基于復(fù)雜性科學(xué)的戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗研究

沈壽林 杜偉

(南京陸軍指揮學(xué)院，江蘇 南京210045)

1 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，戰(zhàn)場上敵我雙方的對抗呈現(xiàn)出明顯的體系化特征。信息化條件下的作戰(zhàn)是一種典型的非線性復(fù)雜對抗行為，這種對抗不再如傳統(tǒng)戰(zhàn)爭一樣主要依賴于武器平臺的性能和個體成員的能力，而是通過快速優(yōu)化整合戰(zhàn)場資源，以作戰(zhàn)單元之間在作戰(zhàn)使命任務(wù)上快速有效地協(xié)作、協(xié)同，從而形成體系上的對抗優(yōu)勢［1］，其復(fù)雜性主要體現(xiàn)在邊界的模糊性、環(huán)境的不確定性以及整體涌現(xiàn)性和對抗性。

開展戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗，研究信息化條件下如何進行戰(zhàn)法的創(chuàng)新和論證，具有重大的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。當(dāng)前，信息化作戰(zhàn)日趨復(fù)雜化和體系化，為此，需要我們基于復(fù)雜性視角，運用復(fù)雜性思維理解作戰(zhàn)，用復(fù)雜系統(tǒng)建模描述作戰(zhàn)，用復(fù)雜系統(tǒng)實驗研究作戰(zhàn)，從而解決戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗中的研究方法難題。

2 戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗的內(nèi)涵

2.1 戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗的概念

100多年前，克勞塞維茨在《戰(zhàn)爭論》中就給出了戰(zhàn)法實驗的模糊定義，“批判”實際上就是一種驗證，是將理論上的真理應(yīng)用到實際事件中去。因此，它的作用在于:不僅使理論上的真理更具有現(xiàn)實意義，而且，通過不斷的應(yīng)用，使人們接受并習(xí)慣于這樣的真理。所謂的戰(zhàn)法攻關(guān)實驗，既是作戰(zhàn)與實驗的結(jié)合，又是軍事問題的研究和科學(xué)方法的結(jié)合［2］，是綜合運用運籌分析、模擬仿真和實兵演習(xí)等各種手段，對已經(jīng)初步形成的作戰(zhàn)方法和原則進行驗證和實驗。

隨著信息化作戰(zhàn)的發(fā)展，運籌分析的局限性越來越明顯，人們很難建立一個有效的數(shù)學(xué)模型來描述信息化作戰(zhàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性，也難以對戰(zhàn)爭演化過程進行動態(tài)性研究。實兵演習(xí)是在當(dāng)前和平環(huán)境下能夠?qū)?zhàn)法進行驗證實驗的一種有效手段，但是其周期較長、耗費巨大、實施難度大等缺點決定了其不能經(jīng)常性地用于當(dāng)前戰(zhàn)法的實驗研究。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，計算機仿真的方法可以代替實兵演習(xí)進行作戰(zhàn)模擬，戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗成為信息化條件下戰(zhàn)法攻關(guān)實驗的有效手段，它主要依托計算機模擬仿真手段，輔助運用運籌分析，對初步形成的戰(zhàn)法進行驗證和實驗，形成細(xì)化的、具有可操作性的戰(zhàn)法細(xì)則。

基于復(fù)雜性科學(xué)的戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗，就是要充分考慮戰(zhàn)爭復(fù)雜性的特點，以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多Agent技術(shù)［3］、戰(zhàn)爭復(fù)雜性理論為仿真建模的基礎(chǔ)，對體系對抗條件下的戰(zhàn)法進行驗證和實驗，從而形成適用于復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境和戰(zhàn)爭進程的戰(zhàn)法的過程。

2.2 戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗的意義

復(fù)雜性條件下的戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗既是一個理論問題，也是一個實踐問題。研究復(fù)雜性戰(zhàn)法，不僅可以完善戰(zhàn)法理論體系，更重要的是通過作戰(zhàn)復(fù)雜性理論的研究，理解作戰(zhàn)的復(fù)雜性，為戰(zhàn)爭實踐提供服務(wù)。復(fù)雜性條件下的戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗的意義主要體現(xiàn)在以下方面。

