羅小明， 賀 平， 惠小博

（1.裝備學(xué)院 航天指揮系，北京101416； 2.裝備學(xué)院 研究生管理大隊，北京101416； 3.63752部隊）

航天發(fā)射任務(wù)組織指揮，是指航天發(fā)射任務(wù)指揮員及其指揮機關(guān)為完成一項航天發(fā)射指揮任務(wù)所進行的掌握判斷、決策籌劃、計劃組織、協(xié)調(diào)控制、應(yīng)急情況處置、試驗總結(jié)與評估等一系列特殊的組織領(lǐng)導(dǎo)活動。航天發(fā)射任務(wù)組織指揮，根本目的是正確部署和合理使用參試力量，協(xié)調(diào)一致地完成航天發(fā)射任務(wù)。運用科學(xué)的方法對航天發(fā)射任務(wù)組織指揮效能進行仿真與評估，及時發(fā)現(xiàn)并解決組織指揮過程中存在的主要問題，對優(yōu)化各環(huán)節(jié)的信息活動、決策活動、組織活動和控制活動，進而提高航天發(fā)射任務(wù)組織指揮效能具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 航天發(fā)射任務(wù)組織指揮能力的總體構(gòu)成

構(gòu)建航天發(fā)射任務(wù)組織指揮能力評估分析框架，可采用“任務(wù)設(shè)計”和“概念驅(qū)動”模式［1］，首先需要界定和把握航天發(fā)射任務(wù)組織指揮能力的基本概念。組織指揮能力的定義為：是指指揮員及其指揮機關(guān)實施指揮活動所具有的實際能力。主要包括情報獲取與處理能力、籌劃決斷能力、計劃組織能力以及控制協(xié)調(diào)能力等［2］。

基于信息系統(tǒng)的航天發(fā)射任務(wù)組織指揮能力主要由3個層次的能力構(gòu)成，它們按照適當(dāng)?shù)谋壤头绞浇M合起來，形成整體大于各部分之和的涌現(xiàn)能力［3］：①信息基礎(chǔ)支撐能力是依托網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)，將各種參試單元、參試要素聚合形成整體高效組織指揮的能力，主要包括信息獲取能力、信息處理能力、信息存儲能力、信息傳輸能力、信息分發(fā)管理能力、信息利用能力、信息安全保密能力和導(dǎo)航定位能力。②要素能力是指在信息基礎(chǔ)支撐能力的支持下，不同層次的指揮員和指揮機關(guān)在組織指揮過程中在不同側(cè)面上必須具備的一般能力。結(jié)合航天發(fā)射任務(wù)組織指揮的概念及其能力內(nèi)涵，本文從掌握判斷能力、決策籌劃能力、計劃組織能力、協(xié)調(diào)控制能力、應(yīng)急情況處置能力、試驗總結(jié)與評估能力出發(fā)，構(gòu)建了航天發(fā)射任務(wù)組織指揮要素能力評估指標體系。③任務(wù)指揮能力是指根據(jù)航天發(fā)射任務(wù)組織指揮模式，綜合集成各種要素能力，高效順暢地遂行發(fā)射任務(wù)的能力。為適應(yīng)不同發(fā)射任務(wù)組織指揮效能評估的需要，可將效能評估指標分為組織指揮效率指標、組織指揮質(zhì)量指標、組織指揮穩(wěn)定性指標、組織指揮人員素質(zhì)及人員結(jié)構(gòu)指標4類［4］。

