duì)裝備保障的要求，減少保障負(fù)擔(dān)，降低保障費(fèi)用，提高保障效率，提高裝備的完好性，美國(guó)國(guó)防部正在逐步實(shí)現(xiàn)后勤保障系統(tǒng)向反映敏捷性、系統(tǒng)可靠性等方面進(jìn)行轉(zhuǎn)變[1]。

近些年來(lái)，美軍通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，使裝備保障理論在宏觀和微觀上都有了重要進(jìn)展。“以可靠性為中心”已經(jīng)成為裝備綜合保障的理論核心，與此同時(shí)，仿真技術(shù)也隨之進(jìn)入了裝備綜合保障的體系內(nèi)[2][3]?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，裝備保障已經(jīng)從“配角”逐漸演變成了“主角”。伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)的經(jīng)驗(yàn)告訴人們，裝備技術(shù)保障產(chǎn)生的作用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單純的部隊(duì)作戰(zhàn)[4]。

1970年，美國(guó)國(guó)會(huì)“藍(lán)絲帶國(guó)防小組報(bào)告”提出“聯(lián)合試驗(yàn)與鑒定計(jì)劃”，在后續(xù)工作中被美軍順利的啟動(dòng)。這個(gè)計(jì)劃中對(duì)聯(lián)合試驗(yàn)中裝備保障仿真領(lǐng)域提出了概念上的定義。1994年10月，美國(guó)空軍主導(dǎo)，海軍和陸軍參與完成的“聯(lián)合先進(jìn)分布仿真”（JADS[5]）的提出，確定了在未來(lái)美軍的裝備保障中計(jì)算機(jī)仿真建模技術(shù)的必要性以及可行性[6]。

在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍裝備保障體系模式尚且較為落后，反應(yīng)速度較慢、指揮效益嚴(yán)重低下、仍采取老式的保障及訓(xùn)練模式[7]。而到了在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍吸取了之前的教訓(xùn)，提升了裝備保障的效率，使戰(zhàn)時(shí)的裝備保障具有了超前性、針對(duì)性、精確性、整體性和高效性的特點(diǎn)，為部隊(duì)完成作戰(zhàn)任務(wù)打下良好基礎(chǔ)[8]。

20世紀(jì)80年代，美國(guó)國(guó)防部提出了CALS（Continuous Acquisition & Life-cycle Support，持續(xù)采辦與全壽命周期保障）戰(zhàn)略，利用信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)美軍裝備技術(shù)保障能力，推動(dòng)了信息技術(shù)在軍事領(lǐng)域的大面積應(yīng)用[9]。

20世紀(jì)90年代初，美軍等世界發(fā)達(dá)國(guó)家軍隊(duì)為適應(yīng)高技術(shù)化下的聯(lián)合作戰(zhàn)要求，均紛紛加強(qiáng)裝備保障信息化建設(shè)，推動(dòng)了傳統(tǒng)機(jī)械化保障的更新?lián)Q代升級(jí)。到現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)近30多年的發(fā)展，美軍裝備保障在信息化領(lǐng)域已經(jīng)成型，大量的諸如仿真建模等信息化技術(shù)均得到了長(zhǎng)足的發(fā)展[10]。

美國(guó)聯(lián)合部隊(duì)司令部的JESPP項(xiàng)目已經(jīng)采取了用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)識(shí)別、定義和分析建模和仿真。超級(jí)計(jì)算機(jī)引入部隊(duì)作戰(zhàn)以后，提供了強(qiáng)大的信息化技術(shù)硬件支持，將數(shù)據(jù)分析技術(shù)向前有了大幅度的飛躍，為裝備保障仿真推演系統(tǒng)的建立提出了硬件設(shè)備的支持[11]。

