錢紅林， 雒智勇， 劉 兵， 周 政(. 裝備學院 裝備指揮系， 北京 046； . 中國運載火箭技術研究院， 北京 0007； . 裝備學院 研究生管理大隊， 北京 046)

裝備保障方案仿真評估研究

錢紅林1， 雒智勇2， 劉 兵1， 周 政3
(1. 裝備學院 裝備指揮系， 北京 101416； 2. 中國運載火箭技術研究院， 北京 100072； 3. 裝備學院 研究生管理大隊， 北京 101416)

針對目前裝備保障方案評估科學性不高的問題，提出了基于仿真的裝備保障方案評估思路，即采用仿真實驗的方法，在作戰(zhàn)行動仿真的牽引下，通過對裝備保障行動過程的大樣本仿真，依據仿真數據及評估指標體系對裝備保障方案進行評估。分析了裝備保障方案仿真評估方法的優(yōu)勢，給出了仿真評估基本流程及主要工作，梳理了仿真評估過程中需要解決的重點問題。重點探討了仿真過程中損消耗生成采用的主要方法,基于實體的裝備保障行動規(guī)則的制定過程,評估指標體系構建過程中評估指標和指標計算方法的確定思路。

裝備保障方案；仿真評估；損消耗生成；行動規(guī)則制定

裝備保障方案作為裝備保障行動的重要依據，其科學性和合理性事關整個保障任務的成敗。裝備保障方案評估是對裝備保障方案的評價與估量，主要是評價保障方案的可行性、科學性和效益性，目的是為裝備保障方案的完善與優(yōu)化提供科學依據。美軍從20世紀60年代就開始相關理論和技術的研究，基于仿真技術開發(fā)了聯合分析系統、戰(zhàn)區(qū)級聯合作戰(zhàn)模擬系統等系列評估系統，滿足了各軍種及戰(zhàn)略機動、戰(zhàn)區(qū)后勤等多種方案的評估需求。我軍從20世紀90年代開始對作戰(zhàn)方案仿真評估展開研究，相繼研發(fā)了兵棋推演系統、規(guī)劃優(yōu)化系統和精確制導武器需求仿真系統等作戰(zhàn)方案評估支撐系統，而裝備保障方案評估研究相對滯后，大多依靠專家經驗直接評判，其科學性、合理性和精確性有待提高，還有很多問題亟待解決[1]。

1 目前方案評估主要方法

目前，進行方案評估有很多方法，總結起來可以歸納為3類[2-4]：

第一類是定性評估方法。主要通過人工方式判定方案的要素是否齊全、內容是否合理。這類方法的特點是對評判人員的軍事素養(yǎng)有較高的要求，但給出的結論往往是概念性的、模糊的，帶有較強的主觀性。

第二類是定性與定量結合的靜態(tài)評估方法。包括層次分析法、模糊綜合評估法、德爾菲法、神經網絡法等，主要對作戰(zhàn)能力、保障能力、保障資源等進行靜態(tài)評估，是一種靜態(tài)推理的結果，具有一定的局限性。

第三類是基于仿真的評估方法。是采用仿真實驗的方法，通過大樣本的多次過程仿真，依據仿真數據及評估指標體系對方案進行評估。該方法結合了靜態(tài)評估和動態(tài)評估的優(yōu)勢，通過對仿真過程數據的分析，找出關鍵影響因素和方案薄弱環(huán)節(jié)，為方案的優(yōu)化提供決策依據，因此相對其他評估方法具有較強的優(yōu)勢。

2 裝備保障方案仿真評估流程

裝備保障方案仿真評估過程可劃分為3個階段：評估準備階段、仿真運行階段、分析評估階段。

2.1 評估準備階段

評估準備階段主要完成5項工作：數據準備、行動規(guī)則制定、模型組裝、評估指標體系構建和仿真實驗設計。

1) 數據準備。需要準備2類數據，包括基礎數據和方案數據，如圖1所示：(1) 基礎數據，包括字典數據和標準數據(標準數據是進行各種需求預計和計算的基礎)；(2) 方案數據，通過對作戰(zhàn)方案和保障方案量化以后得到，可借助可視化想定編輯系統來錄入方案數據。

