張永東，　舒正平，　李忠光，　白　杰

(1. 裝備學(xué)院 研究生管理大隊(duì)， 北京 101416；　2. 裝備學(xué)院 裝備指揮系， 北京 101416)

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基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論的裝備保障能力系統(tǒng)及其演進(jìn)研究

張永東1，舒正平2，李忠光1，白杰1

(1. 裝備學(xué)院 研究生管理大隊(duì)， 北京 101416；2. 裝備學(xué)院 裝備指揮系， 北京 101416)

針對(duì)裝備保障能力生成中的復(fù)雜性問題，嘗試將復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)(CAS)理論引入裝備保障研究。闡述了基于CAS理論的裝備保障觀，分析了裝備保障能力系統(tǒng)的特征、組成和結(jié)構(gòu)，得出了系統(tǒng)演化的必要條件；給出了基于慣例和規(guī)則的裝備保障能力系統(tǒng)演進(jìn)框架，建立了主體的基本行為模型和整體演進(jìn)ECHO模型，獲得了運(yùn)用CAS理論研究裝備保障能力主體適應(yīng)性學(xué)習(xí)機(jī)制和整體涌現(xiàn)機(jī)制的方法。

裝備保障能力;復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng);演進(jìn)

裝備保障能力是裝備保障主體滿足軍隊(duì)訓(xùn)練和作戰(zhàn)任務(wù)等需求的程度，是軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力不可或缺的要素之一[1]。裝備保障能力系統(tǒng)涵蓋了眾多的武器裝備、海量的保障資源和復(fù)雜的裝備保障組織運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，形成了一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)(CAS)理論是霍蘭教授在1984年提出的[2]206，被稱為“21世紀(jì)的科學(xué)”，已在經(jīng)濟(jì)、軍事和管理等多個(gè)領(lǐng)域取得了成功應(yīng)用。經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的代表成果如美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室的ASPEN系列模型、美國Santa Fe的人工股票市場(chǎng)、ACE勞動(dòng)力市場(chǎng)模型等，軍事領(lǐng)域的代表成果如美軍的聯(lián)合作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)(Joint Warfare System，JWARS)、聯(lián)合仿真系統(tǒng)(Joint Simulation System，JSIMS)、聯(lián)合建模與仿真系統(tǒng)(Joint Modeling and Simulation System，JMASS)等。CAS理論認(rèn)為系統(tǒng)是一個(gè)適應(yīng)性主體，與一般系統(tǒng)分析相比，分析的框架有所不同：第一，CAS的結(jié)構(gòu)分析主要是確定主體和區(qū)分層次，并把主體與元素作為2個(gè)概念來對(duì)待；第二，CAS的環(huán)境分析主要是對(duì)“位置”分析和“資源”界定；第三，復(fù)雜適應(yīng)分別將系統(tǒng)的輸入和輸出稱為刺激和反應(yīng)[3]。傳統(tǒng)的研究裝備保障能力的方法是基于還原論的，自頂而下的分解過程簡(jiǎn)化了裝備保障能力復(fù)雜性生成的根源，不僅無法揭示其生成本質(zhì)，而且無法定量描述分析結(jié)果。CAS理論通過研究裝備保障能力主體及其交互，實(shí)現(xiàn)了裝備保障能力復(fù)雜系統(tǒng)的微觀行為與宏觀涌現(xiàn)現(xiàn)象的有機(jī)結(jié)合，自底向上的方法揭示了裝備保障能力生成的動(dòng)因、路徑和機(jī)制，能為裝備保障能力建設(shè)決策提供依據(jù)。目前，從復(fù)雜性的視角進(jìn)行裝備保障能力研究還比較少。本文基于CAS理論，分析了裝備保障能力系統(tǒng)的復(fù)雜適應(yīng)性特征，并探索了其主體適應(yīng)性學(xué)習(xí)機(jī)制和整體演進(jìn)機(jī)制。

