“新三論”在作戰系統研究中的應用

李 丹，于小紅

(裝備指揮技術學院 a.研究生管理大隊;b.試驗指揮系，北京 101416)

“新三論”是在20 個世紀60年代末、70年代初興起的新興的橫斷學科和思想方法，主要包括耗散結構理論、協同學、突變論。它是以客觀自然系統為對象，在揭示對象本質上更為深刻，應用也更為廣泛，對認識和解決問題具有重要的實踐意義，同時它也是具有普適性、可移植性的理論。而作戰系統是一個“系統組成的系統”，要深入理解和研究作戰問題必須從整體上綜合分析這個復雜系統。本文將“新三論”引入到作戰系統研究中，從系統科學的角度出發，研究作戰系統這個非線性復雜系統，試圖更全面、系統地研究考察作戰系統，并為作戰系統的數學建模提供參考。

1 新三論

1.1 耗散結構理論

耗散結構論是一門研究耗散結構的性質、穩定和演變的科學。具體地講，是研究系統由混沌向有序轉化的機理、條件和規律的學科［1］。耗散結構論研究的對象是一個開放的系統，該系統與外界不斷有能量、物質和信息等交換，并且系統是遠離平衡態的。特別是耗散結構解釋了諸如“整體不等于部分之和”等規律，可以為優化作戰系統研究提供參考。

1.2 協同學

協同學是原聯邦德國著名理論物理學家赫爾曼·哈肯教授于20 世紀70年代創立的一門跨越自然科學和社會科學的橫斷科學。它以系統論、突變論、信息論和控制論等現代科學理論為基礎，同時吸收了耗散結構理論的精華，采用系統動力學的綜合思維模式，揭示了各種系統和現象從無序到有序轉變的共同規律。協同學認為，一個系統從無序到有序的轉化的關鍵在于由一個大量子系統構成的開放系統內部發生的“協同作用”。該理論強調系統內部的關聯以及系統發生變化時要素間的互相配合與耦合。這一理論突出強調了協同作用是任何復雜大系統本身所固有的自組織能力，是形成系統有序結構的內部作用力［2］。

1.3 突變論

突變理論是現代數學的一門新興分支學科。它是由法國巴黎高級科學院1958年國際菲爾茲(Fields)數學獎獲得者雷內·托姆(R·Thom)教授于1972年創立的?！巴蛔儭币辉~，法文原意是“災變”，強調變化過程的間斷或突然轉換的意思。突變論是用拓撲學、奇點、微分方程定性理論以及穩定性數學理論來研究自然界各種形態、結構和社會經濟活動的非線性突然變化現象。它的主要特點是用形象而精確的數學模型描述和預測事物的連續性中斷的質變過程。

一般所講的突變理論實際上是初等突變理論，它的主要數學淵源是根據勢函數把臨界點分類，進而研究各種臨界點附近非連續性態的特征，即有限個數的若干初等突變。把得到的結果與對不連續現象的理論分析和觀察資料相結合，就可以建立數學模型，能更深刻地認識不連續現象的機理并作預測。

2 作戰系統的自組織特性分析

2.1 耗散結構特性

“新三論”研究的對象是自組織系統，耗散結構特征是系統進行自組織演化的前提條件。根據耗散結構理論，系統要形成耗散結構需要具備以下幾個基本條件:一是系統必須是開放系統，與外界不斷進行物質、能量和信息交換;二是系統必須遠離平衡態，其內部存在著物質能量分布的顯著差異，不斷進行著物質、能量的宏觀轉移和變換;三是系統各個組成部分之間存在非線性反饋的動力學機制;四是系統中存在漲落。作戰作為一個系統，是一個典型的自組織系統，具備耗散結構形成的基本條件。

1)動態開放性是作戰系統生存和發展的必要條件。作戰系統是一個典型的開放系統，作戰雙方組成的作戰系統與作戰環境之間、雙方對抗子系統之間不間斷地進行著能量、物質和信息的交換。通過對外界信息、物質、能量的引進、吸收才能使系統產生負熵流，從而增強系統有序發展的可能性。例如，新的航天器發射入軌、航天器之間以及航天器與地面站之間的通信、指揮控制中心對航天器的指揮控制行為等，都是物質、能量與信息交換的表現形式。在作戰過程中，作戰雙方都會采取一切措施，通過交換，增加自己的有序和穩定，而造成對方的無序和混亂。

