基于ARIS軟件的航母編隊對海作戰(zhàn)流程仿真及優(yōu)化?

梁鎮(zhèn)彬 李敬輝 姜 軍

（海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033）

1 引言

航母編隊作為艦載航空兵、水面艦艇、潛艇等兵力高度集成的海上機動作戰(zhàn)力量，具備強大的海上作戰(zhàn)能力［1］，極大改變了傳統(tǒng)水面艦艇編隊的作戰(zhàn)理論、行動方式和兵力編成，因此，急需對航母編隊對海作戰(zhàn)中的組織流程、戰(zhàn)位配置、裝備使用等進行設計和優(yōu)化，以滿足未來信息化海戰(zhàn)的實戰(zhàn)需求，提升航母編隊對海作戰(zhàn)的整體效能［2］。

2 典型作戰(zhàn)流程分析

航母編隊對海作戰(zhàn)流程可大致分為對海警戒探測、目標跟蹤識別、確定突擊決心、組織戰(zhàn)斗協(xié)同、突擊效果評估、作戰(zhàn)兵力撤收等6個階段［3］，具體如圖1所示。

1）對海警戒探測階段：根據(jù)對海觀察組織，綜合使用各類情報信息，使用各類對海探測器材和手段組織對海觀察警戒，生成分發(fā)統(tǒng)一態(tài)勢。編隊內(nèi)部主要通過預警機或警戒直升機進行目標探測，獲取海上目標信息。

2）目標跟蹤識別階段：對海指揮部位結(jié)合各種情報對目標性質(zhì)加以跟蹤判別，必要時，組織艦載戰(zhàn)斗機、警戒直升機對重點不明海面目標進行近距離查證，根據(jù)目標判別查證情況，對海方面長提出突擊建議，各兵力組織戰(zhàn)斗準備。

3）確定突擊決心階段：根據(jù)打擊目標和戰(zhàn)斗指標，對海指揮部位進行一系列計算，確定作戰(zhàn)方案和打擊樣式，通常包括艦載戰(zhàn)斗機對海打擊、水面艦艇對海打擊、核潛艇對海打擊和對海合同打擊等4種樣式［4］。

圖1 航母編隊對海典型作戰(zhàn)流程示意圖

4）組織戰(zhàn)斗協(xié)同階段：根據(jù)作戰(zhàn)方案，各作戰(zhàn)兵力進入目標區(qū)后，在偵察兵力的指示引導和電子戰(zhàn)兵力的干擾支援下，迅速占領有利戰(zhàn)斗航路或陣位，采取獨立或合同攻擊的方式，發(fā)射反艦導彈對特定水面目標實施打擊［5］。

5）打擊效果評估階段：綜合使用各種探測器材和情報信息，評估打擊效果，必要時組織兵力抵近觀察、判別，綜合運用各種手段，評估前期打擊效果，視情組織兵力實施補充打擊。

6）作戰(zhàn)兵力撤收階段：對海作戰(zhàn)任務完成后，及時組織引導各作戰(zhàn)兵力迅速退出目標區(qū)，撤離敵空中攔截區(qū)或防空火力殺傷區(qū)。各作戰(zhàn)兵力指揮員應盡快向編隊對海作戰(zhàn)方面指揮員上報攻擊情況［6］。

本文采用定性與定量相結(jié)合的方式，借助ARIS Architect&Designer（阿里斯企業(yè)架構(gòu)設計軟件）對航母編隊對海作戰(zhàn)流程進行可視化設計、建模、仿真、分析和管理，并通過對模型仿真結(jié)果的合理性和可行性分析，為作戰(zhàn)流程的進一步優(yōu)化提供參考［7］。

