季明 馬力

(1.國防大學(xué) 信息作戰(zhàn)與指揮訓(xùn)練教研部，北京100091;2.軍事科學(xué)院 聯(lián)合作戰(zhàn)研究實(shí)驗(yàn)中心，北京100091)

1 引言

體系效能評估，是作戰(zhàn)體系分析的一個(gè)重難點(diǎn)問題。采用仿真實(shí)驗(yàn)方法評估體系效能是目前較為通用的做法。以評估為目的的仿真實(shí)驗(yàn)是一種研究“對變量進(jìn)行操縱的結(jié)果”的過程［1］，實(shí)驗(yàn)因素和實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的確定是體系效能仿真評估的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，是仿真實(shí)驗(yàn)前需要考慮的首要問題。實(shí)驗(yàn)因素是指對實(shí)驗(yàn)指標(biāo)值可能產(chǎn)生影響的原因或要素，實(shí)驗(yàn)指標(biāo)是根據(jù)評估目的選定的衡量仿真實(shí)驗(yàn)作戰(zhàn)效果的特性值。因素與指標(biāo)的確定是獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基本依據(jù)，因素和指標(biāo)選擇不好，就可能得到諸如“雞鳴導(dǎo)致天亮”這樣的錯(cuò)誤結(jié)論。

目前，面向體系效能評估的實(shí)驗(yàn)因素與指標(biāo)的篩選，大多基于傳統(tǒng)“分解可加”的還原論的思想，沒有充分考慮到作戰(zhàn)體系的復(fù)雜性特征，因此，在選擇原則、選擇范圍、選擇方法上都存在一些不足。主要體現(xiàn)在:

(1)在選擇原則上，傳統(tǒng)因素與指標(biāo)篩選原則要求客觀性、完備性、獨(dú)立性、敏感性［2］，但是體系具有動(dòng)態(tài)對抗、不斷演化、效能涌現(xiàn)、狀態(tài)混沌等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的選擇原則已經(jīng)不能滿足體系效能評估的需求。

(2)在選擇基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)的評估通?；谧缘紫蛏蠈訉泳酆系臉錉钤u估指標(biāo)體系框架，但由于復(fù)雜系統(tǒng)不可分解，也沒有“可加性”，分解會(huì)導(dǎo)致某些性質(zhì)的喪失，考慮局部得不出整體性質(zhì)［3］，因此基于樹狀結(jié)構(gòu)的評估指標(biāo)體系框架不能滿足對體系的整體評估的要求。

(3)在選擇范圍上，傳統(tǒng)的因素和指標(biāo)篩選范圍局限于作戰(zhàn)組分系統(tǒng)的性能、行動(dòng)、效能等傳統(tǒng)參量空間，對導(dǎo)致體系涌現(xiàn)性產(chǎn)生的關(guān)鍵要素即系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)演化等考慮不多，存在范圍不全、選擇面過窄的問題。

2 選擇因素與指標(biāo)的基本原則

目前關(guān)于實(shí)驗(yàn)因素和指標(biāo)的篩選原則通常包括客觀性、獨(dú)立性、完備性、合理性、靈敏性、可度量、全面性、典型性、適度性等要求。這些原則有些過于寬泛，難以指導(dǎo)實(shí)踐，例如合理性、典型性、適度性等原則;有些又無法做到，例如獨(dú)立性、完備性、全面性等。尤其在作戰(zhàn)體系復(fù)雜性特點(diǎn)的條件下，對實(shí)驗(yàn)因素和指標(biāo)的選擇又提出了新的要求。

作戰(zhàn)體系的復(fù)雜性特點(diǎn)決定了面向體系效能評估必須充分考慮體系整體性效果產(chǎn)生機(jī)理，突出復(fù)雜系統(tǒng)的特點(diǎn)，在“動(dòng)態(tài)、整體、對抗”的條件下進(jìn)行因素與指標(biāo)選擇［4］。

2.1 突出效能涌現(xiàn)性的特點(diǎn)

體系特別強(qiáng)調(diào)“整體”和“涌現(xiàn)”，涌現(xiàn)性反映了體系在演化過程中的整體性效果，是體系形成的標(biāo)志。作戰(zhàn)體系的整體性效果，是在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的支撐下，各種裝備、各作戰(zhàn)單元、各作戰(zhàn)能力相互聯(lián)結(jié)、相互作用而形成的整體作戰(zhàn)能力，而不是單件武器裝備、單個(gè)作戰(zhàn)單元、單項(xiàng)作戰(zhàn)系統(tǒng)能力的簡單相加。因此，在因素的選擇上，需要從分析體系整體性效果產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，特別關(guān)注會(huì)引起體系涌現(xiàn)性效能產(chǎn)生的因素;在指標(biāo)的選取上，也要特別關(guān)注能代表作戰(zhàn)體系的整體效能的指標(biāo)。

