胡曉峰，楊鏡宇，張 昱

(國防大學(xué)，北京 100091)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是體系和體系的對抗，一體化聯(lián)合作戰(zhàn)成為基本作戰(zhàn)形式，平臺作戰(zhàn)、體系支撐、戰(zhàn)術(shù)行動、戰(zhàn)略保障成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的顯著特點。武器裝備體系是作戰(zhàn)體系在裝備視角的反映，研究武器裝備體系的能力和效能，以及各武器裝備對體系的貢獻，對于規(guī)劃和建設(shè)武器裝備體系，提升體系作戰(zhàn)能力具有重要的現(xiàn)實意義[1-2]

研究武器裝備體系，首先要回答兩個關(guān)鍵性問題。第一，武器裝備體系的整體性評估問題，必須回答諸如“體系存在哪些結(jié)構(gòu)性的缺陷和弱點？”“對手武器裝備的發(fā)展會對我方體系帶來什么樣的影響？”“未來的武器裝備建設(shè)應(yīng)該發(fā)展和淘汰哪些裝備？”“在體系配置和規(guī)模設(shè)置上應(yīng)該如何進行優(yōu)化，以實現(xiàn)最佳的效費比？”等涉及全局性的問題。第二，具體武器裝備的體系貢獻度評估問題，必須回答諸如“某武器裝備對作戰(zhàn)體系的貢獻度有多大？”“應(yīng)不應(yīng)該發(fā)展某種武器裝備？”等問題。但是，眾所周知，作戰(zhàn)體系是典型的復(fù)雜系統(tǒng)，性質(zhì)上具有涌現(xiàn)性，結(jié)構(gòu)上具有進化性，能力上具有相對性[3-4]，必須基于“整體、動態(tài)、對抗”的方式才能評估。過去，很多體系評估方法將武器平臺的評估方法平移到體系評估領(lǐng)域，但由于只適應(yīng)于“局部、靜態(tài)、單方”這樣的簡單系統(tǒng)，得到的結(jié)果往往經(jīng)不起推敲，更經(jīng)不起驗證。這就使得傳統(tǒng)基于數(shù)學(xué)分析、基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及基于系統(tǒng)仿真的方法在體系評估上集體失效，體系能力評估方法正面臨著理論、方法和平臺三重挑戰(zhàn)[5]。

針對這些挑戰(zhàn)，提出了體系仿真試驗床的概念。體系仿真試驗床，就是建立一個綜合性體系對抗仿真環(huán)境，并將已有的作戰(zhàn)體系模型作為基本背景放入，然后將需要進行評估影響的武器裝備放入其中，并通過快速試驗得出相關(guān)體系性效果，以達成支持決策的目的。換句話說，就是構(gòu)建一個體系對抗仿真環(huán)境開展仿真實驗，對武器裝備體系中的重點裝備、焦點裝備進行加、減、改，來觀察和分析會對體系帶來什么影響。例如，己方增加或減少某種裝備對體系能力有何影響，敵方增加或減少某種裝備對我方體系有何影響，裝備性能指標(biāo)的改變會對雙方的體系有何影響？

本文將簡要介紹體系仿真試驗床的設(shè)計理念，以及主要的關(guān)鍵技術(shù)和方法，探討武器裝備能力評估的有關(guān)理論、技術(shù)與平臺方面的問題。

1 體系仿真試驗床的設(shè)計理念

體系仿真試驗床是一種新的研究武器裝備體系的平臺系統(tǒng)，蘊含了一系列研究武器裝備體系能力評估的新理念，而這些理念就是設(shè)計和研發(fā)體系試驗床系統(tǒng)的基本指南。

1.1 基于復(fù)雜系統(tǒng)的體系理解

戰(zhàn)爭是典型的復(fù)雜系統(tǒng)，具有適應(yīng)性、不確定性、涌現(xiàn)性和非線性等特點。將戰(zhàn)爭中對抗的體系當(dāng)成復(fù)雜系統(tǒng)理解，更符合其性質(zhì)，也是體系評估理念的核心轉(zhuǎn)變。武器裝備體系是裝備與人相結(jié)合的有機整體，而不僅僅只是一些裝備的簡單組合。復(fù)雜系統(tǒng)思想顛覆了傳統(tǒng)簡單系統(tǒng)思想，將體系看成是由網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的整體系統(tǒng)，因而必須從整體、動態(tài)、對抗的角度加以研究。對于簡單和、單一結(jié)果、樹狀指標(biāo)等概念，必須重新加以審視。復(fù)雜系統(tǒng)思想的引入，標(biāo)志著體系評估理念的根本性變革。

1.2 面向整個武器裝備體系

因為體系具有不可分解、不斷演化等性質(zhì)，所以必須從體系整體上進行評估，而不能采用先拆成局部再匯總的方式進行評估，因而體系實驗必須面向整個武器裝備體系。任何涉及體系的因素都盡可能地加入，才能準(zhǔn)確地反映出體系的真實結(jié)果。與傳統(tǒng)武器裝備仿真最大的不同之處，就在于體系才是主角，評估的對象是體系而不是那些要加入體系的裝備。雖然放進去的是某個裝備，但研究的卻是整個體系及其受到的影響。正是由于體系規(guī)模龐大，對體系的仿真平臺提出了很高的要求。

