一種裝備對體系貢獻率評估方法研究

任曉軍，涂震飚

(1.海軍駐航天科工集團第三研究院軍事代表室，北京 100074；2.航天科工集團第三研究院 三部，北京 100074)

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一種裝備對體系貢獻率評估方法研究

任曉軍1，涂震飚2

(1.海軍駐航天科工集團第三研究院軍事代表室，北京 100074；2.航天科工集團第三研究院 三部，北京 100074)

針對我國武器裝備體系化發展需求，深入分析國外體系研究成果，基于體系結構框架、體系結構設計方法及邏輯學，提出了一種裝備對體系貢獻率評估方法，并建立了涵蓋體系設計、驗證、仿真和評估等綜合支撐平臺。通過示例對提出的方法和平臺的有效性、合理性進行了驗證，為體系研究和建設提供了技術積累。

體系；工程理論；體系設計；貢獻率

體系研究和建設都不可避免地需要體系工程理論方法的支撐。與體系的理解與認識一樣，體系工程的概念也存在眾多分歧，不同領域的學者和工程實踐人員都有不同的理解和認識。體系工程在不同領域的理解存在5個方面的共性：1)體系工程是能力集成工程；2)體系工程是復雜需求獲取工程；3)體系工程是綜合集成體的演化工程；4)體系工程是學科交叉、系統交互過程；5)體系工程不是最優化工程，而是權衡與平衡工程。體系工程的實踐主要包括體系需求與頂層設計、體系集成與構建以及體系演化等。通過體系需求與頂層設計，結合體系支撐平臺，可獲得滿足使命任務的可執行動態體系。在體系設計的基礎上，開展裝備對體系貢獻率評估方法研究，有助于解決體系頂層設計、裝備發展與作戰運用等問題。

1　國外體系研究情況

以美國為代表的強國體系研究理論方法逐步趨于成熟。1996年6月7日，美國頒布了《指揮、控制、通信、計算機和情報、監視、偵察(C4ISR)體系結構框架》1.0版，是為了響應《克林格-科恩法案》，它取代了《信息管理技術體系結構(TAFIM)》。1997年12月18日，美國頒布了《C4ISR框架》2.0版。2003年8月30日，美國頒布了DoDAF1.0版，調整了《C4ISR框架》2.0版，并將體系結構的原則和實踐的應用范圍從C4ISR領域擴展到所有的聯合能力域(JCA)。2009年5月28日，美國國防部首席信息官正式頒布了《美國國防部體系結構框架》2.0版。DoDAFV2.0擴展了以前框架開發的成果，以獲取關于網絡中心化的體系結構信息，支撐國防部的網絡中心戰略，并描述能促進網絡中心環境的構建和維護的面向服務的解決方案。DoDAFV2.0還將繼續更新，并不斷增強對體系結構數據及其導出信息的使用的支撐，以滿足網絡中心環境(NCE)中決策者日益增加的要求[1-9]。

以美國為代表的強國已將體系作戰用于實際戰爭。總結分析近20年來的各場信息化高技術局部戰爭，以美國為首的西方軍事強國，利用先進的體系作戰理論和體系設計技術，已完成信息嵌入時期的軍事信息化，正從綜合集成時期逐步走向全面融合的體系對抗時期。美軍的打擊鏈完成時間由1991年海灣戰爭中的100 min逐漸減至2003年伊拉克戰爭的10 min。再看2011年的利比亞戰爭，聯軍的信息化作戰體系已經取得了較好的作戰效果，標志著以精確打擊武器為核心的信息化武器裝備體系的日臻成熟。這也切實凸顯出新軍事變革的重要特點，體系作戰和對抗成為信息化戰場的基本特征。

2　基于體系頂層設計的貢獻率方法研究

2.1裝備對體系貢獻率的認識

體系貢獻率是指裝備系統對作戰/裝備體系的貢獻程度，但如何度量存在各種不同看法。主要是由于體系具有復雜性、涌現性、動態性和進化性等獨有的性質，導致傳統的基于數學分析、數據統計等評估方法無法解決體系貢獻度評估問題。

裝備對體系貢獻率研究面臨著多種挑戰。傳統的方法不完全適用，需要尋求新的貢獻度方法；裝備能夠完成的任務種類不同，需要明確是針對特定的作戰體系還是裝備體系；體系要素眾多，關系復雜，需要明確體系的構成和結構關系，應研究什么樣的體系設計方法與支撐平臺有待確定；體系規模龐大，依靠實戰獲取體系各要素參數可能性小，需要明確體系各要素關鍵參數的取值，應研究什么樣的體系仿真手段有待確定。