3 作戰(zhàn)流程設計建模

3.1 作戰(zhàn)流程建模

根據(jù)上述典型對海作戰(zhàn)流程，模型以目標信息作為仿真觸發(fā)輸入，情報人員借助情報系統(tǒng)對情報信息進行分析，篩選識別敵艦目標信號；編指依據(jù)目標情報制定作戰(zhàn)計劃、實施指揮決策［8］；對海作戰(zhàn)方面指揮員借助編隊作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)，指揮引導艦載戰(zhàn)斗機、水面艦艇、攻擊型核潛艇進行對海打擊［3］。突擊兵力對海實施打擊后，由情報人員對作戰(zhàn)效果進行評估，判斷任務是否完成，未完成的需重新組織兵力再次實施打擊，如果任務完成則由對海作戰(zhàn)方面指揮員組織兵力撤收及戰(zhàn)況總結(jié)。具體對海作戰(zhàn)流程模型如圖2所示。

圖2 航母編隊對海作戰(zhàn)流程流程圖

3.2 模型參數(shù)設置

由于本文提供的是一種對航母編隊對海作戰(zhàn)流程的仿真優(yōu)化方法，其中涉及作戰(zhàn)情況、戰(zhàn)位人員、裝備性能、相關概率的等參數(shù)設置只是為模型提供的模擬數(shù)據(jù)輸入，便于下一步對作戰(zhàn)模型進行仿真分析［9］。

1）作戰(zhàn)情況界定

結(jié)合航母編隊對海作戰(zhàn)特點，作戰(zhàn)總時間設置為2小時，目標出現(xiàn)頻率為100批/小時。

2）系統(tǒng)裝備配置

對海作戰(zhàn)中的系統(tǒng)裝備是任務處理的手段工具，由編隊對海作戰(zhàn)流程可知，目標探測和效果評估的完成需要情報系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐，情報系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源主要由警戒直升機對海探測設備、遠程防空警戒艦對海探測設備和其它對海探測設備等提供；目標指示、指揮引導、對海攻擊、兵力撤收與作戰(zhàn)總結(jié)的完成需要編隊作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)提供相應指令；艦載戰(zhàn)斗機、水面艦艇、攻擊型核潛艇等對海作戰(zhàn)兵力的組織需要艦載機作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)、艦艇群作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)、潛艇作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)來實施輔助指揮引導［10］。

本模型信息裝備性能主要通過各作戰(zhàn)階段對目標信息平均傳輸處理時間來體現(xiàn)，由于對潛通信難度較大，故平均傳輸處理時間較長，具體參數(shù)擬定如表1所示。

表1 各作戰(zhàn)階段裝備對目標信息的平均傳輸和處理時間

3）戰(zhàn)位人員設置

戰(zhàn)位主要以作戰(zhàn)需求和裝備實際為依據(jù)進行設置，為簡化流程，本模型僅設置情報人員、對海作戰(zhàn)方面指揮員、艦載機指揮員、水面艦艇群指揮員、潛艇指揮員等5類戰(zhàn)位［3］，并由軟件導出RA（S）CI圖表，即模型的“戰(zhàn)位-能力”矩陣，具體如表2所示。

其中，情報人員暫定2人，包括警戒直升機對海搜索、遠程防空警戒艦對海搜索各1人，負責對搜集到的信息進行分析判情；對海作戰(zhàn)指揮員暫定2人，包括對海作戰(zhàn)長、對海作戰(zhàn)副長各1人，負責組織指揮參戰(zhàn)兵力對海作戰(zhàn)；艦載機指揮員暫定1人，負責指揮引導艦載戰(zhàn)斗機對海打擊；水面艦艇群指揮員暫定1人，負責指揮引導水面艦艇對海打擊；潛艇指揮員暫定1人，負責指揮引導攻擊型核潛艇對海打擊。

表2 “戰(zhàn)位-能力”矩陣

4）作戰(zhàn)概率擬定

各兵力參與作戰(zhàn)概率：根據(jù)各國艦載戰(zhàn)斗機、水面艦艇、攻擊型核潛艇在對海作戰(zhàn)中的普遍協(xié)同應用情況，編隊指揮決策中需要艦載戰(zhàn)斗機、水面艦艇、攻擊型核潛艇等兵力前出參與對海打擊的概率分別暫定為0.8、0.4和0.3。

