戰(zhàn)時(shí)彈藥消耗預(yù)測方法研究*

李振宇 李保剛 雷 瑤

（海軍航空大學(xué) 煙臺(tái) 264010）

1 引言

彈藥，是武器裝備的終端載荷，是毀傷目標(biāo)的直接手段，是完成任務(wù)的主要力量。彈藥消耗預(yù)測是實(shí)施彈藥保障行動(dòng)的基本依據(jù)和重要支撐，直接關(guān)系到能否及時(shí)為作戰(zhàn)部隊(duì)提供足量彈藥。目前，主要彈藥消耗預(yù)測方法按照不同特性可分為基于案例經(jīng)驗(yàn)推算、作戰(zhàn)模擬與人工智能三大類［1～3］。

2 基于案例經(jīng)驗(yàn)推算的彈藥消耗預(yù)測方法

基于案例經(jīng)驗(yàn)推算的彈藥消耗預(yù)測方法，是指依據(jù)彈藥消耗歷史數(shù)據(jù)、經(jīng)典作戰(zhàn)案例、執(zhí)行任務(wù)量等，運(yùn)用一定的數(shù)理模型，對彈藥消耗進(jìn)行推算，具體包括戰(zhàn)例推算法、任務(wù)量推算法、標(biāo)準(zhǔn)修正法等。

2.1 消耗標(biāo)準(zhǔn)推算法

彈藥消耗標(biāo)準(zhǔn)，是對不同部（分）隊(duì)在不同作戰(zhàn)樣式下一定時(shí)間內(nèi)或完成某項(xiàng)任務(wù)彈藥消耗數(shù)量所作的統(tǒng)一規(guī)定。該方法參照彈藥消耗標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行彈藥消耗預(yù)測。例如，以美軍彈藥消耗標(biāo)準(zhǔn)《野戰(zhàn)手冊》FM 101-10-1/2 為例［4］，該手冊基于每種武器每天的射擊次數(shù)預(yù)測彈藥消耗量，以此來預(yù)測“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)與伊拉克自由行動(dòng)的彈藥消耗量出現(xiàn)偏差較大（表1）。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡便易行，運(yùn)算速度快；缺點(diǎn)是完全依賴消耗標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)一旦不適用當(dāng)前情況，運(yùn)算結(jié)果偏差大［5～7］。

表1 FM 101-10-1/2每種彈藥每天射擊次數(shù)的預(yù)測值和實(shí)際值

2.2 任務(wù)量推算法

該方法是在保證保障對象武器裝備的種類和數(shù)量并綜合考慮擔(dān)負(fù)的基本作戰(zhàn)任務(wù)、預(yù)期殲敵數(shù)量、壓制和摧毀敵區(qū)以及最終作戰(zhàn)效果的基礎(chǔ)上，確定各類彈藥的消耗定額。由于戰(zhàn)中作戰(zhàn)對象、樣式及地域處于動(dòng)態(tài)變化狀態(tài)，故既定保障計(jì)劃也處于變化中，其彈藥消耗與補(bǔ)給實(shí)施流程圖如圖1所示［8］。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡便易行，對特定的作戰(zhàn)任務(wù)適用性強(qiáng)，其缺點(diǎn)是對歷史數(shù)據(jù)依賴性強(qiáng)，通用性不強(qiáng)。

圖1 任務(wù)量推算法彈藥消耗補(bǔ)給流程圖

2.3 標(biāo)準(zhǔn)修正法

該方法是對現(xiàn)有彈藥消耗標(biāo)準(zhǔn)存在問題進(jìn)行修正，以達(dá)到更精確的預(yù)測結(jié)果。例如，在地面火炮彈藥預(yù)計(jì)方法上，針對現(xiàn)有方法綜合考慮隱身少、預(yù)測結(jié)果可用性差等問題，綜合考慮了作戰(zhàn)階段、目標(biāo)數(shù)量、彈藥限額等，計(jì)算了各類火炮的日彈藥消耗量，進(jìn)而得出了不同作戰(zhàn)強(qiáng)度下的彈藥消耗標(biāo)準(zhǔn)，使預(yù)測結(jié)果更加準(zhǔn)確、實(shí)用［9］。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡便易行，對特定彈藥與作戰(zhàn)環(huán)境針對性強(qiáng)，其缺點(diǎn)是對歷次消耗數(shù)據(jù)與彈藥消耗標(biāo)準(zhǔn)依賴性大，通用性不強(qiáng)。