1　基于CAS的裝備保障觀

CAS的基本思想是“適應(yīng)性造就復(fù)雜性”，主體的適應(yīng)性表現(xiàn)為主體的交互能力。一方面，主體在交互中持續(xù)“學(xué)習(xí)”和“積累經(jīng)驗(yàn)”，自身的狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和行為發(fā)生了演化；另一方面，底層的主體通過相互作用，聚集成新的更大的主體，涌現(xiàn)出新的結(jié)構(gòu)、現(xiàn)象和更復(fù)雜的行為，產(chǎn)生了“1+1>2”的整體涌現(xiàn)性[2]207-215。

裝備保障系統(tǒng)由多個(gè)主體組成，如裝備管理機(jī)構(gòu)、保障分隊(duì)、修理工廠、保障訓(xùn)練機(jī)構(gòu)、科研院所等，它們都是適應(yīng)性主體。當(dāng)裝備保障系統(tǒng)感知到外部環(huán)境的刺激后，選擇規(guī)則集合中適應(yīng)度最大的IF/THEN規(guī)則，通過效應(yīng)器輸出對(duì)外部環(huán)境的反應(yīng)。同時(shí)，裝備保障主體不斷篩選和創(chuàng)新裝備保障規(guī)則，通過調(diào)整體制編制、優(yōu)化保障流程、加強(qiáng)保障訓(xùn)練等路徑改變自身的結(jié)構(gòu)和行為，提高主體的適應(yīng)性，正是這種裝備保障主體的適應(yīng)性學(xué)習(xí)行為造就了裝備保障系統(tǒng)的復(fù)雜性。

2　裝備保障能力系統(tǒng)分析

2.1裝備保障能力系統(tǒng)特征

裝備保障能力系統(tǒng)是由裝備保障資源、知識(shí)和文化組合而成的，以人員和資源為主要載體，以提高裝備完好率和可用性為目標(biāo)，表現(xiàn)為裝備保障指揮能力、技術(shù)保障能力和調(diào)配保障能力。裝備保障能力是系統(tǒng)主體之間及主體與環(huán)境之間相互作用的結(jié)果，是系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性的表現(xiàn)，裝備保障能力系統(tǒng)本質(zhì)是一個(gè)CAS。其復(fù)雜適應(yīng)性特征包括：(1) 裝備保障能力的組織管理主體、維修主體、供應(yīng)主體等呈現(xiàn)出明顯的層次性；(2) 裝備保障能力系統(tǒng)是耗散結(jié)構(gòu)，為保持平衡態(tài)需要外部輸入；(3) 各子能力單元之間及其與外部環(huán)境的相互作用，是新質(zhì)裝備保障能力涌現(xiàn)的根源；(4) 裝備保障人員、資源、信息等要素之間的關(guān)系是非線性的；(5) 系統(tǒng)各主體能通過激勵(lì)和約束不斷學(xué)習(xí)，改變自身的狀態(tài)和行為以增強(qiáng)適應(yīng)性；(6) 裝備保障能力系統(tǒng)與復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境相互作用，釋放能力并完成任務(wù)，是一個(gè)復(fù)雜的過程。

2.2裝備保障能力系統(tǒng)組成

2.2.1裝備保障能力系統(tǒng)主體界定

裝備保障能力系統(tǒng)的主體是決策者和執(zhí)行者。CAS中的復(fù)雜適應(yīng)主體具有主動(dòng)性、反應(yīng)性等特點(diǎn)，裝備保障能力系統(tǒng)中的“人”與復(fù)雜適應(yīng)主體的主動(dòng)性、反應(yīng)性特點(diǎn)最為吻合。因此，各類裝備保障人員是適應(yīng)性主體，本文引用趙明[4]的研究成果，將裝備保障人員稱為個(gè)體型能力主體，也稱為基本主體元素。個(gè)體型裝備保障能力主體是適應(yīng)性主體，通過“聚集”“積木”2個(gè)功能，“粘合”形成新的多主體聚集體，包括各級(jí)裝備保障決策機(jī)構(gòu)、管理部門、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等具有適應(yīng)能力的集團(tuán)型裝備保障能力主體，這些主體具有層次性。以裝備技術(shù)保障能力系統(tǒng)主體為例，其組成如圖1所示。個(gè)體型裝備技術(shù)保障能力主體是從事裝備技術(shù)保障管理、作業(yè)或者科研工作的人員；集團(tuán)型裝備保障技術(shù)能力主體是個(gè)體型能力主體構(gòu)成的群體。

