卜廣志
(軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院系統(tǒng)總體研究所,北京 100101)
裝備規(guī)劃是對(duì)未來5 年裝備建設(shè)的頂層謀劃,其中一個(gè)重難點(diǎn)問題即是從大量裝備建議中,科學(xué)遴選出納入規(guī)劃安排的項(xiàng)目。在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下,體系對(duì)抗已經(jīng)成為基本作戰(zhàn)樣式,這要求裝備建設(shè)也應(yīng)當(dāng)符合體系化的特征,表現(xiàn)在裝備規(guī)劃論證中,即是按照體系化的要求論證、遴選單項(xiàng)裝備,使之能夠針對(duì)使命任務(wù)需求,構(gòu)成合理的裝備體系方案。在此方面,美國(guó)蘭德公司采用了組合分析的方法,從滿足使命任務(wù)情況、裝備本身的技術(shù)實(shí)現(xiàn)可能性等方面,采用電子會(huì)議系統(tǒng)的概略評(píng)估方法,對(duì)裝備進(jìn)行排序選優(yōu)[1-3]。國(guó)內(nèi)在此方面的研究相對(duì)較少,文獻(xiàn)[4]直接借鑒蘭德公司方法,開發(fā)了專家決策系統(tǒng),對(duì)海軍裝備進(jìn)行排序分析;文獻(xiàn)[5]探討了采用組合分析方法統(tǒng)籌項(xiàng)目規(guī)劃論證的思路,但沒有建立相應(yīng)的模型;文獻(xiàn)[6-8]研究了基于能力的武器裝備組合分析與規(guī)劃方法,但以理論研究為主,在裝備工作中的可操作性欠佳。
本文為了解決裝備規(guī)劃中按照體系化要求論證遴選裝備的問題,提出了一種綜合運(yùn)用組合分析與體系化要求評(píng)估的方法。首先,面向使命任務(wù)需求,在現(xiàn)役裝備基礎(chǔ)上,結(jié)合擬發(fā)展的新裝備建議,采用組合分析方法構(gòu)建多種可能的裝備體系備選方案。然后,從功能完備性、性能匹配性、時(shí)間一致性等3 個(gè)方面,對(duì)裝備體系備選方案進(jìn)行體系化評(píng)估與初選。最后,從需求滿足度、綜合風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用等方面開展綜合評(píng)估,確定最終的裝備體系目標(biāo)方案,據(jù)此遴選應(yīng)當(dāng)納入規(guī)劃安排建設(shè)的新裝備。
裝備規(guī)劃是對(duì)未來5 年裝備建設(shè)的總體設(shè)計(jì),是指導(dǎo)裝備建設(shè)實(shí)施的重要依據(jù)。在裝備規(guī)劃論證中,不同軍兵種和不同領(lǐng)域通常會(huì)提出大量新裝備建議,供裝備機(jī)關(guān)決策。對(duì)這些建議,受裝備經(jīng)費(fèi)投入規(guī)模、承擔(dān)的使命任務(wù)要求、裝備體系現(xiàn)狀等因素影響,通常很難全部予以安排,必須進(jìn)行科學(xué)的論證與遴選。
在論證遴選過程中,需要重點(diǎn)考慮以下幾方面因素:
1)新裝備與現(xiàn)役裝備一起,應(yīng)當(dāng)具備遂行多樣化使命任務(wù)的各項(xiàng)功能。
2)圍繞一項(xiàng)使命任務(wù),相關(guān)裝備能夠構(gòu)成有機(jī)的裝備體系整體。
3)在裝備體系內(nèi),新裝備的研制應(yīng)當(dāng)保證基本同步。
4)新裝備的研制具有較高的可行性。
為了在裝備遴選中滿足體系化的要求,需要以裝備體系為單位開展論證評(píng)估。其中,重點(diǎn)解決兩個(gè)關(guān)鍵問題:一個(gè)是圍繞使命任務(wù),在現(xiàn)役裝備和新裝備建議基礎(chǔ)上,構(gòu)建各種可能的裝備體系方案;另一個(gè)是對(duì)裝備體系方案開展多維度評(píng)估,從中確定裝備體系目標(biāo)方案。對(duì)此,分別采用組合分析方法和體系化評(píng)估方法。
