何新華,王 瓊,郭齊勝,畢學(xué)軍
(1.裝甲兵工程學(xué)院信息工程系,北京100072;2.裝甲兵工程學(xué)院裝備指揮與管理系,北京100072)
信息化戰(zhàn)爭強(qiáng)調(diào)體系與體系之間的對抗。體系又稱為“系統(tǒng)的系統(tǒng)”,是能夠得到進(jìn)一步涌現(xiàn)性質(zhì)的關(guān)聯(lián)或聯(lián)結(jié)的獨(dú)立系統(tǒng)的集合[1]。武器裝備體系是在一定的戰(zhàn)略指導(dǎo)、作戰(zhàn)指揮和保障條件下,為完成一定的作戰(zhàn)任務(wù),由功能上互相聯(lián)系、互相作用的各類武器裝備系統(tǒng)組成的更高層次的系統(tǒng)[2]。武器裝備體系作戰(zhàn)能力聚合的相關(guān)研究工作,對未來武器裝備體系的發(fā)展、規(guī)劃、研制和綜合運(yùn)用具有舉足輕重的作用,是軍事研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。
目前對體系作戰(zhàn)能力的研究大多是以“平臺(tái)”或“系統(tǒng)”為中心進(jìn)行作戰(zhàn)能力分析,忽略了體系內(nèi)各組分之間“多網(wǎng)聯(lián)動(dòng)”,以及在其支撐下的“多域鉸鏈”所帶來的“相互影響”和“級聯(lián)效果”。多個(gè)“平臺(tái)”或“系統(tǒng)”作戰(zhàn)能力的線性疊加無法體現(xiàn)體系作戰(zhàn)能力的整體涌現(xiàn)性,作戰(zhàn)能力聚合無法反映體系作戰(zhàn)能力要素的非線性特性。
筆者首先對武器裝備體系作戰(zhàn)能力聚合的特性進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上將反饋的概念引入到體系作戰(zhàn)能力聚合中,對能力指標(biāo)之間的反饋機(jī)制進(jìn)行研究,提出一種基于反饋機(jī)制的武器裝備體系作戰(zhàn)能力聚合方法,并進(jìn)行了算例分析和驗(yàn)證。
武器裝備體系的作戰(zhàn)能力是指武器裝備體系為執(zhí)行一定作戰(zhàn)任務(wù)所需的“本領(lǐng)”或“潛力”,是武器裝備體系的固有屬性,由體系的質(zhì)量特性、數(shù)量、作戰(zhàn)運(yùn)用方式等決定[3]。
武器裝備體系不同于一般的武器裝備系統(tǒng),體系的整體涌現(xiàn)性和非線性特性決定了傳統(tǒng)武器裝備系統(tǒng)作戰(zhàn)能力聚合的一般方法無法適用于體系作戰(zhàn)能力聚合,具體表現(xiàn)如下。
1)武器裝備體系具有單一武器系統(tǒng)所不具備的整體涌現(xiàn)性,這就意味著體系作戰(zhàn)能力不是各武器裝備、系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的簡單疊加,而是綜合考慮系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的相互關(guān)系和互相作用形成的整體作戰(zhàn)能力。一般而言,通用武器裝備體系的作戰(zhàn)能力可由情報(bào)偵察能力、防護(hù)能力、機(jī)動(dòng)能力、指揮控制能力、火力打擊能力和保障能力構(gòu)成,如情報(bào)偵察能力對火力打擊能力具有影響作用,防護(hù)能力與火力打擊能力之間相互影響、相互作用等。
2)體系作戰(zhàn)能力要素間的非線性關(guān)系,是指作戰(zhàn)能力各要素的地位和作用具有非均衡性,并相互作用和制約,它們之間不是簡單的加和乘的關(guān)系,而是存在著正反饋的倍增效應(yīng)和負(fù)反饋的飽和效應(yīng)的關(guān)系。如大數(shù)量的劣質(zhì)裝備的作戰(zhàn)能力存在著負(fù)反饋的飽和效應(yīng),因而在整體作戰(zhàn)能力上反而弱于少量的優(yōu)質(zhì)裝備。