(1)促進開發(fā)新的戰(zhàn)法實驗仿真平臺，對戰(zhàn)爭活動進行模擬實驗，推動戰(zhàn)法創(chuàng)新。戰(zhàn)法攻關(guān)實驗平臺能夠滿足復(fù)雜性研究的需求，以專門進行復(fù)雜性分析的編程開發(fā)平臺為引擎，用復(fù)雜適應(yīng)理論和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對作戰(zhàn)實體和作戰(zhàn)關(guān)系進行建模。能夠?qū)⒆鲬?zhàn)中的各類體系融入到整個作戰(zhàn)體系之中，與作戰(zhàn)目的、指揮決策、武器裝備、作戰(zhàn)力量、作戰(zhàn)使命、作戰(zhàn)運用等要素綜合起來考慮，幫助指揮人員全面思考未來作戰(zhàn)對體系構(gòu)建和運行的新要求，推動信息化條件下的體系作戰(zhàn)戰(zhàn)法創(chuàng)新。

(2)指導(dǎo)實現(xiàn)部隊的組織、指揮控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。部隊的組織、指揮控制結(jié)構(gòu)必須以符合戰(zhàn)爭要求的方式來實現(xiàn)，才能夠保證作戰(zhàn)系統(tǒng)沿著健康的模式發(fā)展，獲得最高的作戰(zhàn)效率。通過戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗，可以尋求體系作戰(zhàn)的最佳戰(zhàn)斗編組，并且研究敵方系統(tǒng)組織，尋求破壞敵方系統(tǒng)正常運行的方法，獲取對敵方系統(tǒng)的高效破壞效果。

(3)針對復(fù)雜性作戰(zhàn)特點，提高后勤、裝備保障的效率。在數(shù)量巨大的裝備、后勤需求中快速尋找合理高效的物資匹配方式，是體系作戰(zhàn)取得勝利的重要保障因素。通過模擬仿真戰(zhàn)斗過程中各作戰(zhàn)單元的行為，利用信息融合技術(shù)開發(fā)實時高效的數(shù)據(jù)處理與分發(fā)系統(tǒng)，運用智能優(yōu)化算法發(fā)展新的具有良好戰(zhàn)場適應(yīng)性的戰(zhàn)術(shù)，可以提高后勤、裝備保障的效率。

3 戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗的關(guān)鍵點研究

3.1合理的實驗設(shè)計

在進行戰(zhàn)法實驗時，如何合理地設(shè)計實驗方案是非常關(guān)鍵的。根據(jù)實驗?zāi)康拇_定實驗內(nèi)容、實驗條件，選擇仿真平臺，是進行戰(zhàn)法攻關(guān)實驗的首要任務(wù)，好的實驗設(shè)計等于實驗成功一半。分析紅藍(lán)雙方的作戰(zhàn)企圖、最初的總體情況、局部紅藍(lán)方兵力部署情況以及雙方兵力活動情況和雙方作戰(zhàn)任務(wù)，在此基礎(chǔ)上分析要研究的作戰(zhàn)問題。通過研究作戰(zhàn)目的，來明確作戰(zhàn)行動順序，確定典型情況下的任務(wù)完成目標(biāo)，然后根據(jù)作戰(zhàn)過程，選擇可能影響作戰(zhàn)行動效果的因素。這些因素按照作用來劃分，可分為可控制因素、不變因素和干擾因素［4］。一般來說，可控制因素就是需要設(shè)計的實驗點。通過改變這些可控制因素的取值，可以得到不同的實驗結(jié)果，甚至不同的實驗進程。同時，實驗點的選擇必須全面反映作戰(zhàn)問題中主要實驗因素特性，如考慮交戰(zhàn)雙方的部署、武器性能、武器類型、指揮關(guān)系等，而且要易于進行實驗分析。