圖1　裝備技術(shù)保障能力系統(tǒng)主體組成示意圖

2.2.2裝備保障能力系統(tǒng)要素剖析

裝備保障能力系統(tǒng)要素包括裝備保障資源、裝備保障知識(shí)和文化3部分,如圖2所示。

圖4　裝備保障能力系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

圖2　裝備保障能力要素構(gòu)成示意圖

裝備保障資源是裝備保障能力系統(tǒng)存在和運(yùn)行所需的人力、物質(zhì)、經(jīng)費(fèi)、信息、時(shí)空等，屬于基礎(chǔ)性要素。裝備保障知識(shí)的顯性知識(shí)是以文字形式表現(xiàn)的制度規(guī)范、技術(shù)原理、作業(yè)流程等，具有規(guī)范化、系統(tǒng)化的特點(diǎn)；隱性知識(shí)主要是指所用到的技術(shù)。裝備保障文化是指軍隊(duì)和裝備保障系統(tǒng)長期倡導(dǎo)和培育的，裝備保障人員共同塑造的道德精神、行為規(guī)范等總和，是在裝備保障實(shí)踐基礎(chǔ)上產(chǎn)生的反映并作用于實(shí)踐的價(jià)值觀體系。

2.2.3裝備保障能力系統(tǒng)單元

單元是裝備保障能力系統(tǒng)的組件或零件，不可再分且能獨(dú)立完成任務(wù)。本文按照裝備保障能力發(fā)揮的方式，參考肖丁[5]、李智舜[6]等的研究成果,將裝備保障能力分為裝備保障指揮能力、技術(shù)保障能力和調(diào)配保障能力，如圖3所示。

圖3　裝備保障能力單元構(gòu)成示意圖

2.3裝備保障能力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于CAS理論和前文的論述，本文將裝備保障能力系統(tǒng)分為裝備保障能力要素系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和表現(xiàn)系統(tǒng)3個(gè)部分，其關(guān)系如圖4所示。

由圖4可知，裝備保障能力要素系統(tǒng)主要由資源、知識(shí)和文化3個(gè)部分組成，資源是基礎(chǔ)，知識(shí)是核心,文化是靈魂；裝備保障能力執(zhí)行系統(tǒng)主要由個(gè)體型主體和集團(tuán)型主體構(gòu)成；裝備保障能力表現(xiàn)系統(tǒng)主要包括保障指揮能力、保障技術(shù)能力和保障調(diào)配能力。由于裝備保障對(duì)象的不同，資源、知識(shí)和文化要素表現(xiàn)出了異質(zhì)性。如海軍艦船的維修技術(shù)與空軍戰(zhàn)斗機(jī)的維修技術(shù)具有差異性，這些差異性是主體多樣性的基礎(chǔ)；在裝備保障實(shí)踐中，保障主體既有一線的戰(zhàn)士和工人，也有修理班、排、連和車間等，主體的層次性特征十分明顯。裝備保障任務(wù)的完成需要3個(gè)能力單元密切協(xié)同，其關(guān)系具有非線性特征。裝備保障能力系統(tǒng)的多樣性、層次性和非線性特征使系統(tǒng)演化成為可能，使裝備保障能力的涌現(xiàn)成為可能。

