機群打擊鏈組織結(jié)構(gòu)層級化模型*

羅木生，王宗杰，劉 浩

（海軍航空大學(xué)，山東 煙臺 264001）

0 引言

機群打擊鏈是由空中各型作戰(zhàn)飛機構(gòu)建而成，能夠針對打擊對象完成“發(fā)現(xiàn)-定位-跟蹤-決策-交戰(zhàn)-評估”完整作戰(zhàn)環(huán)節(jié)的打擊體系［1］。機群打擊鏈聚合了分布在廣闊戰(zhàn)場空間的兵力，實現(xiàn)了戰(zhàn)機功能單元之間的高效協(xié)同，極大地縮短了從發(fā)現(xiàn)到打擊目標所需的時間［2］。

組織結(jié)構(gòu)是從總體上描述機群打擊鏈指揮層級，包括指揮關(guān)系、協(xié)同關(guān)系、控制關(guān)系，以及信息需求等。機群打擊鏈是一個深度協(xié)同的作戰(zhàn)體系，首先需對兵力組織結(jié)構(gòu)進行建模，從總體上展現(xiàn)機群兵力節(jié)點連接關(guān)系與兵力之間的信息需求，為后續(xù)作戰(zhàn)過程、信息交互建模奠定基礎(chǔ)。

在組織結(jié)構(gòu)方面已開展較多研究，但側(cè)重于面向C2（Command and Control）的組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與設(shè)計［3-4］、網(wǎng)絡(luò)拓撲模型［5］、信息流描述圖模型［6］、合理度評估［7］、扁平化分析［8］、魯棒性研究［9］等；以及指揮所人員的組織結(jié)構(gòu)［10］、兵力組織的設(shè)計與運作［11-12］和組織結(jié)構(gòu)效能的定量分析［13］等方面。相關(guān)研究成果是將兵力平臺整體［14-15］作為組織結(jié)構(gòu)分析與研究的對象，主要服務(wù)于組織結(jié)構(gòu)的頂層設(shè)計與體系研究等方面的需要。

網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)中，機群作戰(zhàn)不再以平臺為中心，而是強調(diào)整合并發(fā)揮機群平臺上各功能單元的作用，實現(xiàn)功能單元級的深層次協(xié)同。目前通常采用的以平臺為基本單元的組織結(jié)構(gòu)建模方法，不能描述到功能單元級，因而難以滿足這一需求。本文采用層級化方法，構(gòu)建機群打擊鏈組織結(jié)構(gòu)模型，以期較好地解決上述不足。

1 機群打擊鏈組織結(jié)構(gòu)層級化建模方法

機群打擊鏈可由預(yù)警機、戰(zhàn)斗機、電子戰(zhàn)飛機、反潛機、無人偵察機、無人戰(zhàn)斗機等兵力和機載導(dǎo)彈等武器設(shè)備構(gòu)成。兵力層級較為復(fù)雜，如預(yù)警機，不僅可以執(zhí)行偵察預(yù)警、戰(zhàn)場監(jiān)視任務(wù)，還可以執(zhí)行指揮控制、兵力引導(dǎo)，為導(dǎo)彈提供中制導(dǎo)等任務(wù)；而導(dǎo)彈則較為單一，主要用于對目標實施火力打擊。

因此，在機群打擊鏈組織結(jié)構(gòu)模型中，不同兵力節(jié)點的描述粒度需求并不相同。一個粒度較粗作戰(zhàn)兵力節(jié)點（如預(yù)警機）本身就可能包含若干個粒度較細的功能單元節(jié)點。所以，提出層級化建模方法，對機群打擊鏈的組織結(jié)構(gòu)進行建模描述。

所謂層級化方法，是指能夠根據(jù)粒度需求的不同，以構(gòu)建打擊鏈的兵力體系為對象，建立滿足不同層級的作戰(zhàn)兵力組織結(jié)構(gòu)模型。建模方法的基本步驟包括：