3 基于作戰(zhàn)模擬的彈藥消耗預(yù)測方法

基于作戰(zhàn)模擬的彈藥消耗預(yù)測方法是通過建立戰(zhàn)爭系統(tǒng)的仿真模型，對現(xiàn)有或可能情況下的戰(zhàn)爭過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬和類比，并用彈藥消耗的一般規(guī)律來預(yù)測彈藥消耗量，包括蘭切斯特方程法、作戰(zhàn)仿真法和模糊邏輯理論法等。

3.1 蘭切斯特方程法

蘭切斯特方程是建立關(guān)于作戰(zhàn)雙方兵力變化關(guān)系的常微分方程組。該預(yù)測方法是在綜合考慮雙方交戰(zhàn)人數(shù)、交戰(zhàn)樣式與激烈程度等因素，運(yùn)用彈藥消耗規(guī)律與蘭切斯特方程法得出彈藥消耗情況［10］。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡便易行，計(jì)算簡單，適用性廣；不足是沒有戰(zhàn)斗過程數(shù)據(jù)，對特定作戰(zhàn)樣式預(yù)測結(jié)果不準(zhǔn)確。

3.2 作戰(zhàn)仿真法

作戰(zhàn)仿真法是以作戰(zhàn)模擬和交互仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，以彈藥保障和彈藥管理為應(yīng)用目的，綜合考慮作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)環(huán)境、敵軍行動(dòng)等諸多因素，在虛擬的作戰(zhàn)環(huán)境中進(jìn)行彈藥消耗預(yù)測［11］。該方法的優(yōu)點(diǎn)是考慮影響綜合全面且預(yù)計(jì)范圍廣；不足之處在于耗時(shí)長，建模難度大，在裝備損壞部件的分布預(yù)計(jì)上準(zhǔn)確性有待提高。

3.3 模糊邏輯理論法

該方法的本質(zhì)是把取值僅為1或0的特征函數(shù)擴(kuò)展到可在閉區(qū)間［0，1］中任意取值的隸屬函數(shù)。將作戰(zhàn)地形、作戰(zhàn)時(shí)間、作戰(zhàn)樣式與作戰(zhàn)階段的模糊性和不確定因素進(jìn)行模糊化處理進(jìn)行作戰(zhàn)模擬，運(yùn)用彈藥消耗一般規(guī)律得出消耗預(yù)測結(jié)果［12］。其彈藥消耗預(yù)測模型結(jié)構(gòu)如圖2 所示。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠綜合考慮多種因素，對特定作戰(zhàn)樣式針對性強(qiáng)；不足在于對專家經(jīng)驗(yàn)依賴度高。

圖2 模糊邏輯理論法彈藥消耗預(yù)測模型結(jié)構(gòu)

4 基于人工智能的彈藥消耗預(yù)測方法

基于人工智能的彈藥消耗預(yù)測方法，是人工智能在彈藥消耗預(yù)測上的具體應(yīng)用，它包括BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、武器目標(biāo)分配、案例推理法等。它們是現(xiàn)在研究的熱門領(lǐng)域。

4.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就像是一個(gè)黑盒，通過輸入數(shù)據(jù)使其具備一定的預(yù)測功能，其基本結(jié)構(gòu)如圖3 所示?；贐P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的彈藥消耗預(yù)測方法能夠?qū)τ绊憦椝幭牡母鞣N因素進(jìn)行量化，將整個(gè)戰(zhàn)場納入一個(gè)系統(tǒng)，與其他方法相比，該方法考慮更全面，能夠反映輸入因素的模糊性和非線性特征，在各因素的權(quán)值比重難確定的情況下，預(yù)測結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大的誤差［13］。

圖3 模糊邏輯理論法彈藥消耗預(yù)測模型結(jié)構(gòu)