2.2 突出結(jié)構(gòu)演化性的特點(diǎn)

作戰(zhàn)體系是“活”的系統(tǒng)，具有適應(yīng)性和進(jìn)化性，體系的結(jié)構(gòu)、功能和性質(zhì)動(dòng)態(tài)可變，因此體系能力也不是靜態(tài)的，而是在對抗過程中動(dòng)態(tài)變化的。因此，在因素與指標(biāo)的選取上，要特別注意動(dòng)態(tài)性和靜態(tài)性相結(jié)合。不僅要考慮作戰(zhàn)體系靜態(tài)因素的變化，例如武器射程、飛行速度等，還要考慮動(dòng)態(tài)因素的變化，尤其是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，例如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率等。不僅要考慮靜態(tài)指標(biāo)，例如總攔截率、總攔截?cái)?shù)量等，還要考慮動(dòng)態(tài)指標(biāo)，例如OODA 環(huán)時(shí)長、網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量等。

2.3 突出能力相對性的特點(diǎn)

作戰(zhàn)體系能力是通過對抗展現(xiàn)的，對手不同能力也不同，是在某種條件下“某一時(shí)刻”“某一對手”的能力水平。因此，在因素選取時(shí)，要特別營造出能力對比的條件，例如面向不同對手不同武器的變化;在指標(biāo)選取時(shí)，要特別注意挑選出反映能力相對性特點(diǎn)的指標(biāo)，例如面對不同對手的體系抗毀性、脆弱性等。

3 體系效能評估指標(biāo)框架與指標(biāo)測量

3.1 體系效能評估指標(biāo)框架

體系是典型的復(fù)雜系統(tǒng)，從體系涌現(xiàn)性形成的機(jī)理角度來看，體系涌現(xiàn)性主要源于組成體系的組分系統(tǒng)、組分結(jié)構(gòu)以及組分之間的交互。對體系整體能力的評估必然要基于組分系統(tǒng)，但僅僅通過評估組分系統(tǒng)又無法獲得對體系整體能力的有效度量，因?yàn)檎w涌現(xiàn)性效果是由組分效能與網(wǎng)絡(luò)化效能共同作用產(chǎn)生的。本文以體系環(huán)境下的組分系統(tǒng)效能評估為基礎(chǔ)，以體系完成使命任務(wù)情況測度為牽引，以體系的整體涌現(xiàn)性能力評估為重點(diǎn)，以體系的“網(wǎng)絡(luò)化”結(jié)構(gòu)評價(jià)為關(guān)鍵，建立了網(wǎng)絡(luò)化體系能力評估框架，并給出了體系能力評估的參考指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)化體系能力評估建模框架如圖1 所示，主要包括組分系統(tǒng)的性能評估(Measures of Component Performance，MOCP)、組分系統(tǒng)的效能評估(Measeures of Component Effectiveness，MOCE)、體系的網(wǎng)絡(luò)化效能評估(Measures of SOS Networked Effectiveness，MONE)、體系涌現(xiàn)性效能評估(Measures of SOS Emergence Effectiveness，MOEE)和體系使命任務(wù)效能評估(Measures of SOS Task Effectiveness，MOTE)。圖1 中采用不同形狀表示了各個(gè)層次的多個(gè)評估指標(biāo)，其圖中虛線表示該層各指標(biāo)之間相互關(guān)聯(lián)，指標(biāo)間不具有獨(dú)立性，體現(xiàn)了“指標(biāo)網(wǎng)”的特點(diǎn);實(shí)線表示不同層次間效能指標(biāo)的映射關(guān)系。

組分系統(tǒng)性能指標(biāo)層指的就是組分系統(tǒng)的性能指標(biāo)，例如某型導(dǎo)彈的火力范圍、命中精度、殺爆范圍等。組分系統(tǒng)效能指標(biāo)層旨在度量系統(tǒng)單元在體系中的效能發(fā)揮，例如火力系統(tǒng)的發(fā)射成功率、成爆率、命中率、生存力等。網(wǎng)絡(luò)化效能指標(biāo)用于評估體系演化過程中組分系統(tǒng)間產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)化交互的程度。這些指標(biāo)包括網(wǎng)絡(luò)的度分布、平均距離、集聚系數(shù)、介數(shù)等。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的評估指標(biāo)框架決定了對體系能力的評估不再是自底向上的層層聚合，因此，通常不選擇以上指標(biāo)作為體系能力評估指標(biāo)，而是在實(shí)驗(yàn)分析過程中關(guān)注它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