1.3 堅持聯(lián)合作戰(zhàn)背景

體系作戰(zhàn)能力牽引武器裝備發(fā)展，堅持聯(lián)合作戰(zhàn)背景就是要將武器裝備放到聯(lián)合作戰(zhàn)時空環(huán)境中評估，只有這樣才能真實地反映出裝備對體系、體系對作戰(zhàn)的貢獻和影響。武器裝備發(fā)展歸根到底是為作戰(zhàn)服務(wù)的，作戰(zhàn)需求就是武器裝備發(fā)展的最終需求。因此，為作戰(zhàn)服務(wù)才是體系評估的終極目標(biāo)，作戰(zhàn)概念的開發(fā)是武器裝備發(fā)展的首要前提。另外，武器裝備的發(fā)展不能“一廂情愿”，對抗才是評價武器裝備能力的基本條件，只有通過對抗才能檢驗其是否合理。所以，單方評估不屬于體系評估的范疇。

1.4 重在體系貢獻度量

任何武器裝備的發(fā)展都必須對體系整體能力有所貢獻，但這并不是必然的結(jié)果。有些武器裝備反而會對體系產(chǎn)生不利的影響。一般來說，可以從4個方面衡量體系貢獻：一是是否增加能力類型，二是是否改進戰(zhàn)技短板，三是是否提高運行效率，四是是否降低整體成本。這4個方面任何一個方面改變，都會被認為對體系產(chǎn)生貢獻。體系貢獻評價可通過體系作戰(zhàn)綜合效能和費效變化來表達體現(xiàn)，體系仿真試驗床就是通過接入新裝備進行實驗，測量觀察體系效能發(fā)生的變化，從而得知增、減、改及規(guī)?；逞b備后體系發(fā)生的變化，即常說的體系貢獻率和體系影響度。需要注意的是，敵方武器裝備的發(fā)展也會對我方的體系產(chǎn)生影響，而體系貢獻度量是相對于對抗整體而言的。

1.5 采用復(fù)雜科學(xué)方法手段

現(xiàn)代科學(xué)的進步為體系研究提供了更合適、更有效的理論方法和手段，其中最關(guān)鍵的是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論[5]、大數(shù)據(jù)方法和深度學(xué)習(xí)方法。這三者既可以反映復(fù)雜系統(tǒng)的3個側(cè)面，也是解決復(fù)雜系統(tǒng)問題的3個不同手段，為體系評估提供了新的方法和途徑。武器裝備體系可以看成是各類武器裝備系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)的綜合集成，是網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)，這樣，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論就成為研究體系的天然理論基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)方法的出現(xiàn)，為避開體系仿真中最難的因果建模提供了條件，而采用深度學(xué)習(xí)方法，可以為理解和處理體系演化的不確定過程奠定基礎(chǔ)。

1.6 依托積累的模型和實演的數(shù)據(jù)

所有裝備都是逐步加入到體系之中，并影響體系發(fā)生演化，因此，多年積累的大量模型和實演數(shù)據(jù)，為建立基本體系模型和開展體系研究奠定了堅實基礎(chǔ)。體系研究不能僅僅只是幾輛坦克、幾架飛機的對抗，只有構(gòu)建相對完整的體系模型，才是體系試驗床成立的基礎(chǔ)。人是體系中重要的組成部分，研究體系，特別強調(diào)真人參與的演習(xí)，只有這樣才能貼近作戰(zhàn)而非仿真。并盡可能將軍事理論專家、作戰(zhàn)參謀、一線作戰(zhàn)人員和裝備技術(shù)專家等都納入體系之中，充分考慮參與人的數(shù)量、層次、角色。多年來大量仿真對抗演習(xí)活動積累并仍不斷增加的模型和數(shù)據(jù)，充分反映了人的因素，正是研究體系問題重要而寶貴的資源。

1.7 建立全新的體系實驗框架

體系是復(fù)雜系統(tǒng)，因果關(guān)系不明確，因而體系實驗也就不能照搬傳統(tǒng)實驗的單向流程，而需要建立起符合整體、動態(tài)、對抗體系實驗特點的全新實驗框架。傳統(tǒng)牛頓科學(xué)體系下的實驗流程針對的是簡單系統(tǒng)，是一個從對象到因素到實驗到結(jié)果再到結(jié)論的單向流程，而體系實驗則必須解決體系大、因果缺、動態(tài)變以及不確定等難題，需要全新的體系實驗框架，而這個框架往往以多重循環(huán)方式逼近結(jié)果。

1.8 達成輔助高層決策目的

體系仿真試驗床最終要達成為高層決策服務(wù)的目的，所得出的結(jié)論要為高層所接受，就必須滿足問題重要、結(jié)論可信、操作簡易、領(lǐng)導(dǎo)明白等基本要求。這些，不僅只是需要簡單的可視化，而是需要構(gòu)建一個綜合集成的研討環(huán)境來為高層進行輔助決策，并能對體系評估結(jié)果進行因果因素的解釋。