2004年，斯羅普·格魯門(mén)公司為美國(guó)航空兵武器系統(tǒng)部開(kāi)發(fā)“全球作戰(zhàn)保障系統(tǒng)”（ARGCS）。該系統(tǒng)涵蓋了美國(guó)所有軍種、部分NATO（North Atlantic Treaty Organization，北大西洋公約組織）盟國(guó)和部分平臺(tái)的數(shù)據(jù)。同時(shí)，ARGCS[12][13]系統(tǒng)可以為美國(guó)大量海陸空裝備提供實(shí)際保障和模擬保障訓(xùn)練，這極大的提高了美軍在裝備保障方面的效率，也大大促進(jìn)了美軍在裝備保障人員培訓(xùn)的速度[14]。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

1.2.1 裝備綜合保障方面

我國(guó)于80年代開(kāi)始在裝備研制中開(kāi)展綜合保障方面的研究。原國(guó)防科工委1991年下發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)武器裝備可靠性與維修性工作的通知》文件中強(qiáng)調(diào)了裝備保障性的重要性 [15][16]。自此，作為一項(xiàng)強(qiáng)制性要求，綜合保障工作在型號(hào)研制工作中得到了初步的體現(xiàn)。維修性通用規(guī)范（GJB368.6）對(duì)裝備在研制過(guò)程中建立保障系統(tǒng)提出了明確要求[17]。之后，我國(guó)先后編制了多本國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)，如《裝備保障性分析》[18][19]、《裝備保障性記錄》[20][21]和《裝備綜合保障通用要求》[22][23]。

徐東[24]認(rèn)為我軍裝備保障領(lǐng)域存在著諸如設(shè)計(jì)階段缺乏保障型設(shè)計(jì)、使用階段保障費(fèi)用居高不下和新裝備形成保障能力周期長(zhǎng)等問(wèn)題，并研究并分析了基于GIS[25]（geo-information system，地理信息系統(tǒng)）的裝備保障輔助優(yōu)化決策。

錢(qián)潛[26]針對(duì)一體化裝備保障中保障設(shè)備分配不合理的問(wèn)題，用MATLAB軟件建立并解析了基于排隊(duì)論的裝備保障設(shè)備數(shù)量選取模型，為裝備一體化建設(shè)與發(fā)展提供了理論支持。

陳守華[27]通過(guò)利用MATLAB軟件，建立了基于廣義元胞自動(dòng)機(jī)的保障力量配置模型，為裝備保障中的保障力量配置提供一種新的解決方案。

劉福勝[28]通過(guò)討論裝備預(yù)防性與修復(fù)性維修，利用RCMA[29]（以可靠性為中心的維修分析），科學(xué)合理的解決了備品備件數(shù)量確定的問(wèn)題。

1.2.2 系統(tǒng)建模仿真方面

郭霖瀚[30]對(duì)基本作戰(zhàn)單元層次的復(fù)雜裝備系統(tǒng)進(jìn)行了分析，為評(píng)估作戰(zhàn)單元的任務(wù)持續(xù)能力提供理論依據(jù)。

尚柏林[31]根據(jù)Petri網(wǎng)[32]模型描述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)造基地級(jí)備件供應(yīng)保障的仿真系統(tǒng)。

段寶君[33]是使用模型對(duì)離散事件建模進(jìn)行分析，將對(duì)象的仿真建?？蚣茏鳛檠芯炕A(chǔ)，分析和研究了當(dāng)前航空備件供應(yīng)中存在的問(wèn)題及其原因。

楊宇航[34]根據(jù)不同的系統(tǒng)狀態(tài)把系統(tǒng)備件的保障過(guò)程劃分為多種不一樣的事件鏈，建立了兩級(jí)備件管理模式優(yōu)化仿真的模型和算法，由于系統(tǒng)狀態(tài)的變化、仿真時(shí)間的推進(jìn)，作者在仿真的過(guò)程中選擇不同狀態(tài)中不同的事件鏈，若仿真結(jié)束條件經(jīng)過(guò)判斷為真，則對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就可以獲得系統(tǒng)平均意義上的特征參量。