目前對武器裝備體系作戰(zhàn)能力的聚合,大多采用構(gòu)建指標(biāo)體系的方法,通過層次性的指標(biāo)體系,反映體系整體作戰(zhàn)能力與各系統(tǒng)作戰(zhàn)能力之間、上層作戰(zhàn)能力與下層作戰(zhàn)能力之間的關(guān)系,一般采用加權(quán)和或加權(quán)積模型。傳統(tǒng)的作戰(zhàn)能力聚合方法忽略了系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的“相互影響”和“級聯(lián)效果”,無法體現(xiàn)整體涌現(xiàn)性和作戰(zhàn)能力要素的非線性特性,存在一定的片面性。
相關(guān)領(lǐng)域的研究學(xué)者和專家們對武器裝備體系的作戰(zhàn)能力進(jìn)行了廣泛的研究,但大多是針對武器裝備體系的某一方面進(jìn)行研究,如對武器裝備體系結(jié)構(gòu)的研究[4]、對武器裝備體系連通性的評估研究[5]等,而對武器裝備體系演化機(jī)理及整體涌現(xiàn)性的研究尚少。
鄭建華等[6]采用協(xié)同系數(shù)來反映海軍武器裝備體系的對潛能力、對艦?zāi)芰Α漳芰蛯Π赌芰χg的相互影響。羅鵬程等[3]將折合系數(shù)引入到體系作戰(zhàn)能力聚合模型中,用以解決大量劣質(zhì)裝備的作戰(zhàn)能力指數(shù)高于較少量優(yōu)質(zhì)裝備作戰(zhàn)能力指數(shù)的不合理情況。
筆者將反饋的概念引入到體系作戰(zhàn)能力聚合中,對能力指標(biāo)間的反饋機(jī)制進(jìn)行研究,致力于解決體系作戰(zhàn)能力聚合無法反映體系整體涌現(xiàn)性和作戰(zhàn)能力要素非線性特性的問題,從而提出一種武器裝備體系作戰(zhàn)能力聚合的新方法。
反饋,原為控制論的基本概念,指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入,進(jìn)而影響系統(tǒng)功能。筆者將反饋的概念引入能力指標(biāo)之間,用以表征指標(biāo)與指標(biāo)之間的相互影響、相互作用,從而建立能力指標(biāo)間的反饋機(jī)制。
以情報(bào)偵察能力和火力打擊能力為例,情報(bào)偵察能力對火力打擊能力具有影響作用,如圖1所示。
圖1 能力指標(biāo)間的反饋機(jī)制
因此,基于能力指標(biāo)間的反饋機(jī)制,火力打擊能力可表示為
式中:Δt=f(C1),為反饋量,表征能力C1對能力C2的影響程度。
在控制論的反饋原理中,存在正反饋和負(fù)反饋,正反饋對輸入具有增強(qiáng)作用,負(fù)反饋對輸入具有衰減作用。仍以情報(bào)偵察能力和火力打擊能力為例,優(yōu)越的情報(bào)偵察能力對精確火力打擊能力具有極大的促進(jìn)的作用,倘若情報(bào)偵察能力達(dá)不到要求,不僅對火力打擊能力毫無幫助,反而會(huì)影響火力打擊能力的發(fā)揮。因此,在反饋機(jī)制中引入閥值的概念,當(dāng)輸入超過閥值時(shí),將對所關(guān)聯(lián)的能力指標(biāo)具有正反饋的倍增作用,而當(dāng)輸入低于閥值時(shí),將對所關(guān)聯(lián)的能力指標(biāo)具有負(fù)反饋的削弱作用。
以式(1)為基礎(chǔ),基于閥值的反饋機(jī)制將火力打擊能力表示為
在武器裝備體系的能力指標(biāo)體系中,能力指標(biāo)之間存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系,某一個(gè)能力指標(biāo)可能同時(shí)關(guān)聯(lián)著多個(gè)指標(biāo),能力指標(biāo)在反饋?zhàn)饔糜谄渌芰χ笜?biāo)的同時(shí),也接受來自其他能力指標(biāo)的反饋。由簡單到復(fù)雜,能力指標(biāo)間的反饋主要可分為以下3種。
1)單向反饋。僅存在能力指標(biāo)C1對能力指標(biāo)C2的影響(如圖1)。