3　裝備保障能力系統(tǒng)演進(jìn)分析

3.1裝備保障能力系統(tǒng)演進(jìn)的概念

慣例是組織特有的完成任務(wù)的方式，是組織長期積淀形成的，表征著反應(yīng)和預(yù)測(cè)外部環(huán)境的能力，慣例具有“不易模仿性”“可遺傳性”“變異性”和“記憶性”的特點(diǎn)；規(guī)則是IF/THEN的集合，主體在受到刺激后要依賴規(guī)則做出反應(yīng)[7]。本文認(rèn)為，裝備保障能力系統(tǒng)慣例是指裝備保障的經(jīng)驗(yàn)或習(xí)慣，規(guī)則是系統(tǒng)重復(fù)的活動(dòng)方式，以及各主體共同遵守的制度或規(guī)定，如裝備保障作業(yè)流程、管理制度、文化等。系統(tǒng)的演化是指系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、特性、行為、功能等隨著時(shí)間的變化[2]13。裝備保障能力系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)，其演化過程表現(xiàn)在為適應(yīng)新環(huán)境而進(jìn)行搜尋慣例和規(guī)則的行為，演化結(jié)果表現(xiàn)為系統(tǒng)量變和新的涌現(xiàn)，向上的演化稱為演進(jìn)。

3.2基于慣例和規(guī)則的裝備保障能力系統(tǒng)演進(jìn)框架

裝備保障能力系統(tǒng)演進(jìn)的本質(zhì)是裝備保障慣例和規(guī)則的復(fù)制、模仿或創(chuàng)新，慣例和規(guī)則的改變是裝備保障主體適應(yīng)性學(xué)習(xí)的結(jié)果，慣例和規(guī)則的改變引起了系統(tǒng)狀態(tài)量的變化，最終導(dǎo)致裝備保障能力系統(tǒng)涌現(xiàn)。同時(shí)，裝備保障能力系統(tǒng)還融合了環(huán)境中的有用規(guī)則，不斷豐富系統(tǒng)的規(guī)則。裝備保障能力系統(tǒng)演進(jìn)可從主體演進(jìn)和系統(tǒng)演進(jìn)2個(gè)層次理解,如圖5所示。

圖5　裝備保障能力系統(tǒng)演進(jìn)框架示意圖

3.3裝備保障能力系統(tǒng)演進(jìn)模型分析

3.3.1主體演進(jìn)的行為模型分析

本文建立的裝備保障能力系統(tǒng)主體演進(jìn)基本行為模型，如圖6所示。

圖6　主體演進(jìn)基本行為模型示意圖

裝備保障能力系統(tǒng)主體演進(jìn)的行為模型分為2部分[8]，一部分是執(zhí)行系統(tǒng)，由探測(cè)器、效應(yīng)器和IF/THEN規(guī)則集合組成，探測(cè)器從裝備保障能力系統(tǒng)的環(huán)境中獲取信息，效應(yīng)器向環(huán)境輸出信息和行動(dòng)，IF/THEN規(guī)則集合規(guī)定了刺激與反應(yīng)的映射關(guān)系；另一部分是基于遺傳算法的裝備保障規(guī)則集合的更新，更新的途徑包括篩選和創(chuàng)新，篩選通過信用分派機(jī)制實(shí)現(xiàn)，新規(guī)則是已有慣例和規(guī)則的積木，即以已知的適合度最大的慣例和規(guī)則為基礎(chǔ)創(chuàng)造新規(guī)則。趙中凱等[9]建立了三級(jí)裝備保障系統(tǒng)的主體演進(jìn)行為模型和IF/THEN規(guī)則，用裝備維修能力和器材供應(yīng)能力來度量和分配規(guī)則的信用度，并產(chǎn)生了新的規(guī)則，即基層級(jí)器材儲(chǔ)存和從廠家直接購買器材是裝備保障主體適應(yīng)度最高的選擇。

