伊洪冰，張愛民，令狐昌應(yīng)

（軍事交通學(xué)院，天津 300161）

聯(lián)合作戰(zhàn)是現(xiàn)在和未來一段時(shí)期主要的作戰(zhàn)樣式，一體化綜合保障成為我軍聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障的主要模式[1]。裝備保障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是指裝備保障系統(tǒng)各組分及相互之間關(guān)系的總合，其內(nèi)涵主要包括各級(jí)各類指揮機(jī)構(gòu)、保障實(shí)體，以及裝備保障機(jī)構(gòu)之間的指揮控制關(guān)系、信息交互關(guān)系等。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的效能具有很大影響，因此有必要對(duì)現(xiàn)行體制下裝備保障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究，以尋求最大的保障效能。

信息化條件下的裝備保障系統(tǒng)，具有動(dòng)態(tài)性、復(fù)雜性和自適應(yīng)性等特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)總是處于變化之中，是一個(gè)典型的復(fù)雜系統(tǒng)。復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)（CAS）理論是復(fù)雜系統(tǒng)理論的一個(gè)分支，是以計(jì)算機(jī)模型研究復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)常用的理論[2-3]。運(yùn)用復(fù)雜系統(tǒng)理論，借助現(xiàn)代計(jì)算手段，可以較好地解決裝備保障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。

1 信息化條件下聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障系統(tǒng)的特征

信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障系統(tǒng)是由一系列不同軍種、不同層次的裝備保障機(jī)構(gòu)，按照一定的指揮關(guān)系、信息交互與共享的關(guān)系構(gòu)成的。保障機(jī)構(gòu)是由若干指揮人員、保障人員和各種設(shè)備組成的人機(jī)混合體，具有能動(dòng)性、自主性和適應(yīng)性。在信息化條件下，保障機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系是動(dòng)態(tài)的、復(fù)雜的。隨著作戰(zhàn)環(huán)境的演變和作戰(zhàn)進(jìn)程的推進(jìn)，會(huì)有新的指揮控制機(jī)構(gòu)、保障關(guān)系、信息交互關(guān)系不斷產(chǎn)生，同時(shí)也有舊的指揮控制機(jī)構(gòu)、保障關(guān)系、信息交互關(guān)系不斷消亡，裝備保障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)隨之發(fā)展到一個(gè)新的階段。由此可知，信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障系統(tǒng)是一個(gè)典型的復(fù)雜系統(tǒng)。在這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中，每一個(gè)基本單元或者稱為子系統(tǒng)（保障機(jī)構(gòu)）都按照一定的規(guī)則自主的、能動(dòng)的處理遇到的各種情況[4]。在處理各種情況過程中，不同的保障機(jī)構(gòu)之間往往需要進(jìn)行交互、協(xié)作，發(fā)生指揮、控制、協(xié)同、協(xié)調(diào)等各種關(guān)系。在未來信息化條件下的作戰(zhàn)中，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境極為復(fù)雜，戰(zhàn)場(chǎng)情況瞬息萬變，往往需要不同的保障單元?jiǎng)討B(tài)的、自適應(yīng)地構(gòu)建臨時(shí)的聯(lián)合保障群體去執(zhí)行隨機(jī)出現(xiàn)的各類保障任務(wù)。各類保障機(jī)構(gòu)根據(jù)作戰(zhàn)規(guī)則動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生、消亡、重組的微觀行為的總合，就會(huì)在宏觀上產(chǎn)生保障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演變的“涌現(xiàn)”現(xiàn)象。

2 基于CAS理論優(yōu)化聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法

信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。對(duì)于這樣一個(gè)系統(tǒng)不能采用還原論的方法來研究。在復(fù)雜系統(tǒng)理論的指導(dǎo)下，以自底向上的方法建立基于適應(yīng)性主體（Agent）的計(jì)算機(jī)模型，通過仿真模擬的手段來研究該類系統(tǒng)是一種可行的方法[5]。該方法的主要思路是:將各類保障機(jī)構(gòu)看成是具有智能性、主動(dòng)性、適應(yīng)性的智能主體（Agent）。這些主體按照一定的指揮關(guān)系、信息交互關(guān)系聯(lián)結(jié)成為一個(gè)整體，并按照各自的規(guī)則處理各種情況。裝備保障系統(tǒng)處理各種情況的過程，可以看成一個(gè)多主體構(gòu)成的信息處理系統(tǒng)聯(lián)合處理信息的過程。在這個(gè)過程中，由于主體間的交互作用、主體的適應(yīng)性進(jìn)化導(dǎo)致系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生演化，系統(tǒng)通過這種演化求得整體性能的優(yōu)化。以復(fù)雜系統(tǒng)理論優(yōu)化聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障系統(tǒng)，就是通過分析研究這種演化過程來指導(dǎo)保障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。該方法的主要步驟[6]如下:

