部隊裝備管理信息化建設的系統(tǒng)動力學模型

賈紅麗，蘇坤洋，宋義剛

(1.軍械工程學院裝備指揮與管理系，河北石家莊050003;2.軍械工程學院科研部，河北石家莊050003)

當前，我軍部隊裝備管理信息化建設雖然取得了較大進展，但在建設過程中仍然存在諸多問題，如:對建設缺乏頂層設計和系統(tǒng)規(guī)劃，各自為政，重復建設，造成了資源的浪費;發(fā)展不協(xié)調(diào)，建設不配套，重“硬”輕“軟”，人才、政策法規(guī)、標準規(guī)范建設落后等［1－2］。其實質(zhì)是對于部隊裝備管理信息化建設的規(guī)律性問題把握還不夠全面和深入，因此迫切需要一種科學方法用于指導部隊裝備管理信息化建設的規(guī)律研究和系統(tǒng)規(guī)劃。系統(tǒng)動力學作為一種處理復雜系統(tǒng)的定量化方法，將其引入到部隊裝備管理信息化建設的研究之中，建立相關定性、定量分析模型，對于深入了解建設系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和反饋機制，探索部隊裝備管理信息化建設的特點和規(guī)律，為其科學、健康發(fā)展提供有效的理論指導和決策支持具有重要意義。

1 部隊裝備管理信息化建設系統(tǒng)分析

1.1 要素分析

部隊裝備管理信息化建設作為一個復雜系統(tǒng)工程，由諸多要素構(gòu)成，既離不開人的參與，也離不開物質(zhì)支撐和環(huán)境保障。因此，筆者把部隊裝備管理信息化建設的主要要素分為3大類:主體要素子系統(tǒng)，客體要素子系統(tǒng)和環(huán)境要素子系統(tǒng)。主體要素系統(tǒng)主要包括裝備管理信息化人力資源、裝備管理機構(gòu)等，是部隊裝備管理信息化建設得以實施和發(fā)展的依托力量。客體要素系統(tǒng)主要包括裝備管理信息網(wǎng)絡、裝備管理信息資源、信息技術應用等，是部隊裝備管理信息化建設的物質(zhì)內(nèi)容，是實現(xiàn)部隊裝備管理信息化的重要基礎。環(huán)境要素分為內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境。內(nèi)部環(huán)境包括部隊裝備管理信息化建設的政策法規(guī)、技術標準、管理環(huán)境、管理文化、評價體系、戰(zhàn)略研究等，外部環(huán)境包括軍隊和國家信息化水平、國家高等教育程度、社會信息技術發(fā)展狀況等。

1.2 結(jié)構(gòu)及特點

部隊裝備管理信息化建設的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)要素及其之間的相互作用及關系。在裝備管理需求的牽引和相關發(fā)展戰(zhàn)略的指導下，部隊裝備管理信息化建設得以啟動，其客體要素離不開主體要素的力量支持和環(huán)境要素的發(fā)展保障。環(huán)境要素為建設的展開提供資金扶持、政策法規(guī)保障、理論指導和技術標準框架等重要保證，使得客體要素的建設能夠有條不紊，同時也對主體要素的行為和發(fā)展提出了規(guī)范和要求。主體要素通過發(fā)揮主觀能動作用，對客體要素和環(huán)境要素產(chǎn)生影響，比如開發(fā)利用裝備管理信息資源、構(gòu)建信息系統(tǒng)、優(yōu)化運行環(huán)境、制定標準規(guī)范和規(guī)章制度等。這三大要素系統(tǒng)相互耦合，構(gòu)成了部隊裝備管理信息化建設的復雜動態(tài)結(jié)構(gòu)。同時，部隊裝備管理信息化建設系統(tǒng)又與外部環(huán)境時刻發(fā)生著信息流、能量流和物質(zhì)流的交換。部隊裝備管理信息化建設的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

圖1 部隊裝備管理信息化建設系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

部隊裝備管理信息化建設具有以下特點。

1)整體性。部隊裝備管理信息化建設是一個由一系列要素相互聯(lián)系、相互作用構(gòu)成的有機系統(tǒng)，而不是系統(tǒng)要素的簡單堆積。同時，單個建設要素的滯后，也將影響整個建設系統(tǒng)功能目標的實現(xiàn)。

