基于MAS的航天發射任務組織指揮效能仿真與評估研究

羅小明， 賀 平， 惠小博

（1.裝備學院 航天指揮系，北京101416； 2.裝備學院 研究生管理大隊，北京101416； 3.63752部隊）

航天發射任務組織指揮，是指航天發射任務指揮員及其指揮機關為完成一項航天發射指揮任務所進行的掌握判斷、決策籌劃、計劃組織、協調控制、應急情況處置、試驗總結與評估等一系列特殊的組織領導活動。航天發射任務組織指揮，根本目的是正確部署和合理使用參試力量，協調一致地完成航天發射任務。運用科學的方法對航天發射任務組織指揮效能進行仿真與評估，及時發現并解決組織指揮過程中存在的主要問題，對優化各環節的信息活動、決策活動、組織活動和控制活動，進而提高航天發射任務組織指揮效能具有十分重要的現實意義。

1 航天發射任務組織指揮能力的總體構成

構建航天發射任務組織指揮能力評估分析框架，可采用“任務設計”和“概念驅動”模式［1］，首先需要界定和把握航天發射任務組織指揮能力的基本概念。組織指揮能力的定義為：是指指揮員及其指揮機關實施指揮活動所具有的實際能力。主要包括情報獲取與處理能力、籌劃決斷能力、計劃組織能力以及控制協調能力等［2］。

基于信息系統的航天發射任務組織指揮能力主要由3個層次的能力構成，它們按照適當的比例和方式組合起來，形成整體大于各部分之和的涌現能力［3］：①信息基礎支撐能力是依托網絡化信息系統，將各種參試單元、參試要素聚合形成整體高效組織指揮的能力，主要包括信息獲取能力、信息處理能力、信息存儲能力、信息傳輸能力、信息分發管理能力、信息利用能力、信息安全保密能力和導航定位能力。②要素能力是指在信息基礎支撐能力的支持下，不同層次的指揮員和指揮機關在組織指揮過程中在不同側面上必須具備的一般能力。結合航天發射任務組織指揮的概念及其能力內涵，本文從掌握判斷能力、決策籌劃能力、計劃組織能力、協調控制能力、應急情況處置能力、試驗總結與評估能力出發，構建了航天發射任務組織指揮要素能力評估指標體系。③任務指揮能力是指根據航天發射任務組織指揮模式，綜合集成各種要素能力，高效順暢地遂行發射任務的能力。為適應不同發射任務組織指揮效能評估的需要，可將效能評估指標分為組織指揮效率指標、組織指揮質量指標、組織指揮穩定性指標、組織指揮人員素質及人員結構指標4類［4］。

2 航天發射任務一體化組織指揮模式分析

航天發射任務組織指揮主要有3種模式：①集中式組織指揮模式，主要指總部具體實施組織指揮，各發射場承擔不同任務，發射場內各部（站）承擔具體任務的三級組織指揮模式。②分布式組織指揮模式，是指在統帥部授權下組建航天發射聯合組織指揮部，由聯合組織指揮部統一組織發射場、測控基地及參試軍兵種部隊及其他參試力量實施發射任務。③一體化組織指揮模式是指依托無縫鏈接的網絡化信息系統，實現各參試部隊間的信息共享、資源融合、分布決策、整體聯動的航天發射任務組織指揮。一體化組織指揮模式強調以網絡化的信息系統為支撐；整合指揮體制，整合信息流體系；由單級封閉集中式決策方式向多級開放式分布式聯合決策轉變，由計劃控制為主向實時動態控制為主轉變，由以定性為主的經驗評估向定性定量相結合的綜合評估轉變。

一體化組織指揮模式與分布式組織指揮模式相比，一是聯合的層次向下延伸，分布式模式的聯合體現在總部級、發射場／測控基地／參試軍兵種級，在發射場／測控基地／參試軍兵種內部的指揮依然按照金字塔式的指揮結構，而一體化模式通過網絡化信息系統可以實現參試的各層次的單元實現整體聯動；二是參試力量可以實現以任務為牽引、動態和模塊化式的組合；三是參試力量編成更為融合。分布式模式實施發射任務時，雖然在一定程度上實現聯合，但是參試部隊仍在自身建制內參與試驗，這種聯合是系統間的聯合；一體化模式將打破參試部隊建制不同的限制，實現混編的深度聯合。因此，一體化模式代表了未來航天發射任務組織指揮模式的總體發展趨向。