各兵力打擊成功概率：根據(jù)各國艦載戰(zhàn)斗機、水面艦艇、攻擊型核潛艇對敵艦毀傷概率的數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況，將一次對海打擊成功的概率暫定為0.8，則需實施二次打擊的概率為0.2。

4 作戰(zhàn)模型仿真優(yōu)化

4.1 模型仿真分析

由于裝備性能在理想情況下保持不變，那么對作戰(zhàn)模型進行仿真分析，就主要通過各個戰(zhàn)位繁忙程度來體現(xiàn)作戰(zhàn)模型的可行性和合理性。各戰(zhàn)位既不能太繁忙，也不能太空閑，太繁忙容易造成作戰(zhàn)流程推進緩慢遲滯，影響整體作戰(zhàn)效能，太空閑又容易造成作戰(zhàn)資源浪費，因此，為使作戰(zhàn)模型更加合理可行，通常把各戰(zhàn)位繁忙率控制在60%～85%之間，這也是模型后續(xù)優(yōu)化的一個標準。

通過對作戰(zhàn)模型進行仿真，可得到各戰(zhàn)位在該模型中的繁忙率如圖3所示。

從中可看出，對海作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)位和情報人員戰(zhàn)位的繁忙率均超過85%，說明情報保障不力、指揮效率低下；另外，由于前期數(shù)據(jù)流通緩慢，指令下達不及時，導致艦艇群指揮員和潛艇指揮員過于空閑，空閑率均超過60%。由此證明，以現(xiàn)有戰(zhàn)位裝備配置執(zhí)行大負荷任務時，導致部分戰(zhàn)位負擔過重、無法順利完成分配的作戰(zhàn)任務，部分戰(zhàn)位又過于空閑，長時間處于等待狀態(tài)。因此，下面將分別從戰(zhàn)位配置優(yōu)化、裝備性能提升等不同的2個方面，對作戰(zhàn)模型加以調(diào)整優(yōu)化。

4.2 戰(zhàn)位配置優(yōu)化

1）一次優(yōu)化

由于按現(xiàn)有戰(zhàn)位配置執(zhí)行大負荷任務時，情報人員和對海作戰(zhàn)方面指揮員負擔過重，可通過增加戰(zhàn)位來削減這2類戰(zhàn)位的繁忙度，為對海作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)位增加3個戰(zhàn)位，包括對空、對海、對潛指揮引導員各1名，以此來分擔對海作戰(zhàn)長和副長的指揮決策任務，使對海作戰(zhàn)能夠留有更多時間來進行指揮決策；為情報人員增加2個對海方面情報匯總分析戰(zhàn)位，以此來分擔警戒直升機、遠程防空警戒艦等預警探測兵力的情報分析任務，使情報分析更加快速，讓指揮員能更及時獲取情報信息。

通過對優(yōu)化后模型進行仿真，可得到各戰(zhàn)位在該模型中的繁忙率如圖4所示。

圖4 一次優(yōu)化后各戰(zhàn)位繁忙率示意圖

從中可看出，情報人員和對海作戰(zhàn)方面指揮員的繁忙率均變成85%以下，基本滿足模型可行性標準。另一方面，由于模型未優(yōu)化前數(shù)據(jù)傳輸緩慢，艦載機指揮員尚有足夠時間應付80%的對海打擊任務，當模型優(yōu)化后數(shù)據(jù)傳輸變快，加之艦載機指揮員執(zhí)行對海打擊任務量要遠大于艦艇群指揮員的40%和潛艇指揮員30%，此時僅配置1名艦載機指揮員明顯負擔過重，繁忙率遠超90%，無法順利完成分配的作戰(zhàn)任務。因此，下面將從艦載機指揮員配置進行優(yōu)化，以滿足作戰(zhàn)需求。