2)動態(tài)復雜性。部隊裝備管理信息化建設涉及變量眾多，層次結(jié)構(gòu)復雜，不僅系統(tǒng)內(nèi)部因素之間存在著縱橫復雜的反饋關系，而且系統(tǒng)和環(huán)境之間也進行著物流、能流和信息流的相互交換和相互作用，整個建設系統(tǒng)在內(nèi)外部動力的作用下按照一定規(guī)律不斷地在發(fā)展和演化。

3)相互耦合性。部隊裝備管理信息化建設中的每個要素既對其他要素產(chǎn)生影響，同時又受其他因素的影響，要素與要素之間存在著相互影響、相互作用的耦合關系，同時部隊裝備管理信息化建設系統(tǒng)與裝備保障系統(tǒng)、后勤系統(tǒng)、指揮自動化系統(tǒng)也存在著耦合作用關系。

4)時滯性。部隊裝備管理信息化建設系統(tǒng)的因和果在時間上和空間上的分離，產(chǎn)生信息和物質(zhì)流等的時滯效應，從而形成復雜的特性和行為，如信息化人才對部隊裝備管理信息化建設的影響不是立竿見影的，人才的成長需要一個過程，這個過程存在時間滯延。

5)非線性。由于時間滯延、動態(tài)反饋及相互耦合等作用的影響，部隊裝備管理信息化建設內(nèi)外部的種種關系在數(shù)量上和程度上表現(xiàn)出種種非線性關系，使得系統(tǒng)具有反直觀的、千姿百態(tài)的動態(tài)特性。非線性對系統(tǒng)行為有重大影響，如果簡單地將非線性問題線性化，就會丟失掉許多有用的信息，使所研究對象的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)失真。

2 部隊裝備管理信息化建設的系統(tǒng)動力學模型

2.1 系統(tǒng)動力學方法

系統(tǒng)動力學(System Dynamics，SD)是20世紀50年代美國麻省理工學院Forrester教授提出的，它是建立在控制論、系統(tǒng)論和信息論基礎上研究復雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)行為的一種計算機模擬方法。系統(tǒng)動力學認為:系統(tǒng)的行為模式與特性主要取決于其內(nèi)部的動態(tài)結(jié)構(gòu)與反饋機制，系統(tǒng)在內(nèi)外動力和制約因素的作用下按一定的規(guī)律發(fā)展演化［3－4］。因此，它從系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)入手研究系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的相互作用構(gòu)造系統(tǒng)的模型，并通過計算機模擬軟件展示對模型實施各種不同的政策方案的未來結(jié)果，尋求解決問題的正確途徑，因此被譽為實際系統(tǒng)的“實驗室”［5－6］。

系統(tǒng)動力學方法用于研究部隊裝備管理建設問題的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1)系統(tǒng)動力學是一種定性與定量分析相結(jié)合的計算機仿真方法，擅長處理高度非線性、高階次、多變量、多重反饋復雜時變系統(tǒng)的問題。對于部隊裝備管理信息化建設這類復雜系統(tǒng)問題，單純的定性分析浮于表面，完全的數(shù)學描述又因數(shù)據(jù)的準確性和全面性得不到保證而存在缺陷，運用系統(tǒng)動力學實現(xiàn)定性分析和定量研究的結(jié)合，并通過計算機仿真實現(xiàn)人機交互，可方便、有效地對其進行處理。

2)系統(tǒng)動力學擅長處理長期性、動態(tài)性、戰(zhàn)略性問題［7］。運用系統(tǒng)動力學研究部隊裝備管理信息化建設系統(tǒng)內(nèi)部的動態(tài)反饋機制，可有效分析其長期動態(tài)運行規(guī)律。

3)系統(tǒng)動力學模型是一種結(jié)構(gòu)依存型模型，著重研究系統(tǒng)的動態(tài)和行為，而對數(shù)據(jù)的要求不高，甚至在數(shù)據(jù)不全的條件下，仍可進行研究，比較適合部隊裝備管理信息化建設這類問題。