在確定了作戰(zhàn)實驗點的基礎(chǔ)上，確定實驗點的變化范圍，根據(jù)變化范圍確定不同的作戰(zhàn)方式，不同的作戰(zhàn)方式構(gòu)成不同的實驗方案。在此基礎(chǔ)上根據(jù)戰(zhàn)法實驗平臺的實驗設(shè)計功能，設(shè)計撰寫供實驗人員使用的實驗總體設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計等文檔，以支撐仿真實驗的運行。

3.2 科學(xué)的體系建模

構(gòu)建仿真模型是戰(zhàn)法實驗平臺的關(guān)鍵。如何構(gòu)建一個體現(xiàn)體系對抗特點的科學(xué)合理的仿真模型，是運用戰(zhàn)法實驗平臺進行戰(zhàn)法實驗最重要的內(nèi)容。信息化條件下的作戰(zhàn)體系，包括偵察、指控、火力、保障等各種作戰(zhàn)單元，在復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境下，不同的作戰(zhàn)單元在任務(wù)的不同階段構(gòu)成各種組織，單元間通過信息傳遞相互聯(lián)系、相互制約、相互依存。要想模擬作戰(zhàn)雙方的體系對抗，環(huán)境模型、實體模型、關(guān)系模型、信息模型、適應(yīng)性模型成為構(gòu)建體系模型的基本要素。具體模型分為以下四種。

(1)作戰(zhàn)實體模型。體系作戰(zhàn)中的實體模型包括偵察節(jié)點、火力節(jié)點、指控節(jié)點、通信節(jié)點等不同作戰(zhàn)類型的節(jié)點，以及各節(jié)點的性能參數(shù)、能力資源、位置等所有影響其體系作戰(zhàn)效能的屬性。

(2)關(guān)系模型。關(guān)系模型主要描述不同的作戰(zhàn)單元之間的從屬、指揮、協(xié)同、支持等不同的關(guān)系類型。在作戰(zhàn)體系中，通過信息交互的方式來完成關(guān)系的構(gòu)建和運行，在體系網(wǎng)絡(luò)中描述為網(wǎng)絡(luò)的連接邊，從而反映體系對抗活動引起的復(fù)雜動態(tài)交互行為。

(3)信息模型。信息模型主要描述作戰(zhàn)體系中支持各作戰(zhàn)單元進行復(fù)雜動態(tài)交互的信息要素。信息模型主要包含三個子要素:信息資源模型、信息流模型、信息網(wǎng)絡(luò)模型。信息流模型是通過將信息流相關(guān)指標(biāo)(包括吞吐量、容量、利用率、可提供負(fù)載、有效率、延遲、響應(yīng)時間等)作為關(guān)系(連接)屬性的方式實現(xiàn)。信息網(wǎng)絡(luò)模型更關(guān)注如何合理調(diào)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使信息得到及時輸送，更快地抵達所需地域(節(jié)點和子網(wǎng))。

(4)適應(yīng)性模型。適應(yīng)性模型主要包括實體的“自適應(yīng)性”模型和系統(tǒng)的“自組織性”模型。體系構(gòu)建是一個不斷進化完善的過程，通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等智能優(yōu)化技術(shù)，使實體和系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)進化功能，從而不斷完善，各作戰(zhàn)單元間的交互更加有效，遂行作戰(zhàn)任務(wù)的自組織效率更高。

3.3 正確的數(shù)據(jù)處理與實驗分析

(1)指標(biāo)體系構(gòu)建。指標(biāo)體系的構(gòu)建，既要反映作戰(zhàn)的本質(zhì)，如戰(zhàn)斗力指標(biāo)，又要考慮體系對抗的特性，如體系效能指標(biāo);既要考慮靜態(tài)指標(biāo)，如戰(zhàn)斗力損耗絕對值指標(biāo)，又要考慮動態(tài)指標(biāo)，如體系效能損耗速率指標(biāo)。在構(gòu)建指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，要通過分析作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)目標(biāo)等因素，來科學(xué)地確定各個指標(biāo)的權(quán)重。由于作戰(zhàn)體系涉及大量復(fù)雜的因素，所以權(quán)重的確定是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，一般選用定性和定量相結(jié)合的方法來確定，主要包括專家打分法、層次分析法等。