邢彪[35]和白憲陣[36]采用多Agent[37]和基于UML的體系建模方法，建立了裝備保障體系模型，對(duì)模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)，為提出新型保障模式、加強(qiáng)綜合保障的能力提供了理論與數(shù)據(jù)支持。

曹軍海[38]采用HLA方法對(duì)裝備綜合保障進(jìn)行協(xié)同建模與仿真平臺(tái)構(gòu)架的搭建，給出了一定的工具來(lái)進(jìn)行支持，描述了平臺(tái)搭建過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，并給出了一定的應(yīng)用實(shí)例。

杜海東 [39]通過(guò)對(duì)效能模型的解析、權(quán)衡模型的設(shè)計(jì)和運(yùn)用Anylogic軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，定義了系統(tǒng)效能與RMS指標(biāo)的關(guān)系，為建立獲取最佳RMS的仿真模型提供了技術(shù)支持。

2 ?基于人在環(huán)的裝備綜合保障的發(fā)展現(xiàn)狀

21世紀(jì)初期，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室在綜合了前兩代兵棋系統(tǒng)（Mind-on-Mind Wargames和Force-on-Force Wargames）之后，開(kāi)發(fā)了第三代的兵棋系統(tǒng)，System-on-System Wargames。新一代的兵棋系統(tǒng)在保留上兩代的一些關(guān)鍵技術(shù)后，通過(guò)增加了一些諸如可變?nèi)藶橛绊懸蛩氐哪K，使新一代的兵棋系統(tǒng)在人在環(huán)領(lǐng)域中向前邁進(jìn)了一大步[40][41]。

A Naseem[42]在2017年6月提出，認(rèn)為基于實(shí)時(shí)人在環(huán)路的威脅評(píng)估系統(tǒng)可以使指揮官在訓(xùn)練中盡可能的貼近實(shí)際，有利于更好的鍛煉受訓(xùn)人員與實(shí)際結(jié)合的能力，避免受訓(xùn)人員由于實(shí)際與系統(tǒng)不符合而產(chǎn)生對(duì)實(shí)際整體系統(tǒng)的決策失誤。

宋靜婧[43]通過(guò)基于VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，對(duì)某型無(wú)人飛艇進(jìn)行在人在環(huán)條件下的飛行仿真試驗(yàn)，表明了人在回路方法可以提高受培訓(xùn)者的訓(xùn)練強(qiáng)度，能夠?qū)崿F(xiàn)在突發(fā)緊急情況和偶發(fā)故障的條件下做出準(zhǔn)確的判斷與及時(shí)的指令。

張文閣[44]對(duì)人在環(huán)指控系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，描述了基于外掛信息自動(dòng)采集系統(tǒng)的具體使用方法，并在此基礎(chǔ)上提出一種新型的、不干擾原系統(tǒng)的信息自動(dòng)采集系統(tǒng)，為系統(tǒng)總體定量實(shí)驗(yàn)分析提供重要支撐。

張偉[45]認(rèn)為不同情況下，不同的人在環(huán)路系統(tǒng)中注重的結(jié)果也不盡相同。通過(guò)研究“人”的仿真可信度影響因素，提出了在三個(gè)環(huán)節(jié)可以提高“人”的仿真可信度的措施：操作人員選擇、培訓(xùn)以及試驗(yàn)組織。這是保證仿真系統(tǒng)能夠科學(xué)得出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的必要條件。

C Yun[46]根據(jù)飛行控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和人在回路仿真的要求，提出了一種基于MATLAB/SIMULINK的人在環(huán)無(wú)人機(jī)飛行仿真器的設(shè)計(jì)方案。與傳統(tǒng)的手動(dòng)編程相比，基于人在環(huán)的建模設(shè)計(jì)具有靈活、快速、高效、更貼近真實(shí)的特點(diǎn)。

Z Song[47]重點(diǎn)闡述了運(yùn)用了人在環(huán)技術(shù)以后的指揮控制系統(tǒng)在生產(chǎn)制造、決策制定等方面與傳統(tǒng)仿真系統(tǒng)的區(qū)別與先進(jìn)之處。