4)系統(tǒng)動力學采用因果關系圖和流圖等圖形形式分析問題和建模，具有較好的直觀性和透明性。

5)系統(tǒng)動力學模型可以反復進行動態(tài)仿真實驗。因此，可考察部隊裝備管理信息化建設中不同的參數(shù)、政策因素輸入時系統(tǒng)所表現(xiàn)出的動態(tài)行為和變化趨勢，以尋求較優(yōu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，并可對系統(tǒng)做長期的動態(tài)戰(zhàn)略性預測。

2.2 模型建立

2.2.1 基本假設和系統(tǒng)邊界

考慮到模型可操作性和定量化的需求，做出如下假設。

H1:部隊裝備管理信息化建設是一個連續(xù)、漸進的過程;

H2:不考慮重大政策變革、自然風險等突發(fā)性因素的影響。

系統(tǒng)的邊界是一個想像的輪廓，把建模目的所考慮的內(nèi)容包括進去，而與其他部分隔開，在邊界內(nèi)部，凡涉及與所研究的問題有重要關系的概念與變量均應考慮進模型，反之應排除在模型之外。據(jù)此，根據(jù)上文系統(tǒng)分析，從裝備管理信息化人才、裝備管理信息化資金投入、裝備管理信息資源、裝備管理信息化信息技術應用、裝備管理信息化建設環(huán)境、裝備管理信息化固定資產(chǎn)等6個方面考察建設系統(tǒng)。

2.2.2 因果關系分析

因果關系分析是用因果關系圖來描述變量與變量之間的相互關系，該方法有利于從總體上認識系統(tǒng)，把握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，了解系統(tǒng)的動態(tài)行為。通過上述分析，建立的部隊裝備管理信息化建設的因果關系如圖2所示。圖中箭尾元素對箭頭元素產(chǎn)生作用，“+”表示正相關關系，“－”表示負相關關系。

圖2 部隊裝備管理信息化建設系統(tǒng)因果關系

2.2.3 流圖模型

因果關系圖雖然能夠直觀地描述系統(tǒng)的反饋機制，但由于是粗略的定性描述，不能表示不同性質(zhì)變量的區(qū)別，也不能區(qū)分系統(tǒng)的物質(zhì)流和信息流，必須進一步運用定量化的流圖來表示。通過部隊裝備管理信息化建設的因果關系可以得出它的簡化流圖，如圖3所示。

圖3 部隊裝備管理信息化建設系統(tǒng)簡化流圖

模型中共有變量55個，其中狀態(tài)變量6個，速率變量8個，其他為輔助變量或常量。該流圖模型中涉及到的主要變量關系如下:

1)部隊裝備管理信息化建設資金投入=INTEG(資金投入增量，資金投入初始值)，INTEG是積分運算符，代表積分函數(shù)，下同;

2)資金投入增量=正常年投入增長率×戰(zhàn)略地位因子×裝備管理信息化政策環(huán)境因子×裝備管理信息化環(huán)境建設水平×部隊裝備管理信息化建設資金投入×建設需求因子;

3)裝備管理信息化人才數(shù)量=INTEG(人才增加量－人才流失量，人才數(shù)量初始值);

4)人才增加量=人才年增長率×裝備管理信息化人才數(shù)量×人才政策因子×教育培訓影響因子;

5)人才政策因子=裝備管理信息化環(huán)境建設水平×政策完善程度;

6)人才流失量=裝備管理信息化人才數(shù)量×人才年流失率;

7)裝備管理信息化固定資產(chǎn)總值=INTEG(固定資產(chǎn)增量－固定資產(chǎn)折舊，固定資產(chǎn)初始值);

8)固定資產(chǎn)增量=固定資產(chǎn)投入系數(shù)×部隊裝備管理信息化建設資金投入;

9)固定資產(chǎn)折舊=裝備管理信息化固定資產(chǎn)總值×折舊率;

10)信息技術應用水平=INTEG(技術水平變化量，技術水平初始值);