3.3.2整體演進(jìn)的ECHO模型分析

霍蘭教授建立了復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的ECHO模型[2]215-216，如圖7所示，可用于裝備保障能力系統(tǒng)演進(jìn)分析。

圖7　系統(tǒng)演進(jìn)的ECHO模型示意圖

按照本文的語境，可將資源理解為裝備保障能力系統(tǒng)建立所需的人員、物資、能量和信息，這些資源是可更新的，是裝備保障能力主體發(fā)展的基礎(chǔ)；位置表現(xiàn)為各層次各類裝備保障主體在空間上的分布，位置不同，主體的數(shù)質(zhì)量、可消耗的資源和發(fā)展空間也不相同；主體的進(jìn)攻標(biāo)識(shí)是裝備保障目標(biāo)的信息，防御標(biāo)識(shí)是其他裝備保障能力主體和環(huán)境的信息，資源庫是主體所擁有的資源。根據(jù)以上分析，裝備保障能力系統(tǒng)的整體演進(jìn)模型是這樣運(yùn)行的：裝備保障能力系統(tǒng)有多個(gè)時(shí)空位置，每個(gè)位置有多個(gè)裝備保障能力主體和裝備保障資源，裝備保障能力主體在各個(gè)位置的運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)資源和信息的交換，裝備保障能力系統(tǒng)各個(gè)主體的適應(yīng)性不斷增強(qiáng)，系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生了新的涌現(xiàn)，主體的適應(yīng)性是系統(tǒng)演進(jìn)的根本動(dòng)力。

4　結(jié) 束 語

CAS理論已經(jīng)取得了很多成功應(yīng)用，解決了許多牛頓科學(xué)范式無法回答或解決的問題。采用CAS理論，將裝備保障能力視為復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)來進(jìn)行分析，并對(duì)裝備保障能力復(fù)雜適應(yīng)性特征、主體的適應(yīng)性學(xué)習(xí)機(jī)制和整體演進(jìn)機(jī)制進(jìn)行研究，是裝備保障理論發(fā)展的客觀需要。當(dāng)前，隨著軍民融合發(fā)展不斷深化，我軍裝備保障建設(shè)將進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段，關(guān)于裝備保障能力的研究至關(guān)重要。針對(duì)裝備保障能力系統(tǒng)這一復(fù)雜系統(tǒng)，本文從靜態(tài)上研究了其多樣性、層次性和非線性特征，從動(dòng)態(tài)上分析了其演進(jìn)過程和機(jī)理。下一步，應(yīng)在裝備保障能力演進(jìn)機(jī)理、演進(jìn)路徑、演進(jìn)模式等方面展開研究，并探索裝備保障能力演進(jìn)的建模仿真方法。

References)

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(編輯：李江濤)

Research on Equipment Support Competence System and Evolution Based on the Theory of Complex Adaptive System

ZHANG Yongdong1，SHU Zhengping2，LI Zhongguang1，BAI Jie1

(1. Department of Graduate Management, Equipment Academy, Beijing 101416, China;2. Department of Equipment Command, Equipment Academy, Beijing 101416, China)

Aiming at the complexity of the generating of equipment support capacity, the paper tries to introduce complicated applicability system (CAS) in the field of equipment support. The paper illustrates the equipment support concept base on CAS, analyzes the characteristics, composition and structure of equipment support system, draws the necessary conditions of the system evolution, builds up an equipment system support capacity system evolution framework based on custom and rules, establishes a basic behavior model and overall evolution ECHO model for the main body and thus concludes the method of studying main body adaptability and overall emergence mechanism of equipment support capacity based on CAS theory.

equipment support competence; complex adaptive system(CAS); evolution

2015-11-23

部委級(jí)資助項(xiàng)目

張永東(1980—)，男，博士研究生，主要研究方向?yàn)檠b備保障。laodazyd@163.com

E92

2095-3828(2016)04-0024-05

A

10.3783/j.issn.2095-3828.2016.04.006

舒正平，男，教授，博士生導(dǎo)師。