2)反饋閉環(huán)。能力指標(biāo)C1和能力指標(biāo)C2相互影響、相互作用,如圖2所示。如防護(hù)能力和火力打擊能力之間互為依存,好的防護(hù)能力有利于火力打擊能力的發(fā)揮,而好的火力打擊能力則有助于防護(hù)和生存。
圖2 反饋閉環(huán)
3)復(fù)雜反饋網(wǎng)絡(luò)。多個(gè)能力指標(biāo)間存在著多個(gè)單向反饋和反饋閉環(huán)時(shí),多個(gè)能力指標(biāo)和它們之間的反饋弧便連接成一個(gè)復(fù)雜的反饋網(wǎng)絡(luò),如圖3所示。
圖3 復(fù)雜反饋網(wǎng)絡(luò)
反饋閉環(huán)和復(fù)雜反饋網(wǎng)絡(luò)由于存在著從輸入到輸出、再從輸出到輸入的閉合回路,因而是一個(gè)不斷反饋、逐步趨于穩(wěn)定的過程;反饋閉環(huán)和復(fù)雜反饋網(wǎng)絡(luò)依賴于反復(fù)的迭代計(jì)算,以求得達(dá)到穩(wěn)態(tài)后各項(xiàng)能力指標(biāo)的數(shù)值。
針對武器裝備體系的整體涌現(xiàn)性和作戰(zhàn)能力要素的非線性特性,筆者將控制論中的反饋概念引入到體系作戰(zhàn)能力聚合,提出一種基于反饋機(jī)制的聚合方法,其總體思想如下:1)從武器裝備體系的能力需求出發(fā),構(gòu)建層次性的指標(biāo)體系;2)根據(jù)武器裝備體系的作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)效果和作戰(zhàn)運(yùn)用方式,在同層次的指標(biāo)體系間建立相互關(guān)系的反饋網(wǎng)絡(luò);3)獲取底層指標(biāo)并進(jìn)行量化歸一化處理;4)對每一層次的能力指標(biāo)及其反饋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行迭代計(jì)算,直至該層能力指標(biāo)值趨于穩(wěn)定;5)對作戰(zhàn)能力逐層聚合,最終獲得武器裝備體系的整體作戰(zhàn)能力。圖4顯示了多層次的能力指標(biāo)體系形成的復(fù)雜反饋網(wǎng)絡(luò)。
圖4 多層次能力指標(biāo)體系形成的復(fù)雜反饋網(wǎng)絡(luò)
基于反饋機(jī)制的聚合方法是以指標(biāo)體系評估方法為基礎(chǔ),引入指標(biāo)間的反饋機(jī)制所衍生出的新的體系作戰(zhàn)能力聚合方法,對方法的主要流程描述如下。
3.2.1 構(gòu)建指標(biāo)體系
構(gòu)建科學(xué)、合理的指標(biāo)體系是實(shí)施體系作戰(zhàn)能力聚合的前提。目前構(gòu)建指標(biāo)體系的方法很多,常見的有基于任務(wù)分析、基于能力需求和基于軍事價(jià)值等的構(gòu)建方法。這部分內(nèi)容不是本文工作的重點(diǎn),可從武器裝備體系的作戰(zhàn)能力需求出發(fā),對作戰(zhàn)能力逐層分解,從而建立層次性的指標(biāo)體系。
3.2.2 分析指標(biāo)間相互關(guān)系,建立反饋網(wǎng)絡(luò)
傳統(tǒng)的指標(biāo)間相互關(guān)系主要指“或”關(guān)系和“與”關(guān)系:前者描述加權(quán)和模型,指下層作戰(zhàn)能力指標(biāo)以不同的權(quán)重合作聚合到上層作戰(zhàn)能力指標(biāo);后者描述加權(quán)積模型,對于上層作戰(zhàn)能力而言,每個(gè)下層作戰(zhàn)能力指標(biāo)的權(quán)重雖然不同,但都是不可缺少的,只要某個(gè)下層作戰(zhàn)能力指標(biāo)為零,都將導(dǎo)致上層作戰(zhàn)能力指標(biāo)為零。