以上8個理念是設(shè)計體系仿真試驗床的基本思想，也是對于體系評估新思想的簡要概括和闡述，是指導(dǎo)構(gòu)建體系仿真試驗床的基礎(chǔ)理論和根本出發(fā)點。

2 體系仿真試驗床的關(guān)鍵技術(shù)

“理念只是思路，方法才是王道?！睒?gòu)建體系仿真試驗床，有了基本理念作指導(dǎo)，還需要落實到具體的實現(xiàn)方法上，具體表現(xiàn)為以下12項關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 多重循環(huán)實驗

為開展整體、動態(tài)、對抗的體系評估，體系實驗設(shè)計改變了傳統(tǒng)實驗單向流程方式，引入了人在回路、動態(tài)協(xié)同的多重循環(huán)實驗框架。

多重循環(huán)框架由想定準(zhǔn)備、想定提煉、仿真實驗、數(shù)據(jù)分析4個小環(huán)和聚焦實驗1個大環(huán)組成，如圖1所示。想定準(zhǔn)備環(huán)是在既定背景體系的基礎(chǔ)之上，根據(jù)實驗關(guān)注的內(nèi)容對背景體系進行裁剪，并將需要實驗的焦點裝備接入背景體系，為仿真實驗準(zhǔn)備基礎(chǔ)的想定數(shù)據(jù)。想定提煉環(huán)是在想定準(zhǔn)備的基礎(chǔ)之上，對想定數(shù)據(jù)做進一步檢查、調(diào)整和優(yōu)化，使得想定部署更為合理，想定空間更聚焦。仿真實驗環(huán)是基于想定準(zhǔn)備和想定提煉生成的基本想定，采用更改實體性能、更改實體數(shù)量、更改網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及更改對抗行動等多種操縱變量的方法生成多個仿真方案，并對方案分別進行仿真運行。數(shù)據(jù)分析環(huán)是基于仿真實驗的結(jié)果，制定分析所需的指標(biāo)體系，收集數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行對比分析和因果關(guān)系回溯，評價體系能力，研究體系能力形成的根本機理。聚焦實驗環(huán)是試驗床應(yīng)用的整個周期，由前面提到的想定準(zhǔn)備環(huán)、想定提煉環(huán)、仿真實驗環(huán)、數(shù)據(jù)分析環(huán)4個基本環(huán)組成，它們構(gòu)成了聚焦實驗環(huán)的一個基本周期。聚焦實驗環(huán)是從實驗整體上逐步逼近結(jié)果的過程，研究人員可以根據(jù)實驗的目標(biāo)以及每一次實驗周期的結(jié)果進行判斷，決定是否進行下一個周期的實驗。通過這種螺旋上升、逐步逼近的方式，實現(xiàn)對問題的深入研究。

圖1 多重循環(huán)實驗框架Fig.1 Multiple cycles experiment frame

2.2 體系指標(biāo)挖掘

體系評估既要用指標(biāo)表示實驗變量，也要用指標(biāo)表達評估結(jié)果。過去選擇指標(biāo)時往往蘊含了一個假設(shè)，即所有指標(biāo)都顯而易見，并符合體系實際。但是，事實恰恰相反。

對體系能力的評估需要找到相應(yīng)的指標(biāo)，而要做到這一點并不容易。評價體系的指標(biāo)有靜態(tài)和動態(tài)兩類。靜態(tài)指標(biāo)衡量體系靜態(tài)、常態(tài)下的狀態(tài)和能力，如多少架飛機、多少輛坦克等；動態(tài)指標(biāo)衡量體系動態(tài)、對抗條件下的狀態(tài)和效能，如人員傷亡多少、目標(biāo)摧毀多少、任務(wù)完成多少等。

對體系指標(biāo)的選取有兩種途徑：一是用戶特別指定，也就是用戶根據(jù)研究問題所想出的一些指標(biāo)，特別指定的一些指標(biāo)，如戰(zhàn)損、戰(zhàn)果、作戰(zhàn)消耗等；二是通過實驗數(shù)據(jù)挖掘，從大量的實驗數(shù)據(jù)中找出具有代表性的指標(biāo)。相比之下，后者更為重要。

如何得到這類挖掘的指標(biāo)？體系仿真試驗床給出了一種方法過程：首先概念建模，然后通過演習(xí)數(shù)據(jù)抽取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，得出一個初步的指標(biāo)，然后通過數(shù)據(jù)的分析來觀察指標(biāo)的敏感程度，挖掘關(guān)鍵指標(biāo)并修正指標(biāo)體系，再通過多次演習(xí)數(shù)據(jù)對指標(biāo)進行校驗和證實，并修正概念模型，得出較為完整的指標(biāo)體系。根據(jù)得到的指標(biāo)體系，就可以選定相應(yīng)的指標(biāo)獲取系統(tǒng)特征測量值，對實際系統(tǒng)進行監(jiān)控分析，對體系的能力和效能進行評估，最終得到分析結(jié)果。體系指標(biāo)挖掘流程如圖2所示。