2.2裝備對體系貢獻率方法研究

評估裝備對體系的貢獻率的實質就是對體系各要素(裝備)重要程度的計算。根據已知數學理論，系統某要素的重要程度可以轉化為該因素的波動對整體的影響程度，利用該值為改進作戰體系和優化作戰流程提供數據支撐。為實現對裝備對體系的貢獻率計算，應用了基于概率論-邏輯學的解析計算方法[10-13]，具體步驟如下。

1)明確被評裝備可參與的作戰體系。一個裝備可能完成不同作戰任務，而不同的作戰任務可能對應著不同的作戰體系，因此，一個裝備對裝備體系的貢獻度是多個作戰體系貢獻度的和，權重根據任務的重要程度確定。

2)設計相關作戰體系。需要對每個與被評裝備有關的作戰體系進行設計，明確體系所包含的環節、各裝備之間的作戰鏈關系，形成作戰體系結構。為了設計出滿足作戰任務需求的作戰體系，該部分需要體系設計方法進行支持。

3)邏輯拓撲轉化。根據作戰體系確定的兵力構成和設計的作戰流程，基于邏輯學的理論方法將作戰體系轉化為方便計算的邏輯拓撲圖。應用邏輯學中的與門、或門和混合門等基本概念，將作戰流程里各個環節抽象簡化，形成可應用概率論計算的邏輯拓撲圖。

4)計算框架形成。在得到的各個環節邏輯因果關系基礎上，按照概率論中隨機事件發生概率及相互關系的理論基礎，形成體系完成任務情況的解析計算公式，并確定各級指標計算方法及其對應的含義。

5)體系貢獻率計算。根據形成的計算框架，按照貢獻率即該要素(裝備)的波動對整體的影響程度的理論認識，最終通過計算框架對代表該要素(裝備)參變量的偏導運算，計算得到該要素(裝備)的貢獻率。將被評裝備所參與的多個作戰體系的貢獻率加權求和，即為該裝備對體系的貢獻率。

3　面向體系設計與貢獻率的體系支撐平臺建設

針對裝備對體系貢獻率評估以及體系作戰的設計、優化、驗證與評價等需求，按照體系研究的不同階段，分別開發了體系設計與驗證平臺、體系仿真平臺，并正在建立綜合集成平臺，實現體系貢獻率研究、體系設計和體系評估等全過程一體化設計。

3.1體系設計與可視化驗證平臺

體系設計與可視化驗證平臺(見圖1)主要用于解決武器裝備體系和作戰體系的體系結構設計，體系結構優化，體系結構驗證，裝備對體系的貢獻率，體系作戰條件下各裝備的功能、接口、信息關系，以及作戰運用等設計與分析等問題。

圖1　體系設計與可視化仿真平臺

3.2體系仿真平臺

體系仿真平臺(EffSIM)(見圖2)主要用于解決此類仿真系統開發、運行及蒙特卡洛分析方面的問題，其可提供高效的組件化建模仿真與分析環境，提升裝備體系論證與體系效能分析效率，解決仿真速度和規模的瓶頸。EffSIM依托參數化組件化建模、海量仿真實體的快速運行、蒙特卡洛仿真任務并行分發與數據收集技術，形成具有自主知識產權的仿真支撐工具集，實現組件化仿真系統的快速構建與體系級海量兵力實體的快速對抗仿真，支持蒙特卡洛仿真在無人干預條件下的全自動運行，提高攻防對抗仿真分析能力。

圖2　EffSIM軟件架構

4　裝備對體系貢獻率評估應用實例

4.1導彈對參與的作戰體系分析

假設導彈1可以完成1項作戰任務，即任務1，導彈2可以完成3項作戰任務，包括任務1、任務2和任務3，所以導彈1可參與的作戰體系主要為體系1，導彈2可參與的作戰體系包括體系1、體系2和體系3。下述以體系1為例，計算導彈1和導彈2對體系1的貢獻率。體系1動態設計示意圖如圖3所示。按照體系結構設計方法，結合體系結構框架，利用體系設計與驗證平臺，提出了體系解決方案，建立了可執行的動態領域概念模型，為體系研究與貢獻率分析提供了有效方法和手段。