2 航天發(fā)射任務(wù)一體化組織指揮模式分析

航天發(fā)射任務(wù)組織指揮主要有3種模式：①集中式組織指揮模式，主要指總部具體實施組織指揮，各發(fā)射場承擔(dān)不同任務(wù)，發(fā)射場內(nèi)各部（站）承擔(dān)具體任務(wù)的三級組織指揮模式。②分布式組織指揮模式，是指在統(tǒng)帥部授權(quán)下組建航天發(fā)射聯(lián)合組織指揮部，由聯(lián)合組織指揮部統(tǒng)一組織發(fā)射場、測控基地及參試軍兵種部隊及其他參試力量實施發(fā)射任務(wù)。③一體化組織指揮模式是指依托無縫鏈接的網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)，實現(xiàn)各參試部隊間的信息共享、資源融合、分布決策、整體聯(lián)動的航天發(fā)射任務(wù)組織指揮。一體化組織指揮模式強調(diào)以網(wǎng)絡(luò)化的信息系統(tǒng)為支撐；整合指揮體制，整合信息流體系；由單級封閉集中式?jīng)Q策方式向多級開放式分布式聯(lián)合決策轉(zhuǎn)變，由計劃控制為主向?qū)崟r動態(tài)控制為主轉(zhuǎn)變，由以定性為主的經(jīng)驗評估向定性定量相結(jié)合的綜合評估轉(zhuǎn)變。

一體化組織指揮模式與分布式組織指揮模式相比，一是聯(lián)合的層次向下延伸，分布式模式的聯(lián)合體現(xiàn)在總部級、發(fā)射場／測控基地／參試軍兵種級，在發(fā)射場／測控基地／參試軍兵種內(nèi)部的指揮依然按照金字塔式的指揮結(jié)構(gòu)，而一體化模式通過網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)可以實現(xiàn)參試的各層次的單元實現(xiàn)整體聯(lián)動；二是參試力量可以實現(xiàn)以任務(wù)為牽引、動態(tài)和模塊化式的組合；三是參試力量編成更為融合。分布式模式實施發(fā)射任務(wù)時，雖然在一定程度上實現(xiàn)聯(lián)合，但是參試部隊仍在自身建制內(nèi)參與試驗，這種聯(lián)合是系統(tǒng)間的聯(lián)合；一體化模式將打破參試部隊建制不同的限制，實現(xiàn)混編的深度聯(lián)合。因此，一體化模式代表了未來航天發(fā)射任務(wù)組織指揮模式的總體發(fā)展趨向。

3 航天發(fā)射任務(wù)組織指揮效能評估的MAS建模

Agent是分布式計算環(huán)境下復(fù)雜系統(tǒng)建模的一種有效方法?；贛AS的建模與仿真通過對實體間的交互建模實現(xiàn)對體系的整體建模，并得到體系的整體“涌現(xiàn)”行為［5－6］。它是一種自底向上的建模方法，通過將系統(tǒng)及環(huán)境中的實體抽象成具有反應(yīng)性和主動性的Agent，再用合適的MAS體系結(jié)構(gòu)來組裝它們，從而建立整個系統(tǒng)的仿真模型，實現(xiàn)對系統(tǒng)整體行為的模擬［7－8］。目前，基于MAS的建模與仿真技術(shù)已成為復(fù)雜系統(tǒng)問題研究較為有效的方法之一。

從MAS的角度分析，航天發(fā)射任務(wù)組織指揮可以抽象為2大類要素，即組織指揮模式和組分系統(tǒng)功能與性能。將航天發(fā)射任務(wù)組織指揮的各組分系統(tǒng)抽象為Agent，則組織指揮模式確定了Agent的種類以及Agent之間的級聯(lián)關(guān)系，組分系統(tǒng)功能與性能確定了相應(yīng)Agent的屬性和功能行為。Agent的功能行為主要受航天發(fā)射任務(wù)組織指揮能力中要素能力和信息基礎(chǔ)支撐能力的影響?；贛AS的效能仿真模型中各指揮Agent間的級聯(lián)關(guān)系在仿真實驗過程中通過Agent的交互規(guī)則來體現(xiàn)。

航天發(fā)射任務(wù)組織指揮效能評估的MAS的組織結(jié)構(gòu)既包含集中式結(jié)構(gòu)的MAS系統(tǒng)，也包含分布式結(jié)構(gòu)的MAS系統(tǒng)，屬于一種混合式的MAS結(jié)構(gòu)。在航天發(fā)射任務(wù)組織指揮效能仿真系統(tǒng)中，需要設(shè)置的Agent主要包括：任務(wù)管理Agent、參試部隊指揮Agent（聯(lián)指指揮Agent、總部指揮Agent、基地指揮Agent、軍兵種指揮Agent、部（站）指揮Agent）、固定測試Agent、固定發(fā)射Agent、機動測發(fā)Agent、固定測控Agent、機動測控Agent、通信Agent、綜合保障Agent和界面交互Agent。航天發(fā)射任務(wù)一體化組織指揮模式的MAS結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 航天發(fā)射任務(wù)一體化組織指揮模式MAS結(jié)構(gòu)