(2)實驗分析總結(jié)。戰(zhàn)法實驗的分析總結(jié)主要是對戰(zhàn)法仿真實驗結(jié)果的研究和評估。分析總結(jié)是為了探討影響該戰(zhàn)法的因素，發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)法存在的問題和解決的途徑，分為實驗數(shù)據(jù)分析、實驗數(shù)據(jù)處理、生成實驗結(jié)論等步驟。實驗數(shù)據(jù)分析主要包括誤差分析、靈敏度分析等。在戰(zhàn)法實驗的數(shù)據(jù)處理上需要對紅藍(lán)雙方體系對抗過程中產(chǎn)生的各種實驗數(shù)據(jù)整理分析、去粗存精，由此及彼地找出實驗結(jié)果的變化趨勢，得出有價值的結(jié)論。實驗數(shù)據(jù)處理方法主要有三種:列表法、圖解法、方程法。這些方法可以協(xié)助實驗人員進行分析，通過各種數(shù)據(jù)圖表，將數(shù)據(jù)進行動態(tài)或靜態(tài)的、二維或多維的顯示，便于實驗人員理解數(shù)據(jù)的變化規(guī)律等。在此基礎(chǔ)上，將各指標(biāo)進行綜合，評價方案的優(yōu)劣，并根據(jù)各指標(biāo)在整個對抗過程中的變化趨勢等來形成關(guān)于體系對抗的一些規(guī)律性認(rèn)識，生成實驗結(jié)論。

4 戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗案例分析

本節(jié)以體系破擊戰(zhàn)法實驗為例介紹如何進行戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗的設(shè)計與分析。

4.1 實驗概述

體系破擊戰(zhàn)的核心:一是準(zhǔn)確選擇敵作戰(zhàn)體系中的目標(biāo);二是科學(xué)編組己方作戰(zhàn)力量;三是合理進行彈藥消耗預(yù)測。針對這三個核心問題，根據(jù)體系破擊戰(zhàn)理論研究的情況，以機械化步兵師對堅固陣地防御之?dāng)尺M攻戰(zhàn)斗為背景，確定目標(biāo)選擇、兵力編組、彈藥消耗預(yù)測等三個實驗點進行分析，每個實驗點根據(jù)其取值或者作戰(zhàn)方式的不同而分為幾個不同的實驗方案。由于篇幅有限，主要介紹目標(biāo)選擇實驗。

4.2 實驗步驟

(1)構(gòu)建作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)模型。根據(jù)體系破擊戰(zhàn)的理論，進行目標(biāo)選擇，首先根據(jù)紅藍(lán)雙方各作戰(zhàn)單元及信息交互關(guān)系構(gòu)建體系網(wǎng)絡(luò)模型。

(2)設(shè)計實驗方案。依據(jù)“連接關(guān)系數(shù)量多”“信息流經(jīng)次數(shù)多”的原則對目標(biāo)進行重要程度排序，形成相應(yīng)的目標(biāo)打擊優(yōu)先順序。為便于比較分析，實驗設(shè)計了四種方案，分別依據(jù):①連接關(guān)系數(shù)量，②信息流經(jīng)次數(shù)，③連接關(guān)系數(shù)量與信息流經(jīng)次數(shù)相結(jié)合，④傳統(tǒng)陣地進攻戰(zhàn)法(以下分別簡稱為方案①、方案②、方案③、方案④)確定目標(biāo)打擊順序，作為對抗實驗的初始條件。