2.3 網(wǎng)狀指標(biāo)體系

有了指標(biāo)之后，還要看指標(biāo)之間的關(guān)系。傳統(tǒng)進行體系能力評估，一般是先建立樹狀指標(biāo)體系，然后進行單項評估，最后再進行綜合評估。確定樹狀效能指標(biāo)體系需要以下幾個原則：針對性、獨立性、完備性、可測性、客觀性、簡明性等。其中最核心的是獨立性和完備性，但這兩個原則只能在系統(tǒng)靜態(tài)或弱動態(tài)條件下才能做到，一旦體系處于動態(tài)對抗條件下，這些指標(biāo)將會相互影響，很難做到完全獨立。過去經(jīng)常忽視這一點。因此，構(gòu)建體系能力指標(biāo)要實行3個轉(zhuǎn)變[5]：

1)拋棄能力指標(biāo)獨立性假設(shè)，將指標(biāo)樹轉(zhuǎn)為指標(biāo)網(wǎng)。在復(fù)雜體系評估中，既然做不到指標(biāo)的獨立性和完備性，就應(yīng)該把它拋棄掉。各指標(biāo)之間實質(zhì)是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而非樹狀關(guān)系，因為體系本身就具有非還原的復(fù)雜性特點。圖3為網(wǎng)狀作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系示意圖。

圖2 體系指標(biāo)挖掘流程Fig.2 Process of data mining for the indexes of SoS

圖3 網(wǎng)狀作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系Fig.3 Reticular index system of capability evaluating

2)拋棄能力可分解合并假設(shè)，將簡單和轉(zhuǎn)為涌現(xiàn)和。對于復(fù)雜系統(tǒng)來說，系統(tǒng)性質(zhì)不可簡單分解，不能用局部指標(biāo)簡單求和來得到整體效能，1加1不等于2。綜合效能應(yīng)該是涌現(xiàn)出的網(wǎng)絡(luò)化整體性相變效果，這些效果會產(chǎn)生新性質(zhì)。因此，下級指標(biāo)需要在整體條件向上涌現(xiàn)綜合出上級指標(biāo)效果，而不能只是簡單求和。

3)拋棄能力結(jié)果單一性假設(shè)，將單一值轉(zhuǎn)為結(jié)果云。體系能力的結(jié)果不會只有一個，而應(yīng)該是一組結(jié)果，這組結(jié)果就稱為結(jié)果云。在復(fù)雜體系能力評估中，結(jié)果與決策是相關(guān)多值變化的，結(jié)果會多種多樣，需要在多次仿真基礎(chǔ)上才能做到。因此，需要的不是一次性的試驗，而應(yīng)該是不斷動態(tài)的測量，換句話說，體系的狀態(tài)也是時高時低，有起有伏的。

總體上看，網(wǎng)狀的指標(biāo)體系可以分為3個層面。第1層面，體系結(jié)構(gòu)及演化類指標(biāo)，即基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的體系結(jié)構(gòu)指標(biāo)，如凱爾斯提出的節(jié)點及鏈數(shù)[7]、路徑水平、中立率、敏感度等；第2層面，體系任務(wù)對抗效能類指標(biāo)，即按作戰(zhàn)行動任務(wù)劃分的相應(yīng)指標(biāo)，例如：感知類(如定位準(zhǔn)確率等)、攻擊類(如突防率等)、防御類(如主動/被動攔截率、遲滯率等)；第3層面，體系能力整體類效能指標(biāo)，即反映體系層面整體性能力指標(biāo)，例如：體系OODA(Observation-Orientation-Decision-Action)時長，體系自同步及適應(yīng)能力、體系結(jié)構(gòu)脆弱性、裝備的體系貢獻率、影響率等。上述指標(biāo)有些是我們挖掘?qū)ふ页鰜淼?，有些還是猜想，還沒得到最后的證實，正在開展相關(guān)工作[10-15]。

2.4 能力狀態(tài)測量

用狀態(tài)測量取代單值計算是全新的體系評估概念。因為體系是活的，能力不會一成不變。只有測量體系特定狀態(tài)，才能判斷某一時刻體系的能力水平。

對于體系能力可以采用兩種測量方法。一種是靜態(tài)測量，即通過獲取體系靜態(tài)、常態(tài)條件下的單元屬性和狀態(tài)來進行評估。例如用體系中有多少門炮、多少架飛機等來評估體系能力。另一種是動態(tài)測量，即通過獲取對抗條件下的結(jié)果來進行評估。例如用對抗中損失了多少裝備、傷亡了多少人員、任務(wù)完成了多少等來評估體系能力，反映的是體系某時刻的實際能力。

對于武器裝備體系研究來說，不僅需要測量作戰(zhàn)體系中兵力多少、裝備多少等一些靜態(tài)的、資源性的指標(biāo)數(shù)據(jù)，同時更應(yīng)該測量收集諸如單位時間探測次數(shù)、打擊效果率、OODA環(huán)反應(yīng)時間等動態(tài)的和深層次的指標(biāo)數(shù)據(jù)，只有對這些指標(biāo)全面收集掌握，才能為發(fā)現(xiàn)和掌握體系運行的規(guī)律和揭示體系能力形成與演化機理創(chuàng)造基本條件。