11)技術水平變化量=信息化人力資源影響因子×信息化人力資源水平×信息技術應用水平×信息技術投入資金影響因子×技術應用環(huán)境因子×技術水平年提高率×裝備管理信息化環(huán)境建設水平;

12)裝備管理信息化環(huán)境建設水平=INTEG(環(huán)境水平變化量，環(huán)境水平初始值);

13)環(huán)境水平變化量=人才支撐因子×信息化人力資源水平×信息化環(huán)境年變化率×戰(zhàn)略地位因子×裝備管理信息化環(huán)境建設水平;

14)裝備管理信息資源總量=INTEG(信息資源增量，信息資源量初始值);

15)信息資源增量=人力資源影響系數(shù)×信息化人力資源水平×信息技術應用水平×信息技術水平影響因子×正常年開發(fā)信息資源增長率×裝備管理信息化環(huán)境建設水平×裝備管理信息資源總量×資源開發(fā)利用環(huán)境影響因子×資金投入影響因子;

16)部隊裝備管理信息化水平=(信息化人力資源水平×比例系數(shù)w1+信息技術應用水平×比例系數(shù)w2+基礎設施水平×比例系數(shù)w3+裝備管理信息資源開發(fā)利用水平×比例系數(shù)w4+裝備管理信息化環(huán)境建設水平×比例系數(shù)w5)×建設的質(zhì)量系數(shù);

17)信息化人力資源水平=裝備管理信息化人才數(shù)量/人才初始數(shù)量;

18)基礎設施水平=裝備管理信息化固定資產(chǎn)總值/初始固定資產(chǎn)總值;

19)裝備管理信息資源開發(fā)利用水平=裝備管理信息資源總量/初始信息資源總量;

20)教育培訓影響因子=lookup1(教育培訓投入資金)，lookup函數(shù)是表函數(shù)，用以表示2個變量之間的非線性關系，下同;

21)資金投入影響因子=lookup2(資源開發(fā)投入資金);

22)信息技術投入資金影響因子=lookup3(信息技術投入資金);

23)建設需求因子=lookup5(部隊裝備管理信息化水平);

24)固定資產(chǎn)投入系數(shù)=lookup4(Time)。

3 實例仿真

為檢驗模型的有效性，下面以某部裝備管理信息化建設為例，利用系統(tǒng)動力學軟件Vensim進行仿真分析。Vensim仿真軟件是一個在Windows操作平臺下運行的可視化建模工具，具有圖示化編程、提供多種分析方法、真實性檢驗等特點。在編程界面中，給變量輸入方程和參數(shù)即可進行模擬仿真。

3.1 基本運行及政策模擬

設定仿真起始時間是2005年，結(jié)束時間是2015年，仿真步長為1a，其中2005－2009年為現(xiàn)實擬合，2009－2015年為趨勢預測。通過對各變量賦初值，可得到模型的仿真結(jié)果。

利用系統(tǒng)動力學仿真模型對相關參數(shù)進行仿真調(diào)控，可以實現(xiàn)對所研究系統(tǒng)的發(fā)展預測、政策調(diào)控、多方案比較、方案優(yōu)化、提出對策建議等功能［8］。由于部隊裝備管理信息化建設的參數(shù)眾多，限于篇幅不可能一一仿真，為此本文以資金投入、信息技術和建設環(huán)境變量為例進行仿真，觀察它們和部隊裝備管理信息化建設水平的動態(tài)變化關系。首先對模型進行基本運行，即該部隊在當前的發(fā)展情況下模型中這些變量的運行結(jié)果，見圖4中曲線1所示。然后對這些變量進行政策調(diào)控，設定4種調(diào)控方案，觀察資金投入變量和部隊裝備管理信息化建設水平的動態(tài)發(fā)展趨勢，如圖4中曲線2－5所示。

方案1為調(diào)整投資結(jié)構(gòu)。其他條件不變，調(diào)整教育培訓資金投入、資源開發(fā)資金投入、信息技術開發(fā)費用投入和固定資產(chǎn)投入的比例，由當前的0.1∶0.2∶0.2∶0.5 調(diào)整為 0.1∶0.15∶0.25∶0.5，觀察系統(tǒng)的行為趨勢，如圖4中曲線2所示。