對體系效能的評估應(yīng)著重從兩方面進(jìn)行度量，即體系使命任務(wù)效能評估MOTE 和體系涌現(xiàn)性效能評估MOEE。MOTE 旨在對體系實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)的程度進(jìn)行度量，評估的是體系完成使命任務(wù)的整體情況，是體系能力整體涌現(xiàn)性最直接、最根本的體現(xiàn)，是體系優(yōu)化的根本準(zhǔn)則，也是體系的決策者最為關(guān)心的內(nèi)容。它描述的是體系在特定條件下完成使命任務(wù)的整體情況，一些傳統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估中使用的典型指標(biāo)，在研究體系使命任務(wù)效能評估時(shí)仍然非常重要。該層指標(biāo)主要包括:戰(zhàn)果、戰(zhàn)損、任務(wù)完成度、戰(zhàn)損比、推進(jìn)速度、作戰(zhàn)時(shí)間、使命任務(wù)完成率。涌現(xiàn)性效能指標(biāo)層MOEE 衡量的是體系的整體涌現(xiàn)性，特別強(qiáng)調(diào)體系演化過程中在結(jié)構(gòu)、功能和行為等方面所涌現(xiàn)出的整體特性，例如體系結(jié)構(gòu)的魯棒性和脆弱性、組分系統(tǒng)功能耦合所產(chǎn)生的新能力、體系的自適應(yīng)和同步行為等。該層指標(biāo)主要包括:傳感協(xié)同能力、攻擊協(xié)同能力、體系抗毀性、體系脆性、體系重心、體系適應(yīng)性、體系作戰(zhàn)同步和體系對抗OODA 環(huán)效能。

涌現(xiàn)性效能指標(biāo)層是從機(jī)理層面對體系能力的深度分析，反映的是體系對抗機(jī)理和能力生成機(jī)制，是對體系完成使命任務(wù)情況的深層次原因的探尋。對這兩層指標(biāo)都進(jìn)行度量，可得到對體系整體能力比較全面的評估;但在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程中，也可根據(jù)評估目的，僅關(guān)注某一層指標(biāo)。例如，關(guān)注體系的魯棒性、尋找體系的重心，可能僅從體系涌現(xiàn)性效能指標(biāo)層尋找指標(biāo)來進(jìn)行能力評估。

3.2 體系能力指標(biāo)的測量

體系能力是體系涌現(xiàn)產(chǎn)生的整體性效果，是局部所不具有的新性質(zhì)，一旦把體系還原為它的組分，體系能力便不復(fù)存在了。因此，體系使命任務(wù)效能指標(biāo)和體系涌現(xiàn)性效能指標(biāo)都不適宜再用局部效能指標(biāo)聚合而成，而是選擇合適的方法對體系整體指標(biāo)進(jìn)行“測量”得到。這種測量包括靜態(tài)測量和動(dòng)態(tài)測量兩種。靜態(tài)測量就是傳統(tǒng)的仿真后數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)，例如計(jì)算某次仿真后的目標(biāo)毀傷數(shù)量、導(dǎo)彈發(fā)射數(shù)量等。動(dòng)態(tài)測量主要根據(jù)評估需要，有針對性地對某些特別關(guān)注的指標(biāo)在整個(gè)仿真過程中的不斷變化情況進(jìn)行測量，這種動(dòng)態(tài)測量獲得的可以是指標(biāo)的瞬時(shí)值，例如測量時(shí)刻的體系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);也可以是指標(biāo)的累計(jì)值，例如測量時(shí)刻之前目標(biāo)累計(jì)毀傷數(shù)量;還可以是指標(biāo)的平均值，例如測量時(shí)刻之前的OODA 環(huán)平均時(shí)長。對指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量的方法主要包括以下兩種:

(1)固定時(shí)間間隔測量。這種測量主要是按照分析人員設(shè)置的固定時(shí)間間隔，每隔一段時(shí)間對指標(biāo)進(jìn)行測量，得到對某項(xiàng)指標(biāo)的全仿真過程常態(tài)連續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測。

(2)事件觸發(fā)測量。這種測量以一系列重要行動(dòng)的發(fā)生點(diǎn)為測量時(shí)刻，得到對某項(xiàng)指標(biāo)的特殊的監(jiān)測，適用于觀察關(guān)鍵行動(dòng)對體系的影響，以及體系的自我修復(fù)。