Step1:建立各類保障機(jī)構(gòu)的智能主體模型；

Step2:確定各保障主體的運(yùn)行規(guī)則；

Step3:確定各保障主體之間的連接狀態(tài)（即建立保障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)）；

Step4:設(shè)計(jì)作戰(zhàn)試驗(yàn)（建立若干作戰(zhàn)想定，并把作戰(zhàn)任務(wù)轉(zhuǎn)化成保障主體能識(shí)別、處理的信息形式）；

Step5:進(jìn)行仿真模擬，令各種保障主體在設(shè)定的作戰(zhàn)環(huán)境中根據(jù)規(guī)則相互作用、相互影響，共同演化；

Step6:對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，比較不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣；

Step7:根據(jù)分析結(jié)果提出假設(shè)，并進(jìn)一步仿真模擬，驗(yàn)證這些假設(shè)。

3 案例分析

以機(jī)步師山地進(jìn)攻陸空聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障為例，參戰(zhàn)部隊(duì)為陸、空各3個(gè)基本戰(zhàn)術(shù)單位（其裝備保障機(jī)構(gòu)可以看作基本節(jié)點(diǎn)）。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有一定的資源和能力。

各基本節(jié)點(diǎn)的保障資源和負(fù)載能力如表1所示。

表1 功能及節(jié)點(diǎn)資源能力表

表1種列出了六個(gè)基本戰(zhàn)術(shù)保障單位節(jié)點(diǎn)所有的資源，例如從表中可以看出節(jié)點(diǎn)1具有10個(gè)單位的f1（軍械）類資源，2個(gè)單位的f3（車輛）類資源，3個(gè)單位的f4（工程）類資源，并且具有10個(gè)單位的工作負(fù)載能力。

這些基本節(jié)點(diǎn)相互連接構(gòu)成保障系統(tǒng)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間連接關(guān)系的不同，可以形成多種不同的保障結(jié)構(gòu)（部署形式）。如圖1所示，在此假定有兩種不同的保障結(jié)構(gòu)，一種是傳統(tǒng)的層級(jí)結(jié)構(gòu)S1，另一種是完全自組織結(jié)構(gòu)S2。

圖1 兩種保障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

假設(shè)在作戰(zhàn)過程中，將會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)多種類型的事件，如火炮陣地遭敵襲擊、運(yùn)輸車隊(duì)途中遭敵襲擊、突破敵前沿裝甲裝備受損嚴(yán)重、開辟通路工程裝備受損等情況。每一個(gè)事件發(fā)生后都需要一個(gè)相應(yīng)的保障任務(wù)應(yīng)對(duì)。每一個(gè)保障任務(wù)都需要一定的資源、能力需求，任務(wù)的執(zhí)行需要時(shí)間并造成執(zhí)行節(jié)點(diǎn)的工作負(fù)載。假設(shè)各種“事件”按照一定的隨機(jī)概率出現(xiàn)，并對(duì)任務(wù)資源、時(shí)間的要求也是隨機(jī)的，并符合一定的概率分布。這些隨機(jī)任務(wù)的參數(shù)可以很容易的用“隨機(jī)數(shù)發(fā)生器”程序來生成。表 2 所示的是在仿真試驗(yàn)中所用的一組任務(wù)數(shù)據(jù)。其中所需的資源指完成該任務(wù)所需要消耗的資源，如任務(wù)T1需要的資源為[00004]，指的是完成任務(wù)T1不需要表1 中列出的f1～f4類的任何資源，只需要4個(gè)單位的f5類資源。

在圖1所示的兩種保障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，假設(shè)“事件”發(fā)生后會(huì)被某一個(gè)節(jié)點(diǎn)探測(cè)到?；竟?jié)點(diǎn)具有本專業(yè)的知識(shí)和能力，可以識(shí)別并處理本專業(yè)的任務(wù)；中層節(jié)點(diǎn)和高層節(jié)點(diǎn)分別具有本集團(tuán)和全局的知識(shí)，可以識(shí)別本集團(tuán)和全局內(nèi)的任務(wù)，但是中、高層節(jié)點(diǎn)沒有實(shí)際的執(zhí)行能力，需要將任務(wù)分配給下一級(jí)節(jié)點(diǎn)去執(zhí)行。與同一個(gè)信息交互中心連接的節(jié)點(diǎn)可以共享信息。在結(jié)構(gòu)S1中，節(jié)點(diǎn)不能識(shí)別的任務(wù)需要逐級(jí)上報(bào)，直到任務(wù)能夠被識(shí)別，然后任務(wù)被層層分解、下發(fā)到基本節(jié)點(diǎn)去執(zhí)行，需要協(xié)作完成的任務(wù)由上級(jí)來協(xié)調(diào)。在結(jié)構(gòu) S2中，各種任務(wù)由基本節(jié)點(diǎn)根據(jù)規(guī)則相互協(xié)調(diào)，節(jié)點(diǎn)不能處理的任務(wù)發(fā)布到信息交互中心，由其他節(jié)點(diǎn)處理或者根據(jù)規(guī)則聯(lián)合處理。