按照Agent功能行為模型，將航天發(fā)射任務(wù)組織指揮分為4個過程，即制訂計劃過程、協(xié)調(diào)控制過程、形成決策過程和綜合保障過程。構(gòu)建一體化組織指揮模式交互規(guī)則如圖2所示。在一體化組織指揮模式中，綜合保障過程中的招標工作由提出保障請求的部（站）Agent負責(zé)，部（站）Agent和綜合保障Agent可以自行協(xié)同，共同完成航天發(fā)射任務(wù)。

圖2 航天發(fā)射任務(wù)一體化組織指揮模式交互規(guī)則

4 仿真實例分析

4.1 效能評估指標選取

為簡化起見，本文著重考察組織指揮效率指標，主要從時間維度來評估航天發(fā)射任務(wù)的組織指揮效能，即根據(jù)航天發(fā)射任務(wù)的特點，選擇時間響應(yīng)性作為航天發(fā)射任務(wù)組織指揮效能的評估指標。發(fā)射任務(wù)總時間等于組織指揮時間、測試時間、發(fā)射準備時間、綜合保障時間之和。

4.2 仿真工具選擇

Netlogo是一個可編程的、能夠模擬自然界和社會領(lǐng)域各類復(fù)雜對象行為演化規(guī)律的建模與仿真平臺。NetLogo是由美國西北大學(xué)開發(fā)的跨平臺多元素可編程的建模軟件，是由Uri Wilensky在1999年發(fā)起的，由連接學(xué)習(xí)和計算機及建模中心不斷完善和更新。NetLogo特別適合對隨時間演化的復(fù)雜系統(tǒng)進行建模，尤其適合于復(fù)雜性系統(tǒng)的仿真開發(fā)［9－10］。

基于NetLogo強大的功能和便捷的可操作性，本文采用NetLogo仿真平臺對航天發(fā)射任務(wù)組織指揮效能進行仿真與評估。

4.3 仿真與評估實例分析

下面，針對航天發(fā)射任務(wù)組織指揮的3種模式，進行效能仿真實驗與評估分析。

4.3.1 各指揮節(jié)點參數(shù)設(shè)置

假設(shè)各指揮節(jié)點的參數(shù)設(shè)置情況如下。

1）總部指揮節(jié)點從接到發(fā)射需求方的發(fā)射請求到制訂發(fā)射任務(wù)總體方案時間Tzp～N（6.0，1.22）（Tzp為服從均值為6.0，偏差為1.2的正態(tài)分布）；制訂協(xié)調(diào)控制方案時間Tzc～N（1.5，0.32）；每次決策時間Tzd～N（1.2，0.52）。

2）聯(lián)指指揮節(jié)點從接到統(tǒng)帥部的發(fā)射命令開始，構(gòu)建航天發(fā)射任務(wù)聯(lián)合組織指揮部到制訂發(fā)射任務(wù)總體方案時間Tlp～N（8.5，1.82）；制訂協(xié)調(diào)控制方案時間Tlc～N（1.8，0.62）；發(fā)射任務(wù)過程中總部指揮節(jié)點每次決策時間Tld～N（1.2，0.32）。

3）基地指揮節(jié)點從接到總部指揮節(jié)點或聯(lián)指指揮節(jié)點分配的發(fā)射任務(wù)開始，到完成制訂任務(wù)方案時間Tjp～N（5.5，1.22），其中基地指揮節(jié)點制訂綜合保障計劃方案時間Tjh～N（1.0，0.42）；制 訂 協(xié) 調(diào) 控 制 方 案 時 間Tjc～N（1.6，0.62）；基地指揮節(jié)點的決策時間Tjd～N（1.5，0.52）。