圖1 數據準備種類

2) 行動規(guī)則制定。行動規(guī)則是仿真實體執(zhí)行作戰(zhàn)行動和裝備保障相關行動必須遵循的依據和規(guī)范。由于仿真評估過程是采取人不在回路的方式自主運行，所以仿真實體也是在無人干預的情況下自主運行，故需要規(guī)則來約束實體的行為。規(guī)則是保障行動過程仿真的依據，而如何制定規(guī)范及完備的裝備保障行動規(guī)則是仿真評估過程中需要解決的一個重點問題。

3) 模型組裝。模型是對作戰(zhàn)行動和裝備保障行動進行仿真的基礎。模型組裝是依據推演實體具備的行為，配置相應的模型。例如，依據保障力量能夠完成的行動，可組裝機動、部署、展開、維修、補充等模型。

4) 評估指標體系構建。評估指標體系是方案評估的主要依據，反映了方案各組成要素之間的關系，以及指揮員評估的關注點。指標體系合理，評估的結果才會合理，這是方案評估中的關鍵工作。

5) 仿真實驗設計。仿真實驗設計，是指如何合理地安排仿真實驗，以盡可能少的實驗次數、盡可能短的實驗周期，獲取正確的實驗結果。(1) 確定實驗因子。影響裝備保障任務完成的因素有很多，包括地形，氣象，彈藥/器材儲備種類、儲備量、攜行量、運行量等，如果只考察彈藥攜行量、彈藥運行量、彈藥儲備量、彈藥補充門限4個因素的影響，那么這4個因素就是確定的實驗因子。(2) 設計實驗因子水平。主要設計每個實驗因子的水平，即每個實驗因子抽取多少個數值進行實驗，例如對于彈藥補充門限，可以設置3個水平：30%、40%、50%。(3)實驗方法設計。是指設計實驗時不同因子水平的組合方法，常用的方法有全因子實驗設計、部分因子實驗設計和單因子實驗設計[5]。全因子方法實驗量過于龐大，單因子方法只能考察單因素影響，本文采用的是正交實驗設計。該方法采用正交表進行設計，既能考察所有因子，又能使實驗量最小。

2.2 仿真運行階段

仿真運行主要根據仿真實驗設計，采取人不在回路的方式自主運行。仿真運行過程，如圖2所示。

1) 想定加載。仿真運行開始后，系統首先加載想定中的部隊編成、戰(zhàn)場環(huán)境、裝備實力、保障編成、保障資源、需求預計等信息。

2) 損消耗數據生成。通過對作戰(zhàn)過程的仿真，生成裝備戰(zhàn)損和彈藥消耗數據。

3) 裝備保障行動仿真。在損消耗數據的牽引下，一方面影響作戰(zhàn)部隊實力減少，另一方面系統調用相應的模型，按照行動規(guī)則在各類環(huán)境因素的影響下對裝備保障行動進行仿真，保障行動仿真完畢后，又會影響作戰(zhàn)部隊實力的增加。

4) 數據記錄。在整個仿真過程中，系統會實時記錄仿真過程數據，作為方案評估的依據。

5) 仿真結束。當達到仿真目標(達到仿真次數或完成任務)時，系統結束仿真運行。

從整個仿真運行過程可以看出，損消耗生成是方案評估的輸入條件，也是裝備保障行動仿真的牽引，對于裝備保障方案仿真評估起著至關重要的作用，同時也是仿真評估需要解決的一個難點問題。

圖2 仿真運行過程圖

2.3 分析評估階段

系統根據各評估指標的計算方法，抽取需要的仿真數據計算各單項指標的數值；然后在單項指標計算的基礎上，依據指標層次結構和指標權重計算方案總體評估值；最后，通過對多次仿真結果的比較，分析影響保障任務完成的關鍵因素，找出薄弱環(huán)節(jié)，生成方案優(yōu)化改進意見。

3 仿真評估重難點問題

由于篇幅所限，本文主要關注3個問題：損消耗生成、裝備保障行動規(guī)則制定和評估指標體系構建。這3個問題對方案評估結果的可信性起著至關重要的作用。損消耗生成是方案評估的輸入條件，是保障行動仿真的牽引。規(guī)則是裝備保障行動仿真過程的依據，規(guī)則合理才能確保仿真過程可信、仿真結果科學。評估指標體系是方案評估的依據，完整、合理的評估指標體系才能反映出方案各要素之間的關系和指揮員的評估意圖。