組合分析方法是金融投資領(lǐng)域較為成熟的方法,主要解決不確定性條件下,為了獲取較高回報(bào),同時(shí)又承擔(dān)較低風(fēng)險(xiǎn),對(duì)大量金融產(chǎn)品進(jìn)行投資組合的問題[9]。在裝備規(guī)劃論證中,同樣面臨著類似的問題。如:裝備建設(shè)要同時(shí)滿足多樣化的使命任務(wù),類似于金融市場(chǎng)中的不確定性;在構(gòu)建裝備體系方案時(shí),存在多種裝備可供選擇,類似于金融市場(chǎng)中的股票、證券、期貨等大量金融產(chǎn)品,而構(gòu)建的裝備體系方案類似于由金融產(chǎn)品構(gòu)成的組合投資策略;在裝備體系方案內(nèi)部,各項(xiàng)裝備需要滿足特定的體系化要求,類似于不同金融產(chǎn)品在收益、風(fēng)險(xiǎn)等方面的關(guān)聯(lián)性。這些相似性說明,可以借鑒組合分析方法解決面對(duì)多樣化使命任務(wù)時(shí),基于大量裝備構(gòu)建裝備體系的問題。
體系化評(píng)估是對(duì)裝備體系中,各裝備能否構(gòu)成裝備體系的情況進(jìn)行評(píng)估,分析的是滿足體系化要求的情況。按照1.1 節(jié)中的分析,可以歸納為功能完備性、性能匹配性、時(shí)間一致性等3 個(gè)方面。只有同時(shí)滿足這3 個(gè)條件,才能保證相關(guān)裝備符合體系化要求,能夠構(gòu)成合理的裝備體系方案。
根據(jù)上述分析,對(duì)裝備規(guī)劃論證中如何遴選裝備的問題建立以下方法框架。
圖1 方法框架
首先,圍繞承擔(dān)的使命任務(wù),在裝備體系現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,將新裝備建議以替換、新增等方式構(gòu)建可能的裝備體系備選方案;然后,對(duì)裝備體系備選方案,開展體系化要求評(píng)估,初選出能夠構(gòu)成裝備體系的可行方案;其次,從需求滿足度、費(fèi)用、綜合風(fēng)險(xiǎn)等方面開展綜合評(píng)估,確定裝備體系目標(biāo)方案;最后,通過裝備體系目標(biāo)方案與裝備體系現(xiàn)狀對(duì)比,遴選出納入規(guī)劃安排的新裝備。
滿足使命任務(wù)需求是裝備建設(shè)的最終目標(biāo)。因此,在裝備論證遴選中,首先分析針對(duì)的使命任務(wù),作為構(gòu)建裝備體系方案、遴選裝備的初始依據(jù)。其中,根據(jù)使命任務(wù)目標(biāo)、任務(wù)實(shí)施過程,分解對(duì)裝備的功能需求,以及各項(xiàng)功能之間的關(guān)系。主要包括以下4 類:
1)串聯(lián)關(guān)系。表示每項(xiàng)功能對(duì)完成使命任務(wù)必不可缺;
2)并聯(lián)關(guān)系。表示任意一項(xiàng)功能均可獨(dú)立完成使命任務(wù);
3)保障關(guān)系。表示其中的一項(xiàng)功能為另一項(xiàng)功能的發(fā)揮提供支撐或保障;
4)協(xié)同配合關(guān)系。表示不同功能之間協(xié)同分工,共同完成使命任務(wù)。
針對(duì)使命任務(wù)的各項(xiàng)功能需求,從裝備體系現(xiàn)狀、新裝備建議中梳理具有支撐關(guān)系的現(xiàn)役裝備和新裝備建議。這些是構(gòu)建裝備體系方案的基礎(chǔ)。
在時(shí)間維度上,裝備建設(shè)是一個(gè)持續(xù)演進(jìn)的過程,面向未來5 年的裝備規(guī)劃論證,也是以裝備體系現(xiàn)狀作為基線方案,通過新增、替換等方式,論證提出新裝備、構(gòu)成新的裝備體系方案的過程。所以,在裝備體系方案構(gòu)建中,需要同時(shí)分析現(xiàn)役裝備和新裝備建議。
對(duì)梳理出的現(xiàn)役裝備和新裝備建議,針對(duì)功能需求,采用組合分析方法構(gòu)建裝備體系備選方案。