方案2為提高投資比例。其他條件不變，將當前的正常年資金投入增長率由15%提高到20%，觀察系統(tǒng)行為趨勢，如圖4中曲線3所示。

方案3為提高技術開發(fā)、利用水平。其他條件不變，將信息技術應用水平年提高率由當前的21%提高到30%，觀察系統(tǒng)的行為趨勢，如圖4中曲線4所示。

方案4為加強政策法規(guī)制度建設。其他條件不變，將信息化環(huán)境建設水平的年提高率由當前的16%提高到25%，觀察系統(tǒng)行為趨勢，如圖4中曲線5所示。

3.2 結(jié)果分析

1)通過基本仿真運行可以看出:部隊裝備管理信息化建設是一個呈上升趨勢的動態(tài)發(fā)展過程，2012年部隊裝備管理信息化水平較2005年有顯著提高。這是因為初期由于各建設要素的建設水平較低，部隊裝備管理信息化的整體建設水平也較低;經(jīng)過大量的資金投入之后，各項建設要素，如信息化人才培養(yǎng)、信息資源開發(fā)、信息技術應用和基礎設施建設等都有了顯著的發(fā)展，在各要素的共同作用下，信息化建設水平不斷提高。

圖4 相關變量仿真結(jié)果

2)通過政策調(diào)控模擬可看出:部隊裝備管理信息化建設各變量之間存在著復雜的反饋耦合關系，具有明顯的系統(tǒng)協(xié)調(diào)性和整體聯(lián)動性［9］，一個參數(shù)的變化會引起其他變量的變化，對部隊裝備管理信息化建設水平的發(fā)展都會產(chǎn)生影響;因此，在建設的過程中必須整體協(xié)調(diào)推進，統(tǒng)籌兼顧，既要搞好頂層設計，又要抓好具體建設，不能存在“短板”。

3)通過方案1可以看出:將投資結(jié)構(gòu)由0.1∶0.2∶0.2∶0.5 調(diào)整為0.1∶0.15∶0.25∶0.5 之后，從長遠看部隊裝備管理信息化建設的整體水平降低了，這是因為不合理的投資結(jié)構(gòu)使各要素的發(fā)展不能同步，一個“短板”的存在，影響整個系統(tǒng)的建設進程;因此，合理的投資結(jié)構(gòu)能夠提高裝備管理信息化建設的整體水平，反之則降低其建設水平，在建設過程中應力爭達到資金利用的合理、優(yōu)化。

4)從方案2可以看出:加大資金投入對于信息化人才培養(yǎng)、信息資源的開發(fā)、基礎設施建設和整體建設水平的提高都有積極意義，尤其是對于基礎設施建設，投入資金越多，固定資產(chǎn)總值量就越大。

5)從方案3和方案4可以看出:提高信息技術應用水平和加強政策制度法規(guī)建設能夠推動部隊裝備管理信息化建設水平的提高，且政策環(huán)境越好，資金投入的力度就越大。

4 結(jié)論

部隊裝備管理信息化建設作為一類高階次、非線性、多變量、多重反饋的動態(tài)復雜系統(tǒng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的反饋關系及其運行機制比較復雜，利用系統(tǒng)動力學方法，在定性分析的基礎之上對其進行定量化研究，具有極大的優(yōu)越性。本文選擇資金投入和人才政策變量進行了仿真和政策調(diào)控，并觀察了其對整體建設水平發(fā)展的影響，初步探索了變量之間的作用機制。當然，若要對整個建設系統(tǒng)的運行規(guī)律進行更加深刻的探索，必須對整個系統(tǒng)進行全面的仿真和分析。通過本文的研究，證明利用系統(tǒng)動力學方法研究部隊裝備管理信息化建設問題，可以有效揭示其基本運行規(guī)律、指導建設實踐，為部隊裝備管理信息化建設的科學發(fā)展提供理論參考和決策依據(jù)。

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