3.1 損消耗生成

損消耗生成是根據作戰(zhàn)任務、樣式、類型、持續(xù)時間、參戰(zhàn)裝備實力、武器裝備性能等數據，計算作戰(zhàn)部隊裝備戰(zhàn)損數量和彈藥消耗數量。目前，進行損消耗生成有很多方法，包括戰(zhàn)例推算法、蘭切斯特方程法、規(guī)劃優(yōu)化法等?？偟膩碚f，可以分為2大類：(1) 預計的方法，即先計算出損消耗數據并保存下來，仿真運行開始后再實時讀取事前計算出的損消耗數據；(2) 仿真實時計算的方法，即在仿真過程中實時計算損消耗數據。本文主要探討彈藥消耗的生成方法。

目前，美軍在進行快速彈藥消耗計算時主要采用彈藥消耗標準估算法，即參照戰(zhàn)時的彈藥消耗標準，根據參戰(zhàn)兵力、裝備數量和作戰(zhàn)持續(xù)時間計算出彈藥消耗量。這種方法適用于彈藥消耗的快速計算,缺點是偏差大。美軍之所以能夠采用這種方法進行預計，是因為它有大量的實戰(zhàn)數據積累，通過實戰(zhàn)數據分析能夠制定比較合理的彈藥消耗標準。目前，我軍一般是根據火力打擊計劃來估算彈藥消耗量，或者靠歷史經驗估算彈藥消耗量。

彈藥消耗標準估算法屬于一種概算的方法，按照目前彈藥消耗預計方法的特性，可以把預計方法分為3類：基于推算的方法、基于運籌學的方法和基于人工智能的方法[6-8]。

1) 基于推算的方法。包括標準估算法、戰(zhàn)例推算法、任務量推算法等，適用于對彈藥消耗進行快速、概算的場合，但是偏差一般都比較大，只能計算統計量。

2) 基于運籌學的方法。包括蘭切斯特方程法和規(guī)劃優(yōu)化法，是彈藥消耗預計的主流方法，已有較長的應用時間。但是偏差較大，或只能適用于特定的作戰(zhàn)樣式，同樣也只能計算統計量。

3) 基于人工智能的方法。包括人工神經網絡法、案例推理法等。這類方法簡便易行、準確率較高。缺點是需要詳細可靠的統計數據，或者對案例庫、推理引擎依賴性大，只能計算出統計量。

仿真實時計算的方法是依據作戰(zhàn)編成及部署、裝備實力、作戰(zhàn)任務、作戰(zhàn)階段、敵我雙方作戰(zhàn)行動、戰(zhàn)場環(huán)境等，通過對整個作戰(zhàn)過程的仿真，計算彈藥消耗情況。該方法考慮了戰(zhàn)場環(huán)境中的各種因素，因此計算結果偏差相對較小，不僅能計算彈藥消耗的統計量，也能計算出過程消耗量。

在進行彈藥消耗生成時，本文采用的是仿真實時計算的方法。因為在裝備保障方案仿真評估過程中，保障行動是在損消耗的牽引下進行仿真的。對于彈藥補充來說，只有過程消耗量才能牽引彈藥補充行動，如果只給出整個作戰(zhàn)過程的彈藥消耗量，補充分隊是無法判斷什么時刻執(zhí)行彈藥補充行動的。所以說，進行裝備保障方案仿真評估，不僅需要彈藥消耗的統計量，同時也需要過程消耗量，從這一點來考慮，需要采用仿真實時計算的方法生成彈藥消耗數據。

進行裝備戰(zhàn)損生成，其方法與彈藥消耗生成類似。裝備戰(zhàn)損生成，既要關注戰(zhàn)損統計量的生成，也要關注戰(zhàn)損在時間、空間和戰(zhàn)損程度的分布，再精確一些，還需要考慮裝備部件的戰(zhàn)損。所以，裝備戰(zhàn)損生成要比彈藥消耗預計復雜得多，考慮到的問題也更多。