如何得到這些測量數(shù)據(jù)？這就需要標(biāo)識世界?？梢园褬?biāo)識世界看作一把量化體系的尺子。現(xiàn)代信息技術(shù)的普及發(fā)展，為標(biāo)識社會、戰(zhàn)爭或體系等復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提供了必要的條件和基礎(chǔ)。傳統(tǒng)標(biāo)識依靠人工錄入信息，而現(xiàn)代標(biāo)識則依靠各式各樣的傳感器、移動終端、手機、穿戴設(shè)備等。未來如果每個武器裝備都配備采集器的話，就可以為數(shù)據(jù)測量提供豐富的物質(zhì)手段，當(dāng)前美國國防部就規(guī)定所有的裝備平臺甚至民船都必須安裝數(shù)據(jù)采集器。對于體系仿真試驗床來說，可以為體系中的每一個武器裝備構(gòu)建一個仿真數(shù)據(jù)標(biāo)識代理，來不斷地測量獲取這些武器裝備的位置、狀態(tài)、行為等實時數(shù)據(jù)信息。

體系測量的結(jié)果是什么？有兩個初步的判斷：一是結(jié)果云，二是冪律分布。體系測量結(jié)果反映的一定是某時刻、某條件、完成某任務(wù)、針對某對手的體系狀態(tài)，當(dāng)所有測量的數(shù)據(jù)組合起來時就會形成一個多維的全時數(shù)據(jù)倉庫，表現(xiàn)出來就應(yīng)該是一個散布的結(jié)果云，而非單一值。此外，結(jié)果云中的散布不是一種簡單系統(tǒng)的散布，即不是高斯分布或者泊松分布，而是一個和人密切相關(guān)的散布，是人的行為分布，也就是冪率分布。當(dāng)?shù)玫竭@些測量值的分布后，就可以知道體系的能力最高值能到多少，最低值能到多少，中值是多少，平均值是多少，就有了評估體系的能力的范圍和標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 動態(tài)體系模型

體系試驗床的模型應(yīng)該是動態(tài)的，指的是模型本身可以隨著環(huán)境變化而變化，因為只有這樣才符合復(fù)雜系統(tǒng)的特點，這在原理上是平行系統(tǒng)的概念。所有的真實世界的建模最后都要通過現(xiàn)實世界進行修正的一個過程，那么這種修正是導(dǎo)致模型在演化過程，在仿真過程中間它也不斷變化，而不是一成不變[8]，如圖4所示。具體實現(xiàn)上來說，對于實體行動模型，可以依托動態(tài)參數(shù)調(diào)整，來適應(yīng)作戰(zhàn)實體變化；對于組分系統(tǒng)模型，可以依托不同接入方式，改變或擴充新型作戰(zhàn)系統(tǒng)；對于體系網(wǎng)絡(luò)模型，可以依托動態(tài)作戰(zhàn)編成和有人任務(wù)交互，適應(yīng)體系變化。所有的這些變化都會導(dǎo)致動態(tài)體系模型的成立。

體系模型的構(gòu)建包括3個方面：背景體系、對象體系和焦點裝備。背景體系又分為環(huán)境體系和對手體系，環(huán)境體系描述整個作戰(zhàn)仿真對抗的地理環(huán)境、氣象環(huán)境、電磁環(huán)境等基礎(chǔ)環(huán)境；對手體系是所要研究的對象體系的對手方所擁有的作戰(zhàn)體系。對象體系則是要關(guān)注和研究我方或敵方的體系。焦點裝備是在仿真實驗中加、減、改的具體裝備。因此，背景體系和焦點裝備最后都對對象體系施加影響，對象體系及其組成和演化過程才是研究的目標(biāo)和重點。

2.6 焦點接入

焦點裝備是對體系能夠產(chǎn)生一定影響的關(guān)鍵裝備。焦點裝備既可以是全新裝備，也可以是改進裝備，或者附屬裝備，具體來說，可以是新型飛機，也可以是裝備改型或升級以及吊艙或彈藥等。在利用體系仿真試驗床開展仿真實驗時，需要根據(jù)不同情況對焦點裝備進行快速建模和接入，然后開展仿真，如圖5所示。

圖4 不斷修正的真實世界與仿真世界的平行系統(tǒng)Fig.4 Continuously improved parallel systems of real and simulated scenarios

圖5 焦點接入快仿示意圖Fig.5 Simulation schematic of focused weapons

焦點裝備的接入有4種類型。一是參數(shù)型接入，就是通過將已有的武器裝備模型更換參數(shù)，然后重新放入仿真模型中運行；二是借用型接入，就是借用原有的模型生成新的裝備模型；三是新型單實體接入，就是從新模型庫中選擇一個原來沒有的模型放入體系之中進行仿真；四是網(wǎng)絡(luò)型、體系型接入，就是通過將外部的仿真模型或系統(tǒng)通過互聯(lián)仿真運行的方式接入到體系仿真之中。