2)遠離平衡是作戰系統有序演進的內在源泉。普利·高津指出:“非平衡是有序之源”。這里所說的非平衡態是指系統遠離平衡態。作戰系統遠離平衡態，是系統出現有序結構的必要條件。作戰系統內部的各個子系統的功能、結構、運行模式互不相同，各個部分是不可能均勻一致的，系統中的各個部分的差異越大，就會離平衡狀態越遠，即作戰系統諸要素發展水平的不一致性促使作戰系統進入發展的不平衡態。另外，作戰系統存在于瞬息萬變的戰場環境中，外界環境的變化會對空間作戰系統產生一定的張力，而不同的系統所承受的張力是不同的。環境改變而引起的差異導致了系統與環境之間物質、能量和信息的交換，也正是這種不平衡的存在才使得作戰系統不斷進步、發展和演化。

3)非線性是作戰系統自我演化和完善的關鍵。作戰系統是一個典型的非線性系統。作戰是雙方或者多方的對抗，每一方都有很多子系統組成，子系統之間存在著大量非線性的交互作用。比如，作戰指揮控制中的反饋、指揮決策過程以及作戰過程中的偶然因素等，使得系統總體行為呈現強的非線性特性。正因為作戰系統中的許多小單元要素間存在著非線性相互作用和它們的協同效應，使得作戰系統具有那些子系統的簡單相加所沒有的性質。作戰系統內復雜的相互作用既可能產生協同效應，形成良性循環，推動作戰系統向有序方向發展，也可能產生消極效應，互相牽制，形成惡性循環，甚至導致原來某些結構的消失，使作戰系統后退到混亂的平衡態上。

4)隨機漲落是作戰系統達到有序的誘因和觸發點。作戰系統是由大量的子系統組成，如指揮控制系統、攻防對抗武器系統、綜合保障系統和信息系統等。而信息系統由信息收集、信息處理和信息分發等組成。作戰系統的狀態不是各子系統狀態的簡單疊加，而是一個綜合平均的效應，因此，必然存在漲落現象。當系統處于穩定狀態時，漲落相對于系統的宏觀性質影響不大。但當系統處于臨界點時，漲落所起的作用就非常重要了。作戰系統的隨機漲落力來自系統的外部環境和系統內部的運行模式。作戰需求的變化、戰場態勢的改變和新技術、裝備的引入都是影響系統成長的外部漲落力;而系統調整內部結構、提高作戰人員素質、建立合理的作戰機制等，都是系統成長的內部漲落力。作戰系統的漲落力沒有確定的方向，它可能使系統獲得新的對抗優勢，向更高層次的有序方向進化，也可能不利于系統的成長，導致走向衰亡。無論是來自外部的漲落力還是內部的漲落力，都必須建立在作戰系統開放和遠離平衡態的前提下，通過系統內部各作戰力量之間的非線性相互作用，最終實現系統不同形式的轉化。

可見，作戰系統內部各子系統既相互制約又相互聯系，系統與外界既進行物質交換又進行信息交換，具有開放性特征，其有序性是隨著時間不斷變化的動態過程，呈漲落現象，其特性符合耗散結構。運用“新三論”研究作戰系統，一方面有助于深刻理解作戰系統“動態開放性”、“遠離平衡性”以及整體功能的“集體涌現性”，正確認識其作戰機理，并以此來創新作戰理論;另一方面，能揭示空間作戰系統的一般特征和規律，理清系統中各要素之間的相互聯系與相互作用，促進空間作戰系統的進一步完善和發展。

2.2 熵減機制

19 世紀60年代德國物理學家克勞修斯首次運用可逆熱力學系統中的狀態函數熵表示物質系統中能量衰減程度，之后熵成為衡量系統有序性的重要工具。耗散結構理論認為，在假設局域平衡條件下，任何一個開放系統熵變dS(總熵)由deS(外熵)與diS(內熵)兩部分組成，如 式(1)所示。

作戰系統同外界有著熵的交換。因為在這里，熱力學第二定律仍然適用，只要求系統內部的熵的產生非負，即diS≥0。然而外界給作戰系統不斷注入的熵流deS 則沒有確定的要求，deS 可以大于、等于或者小于零。如果deS ＜0，只要這個負熵流足夠強，它就除了抵消系統內部的熵產生diS，還能使系統的總熵dS 減小，從而使系統進入相對有序的狀態。如果外界流入作戰系統的是正熵流(deS ＞0)，它不僅不能形成有序的耗散結構，反而更快趨于混亂。譬如，作戰系統中的信息系統遭到破壞，使注入系統的信息是錯誤的，就會造成作戰系統運行受阻。熵增定律表明，任何系統都存在著混亂度不斷增加的趨勢。因此，對于作戰系統一方面必須把熵增運動作為一個前提，承認所有的系統中都存在著這種傾向，另一方面又必須考慮，在有些系統中有一種特殊的機制，它能夠在熵增過程中，克服其“阻力”，形成逆流而上的自組織運用，即表現為熵減機制。