首先,針對(duì)每項(xiàng)功能需求,從現(xiàn)役裝備、新裝備建議中自由選擇并組合,形成支撐各項(xiàng)功能需求的裝備組合方案。如:對(duì)某個(gè)功能需求具有支撐關(guān)系的現(xiàn)役裝備m 項(xiàng)、新裝備建議n 項(xiàng),則針對(duì)該功能需求的裝備組合方案有2m(2n-1)+1 種;當(dāng)在現(xiàn)役裝備中沒有支撐關(guān)系時(shí),則裝備組合方案有2n-1 種。
按照上述方法會(huì)生成大量的裝備體系備選方案。為減少后續(xù)評(píng)估分析工作量,從是否滿足體系化要求的角度進(jìn)行一輪初選,遴選出符合體系化要求的裝備體系可行方案。具體包括3 個(gè)方面內(nèi)容:
1)功能完備性。指裝備體系備選方案應(yīng)當(dāng)能夠支撐使命任務(wù)的全部功能需求。對(duì)此,采用矩陣形式分析如圖2 所示。
圖2 功能完備性分析矩陣
2)性能匹配性。指針對(duì)不同功能的裝備在遂行使命任務(wù)過程中,性能指標(biāo)應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)匹配,也可以視為功能需求之間的耦合性。對(duì)此,采用兩兩功能的上三角矩陣形式分析,如圖3 所示:
圖3 性能匹配性分析矩陣
在矩陣中,當(dāng)功能i 與功能j 具有耦合關(guān)系時(shí),選擇若干評(píng)估指標(biāo)設(shè)置匹配性判定準(zhǔn)則,每個(gè)評(píng)估指標(biāo)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)判定準(zhǔn)則,如:
其中,Rij_k為功能i 與功能j 耦合關(guān)系的第k 個(gè)判定準(zhǔn)則;Mij_k_Fi、Mij_k_Fj為對(duì)應(yīng)功能i 的裝備與對(duì)應(yīng)功能j 的裝備,在第k 個(gè)指標(biāo)上的數(shù)值結(jié)果;◎?yàn)榕卸ㄒ?guī)則,常用形式如表1:
表1 常用的判定規(guī)則
在判定準(zhǔn)則的評(píng)估指標(biāo)選擇中,對(duì)于不同的功能,可以選擇不同的指標(biāo),但量綱應(yīng)當(dāng)相同。如:探測(cè)距離與射程、預(yù)警時(shí)間與時(shí)間延遲。
3)時(shí)間一致性。指新裝備的研制進(jìn)度基本同步,能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)交付部隊(duì)并形成戰(zhàn)斗力。對(duì)此,根據(jù)裝備體系備選方案中新裝備交付的最大時(shí)間間隔進(jìn)行判定,計(jì)算方法如下:
式中,ΔT 為最大時(shí)間間隔;TL為最晚交付裝備的交付時(shí)間;TE為最早交付裝備的交付時(shí)間。如:設(shè)定ΔT=2 個(gè)月,則當(dāng)ΔT≤2 時(shí),認(rèn)為滿足時(shí)間一致性,否則認(rèn)為不滿足。
對(duì)裝備體系可行方案,從需求滿足度、綜合風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用等3 個(gè)方面開展全面的評(píng)估分析。
1)需求滿足度評(píng)估。指對(duì)裝備體系可行方案滿足使命任務(wù)需求程度進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)對(duì)使命任務(wù)的功能分解,從各項(xiàng)功能的指標(biāo)自底向上建模,如圖4所示:
圖4 需求滿足度評(píng)估框架
具體步驟包括:
a)建立各項(xiàng)指標(biāo)的需求滿足度函數(shù)。根據(jù)指標(biāo)特點(diǎn),分為效益型(指標(biāo)數(shù)值越高,需求滿足度越大)、成本型(指標(biāo)數(shù)值越小,需求滿足度越大)、區(qū)間型(指標(biāo)數(shù)值在特定區(qū)間內(nèi),需求滿足度最大)等。如圖5 所示。