此外，模型互聯(lián)的方法有數(shù)據(jù)交換、主從跟隨、并行互聯(lián)3種方法。數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)間通過數(shù)據(jù)交換同步實現(xiàn)；主從跟隨通過某一模型單向隨動另一模型同步實現(xiàn)；并行互聯(lián)通過嚴(yán)格事件交互進行同步，一般依托仿真中間件實現(xiàn)。

2.7 基線實驗評估

體系能力是相對的，所以體系評估首先要確定參照標(biāo)準(zhǔn)，這就是基線(Baseline)。

首先要明確3個概念。一是背景想定，是描述作戰(zhàn)區(qū)域、任務(wù)和對手的基本戰(zhàn)爭環(huán)境條件，也就是體系對抗仿真中的基礎(chǔ)環(huán)境；二是基線想定，是基準(zhǔn)條件下完成基準(zhǔn)作戰(zhàn)任務(wù)的想定，也就是參照標(biāo)準(zhǔn)；三是焦點想定，是針對特定問題評估的特殊行動想定描述，也就是測量的對象。

在背景想定固定情況下，基線想定和焦點想定的設(shè)計是關(guān)鍵。一般來說，在體系仿真實驗設(shè)計階段，會設(shè)計一組實驗方案。其中背景想定和基線想定構(gòu)成一個基本方案，通過仿真分析會得到一系列的任務(wù)效能值，這些值就是后面比對分析要用到的標(biāo)準(zhǔn)值；在基本方案的基礎(chǔ)上，可以通過增加不同的焦點裝備組合來形成其他方案，通過仿真可以得到其他方案的任務(wù)效能值。然后，可以將不同方案仿真所獲取的任務(wù)效能值與基本方案的任務(wù)效能值進行比較，去分析體系產(chǎn)生的變化，從而評估體系的能力。基線實驗評估方法如圖6所示。

圖6 基線實驗評估Fig.6 Baseline experiment evaulation

可以看出，基線想定的集合本身就是寶貴的資源?；€想定越多，體系仿真試驗床可仿真實驗的范圍就越大，適應(yīng)能力也就越強。

2.8 方案智能對接

體系試驗中最大難題在于作戰(zhàn)方案的形成和運行。因為作戰(zhàn)行動及結(jié)果有不確定性，會導(dǎo)致行動偏離預(yù)想，對抗各方不能有效對接，還會出現(xiàn)組合爆炸的現(xiàn)象。也就是說，隨著作戰(zhàn)仿真時間的推移，初始制定的作戰(zhàn)計劃會演化出多種情況，而這些新的情況會繼續(xù)演化出更多的情況，很快就會出現(xiàn)非常復(fù)雜的混沌現(xiàn)象。因此，在仿真實驗中難以預(yù)測未來完整的作戰(zhàn)行動分支。目前，對于單方行動或者低對抗條件下或者短時間內(nèi)的行動，以及低層次或者低復(fù)雜度的行動組合還可以沿用傳統(tǒng)的方法，例如像單方火力打擊行動的效能評估，導(dǎo)彈只要打出去就行，可以不考慮對抗過程；但是對于再復(fù)雜一些的行動，特別是對抗行動發(fā)生時就需要采用新的方法。

作戰(zhàn)方案的形成與運行難題，難點在于如何正確判斷戰(zhàn)場態(tài)勢、如何正確理解作戰(zhàn)意圖以及如何正確處置情況。解決的途徑有兩種：一是采用演習(xí)式推演方式，以人在回路避開智能難題；二是強化系統(tǒng)人工智能水平，從根本上解決自動對抗問題。對于后一種途徑來說，深度學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展為其提供了可能。2013年，Google Deepmind團隊展示了基于深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)與強化學(xué)習(xí)模型，實現(xiàn)了游戲的自主學(xué)習(xí)和經(jīng)驗的累積，達到或遠遠超過專業(yè)游戲人類玩家水平[16]。因此，基于深度學(xué)習(xí)的態(tài)勢理解、博弈網(wǎng)絡(luò)成為解決自動對抗問題的可能途徑，我們也正在開展相關(guān)的研究工作。

2.9 大數(shù)據(jù)超網(wǎng)分析

超網(wǎng)(Super Networks)，也稱為網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)(Network of Networks, NON/NetONets)，是由不同結(jié)構(gòu)、不同功能的網(wǎng)絡(luò)通過某種關(guān)系進一步連接形成的更高層次的網(wǎng)絡(luò)。超網(wǎng)的概念源于國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施安全的研究，是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的新發(fā)展，對應(yīng)到軍事領(lǐng)域中，可以將武器裝備體系看作是由各傳感網(wǎng)、指控網(wǎng)、通信網(wǎng)、火力網(wǎng)、保障網(wǎng)在一定的作戰(zhàn)規(guī)則流程下形成的更高層次的網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)在戰(zhàn)時協(xié)同運行，相互關(guān)聯(lián)，相互影響，相互制約，共同形成體系作戰(zhàn)能力。將體系看成超網(wǎng)，將不同性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)區(qū)分對待，既能反映出體系各功能網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又能反映出不同網(wǎng)絡(luò)之間的依賴關(guān)系和級聯(lián)關(guān)系，可以更加精細地描述體系內(nèi)部的組成以及運作流程，更有利于揭示一些體系內(nèi)在的機理。