劉嵩[48]認(rèn)為，現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，兵棋作為一種基于人在環(huán)的業(yè)務(wù)仿真系統(tǒng)，已經(jīng)變成了對(duì)作戰(zhàn)進(jìn)行對(duì)抗推演的重要工具。鑒于信息化技術(shù)具有快速的計(jì)算能力，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)實(shí)施表達(dá)的較為友好的操作方式，所以利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行兵棋推演已經(jīng)變成兵棋的一項(xiàng)重要形式。

潘長(zhǎng)鵬[49]在進(jìn)行人在環(huán)仿真推演系統(tǒng)研究時(shí)提出，雖然近幾年很多部隊(duì)院校均紛紛引入或開(kāi)發(fā)新一代兵棋系統(tǒng)（例如裝甲兵工程學(xué)院、石家莊陸軍指揮學(xué)院引入“火力戰(zhàn)”系統(tǒng);原第二炮兵工程大學(xué)與華中科技大學(xué)等單位研發(fā)了“第二炮兵戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)級(jí)兵棋推演系統(tǒng)”;海軍工程大學(xué)研發(fā)了“海軍未來(lái)指揮官兵棋推演系統(tǒng)”），但我國(guó)部隊(duì)?wèi)?yīng)用廣泛的幾款主流兵棋推演系統(tǒng)均在裝備保障方面并無(wú)太大的進(jìn)展。

余華鴻[50]認(rèn)為虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)實(shí)質(zhì)是一種先進(jìn)的人在環(huán)系統(tǒng)接口。它能提供給用戶(hù)直觀而自然的實(shí)時(shí)感知人機(jī)交互手段。由于這項(xiàng)技術(shù)具有多感知性、存在感、交互性以及自主性，所以VR技術(shù)可以大大提高用戶(hù)的體驗(yàn)度和系統(tǒng)效率，并且這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于娛樂(lè)、藝術(shù)、教育、軍事、航天工業(yè)、醫(yī)學(xué)和管理工程等領(lǐng)域。

3 ?結(jié)論

當(dāng)前人在環(huán)裝備綜合保障仿真在軍事上的應(yīng)用多用于進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)模擬、戰(zhàn)役推演，只是應(yīng)用于戰(zhàn)斗情況下的人機(jī)交互仿真，而在裝備保障經(jīng)常是簡(jiǎn)化甚至進(jìn)行忽略不做考慮內(nèi)容。這對(duì)于推進(jìn)一體化裝備保障沒(méi)有產(chǎn)生有效的積極意義。在平時(shí)仿真訓(xùn)練中，如果過(guò)分的忽略掉裝備保障這一重要組成部分，這會(huì)使陸軍裝甲部隊(duì)在仿真訓(xùn)練推演中與實(shí)際有一定的偏差，而且不利于保障力量與作戰(zhàn)力量的一體化訓(xùn)練。

綜上所述，基于人在環(huán)的裝備綜合保障仿真推演技術(shù)是解決新形勢(shì)下一體化聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障的較為有效的措施。針對(duì)裝備保障業(yè)務(wù)流程仿真推演技術(shù)的應(yīng)用要求，通過(guò)系統(tǒng)研究，以此來(lái)明確人在環(huán)的保障業(yè)務(wù)流程以及推演的各種工作模式，通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建仿真推演的技術(shù)方案，并對(duì)其中人在環(huán)仿真等重點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行研究，為建立一套能對(duì)部隊(duì)保障力量進(jìn)行基于信息化一體化條件下的虛擬仿真模擬訓(xùn)練、對(duì)指揮管理人員提供逼真的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、評(píng)估部隊(duì)原有裝備保障體系以及對(duì)新建立的保障系統(tǒng)進(jìn)行配置合理性評(píng)估的人在環(huán)裝備保障業(yè)務(wù)仿真推演系統(tǒng)提供重要的理論支持。

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