3 航天發射任務組織指揮效能評估的MAS建模

Agent是分布式計算環境下復雜系統建模的一種有效方法?；贛AS的建模與仿真通過對實體間的交互建模實現對體系的整體建模，并得到體系的整體“涌現”行為［5－6］。它是一種自底向上的建模方法，通過將系統及環境中的實體抽象成具有反應性和主動性的Agent，再用合適的MAS體系結構來組裝它們，從而建立整個系統的仿真模型，實現對系統整體行為的模擬［7－8］。目前，基于MAS的建模與仿真技術已成為復雜系統問題研究較為有效的方法之一。

從MAS的角度分析，航天發射任務組織指揮可以抽象為2大類要素，即組織指揮模式和組分系統功能與性能。將航天發射任務組織指揮的各組分系統抽象為Agent，則組織指揮模式確定了Agent的種類以及Agent之間的級聯關系，組分系統功能與性能確定了相應Agent的屬性和功能行為。Agent的功能行為主要受航天發射任務組織指揮能力中要素能力和信息基礎支撐能力的影響?；贛AS的效能仿真模型中各指揮Agent間的級聯關系在仿真實驗過程中通過Agent的交互規則來體現。

航天發射任務組織指揮效能評估的MAS的組織結構既包含集中式結構的MAS系統，也包含分布式結構的MAS系統，屬于一種混合式的MAS結構。在航天發射任務組織指揮效能仿真系統中，需要設置的Agent主要包括：任務管理Agent、參試部隊指揮Agent（聯指指揮Agent、總部指揮Agent、基地指揮Agent、軍兵種指揮Agent、部（站）指揮Agent）、固定測試Agent、固定發射Agent、機動測發Agent、固定測控Agent、機動測控Agent、通信Agent、綜合保障Agent和界面交互Agent。航天發射任務一體化組織指揮模式的MAS結構如圖1所示。

圖1 航天發射任務一體化組織指揮模式MAS結構

按照Agent功能行為模型，將航天發射任務組織指揮分為4個過程，即制訂計劃過程、協調控制過程、形成決策過程和綜合保障過程。構建一體化組織指揮模式交互規則如圖2所示。在一體化組織指揮模式中，綜合保障過程中的招標工作由提出保障請求的部（站）Agent負責，部（站）Agent和綜合保障Agent可以自行協同，共同完成航天發射任務。

圖2 航天發射任務一體化組織指揮模式交互規則

4 仿真實例分析

4.1 效能評估指標選取

為簡化起見，本文著重考察組織指揮效率指標，主要從時間維度來評估航天發射任務的組織指揮效能，即根據航天發射任務的特點，選擇時間響應性作為航天發射任務組織指揮效能的評估指標。發射任務總時間等于組織指揮時間、測試時間、發射準備時間、綜合保障時間之和。

4.2 仿真工具選擇

Netlogo是一個可編程的、能夠模擬自然界和社會領域各類復雜對象行為演化規律的建模與仿真平臺。NetLogo是由美國西北大學開發的跨平臺多元素可編程的建模軟件，是由Uri Wilensky在1999年發起的，由連接學習和計算機及建模中心不斷完善和更新。NetLogo特別適合對隨時間演化的復雜系統進行建模，尤其適合于復雜性系統的仿真開發［9－10］。

基于NetLogo強大的功能和便捷的可操作性，本文采用NetLogo仿真平臺對航天發射任務組織指揮效能進行仿真與評估。

4.3 仿真與評估實例分析

下面，針對航天發射任務組織指揮的3種模式，進行效能仿真實驗與評估分析。

4.3.1 各指揮節點參數設置

假設各指揮節點的參數設置情況如下。

1）總部指揮節點從接到發射需求方的發射請求到制訂發射任務總體方案時間Tzp～N（6.0，1.22）（Tzp為服從均值為6.0，偏差為1.2的正態分布）；制訂協調控制方案時間Tzc～N（1.5，0.32）；每次決策時間Tzd～N（1.2，0.52）。

2）聯指指揮節點從接到統帥部的發射命令開始，構建航天發射任務聯合組織指揮部到制訂發射任務總體方案時間Tlp～N（8.5，1.82）；制訂協調控制方案時間Tlc～N（1.8，0.62）；發射任務過程中總部指揮節點每次決策時間Tld～N（1.2，0.32）。

3）基地指揮節點從接到總部指揮節點或聯指指揮節點分配的發射任務開始，到完成制訂任務方案時間Tjp～N（5.5，1.22），其中基地指揮節點制訂綜合保障計劃方案時間Tjh～N（1.0，0.42）；制 訂 協 調 控 制 方 案 時 間Tjc～N（1.6，0.62）；基地指揮節點的決策時間Tjd～N（1.5，0.52）。