根據(jù)超網(wǎng)模型可以對試驗床產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)進行深度的分析和挖掘?；诖髷?shù)據(jù)進行體系分析，基礎(chǔ)在數(shù)據(jù)，重點在結(jié)構(gòu)，核心在行為，目的是挖掘出體系的動態(tài)運行規(guī)律，因此需要重點關(guān)注作戰(zhàn)行為規(guī)律、大數(shù)據(jù)的積累、超網(wǎng)模型指導(dǎo)以及整體動態(tài)分析。按照這種思路，依托仿真演習(xí)大數(shù)據(jù)，利用相應(yīng)工具進行了一些探索性研究，并得出了一些很好的結(jié)果。例如，在體系結(jié)構(gòu)分析方面，我們發(fā)現(xiàn)作戰(zhàn)體系的扁平化趨勢、體系脆弱性節(jié)點等；在體系運行分析方面，我們發(fā)現(xiàn)了體系指揮周期變化、自同步協(xié)同效果；在體系人因分析方面，發(fā)現(xiàn)態(tài)勢感知影響評估、態(tài)勢認知影響評估等[9，12，15]。

2.10 結(jié)果多維比對

實驗結(jié)果分析主要采用多維比對方式，從各個維度以可視化方法進行。多維比對是對測量獲取的指標(biāo)數(shù)據(jù)，按照不同的仿真實驗方案、不同的指標(biāo)、不同的時間空間進行多角度比較的過程。多維比對是對仿真結(jié)果的觀察和研究，通過多維比對，可以分析不同指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以查找體系對抗演化過程中的異常點，可以比對展示不同方案對體系能力的影響。

我們提出了方案-指標(biāo)-時空多維比對模型(Scenario-Measure-Time/Space Multidimensional Contrast Model， SMT-MCM)，并以此引申出方案-時空(Scenario-Time/Space Mode,STM)、方案-指標(biāo)(Scenario-Measure Mode, SMM)、時空-指標(biāo)(Time/Space-Measure Mode, TMM)3種比對模式，如圖7所示。SMT-MCM從方案維、指標(biāo)維、時空維3個維度對仿真結(jié)果和過程進行比對。方案維是指將不同仿真方案作為區(qū)分的維度。一般來說，在仿真實驗會準(zhǔn)備一個基本案，也就是一個基本仿真想定輸入方案，以此為基礎(chǔ)，對裝備實體的性能、數(shù)量、體系網(wǎng)絡(luò)、作戰(zhàn)行動等進行更改而形成不同的仿真方案，分別進行仿真實驗并收集數(shù)據(jù)，可用于不同仿真實驗結(jié)果和過程的對比。指標(biāo)維是指將不同的指標(biāo)變量作為區(qū)分的維度。在圖7中，MOM1、MOM2、MOM3等分別表示不同的指標(biāo)，這些指標(biāo)由分析人員根據(jù)不同的實驗?zāi)康暮头抡鎯?nèi)容確定，并由這些指標(biāo)共同組成了指標(biāo)集合形成指標(biāo)維。時空維是指將仿真過程中時間和空間組合作為區(qū)分的維度。時空維描述了仿真從開始時間到結(jié)束時間的所有空間的組合。

圖7 多維比對模式Fig.7 Multidimensional comparison mode

方案-時空模式是從方案維和時空維進行切片形成的一種比對模式，即固定某一方案和某一時空，對同一方案同一時空下的不同指標(biāo)進行比對。當(dāng)空間固定時，方案-時空模式可以用于不同時間指標(biāo)序列之間的關(guān)聯(lián)分析，可以通過這種比對發(fā)現(xiàn)不同時間序列指標(biāo)之間的同向、反向、滯后等關(guān)系。

時空-指標(biāo)模式是從時空維和指標(biāo)維切片形成的一種比對模式，即固定時空和指標(biāo)，比對同一時空同一指標(biāo)不同方案下的變化情況。時空-指標(biāo)模式一般用于不同方案之間的對比分析，通過這種比對發(fā)現(xiàn)不同方案造成的指標(biāo)的差異，是最為常用的一種模式，也可以用于不同指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性分析，發(fā)現(xiàn)不同指標(biāo)之間的同向、反向、滯后等關(guān)系。

方案-指標(biāo)模式模式是從方案維和指標(biāo)維切片形成的一種比對模式，即固定方案和指標(biāo)，比對同一方案同一指標(biāo)在不同時間或空間中的變化情況。方案-指標(biāo)模式一般用于仿真過程中一段時間內(nèi)指標(biāo)的變化分析或者不同空間下的指標(biāo)變化分析，通過這種分析可以查找體系指標(biāo)的異常點，從而進行進一步深入分析和因果回溯。