1）建立粒度較粗的作戰(zhàn)兵力節(jié)點（高層級作戰(zhàn)節(jié)點）間的高層級組織結(jié)構(gòu)圖；

2）把全部或部分粒度較粗作戰(zhàn)兵力節(jié)點分解成為若干粒度較細的作戰(zhàn)兵力子節(jié)點（子層級作戰(zhàn)節(jié)點）；

3）用分解得到的作戰(zhàn)兵力子節(jié)點取代其父節(jié)點位置，完成子層級作戰(zhàn)節(jié)點組織結(jié)構(gòu)圖；

4）子層級作戰(zhàn)兵力節(jié)點可進一步分解成更下一層級的作戰(zhàn)節(jié)點，分解層級根據(jù)建模的目的與需求確定。

通過上述步驟，可以得到不同層級的作戰(zhàn)兵力節(jié)點組織結(jié)構(gòu)圖，從而滿足不同指揮層級作戰(zhàn)決策和信息需求的描述圖。例如，對于進行海上戰(zhàn)役籌劃的指揮員來說，機群便是其籌劃的基本單元對象，必須對每一架飛機進行研究和決策，至于單架飛機上哪些功能單元發(fā)揮作用并不是其關(guān)注的重點，如圖1所示的“層級1”。然而，對于戰(zhàn)斗層級來說，必須了解清楚每一架飛機上的功能單元，在不同時刻、不同打擊鏈中發(fā)揮的作用，以便于從整體上對機群進行作戰(zhàn)運用規(guī)劃，如圖1所示的“層級 2”。

圖1 機群打擊鏈兵力節(jié)點層級化描述示意圖

2 機群打擊鏈組織結(jié)構(gòu)高層級模型

在機群打擊鏈作戰(zhàn)體系中，組織結(jié)構(gòu)高層級描述是以各型飛機兵力整體作為基本元素進行研究。

根據(jù)有向圖理論及其方法，兵力節(jié)點組織結(jié)構(gòu)圖是由作戰(zhàn)兵力節(jié)點與兵力節(jié)點之間連接線共同構(gòu)成的。兵力節(jié)點之間連接線表示2個兵力節(jié)點之間各種信息需求的集合；但是僅表示兩者之間有信息需要，而不代表兩者之間信息的傳遞關(guān)系。兵力節(jié)點之間的連接線用有向箭頭表示，以表征兩者間的信息需求方向，且通常在箭頭旁邊用文字、圖形或代碼標志最主要的信息。如下頁圖2所示。

圖2 組織結(jié)構(gòu)高層級描述示意圖

圖2清晰呈現(xiàn)了一種情況下的兵力節(jié)點的組織關(guān)系以及信息需求。但實際上，兵力節(jié)點信息需求比圖中給出的要多，且大部分兵力節(jié)點之間具有相同的信息需求。將這些信息需求匯總成表，并分別給出唯一的編號，如表1所示。

表1 兵力節(jié)點之間信息需求列表

定義Fnodi為第i個兵力節(jié)點，采用矩陣化的方法，對兵力節(jié)點高層級組織結(jié)構(gòu)進行描述，則圖2所示的兵力節(jié)點組織關(guān)系可表示為

其中，Nconi，j值為1表示從兵力節(jié)點i到兵力節(jié)點j之間存在信息需求，而Nconi，j值為0則表示兵力節(jié)點之間無信息需求。

但式（1）并未給出具體信息需求的名稱，因此，結(jié)合表 1，將式（1）變換為

其中，Ncii，j值大于0，則表示兵力節(jié)點i到兵力節(jié)點j之間存在信息需求，Ncii，j的數(shù)值與表1中的編號對應(yīng)，代表了具體的信息需求。

設(shè)機群打擊鏈作戰(zhàn)體系由N0個作戰(zhàn)兵力節(jié)點構(gòu)成，則兵力節(jié)點高層級組織關(guān)系可表示為

兵力節(jié)點高層級組織結(jié)構(gòu)模型中，是將作戰(zhàn)兵力整體當(dāng)作“質(zhì)點”進行分析，描述的層級較高、粒度較粗，所展現(xiàn)的信息能夠滿足一定層級指揮員進行戰(zhàn)場指揮控制與決策的需求。