2）二次優(yōu)化

為艦載機指揮員增加1個戰(zhàn)位，以此來分擔艦載戰(zhàn)斗機大量的對海作戰(zhàn)任務，使艦載戰(zhàn)斗機對海打擊更加流暢。

通過對優(yōu)化后模型進行仿真，可得到各戰(zhàn)位在該模型中的繁忙率如圖5所示。

圖5 二次優(yōu)化后各戰(zhàn)位繁忙率示意圖

從中可看出，經(jīng)過戰(zhàn)位調(diào)整后，戰(zhàn)位繁忙率均在60%～85%之間，基本滿足設定的模型可行性要求。

4.3 裝備性能優(yōu)化

1）一次優(yōu)化

由于現(xiàn)有戰(zhàn)位配置執(zhí)行大負荷任務時，情報人員和對海作戰(zhàn)方面指揮員負擔過重。若保持原有戰(zhàn)位配置不變，可通過提高系統(tǒng)裝備對數(shù)據(jù)傳輸和處理能力，降低各個戰(zhàn)位等待和處理數(shù)據(jù)的時間，從而使情報人員和對海作戰(zhàn)方面指揮員不過于繁忙。下面將相應系統(tǒng)裝備傳輸和處理數(shù)據(jù)平均時間均降低15s。

通過對優(yōu)化后模型進行仿真，可得到各戰(zhàn)位在該模型中的繁忙率如圖6所示。

圖6 一次優(yōu)化后各戰(zhàn)位繁忙率示意圖

從中可看出，將情報人員戰(zhàn)位和對海作戰(zhàn)方面指揮員戰(zhàn)位相應系統(tǒng)裝備性能進行優(yōu)化后，情報人員繁忙率低于85%，達到要求，但由于對海作戰(zhàn)方面指揮員承擔任務量比情報人員要大得多，其繁忙率仍然居高不下；另外，由于模型未優(yōu)化前數(shù)據(jù)傳輸緩慢，艦載機指揮員尚能應付80%的對海打擊任務，但當模型優(yōu)化后數(shù)據(jù)傳輸變快，加之艦載機指揮員執(zhí)行對海打擊任務量要遠大于艦艇群指揮員的40%和潛艇指揮員30%，此時僅配置1名艦載機指揮員明顯負擔過重，繁忙率遠超85%，無法順利完成分配的作戰(zhàn)任務。因此，下面將對艦載機指揮員戰(zhàn)位和對海作戰(zhàn)方面指揮員戰(zhàn)位相應的系統(tǒng)裝備性能進行優(yōu)化，以滿足作戰(zhàn)需求［6］。

2）二次優(yōu)化

對對海作戰(zhàn)方面指揮員戰(zhàn)位相應的目標指示指揮引導、對海打擊、兵力撤收與作戰(zhàn)總結(jié)等階段裝備性能繼續(xù)優(yōu)化，數(shù)據(jù)處理時間再降低5s，以此來提升對海作戰(zhàn)方面指揮員指揮決策的速度；對艦載機指揮員戰(zhàn)位對應的組織艦載戰(zhàn)斗機攻擊階段的裝備性能繼續(xù)優(yōu)化，數(shù)據(jù)等待和處理時間均降低10s，以此來加快艦載戰(zhàn)斗機接收和處理數(shù)據(jù)能力，使艦載戰(zhàn)斗機對海打擊更加流暢。

通過對優(yōu)化后模型進行仿真，可得到各戰(zhàn)位在該模型中的繁忙率如圖7所示。

圖7 二次優(yōu)化后各戰(zhàn)位繁忙率示意圖

從中可看出，經(jīng)過裝備性能提升后，各戰(zhàn)位繁忙率均在60%～85%之間，基本滿足設定的模型可行性要求。

5 結(jié)語

通過上述對作戰(zhàn)模型的仿真及優(yōu)化可以看出，本文所提供的優(yōu)化設計方法具有一定操作性、合理性，能夠為航母編隊對海作戰(zhàn)流程的優(yōu)化設計提供參考。另一方面，由于航母編隊對海作戰(zhàn)流程涵蓋的系統(tǒng)裝備、戰(zhàn)位人員、情報信息數(shù)量眾多，本文為便于建模、仿真和分析，對航母編隊對海作戰(zhàn)流程進行了一定程度的簡化，后續(xù)將進一步細化作戰(zhàn)流程設計和裝備戰(zhàn)位配置，使所提供方法更貼近實戰(zhàn)需求。