2.11 體系貢獻度量

構(gòu)建體系仿真試驗床開展體系仿真實驗和進行體系能力評估，目的是為高層決策服務(wù)。體系貢獻率和影響度都是針對戰(zhàn)略需求的度量指標(biāo)，需要由試驗床測量數(shù)據(jù)綜合而來。以下分別是體系貢獻率和影響度的計算公式：

貢獻率模式有多種，如關(guān)鍵作用模式、固定作用模式、比例非線性模式等。關(guān)鍵作用模式，又稱為脈沖模式，就是某一件裝備的加入會對體系能力產(chǎn)生重大影響，極大程度提升體系的作戰(zhàn)能力，如核武器、航空母艦等對體系的影響效果；固定作用模式，又稱為線性模式，就是隨著裝備數(shù)量的增加，體系能力幾乎呈線性增長，如常規(guī)導(dǎo)彈、主戰(zhàn)飛機、主戰(zhàn)坦克等對體系的影響效果；比例非線性模式，又稱為非線性模式，就是某系統(tǒng)的加入和數(shù)量增加對體系能力的影響呈非線性增長，如指揮控制系統(tǒng)對體系能力的影響效果。貢獻率模式如圖8所示。

(a)脈沖模式 (b)線性模式 (c)非線性模式圖8 3種貢獻率模式Fig.8 Three contribution degree modes

2.12 洞察輔助決策

體系評估結(jié)果最重要的不是好壞，而是發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)、能力和效能上的問題，提高對體系的認知，是輔助體系建設(shè)決策的最終目的。這是一種洞察力和頓悟，將對武器裝備體系發(fā)展戰(zhàn)略產(chǎn)生重大影響。體系試驗床就是一個為高層決策提供可操控的綜合集成研討環(huán)境，是錢學(xué)森綜合集成研討廳思想的一種具體實現(xiàn)，研究者可以在這個環(huán)境中根據(jù)需要開展研討規(guī)劃實驗方案、改變參數(shù)、增加減少裝備、快速仿真、多維比對等活動，評估分析體系能力。

研究武器裝備體系，關(guān)鍵是要弄清楚體系能力形成的根本機理，找到影響體系能力形成和變化的關(guān)鍵因素。這就需要對體系仿真過程中出現(xiàn)的異常情況、關(guān)鍵行動進行重點分析和因果回溯分析，從而實現(xiàn)對體系能力形成與變化機理等深層次問題的研究，如圖9所示。例如通過對作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)演化發(fā)現(xiàn)，指揮網(wǎng)絡(luò)呈嚴(yán)格樹狀結(jié)構(gòu), 但交戰(zhàn)開始后，其作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)扁平化，并出現(xiàn)抱團特性，發(fā)現(xiàn)軍旅營制、按作戰(zhàn)任務(wù)編組可能更為合理[9]。

圖9 因果回溯分析Fig.9 Cause-result retrospect analysis

3 結(jié)束語

在相關(guān)課題的資助下，經(jīng)過近5年的艱苦攻關(guān)，我們基本完成了體系仿真試驗床系統(tǒng)的建設(shè)，并基于該系統(tǒng)開展了一系列的典型應(yīng)用仿真實驗，得出了一些有價值的開創(chuàng)性成果和結(jié)論。本文提到的8條設(shè)計理念和12個關(guān)鍵技術(shù)是構(gòu)建仿真試驗床過程中的成果之一，也是仿真體系試驗床特有的創(chuàng)新性和代表性觀點[17-21]。

武器裝備體系能力評估是當(dāng)前的熱點和難點，面臨理論、方法和平臺的三重挑戰(zhàn)，體系仿真試驗床的提出是應(yīng)對挑戰(zhàn)的一次重要探索和嘗試。換句話說，弄清楚體系能力評估到底如何去做，就是很大的進步。體系試驗床的設(shè)計必須理念更新先行，有正確的理念才會找到正確的途徑，才會找到最合適的方法。用復(fù)雜系統(tǒng)思想看待體系的性質(zhì)，是理念最核心的變化，在整體、動態(tài)、對抗條件下評估，是方法最本質(zhì)的內(nèi)容。體系試驗床的實現(xiàn)需要關(guān)鍵概念和技術(shù)的創(chuàng)新，才能保證理念落到實處，得出正確的評估結(jié)果。只有核心概念和技術(shù)形成閉環(huán)，才能構(gòu)建滿足體系仿真實驗要求的原型系統(tǒng)。

最后做3點說明。1)體系仿真試驗床不是要取代武器系統(tǒng)的研發(fā)仿真，前者在于為體系論證提供輔助，幫助決策，而后者是為了武器裝備研發(fā)，注重裝備技術(shù)和工程。2)體系仿真試驗床的方法有其特定的應(yīng)用要求和范圍，不能簡單地推廣到任何武器裝備系統(tǒng)仿真中，但是它的理論、方法和技術(shù)可以為其他仿真系統(tǒng)設(shè)計作參考。3)體系試驗床研發(fā)還有很多難題，比如基于深度學(xué)習(xí)的指標(biāo)挖掘、結(jié)果分析和態(tài)勢理解等問題，還需要我們付出更艱苦的努力。

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