自組織運動的重要條件和途徑是從環境里去解決問題。如果dS ＞0 表明系統從環境中吸取的負熵不足以抵消系統內部形成的熵增，即系統處于無序狀態、系統協同度低。如果dS ＜0 這是負熵過程，能使開放狀態的作戰系統由無序變為有序，或協同度高。因此，在強調系統開放的同時，也要對系統與環境的交流內容進行分析。一方面要加強系統的開放性。因為，作戰系統的開放性意味著它與外界環境之間有著廣泛的聯系，只有加強系統的開放性，才能通過與外界的交流而引入負熵流，使系統走向有序。另一方面，要形成熵減機制。通過加強控制，使得流入的正熵流越少越好，克服熵增加的可能，形成系統內熵減機制，從而使得作戰系統與外界環境進行物質與能量交換過程中，引入足夠的負熵，使系統的總熵值為負值，進而減少系統總熵，使系統進入相對有序的狀態。

3 作戰系統自組織動力學模型

3.1 作戰系統的構成

作戰系統是指由若干相互聯系和相互作用的要素按照一定結構組成的，具有打擊及抗擊敵方軍事行動功能的有機整體。按照協同學的觀點，系統通?？梢詣澐譃? 個層次即:宏觀、中觀、微觀。就作戰系統而言，宏觀是指整個系統，中觀是指構成作戰系統的各個子系統，而微觀則是組成系統的基本元素。顯然，這里只關心中觀層次到宏觀層次的過渡，而協同學恰恰提供了這樣的方法。作戰系統的中觀結構包括指揮控制系統、信息系統、對抗武器系統和綜合保障系統。

從圖1 可以看出，作戰系統的4 個子系統的關系并不是各自獨立，而是相互聯系、相互制約的。通過它們之間的協同合作與競爭，使整個系統得以運轉和發展。就作戰而言，一方面，這4 要素的作用缺一不可，另一方面它們的作用又有主次之分的。只有通過科學的指揮和協調，才能形成作戰系統內各作戰單元的優勢互補，最大限度發揮作戰系統的綜合效能。

圖1 作戰系統內部關系

3.2 自組織動力學模型

自組織系統是那些不需外界特定的干預，能夠通過內部過程產生宏觀的空間、時間或時空結構的系統。作戰系統就是這樣一個自組織系統，它不存在特定方式作用于系統的外力，結構的形成和演化不能用狀態變量對外力的響應過程來描述，而是一種內部過程。如果把系統的外部作用力看作是恒定的，那么其變化是隨機的。作戰系統的形成被看作是系統內部的自組織運動過程，其形成和演化是系統內不同基本子系統之間相互作用的結果。構成作戰系統的子系統的各自的狀態變化及它們間的相互作用可用自組織方程加以描述，并建立如下的動力學模型:

式中:p1、p2、p3、p4分別是空間信息子系統、空間指揮控制子系統、對抗武器子系統和綜合保障子系統;E 為作戰系統的作戰能力;k 為E 的變化率與原有狀態的關系;ki為pi的變化率與原有狀態的關系;g 為所有子系統的協同對作戰系統作戰能力演化的影響;gi為各子系統的協同作用對pi演化的影響;F 為外部環境作用力。

模型中，式(2)表示作戰系統作戰能力形成和演化的結果，它不僅受系統自身前期狀態和外部環境的作用，同時也受到內部各子系統相互協同作用的影響。式(3)則分別表明各子系統的基本能力在系統內部的演化過程，它描述了系統內部的自組織作用機理，每個子系統不僅受到自身前期狀態的影響，也受到其他子系統協同作用的影響。作戰系統的自組織過程促進內部子系統基本能力的演化，也促使作戰能力的演化，并且每個子系統基本能力的演化又促進了其他子系統基本能力的演化，形成了相互促進、相互影響、互為因果的關系。作戰能力正是在這些相互影響、相互促進中不斷形成和演化的?？梢?，作戰系統作戰能力的形成和演化，是作戰系統通過其內部各子系統基本能力的自組織過程，是從原有的結構功能改變為新的結構功能的結果。

4 結束語

近年來，運用系統科學理論研究作戰問題在國內外得到了普遍重視。本文將耗散結構理論、突變論、協同學(俗稱“新三論”)為代表的非平衡自組織理論引入到作戰系統研究中，分析作戰系統的自組織特性，建立其自組織動力學模型，為下一步作戰系統研究提供了思路和參考。

［1］孫中一.耗散結構·協同論·突變論［M］.北京:中國經濟出版社，1989.

［2］曾鍵，張一方. 社會協同學［M］. 北京:科學出版社，2000:30-32.