4.2 案例推理法

基于案例推理的基本思想是利用已有案例解決新問題?；诎咐耐评硎且环N用已有經(jīng)驗(yàn)的案例模擬人腦推理的方法。整個(gè)推理過程可分為四個(gè)階段：案例檢索、案例重用、案例修改和案例保存［14］。工作流程如圖4 所示。CBR 彈藥消耗預(yù)測具有快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)在于對案件的高度依賴。

圖4 案例推理原理圖

4.3 武器-目標(biāo)分配

武器-目標(biāo)分配（WTA），它是根據(jù)交戰(zhàn)態(tài)勢、作戰(zhàn)意圖和目標(biāo)、武器參數(shù)，在約束條件下，以摧毀敵方目標(biāo)的最大值或武器彈藥的最小損失為目標(biāo)函數(shù)，求解武器目標(biāo)的最優(yōu)分配，進(jìn)而確定彈藥消耗量?；谖淦髂繕?biāo)分配的彈藥消耗預(yù)測方法的主要工作包括建立假設(shè)模型、選擇目標(biāo)函數(shù)、設(shè)置約束條件和使用優(yōu)化算法，其中優(yōu)化算法是解決問題的主要手段。傳統(tǒng)的方法有分枝定界法、隱式枚舉法和動(dòng)態(tài)規(guī)劃法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，諸多智能算法被廣泛應(yīng)用于解決武器目標(biāo)分配問題。該方法通用性強(qiáng)，對于精確制導(dǎo)武器和壓制武器彈藥適用性好［15］。

5 對比分析

三類彈藥消耗預(yù)測方法的特性與適用環(huán)境各有不同，其長處與不足總結(jié)如表2 所示。目前彈藥消耗預(yù)測方法存在問題如下：

表2 彈藥消耗方法比較

普遍對歷史數(shù)據(jù)依賴度大。基于案例經(jīng)驗(yàn)推算的彈藥預(yù)測方法與基于人工智能的彈藥預(yù)測方法大多對于歷次消耗數(shù)據(jù)或戰(zhàn)斗過程數(shù)據(jù)依賴大，對于數(shù)據(jù)缺乏時(shí)的彈藥消耗預(yù)測無法單獨(dú)使用?；谧鲬?zhàn)仿真的彈藥預(yù)計(jì)消耗方法中模糊邏輯理論與作戰(zhàn)仿真考慮因素較為全面，但也存在對專家經(jīng)驗(yàn)依賴度高、耗時(shí)長、難度大等問題。

預(yù)測方法研究不系統(tǒng)。任務(wù)量推算法、標(biāo)準(zhǔn)修正法等針對特定彈藥效果好，部分彈藥效果差，一定程度上提高了方法的準(zhǔn)確性，但也降低了方法的通用性。特別是在聯(lián)合作戰(zhàn)條件下，參戰(zhàn)武器彈藥種類多、數(shù)量大，如果沒有適用性較強(qiáng)的彈藥消耗預(yù)測方法，將極大增加彈藥消耗預(yù)測難度，進(jìn)而影響彈藥保障籌劃、彈藥保障實(shí)施的順利進(jìn)行。因此，需要在深入研究武器彈藥作戰(zhàn)運(yùn)用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，兼顧通用性和準(zhǔn)確性構(gòu)建彈藥消耗預(yù)測方法，努力提高彈藥消耗預(yù)測效率。

6 結(jié)語

本文通過對比分析得出目前彈藥消耗預(yù)測方法對歷史數(shù)據(jù)依賴度大和研究體系不系統(tǒng)等問題，針對此類問題未來在預(yù)計(jì)彈藥消耗時(shí)應(yīng)綜合運(yùn)用多種方法，多種方法相互驗(yàn)證，對于缺少歷史數(shù)據(jù)的作戰(zhàn)樣式多采用對歷史數(shù)據(jù)依賴度小的預(yù)測方法，同時(shí)在研究武器彈藥作戰(zhàn)運(yùn)用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，兼顧通用性和準(zhǔn)確性構(gòu)建彈藥消耗預(yù)測方法，努力提高彈藥消耗預(yù)測效率。