但是，對于網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)中的指揮員，圖2所示的組織結(jié)構(gòu)描述模型就不能滿足作戰(zhàn)決策、規(guī)劃與指揮控制的要求。主要因為同一作戰(zhàn)兵力完全可能是多條打擊鏈的兵力節(jié)點，因而必須明確兵力節(jié)點在各打擊鏈中擔(dān)負任務(wù)的功能單元，從而利于在打擊鏈構(gòu)建中對兵力節(jié)點進行統(tǒng)籌規(guī)劃。例如：圖2中，并不能得出兵力節(jié)點2的哪些功能單元發(fā)揮了作用，也就無法得出兵力節(jié)點2還有哪些功能單元可以繼續(xù)參與其他作戰(zhàn)體系的構(gòu)建。因此，必須構(gòu)建粒度更細的兵力節(jié)點組織結(jié)構(gòu)模型。

3 機群打擊鏈組織結(jié)構(gòu)子層級模型

兵力節(jié)點子層級組織結(jié)構(gòu)模型是在高層級組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進行粒度更細的描述。因此，首先必須對兵力節(jié)點的描述進行細化。

根據(jù)各型飛機兵力在打擊鏈作戰(zhàn)體系中發(fā)揮的作用，劃分出若干功能上相互獨立的功能單元，作為基本元素進行研究。以圖2為例，若其兵力節(jié)點2可細化為3個功能單元：指控單元、火控單元、武器單元，則打擊鏈組織關(guān)系如圖3所示。

圖3 組織結(jié)構(gòu)子層級描述示意圖

圖3僅對兵力節(jié)點2進行了細化，如有需要，則同樣可對其他兵力節(jié)點進行細化，得到類似的子層級組織結(jié)構(gòu)圖，從而更為清晰地展現(xiàn)兵力節(jié)點內(nèi)部與其他兵力節(jié)點之間的主要信息需求，利于指揮員進行作戰(zhàn)籌劃與指揮決策。

設(shè)機群所有作戰(zhàn)兵力節(jié)點共計N0個，按照組織結(jié)構(gòu)圖顆粒度差異，劃分為J0層級，則作戰(zhàn)兵力節(jié)點集合記為，其中n為作戰(zhàn)節(jié)點顆粒度值，即當(dāng)前作戰(zhàn)兵力節(jié)點或子節(jié)點所在的層級；NFnod，i為兵力節(jié)點i細化出來的子節(jié)點的數(shù)量。例如，表示兵力節(jié)點1劃分的第2層、第3個子節(jié)點。若兵力節(jié)點4只劃分了1個層級，且該層級只有1個節(jié)點，則可簡寫為Fnod4，也就是兵力節(jié)點組織結(jié)構(gòu)高層級描述中的元素。

那么圖3所示的組織結(jié)構(gòu)關(guān)系可用矩陣表示為

顯然，隨著各兵力節(jié)點劃分的功能單元越多，其子節(jié)點也越多，將使得組織結(jié)構(gòu)關(guān)系描述矩陣維數(shù)迅速增加。為控制矩陣規(guī)模，應(yīng)將對兵力節(jié)點劃分為能夠反映體系信息需求、數(shù)量盡可能少的功能單元。

4 機群打擊鏈組織結(jié)構(gòu)層級化模型示例

以機群反艦作戰(zhàn)中，“預(yù)警機→無人偵察機→戰(zhàn)斗機→空艦導(dǎo)彈”打擊鏈為例，其兵力構(gòu)成關(guān)系描述如圖4所示。