圖5 指標(biāo)的需求滿足度函數(shù)形式
b)計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的需求滿足度。根據(jù)支撐各項(xiàng)功能的裝備組合方案,采用仿真、運(yùn)籌分析等方法計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值。然后,利用需求滿足度函數(shù),計(jì)算需求滿足度結(jié)果。
c)計(jì)算各項(xiàng)功能的需求滿足度。對(duì)每項(xiàng)功能下的指標(biāo)需求滿足度結(jié)果,采用線性加權(quán)等多屬性綜合評(píng)估方法進(jìn)行聚合,計(jì)算各項(xiàng)功能的需求滿足度結(jié)果。
d)計(jì)算對(duì)使命任務(wù)的需求滿足度。根據(jù)各項(xiàng)功能之間的關(guān)系,建立對(duì)使命任務(wù)的需求滿足度評(píng)估模型,由各項(xiàng)功能的需求滿足度計(jì)算裝備體系可行方案對(duì)使命任務(wù)的需求滿足度。如表2 所示。
表2 中,S 為對(duì)使命任務(wù)的需求滿足度;S1、S2為功能1、功能2 的需求滿足度;w1、w2為功能1、功能2 在完成使命任務(wù)中的權(quán)重。
2)費(fèi)用評(píng)估。指對(duì)裝備體系可行方案的相關(guān)費(fèi)用進(jìn)行評(píng)估。其中,對(duì)現(xiàn)役裝備,主要考慮購(gòu)置費(fèi)(需要進(jìn)行購(gòu)置時(shí)),或不考慮費(fèi)用(不需要購(gòu)置時(shí));對(duì)新裝備,主要考慮研制費(fèi)。
3)綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。指對(duì)裝備體系可行方案在建設(shè)過程中可能遇到的各類風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估。其中,主要考慮新裝備研制中的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn),并區(qū)分為單項(xiàng)裝備風(fēng)險(xiǎn)、裝備體系風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)層面。
對(duì)單項(xiàng)裝備風(fēng)險(xiǎn),采用5 分制分級(jí)形式描述。如:無風(fēng)險(xiǎn)(5 分)、較低風(fēng)險(xiǎn)(4 分)、中等風(fēng)險(xiǎn)(3分)、較高風(fēng)險(xiǎn)(2 分)、重大風(fēng)險(xiǎn)(1 分)。對(duì)于技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn),分別預(yù)測(cè)評(píng)估。然后再在各自結(jié)果基礎(chǔ)上,計(jì)算相應(yīng)的綜合風(fēng)險(xiǎn)。其中,按照采用的綜合算法不同,分為折衷方法、嚴(yán)苛方法。在折衷方法中,取3 類風(fēng)險(xiǎn)的加權(quán)均值作為綜合風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果。在嚴(yán)苛方法中,取3 類風(fēng)險(xiǎn)中的最低值(對(duì)應(yīng)于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高)作為綜合風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果。即:
表2 使命任務(wù)需求滿足度評(píng)估模型
