（海軍工程大學(xué) 武漢 430033）

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)日益體系化、信息化，推動(dòng)武器裝備朝著復(fù)雜化、大型化、信息化的方向發(fā)展。但同時(shí)武器裝備的造價(jià)不斷提高，操作難度不斷增加，用實(shí)裝來(lái)訓(xùn)練士兵消耗巨大且形成戰(zhàn)斗力的時(shí)間更長(zhǎng)。因此，世界各國(guó)都開(kāi)始大力發(fā)展軍用軍事模擬訓(xùn)練器械。據(jù)預(yù)測(cè)，北美地區(qū)軍用模擬仿真市場(chǎng)在2019年～2025年之間將達(dá)到606億美元，亞太地區(qū)預(yù)計(jì)為426億美元。中國(guó)在2018年模擬仿真產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到了3000多億元。

軍事模擬訓(xùn)練不僅僅可以用于士兵軍事技能訓(xùn)練，在軍事領(lǐng)域的各個(gè)方面都能有所應(yīng)用，因此建設(shè)軍事模擬訓(xùn)練體系工程的需求日益迫切。體系工程源于系統(tǒng)工程，但高于系統(tǒng)工程，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化的科學(xué)，重在項(xiàng)目的規(guī)劃和實(shí)施，追求不同系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)集成的最優(yōu)化，集成這些系統(tǒng)以滿(mǎn)足某一項(xiàng)目（即體系問(wèn)題）的目標(biāo)，具有能力集成、需求復(fù)雜、學(xué)科交叉、系統(tǒng)交互與平衡工程的特點(diǎn)［1］。

軍事模擬訓(xùn)練體系工程由軍事訓(xùn)練系統(tǒng)、武器試驗(yàn)系統(tǒng)、定期考核系統(tǒng)、軍地技術(shù)融合系統(tǒng)、軍事模擬訓(xùn)練五個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示。其中，軍事模擬訓(xùn)練中心是軍事模擬訓(xùn)練體系工程的核心系統(tǒng)，通過(guò)與其他四個(gè)系統(tǒng)的集成與平衡，形成了從論證試驗(yàn)到武器升級(jí)、從掌握各型裝備操作技能到模擬體系作戰(zhàn)、從軍用到民用、從民用到軍用的四維一體的立體訓(xùn)練模擬體系，能夠滿(mǎn)足體系作戰(zhàn)指揮模擬、復(fù)雜裝備操作培訓(xùn)、武器研發(fā)測(cè)試等多目標(biāo)的需要。

圖1 軍事模擬訓(xùn)練體系構(gòu)成

2 效費(fèi)分析研究現(xiàn)狀

本文主要探究的是基于體系工程的軍事模擬訓(xùn)練中心的效費(fèi)分析和綜合評(píng)價(jià)。在軍事模擬訓(xùn)練效能評(píng)估方面，孫青虎［2］從軍事效益和經(jīng)濟(jì)與社會(huì)收益兩個(gè)監(jiān)督建立評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)模擬訓(xùn)練中心建設(shè)的管理效能進(jìn)行了評(píng)估。曾洪祥［3］通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)對(duì)抗和戰(zhàn)術(shù)場(chǎng)景下的效能評(píng)估目標(biāo)，運(yùn)用解析法、仿真法和實(shí)物外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)等方法對(duì)雷達(dá)電子戰(zhàn)仿真模擬進(jìn)行了效能評(píng)估。高彬［4］提出將在電子對(duì)抗模擬系統(tǒng)中加入作戰(zhàn)效能模塊從定量和定性?xún)蓚€(gè)方面對(duì)整個(gè)模擬電子戰(zhàn)效果進(jìn)行評(píng)估。趙軍倉(cāng)［5］應(yīng)用WSEIAC武器系統(tǒng)效能評(píng)估原理，對(duì)仿真作戰(zhàn)環(huán)境中無(wú)人攻擊雷達(dá)的作戰(zhàn)效果進(jìn)行了評(píng)估。林圣琳［6］提出了一種基于復(fù)雜昂貴仿真的體系效能優(yōu)化算法，并利用某防控體系模擬系統(tǒng)驗(yàn)證了算法的有效性與可行性。

在費(fèi)用分析方面，美國(guó)國(guó)防部最早于20世紀(jì)60年代提出了全壽命周期費(fèi)用概念。目前，在全壽命周期費(fèi)用估算方法上，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究。如，Kleyner提出了參數(shù)法［7］，Verlinden研究利用人工神經(jīng)網(wǎng)對(duì)費(fèi)用進(jìn)行估算研究［8］，陸中等研究了基于著色Petri網(wǎng)法的費(fèi)用估算方法［9］。