通過對指標(biāo)靜態(tài)加動(dòng)態(tài)的全面測量，才能發(fā)現(xiàn)和掌握體系運(yùn)行的規(guī)律，從而揭示體系能力形成的深層次機(jī)理。

4 因素的選擇

4.1 傳統(tǒng)參量空間

仿真實(shí)驗(yàn)的核心功能是探索各種作戰(zhàn)要素、影響因素之間的因果關(guān)系，而探索這種因果關(guān)系的一個(gè)重要前提就是要盡可能找出關(guān)系和影響作戰(zhàn)的各種“因”，特別是各種關(guān)鍵性的作戰(zhàn)要素、影響因素。傳統(tǒng)的因素篩選空間通常包括環(huán)境參量、能力參量和策略參量［5］。環(huán)境參量是指影響體系運(yùn)作的各種外部要素集合，通常包括自然環(huán)境要素和作戰(zhàn)環(huán)境要素等。能力參量通常取自于體系組分系統(tǒng)的某個(gè)屬性項(xiàng)或相關(guān)關(guān)鍵能力指標(biāo)，例如“探測距離”“發(fā)射數(shù)量”“毀傷概率”等，也就是前文所述的組分系統(tǒng)性能指標(biāo)層。策略參量則是反映作戰(zhàn)體系行動(dòng)方案，包括計(jì)劃行動(dòng)和臨機(jī)行動(dòng)等。然而，這些參量都是基于武器裝備本身的一些基礎(chǔ)性因素，多數(shù)是直接影響裝備系統(tǒng)級效能而間接影響到涌現(xiàn)性效能，而導(dǎo)致體系涌現(xiàn)性產(chǎn)生的基于網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜交互卻沒有被考慮，這就使得底層基礎(chǔ)性的因素與高層整體性效能的“涌現(xiàn)”之間產(chǎn)生鴻溝，使得因果關(guān)系判斷更為困難，戰(zhàn)爭規(guī)律更難尋覓。因此，在因素篩選時(shí)，必須將網(wǎng)絡(luò)化效能指標(biāo)也納入因素篩選空間，彌補(bǔ)這種底層的“因”和高層的“果”之間存在的斷層，從而能夠從體系整體性效果產(chǎn)生機(jī)理的角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)一些隱藏的因果關(guān)系或關(guān)聯(lián)關(guān)系。因此，想要通過實(shí)驗(yàn)獲得體系整體效能評估結(jié)果，必須考慮導(dǎo)致體系涌現(xiàn)性產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)因素，必須將反映體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和性能的網(wǎng)絡(luò)因素納入到實(shí)驗(yàn)因素范圍，并結(jié)合前三種參量，形成對體系整體效能評估的參量篩選空間。

4.2 網(wǎng)絡(luò)化因素參量空間

作戰(zhàn)體系涉及大量不同層面和不同類型的網(wǎng)絡(luò)，主要包括物理網(wǎng)、應(yīng)用網(wǎng)和對抗網(wǎng)。其中，物理網(wǎng)指作戰(zhàn)體系中物理層面所存在的各類通信網(wǎng)，包括衛(wèi)星通信網(wǎng)、電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)鏈以及有線/無線局域網(wǎng)等;應(yīng)用網(wǎng)是指在物理網(wǎng)的支撐下，依據(jù)作戰(zhàn)體系中存在的不同關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，涉及指控網(wǎng)和傳感網(wǎng)等;除了以上兩類相對靜態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，在動(dòng)態(tài)對抗中，各作戰(zhàn)實(shí)體會(huì)通過信息、物質(zhì)或能量的交互建立各種關(guān)聯(lián)關(guān)系，比如信息獲取、火力打擊和電磁壓制等，這些在對抗中產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)關(guān)系會(huì)形成邏輯上的網(wǎng)絡(luò)也就是對抗網(wǎng)。對于對抗網(wǎng)，由于是在仿真運(yùn)行過程中由武器自主行為產(chǎn)生，無法在因素選擇階段對其進(jìn)行選擇和量化，因此只對物理網(wǎng)和應(yīng)用網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)因素進(jìn)行篩選和選擇。這種網(wǎng)絡(luò)因素主要包括兩種:一種是物理網(wǎng)絡(luò)的因素，比如網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、傳輸速率;另一種是體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)因素，比如度分布、介數(shù)、聚焦系數(shù)［6］等。最后根據(jù)體系整體性評估目的，選擇與實(shí)驗(yàn)任務(wù)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)因素，結(jié)合環(huán)境參量、能力參量和策略參量，最終形成面向任務(wù)的因素集。