4）軍兵種指揮節點在接到統帥部的發射命令后，開始組建配屬于航天發射任務聯合組織指揮部的軍兵種指揮機構，軍兵種指揮節點制訂任務方案時間Tbp～N（4.2，0.82）；制訂協調控制方案時間Tbc～N（1.2，0.52）；軍兵種指揮節點的決策時間Tbd～N（1.2，0.42）。

5）固定測試節點的指揮時間從產品進場開始計算，分別進行單元測試、分系統測試和綜合測試。單元測試時間Tcd～N（6.5，1.42），分系統測試時間Tcf～N（4.2，0.82），綜合測試時間Tcz～N（2.6，1.02）。產品可靠性Kc，服從（0.980，1）的均勻分布，測試完成時的可靠性要求不低于0.987。

6）固定發射節點的指揮時間從火箭轉運開始計算，分別進行垂直測試和火箭燃料加注。垂直測試時間Tfc～N（5.5，1.22）。發射可靠性Kf，服從（0.985，1）的均勻分布，測試完成時的可靠性要求不低于0.990。

7）機動測發節點的指揮時間主要指測試發射時間，包括集成、測試及發射，機動平臺的機動時間忽略不計。測試發射時間Tyj～N（12.5，2.62）。發射可靠性Ky，服從（0.987，1）的均勻分布，機動發射時的可靠性要求不低于0.990。

8）測控節點的信息傳輸時間Tck，服從（0.01，0.02）的均勻分布。

9）通信節點的信息傳輸時間Ttx，服從（0.005，0.01）的均勻分布。

10）綜合保障節點遂行綜合保障任務的時間Thq～N（2.4，0.82）。

4.3.2 仿真結果分析

基于集中式、分布式和一體化模式的航天發射任務組織指揮效能仿真結果如表1所示。

表1 航天發射任務組織指揮效能仿真結果

結果分析：

1）從集中式組織指揮仿真結果可知，在給定想定條件下，利用集中式組織指揮模式遂行發射任務時的平均任務總時間為42.67d。其中，總部指揮節點指揮時間約為10.23d；基地指揮節點指揮時間約為8.65d；測試節點指揮時間約為15.74d；發射節點指揮時間約為8.05d。

2）從分布式組織指揮仿真結果可知，在給定想定條件下，利用分布式組織指揮模式遂行發射任務時的平均任務總時間為29.78d。其中，聯指指揮節點指揮時間約為10.54d；軍兵種或基地指揮節點指揮時間約為6.70d；測試發射節點指揮時間約為12.54d。

3）從一體化模式的組織指揮仿真結果可知，在給定想定條件下，利用一體化組織指揮模式遂行發射任務時的平均任務總時間為16.80d。其中，聯指指揮節點指揮時間約為6.35d；測試發射節點指揮時間約為10.45d。

仿真結果表明，利用一體化組織指揮模式遂行發射任務的平均任務總時間與集中式、分布式組織指揮模式相比較大幅度減少。這是因為一體化組織指揮模式利用網絡化的信息系統，形成各參試單位的整體聯動，各參試單位之間的協同能力大幅提高。同時，網絡化的信息系統，縮短了試驗信息搜集的時間和組織指揮的層次，使指揮信息流動更加順暢，決策速度加快。仿真實驗進一步實證了，一體化組織指揮模式是未來航天發射任務組織指揮模式的總體發展趨向。

（

）

［1］麻廣林，謝希權，高明潔.新型裝備作戰概念設計框架［J］.軍事運籌與系統工程，2012，26（1）：1－13.

［2］全軍軍事術語管理委員會.中國人民解放軍軍語（全本）［M］.北京：軍事科學出版社，2011：169.

［3］任連生.基于信息系統的體系作戰能力概論［M］.北京：軍事科學出版社，2009：53－83.

［4］趙新國.裝備試驗指揮學［M］.北京：國防工業出版社，2010：191－193.

［5］胡曉峰，楊鏡宇.戰爭復雜系統仿真分析與實驗［M］.北京：國防大學出版社，2008：205－214.

［6］張明智，胡曉峰，司光亞，等.基于Agent的體系對抗仿真建模方法研究［J］.系統仿真學報，2005，17（11）：2785－2792.

［7］趙曉哲，王超.基于MAS的編隊協同作戰仿真系統建模研究［J］.系統仿真學報，2009，21（8）：2381－2385.

［8］黃小鈺，李智.基于MAS的通信衛星系統整體效能評估方法［J］.裝備指揮技術學院學報，2012，23（1）：89－93.

［9］WILENSKY U.NetLogo［EB／OL］.［2012－01－10］.http：／／ccl.northwestern.edu／netlogo／.

［10］曾薇.基于NetLogo的信用卡仿真研究［D］.天津：天津財經大學，2009：32－36.