(3)確定實驗數(shù)據(jù)采集目標(biāo)。選取損傷、消耗等可以反映作戰(zhàn)體系效能的相關(guān)指標(biāo)作為實驗過程中要采集的數(shù)據(jù)。作戰(zhàn)體系完成給定作戰(zhàn)任務(wù)的程度，與體系中節(jié)點之間的聯(lián)系和結(jié)構(gòu)有關(guān)系。構(gòu)造度及度分布指標(biāo)來描述體系作戰(zhàn)效能，其中，度描述與節(jié)點存在直接指控關(guān)系和通信連接的節(jié)點數(shù)量，度分布描述具有特定度數(shù)的節(jié)點數(shù)量。

(4)進行仿真實驗。以步驟(3)中確定的數(shù)據(jù)項為數(shù)據(jù)采集對象，進行仿真實驗，同時采集數(shù)據(jù)。

(5)構(gòu)建方案評價指標(biāo)體系。在獲得的實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，綜合運用頻率分析、小波分析、統(tǒng)計分析等數(shù)學(xué)方法構(gòu)建評價作戰(zhàn)方案優(yōu)劣的指標(biāo)體系，并根據(jù)層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重。

(6)實驗結(jié)果分析。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊綜合評判、證據(jù)推理等多種方法，對指標(biāo)數(shù)據(jù)進行分析，生成評估方案的各種結(jié)論。

4.3 實驗結(jié)果分析

實驗結(jié)果如圖1—圖3所示。

圖1 紅方戰(zhàn)斗力變化圖

圖2 藍(lán)方戰(zhàn)斗力變化圖

圖3 藍(lán)方體系效能變化圖

圖1 和圖2分別是四種作戰(zhàn)方案的紅方、藍(lán)方戰(zhàn)斗力變化圖，橫軸是時間軸，縱軸代表戰(zhàn)斗力。從兩圖可以看出，方案③藍(lán)方戰(zhàn)斗力下降較快，紅方戰(zhàn)斗力保存較好。

圖3是藍(lán)方體系效能變化圖，橫軸是時間軸，縱軸是根據(jù)節(jié)點的連接數(shù)計算出來的體系效能值。其數(shù)值越高，表示體系效能越高。從圖中可以看出，方案④在降低藍(lán)方體系效能上效果較差。

從圖1—圖3可看出，方案③紅方消耗最少，方案②、④次少，方案①最多;方案④藍(lán)方消耗最少，方案①次少，方案②較多，方案③最多。通過比較分析，可以得到如下結(jié)論。

(1)連接數(shù)量與信息流經(jīng)次數(shù)相結(jié)合的目標(biāo)選擇方案在整個交戰(zhàn)過程中可以取得更好的效果。

(2)連接數(shù)量的目標(biāo)選擇方案或者信息流經(jīng)次數(shù)的目標(biāo)選擇方案在交戰(zhàn)初期可能對于藍(lán)方有更好的打擊效果，在特定作戰(zhàn)目標(biāo)下可優(yōu)先選擇。

5 結(jié)束語

本文從戰(zhàn)法攻關(guān)實驗的概念出發(fā)，介紹了基于復(fù)雜性科學(xué)的戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗的意義，并結(jié)合當(dāng)前的研究工作針對戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗的關(guān)鍵技術(shù)和方法進行了較為詳細(xì)的分析。通過體系破擊戰(zhàn)法實驗的實例分析，確定了戰(zhàn)法攻關(guān)仿真實驗的要求、步驟等要素，通過分析實驗數(shù)據(jù)提出了指導(dǎo)體系對抗的建議，可以為指戰(zhàn)員制定復(fù)雜性條件下的作戰(zhàn)計劃提供一定的參考。

1 ARTHUR K，CEBROWSKI.Network-centric warefare:its origin and future［J］.United States Naval Institute Proceedings，1998(1):28-35.

2 陳建華，李建華，傅調(diào)平.艦艇戰(zhàn)法實驗與分析［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2010.

3 金偉新.體系對抗復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模與仿真［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010.

4 卜先錦，葉雄兵，季明.作戰(zhàn)實驗點設(shè)計研究［J］.軍事運籌與系統(tǒng)工程，2010，24(2):61-66.