在效費(fèi)分析上，目前使用較為廣泛的三個(gè)準(zhǔn)則是最小費(fèi)用準(zhǔn)則、最大效能準(zhǔn)則和費(fèi)效比準(zhǔn)則。張堅(jiān)毅［10］分析了飛行模擬器的效能和和費(fèi)用影響因素，并在其基礎(chǔ)上分別探究了運(yùn)用關(guān)聯(lián)矩陣法和比例法對(duì)其進(jìn)行效費(fèi)分析。范揚(yáng)洲［11］提出了二重效費(fèi)分析模型，即在分析獨(dú)立的效能后再結(jié)合費(fèi)用分析進(jìn)行效費(fèi)分析。王劍［12］利用可拓學(xué)理論模型對(duì)大型復(fù)雜航空飛行器的效費(fèi)權(quán)衡進(jìn)行了研究。

本文基于以上研究，探討運(yùn)用可拓學(xué)理論對(duì)基于體系工程的軍事模擬訓(xùn)練中心進(jìn)行效費(fèi)分析和綜合評(píng)價(jià)。在效費(fèi)分析實(shí)例分析中，結(jié)合軍事模擬訓(xùn)練中心效能和費(fèi)用影響因素的特點(diǎn)，構(gòu)建了基于改進(jìn)ADC方法的效能影響因素指標(biāo)體系和全壽命周期費(fèi)用影響因素指標(biāo)體系，通過(guò)實(shí)證對(duì)構(gòu)建模型的可行性和有效性進(jìn)行了檢驗(yàn)。

3 效費(fèi)分析可拓模型的構(gòu)建

3.1 可拓學(xué)理論的概念

效費(fèi)分析是對(duì)系統(tǒng)費(fèi)用和效能的綜合研究，是系統(tǒng)費(fèi)用與效能的權(quán)衡，追求裝備效能最大化和最小化是一個(gè)相對(duì)矛盾、相互對(duì)立的多目標(biāo)決策問(wèn)題［13］?？赏貙W(xué)作為一種解決矛盾的有效方法，可以被用以研究軍事模擬訓(xùn)練中心的效費(fèi)權(quán)衡問(wèn)題。

可拓學(xué)理論最早由中國(guó)學(xué)者蔡文提出，它以形式化的模型，探討事物拓展的可能性以及開(kāi)拓創(chuàng)新的規(guī)律和方法，并用于解決矛盾問(wèn)題［14］?？赏貙W(xué)主要包括基元理論、可拓集和可拓邏輯三部分內(nèi)容?；鳛榭赏貙W(xué)的邏輯細(xì)胞，是指物元、事元和關(guān)系元的集合，通過(guò)基元可以從物、事、關(guān)系三維角度形式化描述各種復(fù)雜問(wèn)題，并建立相應(yīng)的可拓模型。可拓集是在基元的基礎(chǔ)上對(duì)各種復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分析，通過(guò)建立關(guān)聯(lián)函數(shù)定量研究復(fù)雜問(wèn)題量變和質(zhì)變的范圍，并得到相應(yīng)的穩(wěn)定域和可拓域。可拓邏輯結(jié)合了辯證邏輯和形式邏輯，是可以用計(jì)算機(jī)表達(dá)的基元和可拓集外拓的變換關(guān)系。

基于可拓學(xué)理論的軍事模擬訓(xùn)練中心效費(fèi)權(quán)衡正是將效能和費(fèi)用影響因素作為基元，通過(guò)分析效能和費(fèi)用之間關(guān)系不斷外拓更佳方案的過(guò)程。

3.2 效費(fèi)物元可拓模型的構(gòu)建

步驟1建立高階物元模型

式中，P是指軍事模擬訓(xùn)練中心方案；E是指效能；E(P)為效能度量值；C為全壽命周期費(fèi)用；C(P)為費(fèi)用度量值。

步驟2建立低階物元模型

式中，Ph為對(duì)應(yīng)的第h個(gè)方案；X為效費(fèi)分析影響因素；X(Ph)為效費(fèi)分析影響因素量值。Ei，Cj（i，j=1，2且i+j=n）分別代表效能影響因素指標(biāo)和費(fèi)用影響因素指標(biāo)；Ei(Ph)，Cj(Ph)分別代表效能指標(biāo)和費(fèi)用指標(biāo)量值。

步驟3確定低階物元模型經(jīng)典域和節(jié)域

對(duì)效費(fèi)的影響因素指標(biāo)劃分評(píng)價(jià)等級(jí)，并規(guī)定相應(yīng)取值范圍，得到經(jīng)典域Q3：

式中，Ot為設(shè)定的相應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)；Y(Ot)代表各個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)指標(biāo)的取值范圍；，（i，j=1，2且i+j=n）分別代表各個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)效能和費(fèi)用影響因素指標(biāo)的取值范圍。

根據(jù)各個(gè)影響因素指標(biāo)在所有等級(jí)內(nèi)的量值值域，得到基元模型的節(jié)域Q4：

式中，Z(Ph)為各方案對(duì)應(yīng)效費(fèi)分析影響因素指標(biāo)的規(guī)定量值范圍。，（i，j=1，2且i+j=n）對(duì)應(yīng)效能和費(fèi)用影響因素指標(biāo)的規(guī)定量值范圍。