4）軍兵種指揮節(jié)點在接到統(tǒng)帥部的發(fā)射命令后，開始組建配屬于航天發(fā)射任務(wù)聯(lián)合組織指揮部的軍兵種指揮機構(gòu)，軍兵種指揮節(jié)點制訂任務(wù)方案時間Tbp～N（4.2，0.82）；制訂協(xié)調(diào)控制方案時間Tbc～N（1.2，0.52）；軍兵種指揮節(jié)點的決策時間Tbd～N（1.2，0.42）。

5）固定測試節(jié)點的指揮時間從產(chǎn)品進場開始計算，分別進行單元測試、分系統(tǒng)測試和綜合測試。單元測試時間Tcd～N（6.5，1.42），分系統(tǒng)測試時間Tcf～N（4.2，0.82），綜合測試時間Tcz～N（2.6，1.02）。產(chǎn)品可靠性Kc，服從（0.980，1）的均勻分布，測試完成時的可靠性要求不低于0.987。

6）固定發(fā)射節(jié)點的指揮時間從火箭轉(zhuǎn)運開始計算，分別進行垂直測試和火箭燃料加注。垂直測試時間Tfc～N（5.5，1.22）。發(fā)射可靠性Kf，服從（0.985，1）的均勻分布，測試完成時的可靠性要求不低于0.990。

7）機動測發(fā)節(jié)點的指揮時間主要指測試發(fā)射時間，包括集成、測試及發(fā)射，機動平臺的機動時間忽略不計。測試發(fā)射時間Tyj～N（12.5，2.62）。發(fā)射可靠性Ky，服從（0.987，1）的均勻分布，機動發(fā)射時的可靠性要求不低于0.990。

8）測控節(jié)點的信息傳輸時間Tck，服從（0.01，0.02）的均勻分布。

9）通信節(jié)點的信息傳輸時間Ttx，服從（0.005，0.01）的均勻分布。

10）綜合保障節(jié)點遂行綜合保障任務(wù)的時間Thq～N（2.4，0.82）。

4.3.2 仿真結(jié)果分析

基于集中式、分布式和一體化模式的航天發(fā)射任務(wù)組織指揮效能仿真結(jié)果如表1所示。

表1 航天發(fā)射任務(wù)組織指揮效能仿真結(jié)果

結(jié)果分析：

1）從集中式組織指揮仿真結(jié)果可知，在給定想定條件下，利用集中式組織指揮模式遂行發(fā)射任務(wù)時的平均任務(wù)總時間為42.67d。其中，總部指揮節(jié)點指揮時間約為10.23d；基地指揮節(jié)點指揮時間約為8.65d；測試節(jié)點指揮時間約為15.74d；發(fā)射節(jié)點指揮時間約為8.05d。

2）從分布式組織指揮仿真結(jié)果可知，在給定想定條件下，利用分布式組織指揮模式遂行發(fā)射任務(wù)時的平均任務(wù)總時間為29.78d。其中，聯(lián)指指揮節(jié)點指揮時間約為10.54d；軍兵種或基地指揮節(jié)點指揮時間約為6.70d；測試發(fā)射節(jié)點指揮時間約為12.54d。

3）從一體化模式的組織指揮仿真結(jié)果可知，在給定想定條件下，利用一體化組織指揮模式遂行發(fā)射任務(wù)時的平均任務(wù)總時間為16.80d。其中，聯(lián)指指揮節(jié)點指揮時間約為6.35d；測試發(fā)射節(jié)點指揮時間約為10.45d。

仿真結(jié)果表明，利用一體化組織指揮模式遂行發(fā)射任務(wù)的平均任務(wù)總時間與集中式、分布式組織指揮模式相比較大幅度減少。這是因為一體化組織指揮模式利用網(wǎng)絡(luò)化的信息系統(tǒng)，形成各參試單位的整體聯(lián)動，各參試單位之間的協(xié)同能力大幅提高。同時，網(wǎng)絡(luò)化的信息系統(tǒng)，縮短了試驗信息搜集的時間和組織指揮的層次，使指揮信息流動更加順暢，決策速度加快。仿真實驗進一步實證了，一體化組織指揮模式是未來航天發(fā)射任務(wù)組織指揮模式的總體發(fā)展趨向。

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