圖4 “預(yù)警機→無人偵察機→戰(zhàn)斗機→空艦導(dǎo)彈”兵力構(gòu)成關(guān)系圖

根據(jù)組織結(jié)構(gòu)層級化建模方法逐層進行描述。

4.1 機群打擊鏈組織結(jié)構(gòu)高層級模型

對于機群打擊鏈作戰(zhàn)體系，其兵力節(jié)點主要有預(yù)警機節(jié)點、無人偵察機節(jié)點、戰(zhàn)斗機節(jié)點以及空艦導(dǎo)彈節(jié)點。根據(jù)作戰(zhàn)的需要，分析得到各兵力節(jié)點之間的信息需求，兵力節(jié)點高層級組織結(jié)構(gòu)描述如圖5所示。

圖5 反艦打擊鏈組織結(jié)構(gòu)高層級描述示意圖

圖5清晰描述了各兵力節(jié)點之間的主要信息需求，能夠滿足以兵力為整體進行作戰(zhàn)規(guī)劃、決策的作戰(zhàn)需求。

4.2 兵力節(jié)點功能單元劃分

為了能夠更深入地描述打擊鏈兵力節(jié)點子層級組織結(jié)構(gòu)，對各兵力節(jié)點進行功能劃分。在反艦打擊鏈作戰(zhàn)體系中，并不是各型飛機所有的功能單元都發(fā)揮了作用。在構(gòu)建打擊鏈子層級組織結(jié)構(gòu)模型時，為減少描述矩陣的維度，減少無用信息的描述，只選取發(fā)揮作用的功能單元作為兵力子節(jié)點，進行建模和矩陣的描述。如下頁表2只給出了兵力節(jié)點主要的功能單元，但不是全部。

4.3 機群打擊鏈子層級組織結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)表2的功能單元劃分，選取在反艦打擊鏈中發(fā)揮作用的兵力子節(jié)點，對圖5所示的高層級模型進行粒度更細的描述，得如圖6所示的機群反艦打擊鏈兵力節(jié)點子層級組織結(jié)構(gòu)圖。

表2 兵力節(jié)點功能單元劃分

表3 反艦打擊鏈兵力節(jié)點之間信息需求列表

圖6 反艦打擊鏈組織結(jié)構(gòu)子層級描述示意圖

提取圖6中各兵力子節(jié)點之間的信息需求，得如表3所示的列表。

因此，圖5所示機群打擊鏈組織結(jié)構(gòu)高層級描述矩陣表示為

圖6所示組織結(jié)構(gòu)子層級描述矩陣表示為

結(jié)合表3、圖6所示打擊鏈組織結(jié)構(gòu)子層級模型，描述矩陣可進一步表示為

其中，Ncii，j的取值根據(jù)兵力節(jié)點之間的信息需求，查詢類表3的所有兵力節(jié)點信息需求列表中對應(yīng)的編號得到。

5 結(jié)論

動態(tài)、快速構(gòu)建機群打擊鏈作戰(zhàn)體系，是信息化戰(zhàn)場上實現(xiàn)“發(fā)現(xiàn)即打擊”作戰(zhàn)目標的核心內(nèi)容。而組織結(jié)構(gòu)建模是構(gòu)建打擊鏈的基礎(chǔ)，也是展開打擊鏈信息交互設(shè)計的前提。

為克服當(dāng)前以平臺為基本元素進行組織結(jié)構(gòu)建模的不足，通過本文建模研究與示例分析表明：

1）將組織結(jié)構(gòu)的基本元素細化到機群兵力的功能單元，能夠清晰展現(xiàn)打擊鏈中各平臺功能單元發(fā)揮的作用，利于后續(xù)的作戰(zhàn)規(guī)劃和機群兵力的深層次協(xié)同；

2）提出了機群打擊鏈組織結(jié)構(gòu)層級化建模方法，構(gòu)建的高層級模型與子層級模型可以滿足多層級、不同粒度的建模需求；

3）采用矩陣化描述方法，對機群兵力功能單元之間信息需求進行表征，實現(xiàn)了用一個矩陣，既描述了組織結(jié)構(gòu)中各元素之間的信息需求，又明確了信息需求的內(nèi)容。