筆者在同層次的能力指標(biāo)間引入反饋機(jī)制,構(gòu)建指標(biāo)與指標(biāo)間的反饋弧,從而形成復(fù)雜的反饋網(wǎng)絡(luò),如圖4所示。建立反饋網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵包括以下3個(gè)方面。1)分析能力指標(biāo)間的相互關(guān)系。構(gòu)建反饋弧,可從作戰(zhàn)需求的角度或從能力指標(biāo)間相互依賴關(guān)系著手。2)反饋閥值的確定。反饋閥值直接關(guān)系到正負(fù)反饋的臨界點(diǎn),也是能力指標(biāo)值優(yōu)劣的邊界值,可從以往的相關(guān)數(shù)據(jù)中分析提煉。3)反饋量的確定。反饋量直接反映能力指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)程度,一定程度上體現(xiàn)武器裝備體系結(jié)構(gòu)效應(yīng)和信息力對體系作戰(zhàn)能力的倍增作用,在這里由專家經(jīng)驗(yàn)給出。
3.2.3 底層指標(biāo)量化,指標(biāo)權(quán)重計(jì)算
底層指標(biāo)是對武器裝備體系各種能力屬性的描述。底層指標(biāo)的量化包括底層指標(biāo)獲取和歸一化處理。由于各種能力屬性的描述大多是定性的,因此不易給出具體、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧炕瘶?biāo)準(zhǔn),可根據(jù)指標(biāo)描述對象的不同,分別采用定量方法、定量定性相結(jié)合方法和專家經(jīng)驗(yàn)法給出。
指標(biāo)權(quán)重計(jì)算,通常采用層次分析法,即將復(fù)雜的指標(biāo)系統(tǒng)簡化為以元素為代表的有序的層次結(jié)構(gòu),用構(gòu)造判斷矩陣的方法,把專家的經(jīng)驗(yàn)判斷與數(shù)學(xué)運(yùn)算結(jié)合起來,確定指標(biāo)的權(quán)重。此外也可采用網(wǎng)絡(luò)分析法、最大方差法、環(huán)比系數(shù)法等。
3.2.4 反饋網(wǎng)絡(luò)迭代計(jì)算,逐層聚合作戰(zhàn)能力
復(fù)雜的反饋網(wǎng)絡(luò)由于存在從輸入到輸出、再從輸出到輸入的閉環(huán)反饋,故而反饋網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出是一個(gè)不斷變化的迭代計(jì)算過程;當(dāng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的變化量小于某個(gè)預(yù)設(shè)的極小值時(shí),認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)趨于穩(wěn)定,此時(shí)的輸出即為系統(tǒng)的輸出。假設(shè)某層次能力指標(biāo)構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò),第i個(gè)能力指標(biāo)表示為Ci(i=1,2,…,n),其初始值Ci0由下層能力指標(biāo)聚合得到,上次迭代計(jì)算得到的值為Cilast,預(yù)設(shè)極小值為ε,反饋網(wǎng)絡(luò)迭代計(jì)算的算法描述如下。
基于反饋機(jī)制的體系作戰(zhàn)能力聚合方法是逐層聚合的過程,步驟如下:
1)首先獲取底層指標(biāo)值,并進(jìn)行量化歸一化處理,得到底層能力指標(biāo)的初始值;
2)根據(jù)指標(biāo)間的相互關(guān)系,進(jìn)行反饋的迭代計(jì)算,得到該層能力指標(biāo)的最終值;
3)通過加權(quán)和或加權(quán)積模型聚合得到上層能力指標(biāo)值,并以此作為該層能力指標(biāo)的初始值;
4)重復(fù)2)、3),直到獲得體系的整體作戰(zhàn)能力值,輸出最終結(jié)果。