表2 任務(wù)列表

依照上述內(nèi)容，分別建立兩種指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模型并進(jìn)行仿真模擬，通過對(duì)20個(gè)時(shí)間單位內(nèi)隨機(jī)出現(xiàn)的 6個(gè)任務(wù)（T1～T6）進(jìn)行仿真，得到的結(jié)果如表 3所示。

表3 任務(wù)延遲對(duì)比表

由表3可知，當(dāng)一個(gè)任務(wù)出現(xiàn)后，不同結(jié)構(gòu)的兩種保障系統(tǒng)做出反應(yīng)的速度是不同的。例如對(duì)于任務(wù)T4，采用結(jié)構(gòu)S1時(shí)，指揮系統(tǒng)在事件發(fā)生5個(gè)單位時(shí)間后才做出反應(yīng)，而采用結(jié)構(gòu)S2則只需要3個(gè)時(shí)間單位就能做出反應(yīng)。

從表4 可以看出，裝備保障系統(tǒng)采用不同的結(jié)構(gòu)時(shí)，同一個(gè)保障節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行相同任務(wù)序列時(shí)所承擔(dān)的工作量是不同的。例如，結(jié)構(gòu)S1中節(jié)點(diǎn)A2需要承擔(dān)31.3個(gè)單位的工作負(fù)載，而結(jié)構(gòu)S2中結(jié)點(diǎn)A2只承擔(dān)了13.3個(gè)單位的工作負(fù)載。采用不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)保障節(jié)點(diǎn)的決策能力也提出了不同的要求。例如，在結(jié)構(gòu)S1中節(jié)點(diǎn)A1需要完成的決策工作量為4個(gè)單位的工作負(fù)載，而結(jié)構(gòu)S2中節(jié)點(diǎn)A1則需要承擔(dān)8個(gè)單位的決策工作量。

表4 節(jié)點(diǎn)負(fù)載對(duì)比表

4 數(shù)據(jù)分析與結(jié)論

通過對(duì)上述數(shù)據(jù)的分析，我們對(duì)保障系統(tǒng)兩種結(jié)構(gòu)的性能有如下認(rèn)識(shí):裝備保障系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)S1時(shí)，一個(gè)任務(wù)從出現(xiàn)到被著手處理的時(shí)間變化范圍比較大，與任務(wù)所需要的資源在保障系統(tǒng)中的分布有關(guān)；如果所需資源類型較多并且分布在不同的作戰(zhàn)保障集群中時(shí)，任務(wù)決策處理所需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，保障效能較低；而結(jié)構(gòu)S2面對(duì)這種情況時(shí)所需要的時(shí)間則相對(duì)較短，保障效能較高。結(jié)構(gòu)S2基本節(jié)點(diǎn)的工作負(fù)載分布較結(jié)構(gòu)S1均勻，這說明通過全局的協(xié)調(diào)往往能夠令任務(wù)的分配更加合理。但是通過表4可以看出，結(jié)構(gòu)S2顯然對(duì)保障節(jié)點(diǎn)的決策能力提出了更高的要求，這說明自適應(yīng)的作戰(zhàn)保障要求保障節(jié)點(diǎn)具有更強(qiáng)的決策能力。在仿真模擬的過程中，多次出現(xiàn)若干節(jié)點(diǎn)臨時(shí)組合處理任務(wù)的情況，由于初始結(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)處理規(guī)則的不同，導(dǎo)致這種動(dòng)態(tài)協(xié)作的效率是不同的，同時(shí)對(duì)于同一個(gè)任務(wù)，有時(shí)會(huì)因初始結(jié)構(gòu)和處理規(guī)則的不同，導(dǎo)致不同的節(jié)點(diǎn)集合來處理該任務(wù)，這也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的整體性能具有不同的表現(xiàn)。總體而言，結(jié)構(gòu)S1中多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作效率低于結(jié)構(gòu) S2，但是結(jié)構(gòu) S2要求保障節(jié)點(diǎn)具有較高的決策能力。

由上述分析可以看出，采用復(fù)雜系統(tǒng)理論可以較好的處理人機(jī)結(jié)合系統(tǒng)所具有的動(dòng)態(tài)性、復(fù)雜性、自適應(yīng)性等問題。因此，以復(fù)雜系統(tǒng)理論分析、優(yōu)化裝備保障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一種行之有效的方法。

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