4.2裝備對體系貢獻率分析

應用體系設計與可視化驗證平臺完成體系框架及作戰流程的設計，確定了參與作戰的兵力構成和具體作戰活動。1)預警偵察裝備：監視衛星、偵察衛星、偵察飛機和預警雷達等；2)指控通信裝備：主要包括指揮系統、數據鏈和通信網等；3)火力打擊裝備：發射平臺，分別裝備導彈，在預定海域巡邏待戰，執行打擊任務。

根據上一步確定的打擊作戰的兵力構成和作戰流程，應用邏輯學理論將作戰流程里各個環節抽象簡化，形成可應用概率論計算的邏輯拓撲圖(見圖4)。按照上述模型和計算拓撲，應用概率論基本方法形成計算框架(見表1)。

圖3　體系1動態設計示意圖

圖4　作戰體系計算邏輯拓撲圖

任務完成能力一級指標二級指標計算值1-1-E1()1-E2()E1=P1P2P3E1偵察定位=P1P2=1-1-P1()1-P2()或E1偵察定位=P1P2=1-1-P1()1-P2()1-P3()E1生存=PE1打擊=PE2=P1P2P3E2偵察定位=P1P2=1-1-P1()1-P2()或E2偵察定位=P1P2=1-1-P1()1-P2()1-P3()1-P4()E2生存=PE2打擊=P

對三級指標中各項指標進行賦值計算，其中部分指標通過專家根據系統性能和試驗數據直接給出；但部分指標，例如導彈打擊毀傷能力，由于缺乏試驗數據以及打擊過程中目標選擇、攔截對抗等情況的不確定性，此處不采用一般的數值計算方法，采用“建模→仿真→統計”的方法，應用EffSIM等體系仿真平臺來分析反艦導彈的打擊毀傷能力。

根據形成的計算框架和指標值，通過對導彈1、導彈2打擊能力的參變量偏導運算，計算得到導彈1、導彈2的貢獻率。體系指標值(參考)見表2。

表2　體系指標值

通過表2計算可得到，導彈1的體系貢獻率是0.397 6，導彈2的體系貢獻率是0.290 8。由此可以得出在相同條件下，由于導彈1的突防打擊能力優于導彈2，其體系貢獻率也大于導彈2。

4.3導彈對裝備體系貢獻率

按照上述方式計算獲得導彈2對體系2的貢獻率為0.198 6，導彈2對體系3的貢獻率為0.421 5，所以導彈2對裝備體系貢獻率為體系1、體系2和體系3的貢獻率之和為0.910 9。由于導彈1只參與體系1，所以導彈1對裝備體系貢獻率也為0.397 6。

5　結語

現代戰爭以體系對抗為主，縱觀美國近20年的體系研究與建設，體系頂層設計方法與驗證平臺是體系研究的關鍵。我國通過近些年的不斷努力攻關，在體系設計、優化和評估等體系理論方法以及支撐體系可執行建模、驗證和仿真等平臺建設方面取得了一些成果；但面向實戰以及未來裝備發展需求，仍有很多關鍵問題有待進一步解決。本文基于體系工程理論，提出了一種定量化裝備對體系貢獻率的評估方法，并給出了實際應用示例。后續將面向復雜環境下體系對抗實戰，深入開展體系頂層設計、體系領域概念建模、裝備對體系貢獻率和裝備體系化運用等研究，明確各武器裝備在體系中的地位和貢獻率，為我國體系研究和建設提供有力支撐。

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責任編輯馬彤

Research on a Assessment Method of Equipment to System Contribution Rate

REN Xiaojun1，TU Zhenbiao2

(1.The Third Research Institute of Military Agent’s Room of Navy in Aerospace Science and Industry Group，Beijing 100074, China；2.The Third Research Institute Aerospace of Science and Industry Corporation, Beijing 100074, China)

To meet the systematism development requirement of weaponry, on the basis of architecture framework, architecture design and logistic, deeply analyze the related international research results, an assessment method for the contribution rate of equipment to the system is proposed and an integrated application platform covering system design, proving, simulation and evaluation is established. One application example checks the validity and rationality of the method and platform. Finally, provide the technical accumulation for system research and construction.

system, engineering theory, architecture design, contribution rate

E 0

A

任曉軍(1978-)，男，工程師，主要從事武器裝備在體系中的作戰較能評估及應用等方面的研究。

2016-08-04