本文以某偵察情報(bào)裝備體系為例,對提出的體系作戰(zhàn)能力聚合方法進(jìn)行分析和驗(yàn)證。該偵察情報(bào)裝備體系的作戰(zhàn)能力包括偵察指揮控制能力、偵察監(jiān)視和目標(biāo)捕獲能力、偵察預(yù)警探測能力、情報(bào)傳輸能力、情報(bào)綜合處理能力和情報(bào)分發(fā)應(yīng)用能力,通過對作戰(zhàn)能力逐層分解,得到該偵察情報(bào)裝備體系的作戰(zhàn)能力指標(biāo)體系,部分作戰(zhàn)能力指標(biāo)如圖5所示。
圖5 某偵察情報(bào)裝備體系部分作戰(zhàn)能力指標(biāo)
通過分析能力指標(biāo)間的關(guān)系,構(gòu)建能力指標(biāo)的反饋網(wǎng)絡(luò),部分指標(biāo)間反饋網(wǎng)絡(luò)如圖6所示。
圖6 某偵察情報(bào)裝備體系部分指標(biāo)反饋網(wǎng)絡(luò)
筆者僅考慮第1層作戰(zhàn)能力指標(biāo)間的反饋關(guān)系,底層指標(biāo)量化采用10分制,根據(jù)層次分析法確定各能力指標(biāo)權(quán)重,如表1所示。分別采用以下方法對該偵察情報(bào)裝備體系進(jìn)行作戰(zhàn)能力聚合:
表1 各項(xiàng)能力權(quán)重
1)采用傳統(tǒng)的指標(biāo)體系評估方法(層次分析法);
2)采用本文提出的基于反饋機(jī)制的聚合方法,設(shè)定迭代預(yù)設(shè)極小值為0.001,反饋閥值為5.0,反饋量為10%。
得到的結(jié)果數(shù)據(jù)如表2所示。
表2 結(jié)果數(shù)據(jù)比較
經(jīng)過武器裝備需求認(rèn)證和多次模擬對抗演練,該偵察情報(bào)裝備體系作戰(zhàn)能力被專家評定為9.0。采用傳統(tǒng)的作戰(zhàn)能力聚合方法,由于忽略了能力指標(biāo)間的相互作用,缺少對作戰(zhàn)能力非線性要素的考慮,評估結(jié)果為8.486,而筆者提出的聚合方法評定結(jié)果為8.990,更加貼切實(shí)際。
筆者將反饋的概念引入作戰(zhàn)能力聚合,對能力指標(biāo)間的反饋機(jī)制進(jìn)行研究,提出了一種基于反饋機(jī)制的武器裝備體系作戰(zhàn)能力聚合方法。以某偵察情報(bào)裝備體系為例,對該方法進(jìn)行分析和驗(yàn)證。算例分析結(jié)果表明:筆者提出的方法基本能夠反映體系內(nèi)各組分之間的“相互影響”和“級聯(lián)效果”,體現(xiàn)了體系整體涌現(xiàn)性和作戰(zhàn)能力要素的非線性特性,具有一定的有效性。下一步工作將對構(gòu)建跨層次能力指標(biāo)間的復(fù)雜反饋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究,進(jìn)一步完善武器裝備體系作戰(zhàn)能力聚合方法。
[1] 胡曉峰,楊鏡宇,司光亞,等.戰(zhàn)爭復(fù)雜系統(tǒng)仿真分析與實(shí)驗(yàn)[M].北京:國防大學(xué)出版社,2008:69-71.
[2] 牛新光.武器裝備建設(shè)的國防系統(tǒng)分析[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007:32.
[3] 羅鵬程,傅攀峰,周經(jīng)倫.武器裝備體系作戰(zhàn)能力評估框架[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2005,27(1):72-75.
[4] 卜廣志.武器裝備體系的體系結(jié)構(gòu)與體系效能[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2006,28(10):1544-1548.
[5] 張會(huì),羅鵬程,趙炤.基于關(guān)聯(lián)矩陣的武器裝備體系連通性評估[J].電光與控制,2009,16(2):88-90.
[6] 鄭建華,黎放,狄鵬,等.海軍武器裝備體系作戰(zhàn)能力評估模型研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào):信息與管理工程版,2009,31(2):314-317.