式中,R_A折衷、R_A嚴(yán)苛為按照折衷方法、嚴(yán)苛方法計(jì)算的單項(xiàng)裝備綜合風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果;RT、RC、RP 為技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)果;wRT、wRC、wRP為技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)在綜合風(fēng)險(xiǎn)中的權(quán)重。
裝備體系風(fēng)險(xiǎn)是指裝備體系可行方案中各新裝備相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的整體情況,在新裝備綜合風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果基礎(chǔ)上,同樣采用折衷方法或嚴(yán)苛方法進(jìn)行評(píng)估。
式中,R_AS折衷、R_AS嚴(yán)苛為按照折衷方法、嚴(yán)苛方法計(jì)算的裝備體系可行方案綜合風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果;R_Ai為裝備體系可行方案中新裝備i 的綜合風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果;wi為新裝備i 的綜合風(fēng)險(xiǎn)在裝備體系可行方案綜合風(fēng)險(xiǎn)中的重要性權(quán)重或影響程度。
4)綜合評(píng)估方法。指對(duì)裝備體系可行方案的需求滿足度、綜合風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用等3 方面結(jié)果,進(jìn)行綜合評(píng)估,形成綜合評(píng)估結(jié)果。如,采用線性加權(quán)法,即:
式中,V_AS 為對(duì)裝備體系可行方案的綜合評(píng)估指標(biāo);C_AS為裝備體系可行方案的費(fèi)用結(jié)果;wS、wR、wC為需求滿足度、綜合風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用等各因素在綜合評(píng)估中的權(quán)重。
根據(jù)綜合評(píng)估指標(biāo)結(jié)果的高低,可以對(duì)裝備體系可行方案進(jìn)行排序分析,通常選擇排序靠前的方案作為裝備體系目標(biāo)方案。
當(dāng)確定了裝備體系目標(biāo)方案后,將其與裝備體系現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比,那些新出現(xiàn)的裝備即是應(yīng)當(dāng)納入規(guī)劃安排的新裝備。
在對(duì)比過程中,還可以按照功能分析相應(yīng)的裝備發(fā)展關(guān)系。當(dāng)在對(duì)應(yīng)某項(xiàng)功能的裝備組合方案中,全部為新裝備時(shí),則為替換關(guān)系,即由新裝備全部替換了現(xiàn)役裝備;當(dāng)既包括部分現(xiàn)役裝備,又包括新裝備時(shí),則為部分替換關(guān)系,即由新裝備替換了部分現(xiàn)役裝備;當(dāng)既包括全部現(xiàn)役裝備,又包括新裝備時(shí),則為新增關(guān)系,即在現(xiàn)役裝備基礎(chǔ)上增加了新裝備。
假設(shè)在裝備規(guī)劃論證中,針對(duì)某項(xiàng)使命任務(wù)提出了5 項(xiàng)新裝備建議,下面采用文中方法論證應(yīng)當(dāng)納入規(guī)劃安排的新裝備。
對(duì)此項(xiàng)使命任務(wù),分解為3 項(xiàng)功能需求:F1(偵察監(jiān)視)、F2(指揮控制)、F3(火力打擊),三者之間按照作戰(zhàn)流程為串聯(lián)關(guān)系。
對(duì)應(yīng)3 項(xiàng)功能需求,分析相應(yīng)的現(xiàn)役裝備、新裝備建議,如表3 所示:
表3 案例中的現(xiàn)役裝備與裝備建議