5 因素與指標(biāo)的選擇方法流程

實(shí)驗(yàn)分析的過程是分析從因到果的過程，也就是分析某個(gè)原因?qū)е铝四男┙Y(jié)果的產(chǎn)生，而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程中根據(jù)考查指標(biāo)反過來尋找因素，也就是分析某個(gè)結(jié)果可能是哪些原因造成的。因此，在做實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要選擇指標(biāo)，確定了“果”之后，再根據(jù)“果”進(jìn)行回溯推理，尋找“因”，并經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這種預(yù)想的因果聯(lián)系是否存在;如果不存在，則要調(diào)整選擇范圍，修正“因”和“果”兩方面的選擇，進(jìn)行下一輪實(shí)驗(yàn)，如此循環(huán)往復(fù)，直到達(dá)到評估目的，形成科學(xué)合理的評估結(jié)論。選擇流程如圖2 所示。

第一步:選擇指標(biāo)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，從體系使命任務(wù)效能指標(biāo)MOTE 和體系涌現(xiàn)性效能指標(biāo)MOEE 兩方面進(jìn)行定性判斷，尋找代表性指標(biāo)。

第二步:因果回溯。針對每一個(gè)指標(biāo)，尋找可能會(huì)影響該指標(biāo)的原因。

第三步:原因篩選與合并。對重合的原因進(jìn)行合并，也可根據(jù)需要酌情刪除或增加。

圖2 因素與指標(biāo)的選擇方法流程示意圖

第四步:對原因進(jìn)行細(xì)化，逐步細(xì)化到仿真可以對其進(jìn)行操控的粒度。

第五步:形成因素集和指標(biāo)集，最終通過仿真實(shí)驗(yàn)分析其關(guān)聯(lián)程度，再根據(jù)分析結(jié)果修正或調(diào)整指標(biāo)集和因素集，或重新進(jìn)行指標(biāo)和因素選擇過程。

在指標(biāo)和因素選擇的整個(gè)過程中，必須充分利用軍事專家領(lǐng)域知識，分析人員和軍事人員要充分交流和協(xié)作。

6 分析示例

以對某防空反導(dǎo)體系進(jìn)行能力評估為例，使用本文所述方法與流程進(jìn)行因素與指標(biāo)選擇，進(jìn)行評估分析。

6.1 指標(biāo)的選取

根據(jù)能力評估目的，為了更為全面地評估該反導(dǎo)體系的能力，分別從涌現(xiàn)性效能指標(biāo)層和使命任務(wù)效能指標(biāo)層各選取兩個(gè)指標(biāo)作為評估指標(biāo)，見表1。

表1 某防空反導(dǎo)體系效能仿真實(shí)驗(yàn)評估指標(biāo)選擇表

6.2 因素的選取

根據(jù)軍事規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)，對影響每項(xiàng)指標(biāo)重要因素進(jìn)行因果回溯，對這些因素進(jìn)行合并、選擇和細(xì)化，最終形成本次能力評估實(shí)驗(yàn)的因素集，見表2。在這個(gè)因果回溯的過程中，需要充分利用人的知識和經(jīng)驗(yàn)，酌情取舍。

表2 某防空反導(dǎo)體系效能仿真實(shí)驗(yàn)評估因素選擇表

6.3 指標(biāo)與因素的調(diào)整

根據(jù)仿真后的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)來襲目標(biāo)RCS在某個(gè)區(qū)間中對使命任務(wù)效能指標(biāo)影響明顯，超出該區(qū)域則指標(biāo)變化不明顯，則將目標(biāo)RCS 固定在區(qū)間內(nèi)的某值，不再對其進(jìn)行變化，即不再將其作為實(shí)驗(yàn)因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。同樣，對其他因素也可以做類似修改或調(diào)整，直至滿足實(shí)驗(yàn)需要。

7 結(jié)束語

面向體系效能評估的仿真實(shí)驗(yàn)，首先面臨的就是實(shí)驗(yàn)因素與指標(biāo)的選擇問題。本文試圖部分解決還原論思想下體系效能評估的不足之處，但是體系復(fù)雜性使得因素與指標(biāo)的選擇空間更為龐大，某些指標(biāo)特別是網(wǎng)絡(luò)化指標(biāo)的測量也更為困難，基于復(fù)雜系統(tǒng)思想和網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的因素與指標(biāo)選取，還需要進(jìn)一步研究體系效能評估和分析方法，從而形成對因素與指標(biāo)選取的支持。

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