3.2 裝備保障行動規(guī)則制定

裝備保障行動由若干動作按照一定的邏輯關系，依因果順序和時間順序構成，整個行動過程以時間為主線調用相應的規(guī)則，完成實體的業(yè)務工作流程。由于規(guī)則的執(zhí)行主體是實體，本文主要以實體為對象來完成裝備保障行動規(guī)則的制定：

第一步：確定仿真實體及行動。主要分析整個仿真運行過程中所涉及的實體及每個實體能夠執(zhí)行的裝備保障行動。裝備保障行動仿真過程中涉及的實體包括裝備指揮機構、裝備保障部(分)隊、彈藥庫、器材庫、后方保障基地等。如對于裝備部(分)隊，可執(zhí)行的行動包括抽組、部署、機動、展開、彈藥補充、器材補充、裝備維修等。這樣分析可以確保能夠制定出完整的裝備保障行動規(guī)則體系。

第二步：針對每一個具體行動，把行動劃分為若干個過程。

第三步：描述每個過程中行動需要遵循的約束條件和影響因素。其中，約束條件包括時間約束、空間約束、能力約束，影響因素包括地形、氣象、水文、敵方打擊等因素。

第四步：給出不同約束條件和影響因素下的影響結果或可能的決策結果。

以彈藥補充過程為例，采用上述步驟來制定彈藥補充規(guī)則。這里限定采用道路機動的方式進行彈藥補充。

第一步：確定仿真實體及行動。涉及的實體包括彈藥保障隊、彈藥庫和被保障部隊。

第二步：針對每一個具體行動，把行動劃分為若干個過程。彈藥補充過程可劃分為補充決策、向彈藥庫機動、彈藥裝載、向卸載地域機動及卸載5個過程。其中，補充決策是實體判斷何時開始補充的決策過程。

第三步：描述每個過程中行動需要遵循的約束條件和影響因素。各階段需要遵循的約束條件和影響因素如圖3所示，圖中“DYBZD”為彈藥保障隊，“SDYK”為師彈藥庫，被保障部隊為師炮兵群(“SPBQ”)。

圖3 彈藥補充過程各階段需要遵循的約束條件和影響因素

第四步:給出不同約束條件和影響因素下的影響結果或可能的決策結果。主要采用“如果遇到什么條件，怎么做”來描述。例如，針對“補充決策”和“機動過程中遭遇敵打擊”這2個典型約束條件或影響因素，具體行動規(guī)則的描述如表1所示。

表1 行動規(guī)則描述事例

3.3 評估指標體系構建

評估指標體系一般按照目標分析、系統分析、特征屬性分析、結構分析、信息來源分析等步驟進行構建[9]。其核心問題有3個：評估目標分析、評估指標體系結構確定、評估指標計算方法確定。

3.3.1 評估目標分析

裝備保障方案仿真評估，實際上是通過對裝備保障的運行效果進行評估，形成評估結論的過程。所以，既要考慮靜態(tài)的評估指標，也要考慮動態(tài)的評估指標?？蓪⒀b備保障方案評估的目標概括為“四性”——完整性、合理性、有效性和風險性[10]62。其中，完整性和合理性目標側重靜態(tài)指標，有效性和風險性目標側重動態(tài)指標，是指裝備保障方案要素完整，各要素符合規(guī)范[1]31。

裝備保障方案的合理性，是指裝備保障方案的內容合理，包括符合作戰(zhàn)需求、符合首長決心意圖、符合現有裝備保障資源等。

裝備保障方案的有效性，是指裝備保障方案運行效果良好，能夠達到預期保障效果。

裝備保障方案的風險性，是在考慮敵方打擊、戰(zhàn)場環(huán)境等因素的影響下，保障任務不能達成、保障資源戰(zhàn)損超出預期的風險。

3.3.2 評估指標體系結構確定

在基于仿真的裝備保障方案評估中，強調要采用仿真數據來衡量或計算各個指標。因此，完整性和合理性主要依靠人工的方式進行評判，有效性和風險性可以抽取相關數據進行計算。所構建的指標體系結構如圖4所示。