對(duì)功能F1,可生成裝備組合方案22-1=3 個(gè),分別為:A11、A12、A11A12。對(duì)功能F2,可生成裝備組合方案21(22-1)+1=7 種,分別為:B21、B21A21、B21A22、B21A21A22、A21、A22、A21A22。對(duì)功能F3,可生成裝備組合方案21(21-1)+1=3 種,分別為:B31、B31A31、A31。
由此,可以生成裝備體系備選方案3×7×3=63種,如:A11B21B31、A11B21B31A31、…、A11A12A21A22A31。
按照功能完備性、性能匹配性、時(shí)間一致性,對(duì)上述裝備體系備選方案逐個(gè)進(jìn)行篩選。其中,功能完備性按照裝備體系構(gòu)建方法,全部予以滿足。對(duì)于性能匹配性,建立如下分析矩陣:
圖6 案例中的性能匹配性分析矩陣
圖中,R12_1為偵察范圍_F1≥指控范圍_F2;R12_2為發(fā)現(xiàn)概率_F1≥發(fā)現(xiàn)概率要求_F2;R12_3為數(shù)據(jù)更新周期_F1≤情報(bào)更新周期要求_F2;R13_1為目標(biāo)指示精度_F1≤武器引導(dǎo)要求_F3;R13_2為偵察范圍_F1≥作戰(zhàn)半徑_F3;R23_1為指控范圍_F2≥作戰(zhàn)半徑_F3。
對(duì)于時(shí)間一致性,設(shè)置ΔT=2 個(gè)月。
限于篇幅,假設(shè)在裝備體系備選方案中,同時(shí)符合3 條體系化要求的為以下5 個(gè)武器裝備體系可行方案,即:A11A21B31,A12B21A21B31,A12B21A22A31,A11A22B31A31,A12A21A22B31。
對(duì)于裝備體系可行方案中的現(xiàn)役裝備、新裝備建議,相關(guān)指標(biāo)參數(shù)如表4 所示:
表4 案例中現(xiàn)役裝備、裝備建議的指標(biāo)參數(shù)
由此,計(jì)算每個(gè)裝備體系可行方案的需求滿足度、費(fèi)用、綜合風(fēng)險(xiǎn)(按照嚴(yán)苛方法)。然后,選擇理想點(diǎn)法(TOPSIS 法),對(duì)每個(gè)可行方案的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行排序分析(根據(jù)專家調(diào)查法,3 個(gè)因素權(quán)重分別為0.7、0.1、0.2)。所得結(jié)果如表5 所示:
表5 案例中裝備體系可行方案評(píng)估結(jié)果
根據(jù)理想點(diǎn)法,選擇計(jì)算結(jié)果最高的A12B21A22A31作為裝備體系目標(biāo)方案。
對(duì)比裝備體系現(xiàn)狀(B21B31)與裝備體系目標(biāo)方案(A12B21A22A31),可知:對(duì)功能需求F1,A12填補(bǔ)了原來的空白;對(duì)功能需求F2,在B21基礎(chǔ)上新增了A22;對(duì)功能需求F3,由A31替換了原來的B31。這就是說,在裝備規(guī)劃論證中,針對(duì)該項(xiàng)使命任務(wù),應(yīng)當(dāng)安排A12、A22、A313 項(xiàng)新裝備建設(shè)。
在裝備規(guī)劃論證中,從大量的新裝備建議中論證提出科學(xué)合理的項(xiàng)目是核心的內(nèi)容。本文采用組合分析的思路,針對(duì)使命任務(wù)的功能需求分析,將現(xiàn)役裝備、新裝備建議構(gòu)建成大量的裝備體系備選方案。通過功能完備性、性能匹配性、時(shí)間一致性的評(píng)估,初選出符合體系化要求的裝備體系可行方案。再通過需求滿足度、費(fèi)用、綜合風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)估,從中確定裝備體系目標(biāo)方案。最后根據(jù)裝備體系現(xiàn)狀與裝備體系目標(biāo)方案的對(duì)比,遴選出應(yīng)當(dāng)納入裝備規(guī)劃安排的新裝備。
這種方法適用于裝備規(guī)劃論證時(shí)的宏觀決策。后續(xù)還需要繼續(xù)深化完善,如裝備組合策略、需求滿足度評(píng)估方法等。