步驟4利用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重

1）對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，得到無(wú)量綱值。

式中，y為處理后的無(wú)量綱值，x為某具體指標(biāo)評(píng)價(jià)分值，θ為量值平均數(shù)；σ為量值標(biāo)準(zhǔn)差。

2）構(gòu)造決策矩陣Ruv=Rn×h，h為方案數(shù)量，（i+j）為指標(biāo)數(shù)量。

3）計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的熵值

4）計(jì)算各指標(biāo)熵權(quán)權(quán)重

根據(jù)式（5）～（8）得到各個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)權(quán)重q=（q1，q2…qn）。

步驟5計(jì)算每個(gè)方案關(guān)于各等級(jí)的關(guān)聯(lián)度

計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)X(Ph)所對(duì)應(yīng)的值與的距為ρ（X(Ph)，Y(Ot)），則待評(píng)對(duì)象第h個(gè)方案與評(píng)價(jià)等級(jí)Ot的關(guān)聯(lián)度Mt表達(dá)式為

得到h個(gè)方案中每個(gè)方案關(guān)于各個(gè)等級(jí)的綜合關(guān)聯(lián)度Mt(Ph)=(tx1，tx2...txn)。

Max(tx1，tx2...txn)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)即為該方案的評(píng)價(jià)等級(jí)。

通過(guò)比較各方案的等級(jí)確定效費(fèi)最優(yōu)的方案，并對(duì)效能和費(fèi)用影響因素中權(quán)重值最大相對(duì)應(yīng)的指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整以?xún)?yōu)化方案。

4 實(shí)例分析

4.1 建立軍事模擬訓(xùn)練中心效能影響因素指標(biāo)體系

軍事模擬訓(xùn)練中心是軍事模擬訓(xùn)練體系工程的核心單元，其效能影響因素不僅包括自身系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)還包括對(duì)軍事模擬訓(xùn)練體系工程的貢獻(xiàn)程度?？紤]到基于體系工程的軍事模擬訓(xùn)練中心的特點(diǎn)，因此改進(jìn)ADC模型建立的效能影響因素指標(biāo)。在原有可用性、可信性和能力的基礎(chǔ)上加入兼容性和開(kāi)放性?xún)身?xiàng)指標(biāo)。如圖2所示。

圖2 軍事模擬訓(xùn)練中心效能影響因素指標(biāo)體系

兼容性是指硬件之間、軟件之間或是軟硬件組合系統(tǒng)之間的相互協(xié)調(diào)工作的程度；開(kāi)放性是指包括軟件系統(tǒng)、硬件模塊、分析數(shù)據(jù)等所有組成部分的開(kāi)放程度。

4.2 建立軍事模擬訓(xùn)練中心費(fèi)用影響因素指標(biāo)體系

為計(jì)算軍事模擬訓(xùn)練中心全壽命周期費(fèi)用，按照全壽命周期費(fèi)用計(jì)算公式對(duì)軍事模擬訓(xùn)練中心的不同壽命階段進(jìn)行分解。

并通過(guò)分析各階段費(fèi)用的構(gòu)成構(gòu)建影響因素指標(biāo)體系。如圖3所示。

圖3 軍事模擬訓(xùn)練中心全壽命周期費(fèi)用影響因素指標(biāo)體系

依照相關(guān)數(shù)據(jù)和資料，確定方案P1、P2和P3，并得到效能和費(fèi)用影響因素指標(biāo)的量值如表1所示。

表1 效能和費(fèi)用影響因素指標(biāo)量值

4.3 根據(jù)效能和費(fèi)用影響因素指標(biāo)體系確定物元模型的經(jīng)典域Q3和節(jié)域Q4

根據(jù)式（5）～（8）得各指標(biāo)熵權(quán)權(quán)重q=（0.1357，0.1336，0.1381，0.1313，0.1313，0.0637，0.099，0.1144，0.0519）。

根據(jù)式（9）得到三個(gè)方案關(guān)于好、較好、一般、差四個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)的的關(guān)聯(lián)度：

由此可知，三個(gè)方案評(píng)價(jià)等級(jí)依次為一般，好和較好，因此方案二為效費(fèi)比最優(yōu)方案。同時(shí)根據(jù)各指標(biāo)熵權(quán)重系數(shù)，可知在效能層面著重提高能力和可用性、在費(fèi)用層面著重降低使用保障和建設(shè)費(fèi)用可以更有效的優(yōu)化方案。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)基于體系工程的軍事模擬訓(xùn)練中的特點(diǎn)，在文獻(xiàn)研究和專(zhuān)家調(diào)研的基礎(chǔ)上提出了軍事模擬訓(xùn)練中心的效能和費(fèi)用影響因素指標(biāo)體系，并通過(guò)運(yùn)用可拓學(xué)理論建立了效費(fèi)分析物元模型，最后通過(guò)算例驗(yàn)證了模型的適用性。上述指標(biāo)體系和模型對(duì)科學(xué)建設(shè)軍事模擬訓(xùn)練中心、有效評(píng)價(jià)模擬訓(xùn)練中心綜合實(shí)力、完善模擬訓(xùn)練體系工程有一定的借鑒意義和應(yīng)用價(jià)值。