圖4 裝備保障方案仿真評估指標體系

3.3.3 評估指標計算方法確定

1) 有效性。有效性用任務完成率、任務完成時效、任務需求滿足率和作戰(zhàn)裝備可用度衡量。

(1) 任務完成率，即保障任務完成的成功概率。

任務完成率=(保障任務完成次數/保障任務執(zhí)行次數)×100%。

保障任務完成次數和保障任務執(zhí)行次數主要通過將保障方案仿真運行多次后統計獲得。

(2) 任務完成時效，采用保障時效性進行衡量，反映保障任務對需求響應的及時性。

保障時效性=(保障任務結束時間-保障任務開始時間)/(保障任務結束時間-保障需求產生時間)。

(3) 任務需求滿足率，反映各類保障資源，包括維修人員、維修器材和彈藥對任務需求的滿足程度和利用程度。

維修人員滿足率=(可提供維修人員數/維修人員需求數)×100%；

維修人員利用率=(實際使用的維修人員數/可提供維修人員數)×100%；

維修器材滿足率=(可提供維修器材數/維修器材需求數)×100%；

維修器材利用率=(實際使用的維修器材數/可提供維修器材數)×100%；

彈藥滿足率=(可提供彈藥數/彈藥補充需求數)×100%；

彈藥補充率=(彈藥實際補充數/彈藥補充需求數)×100%。

(4) 作戰(zhàn)裝備可用度，是指作戰(zhàn)裝備能夠正常工作的程度，反映了裝備維修的效能[10]88。采用裝備使用可用度和裝備完好率衡量。

裝備使用可用度=裝備能工作時間/(裝備能工作時間+裝備不能工作時間)；

裝備完好率=(裝備完好數/裝備總數)×100%。

2) 風險性。風險性用保障行動失敗率和保障資源損失率2個指標衡量。

(1) 保障行動失敗率=(保障任務失敗次數/保障任務執(zhí)行次數)×100%。

(2) 保障資源損失率，包括維修人員傷亡率、保障裝備戰(zhàn)損率、維修器材損失率和彈藥損失率。

維修人員傷亡率=(維修人員傷亡數/維修人員總數)×100%；

保障裝備戰(zhàn)損率=(保障裝備戰(zhàn)損數/保障裝備總數)×100%；

維修器材損失率=(維修器材損失量/維修器材總量)×100%；

彈藥損失率=(彈藥損失量/彈藥總量)×100%(彈藥總量含攜行量、運行量、加大量和儲備量)。

4 結 束 語

裝備保障方案仿真評估是一個很復雜的問題，既涉及軍事理論問題，又涉及模擬仿真、作戰(zhàn)實驗等技術領域。本文重點對裝備保障方案仿真評估過程的損消耗生成、裝備保障行動規(guī)則制定和評估指標體系構建這3個問題進行了分析，為基于仿真的裝備保障方案評估提供了解決思路和解決方法。下一步，將重點關注裝備戰(zhàn)損生成方法研究，尤其是裝備部件級的戰(zhàn)損生成，以期為裝備保障力量的需求預計提供精確的數據支撐，同時加強仿真結果數據分析方法的研究，提高仿真結果數據的利用效率。

References)

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(編輯：李江濤)

Research on Evaluation of the Simulation-based Equipment Support Program

QIAN Honglin1, LUO Zhiyong2, LIU Bing1, ZHOU Zheng3

( 1. Department of Equipment Command, Equipment Academy, Beijing 101416, China;2. China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing 100072, China；3. Department of Graduate Management, Equipment Academy, Beijing 101416, China)

To solve the problem of inadequate scientific evaluation of the current equipment support program, simulation-based method of equipment support program evaluation is put forward, which means an evaluation of the equipment support plan based on the simulation experiment method, under the combat action simulation, through the large sample simulation of equipment support action process and according to the simulation data and evaluation index system. This paper analyzes the advantages of the simulation evaluation method of equipment support program, puts forward the basic process and main work of simulation evaluation, and discusses the key problems that need to be solved in the process of simulation evaluation. It focuses on the main methods adopted in consumption generation in the simulation process, the setting process of the entity-based rules of actions of the equipment support, and the course as to how to determine the evaluation indices and index calculation method in the process of building an evaluation index system.

equipment support program; simulation-based evaluation; generation of consumption; setting rule of action

2016-12-22

部委級資助項目

錢紅林(1980—)，男，講師，碩士，主要研究方向為裝備指揮信息化。zbzhxqhl@zynet.mtn