通用仿真實驗組織與實施方法研究

韓志軍

摘 要：通過忽略不同實驗的細微差別，抽象仿真實驗組織與實施的通用模式，從實驗者角度規定了實驗的關鍵步驟，規范了實驗組織實施過程，確保實驗的成功實施。

關鍵詞：仿真實驗 組織與實施 實驗方法

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（b）-0207-02

仿真實驗已廣泛應用于開發作戰概念、分析戰爭問題、評估作戰方案、檢驗作戰效能等作戰研究和輔助決策各個方面。然而，仿真實驗是一項復雜的系統工程，成功的進行仿真實驗的組織與實施非常困難。因此，研究一般性仿真實驗的組織與實施方法，保證實驗活動規范高效的進行具有重要的意義。

1 仿真實驗組織的基本過程

仿真實驗組織的基本過程主要包括3個主要階段：仿真實驗準備、仿真實驗實施和仿真實驗評估分析。仿真實驗準備階段必須要明確提供已知什么、想要實驗的新知識是什么和怎么實驗，最終產品為數據、模型和實驗計劃。仿真實驗實施階段主要根據準備的數據和模型構設實驗手段，并按仿真實驗計劃進行調控、觀測和采集實驗數據。仿真實驗分析階段主要對實驗采集的數據進行整理、分析，得出相應結論以便為實驗人員所用。

2 仿真實驗準備階段

仿真實驗準備的目的是清晰地定義仿真實驗的目標、環境、條件，并制訂仿真實驗實施的詳細計劃，以確保仿真實驗的價值和意義，使實驗過程始終運行在正確的軌道上。

2.1 仿真實驗構想

仿真實驗構想從軍事角度，在概念層次對所要做的實驗進行設想，明確在什么環境條件下進行實驗，實驗要發現或驗證演示什么，需要對什么進行調節控制以及觀測記錄什么。實驗構想的主要工作包括：（1）確定實驗目標，即實驗要發現或驗證的關系；（2）確定實驗的假設條件；（3）確定實驗的自變量；（4）確定實驗的因變量；（5）確定實驗需要控制的自變量；（6）確定變量的約束值。

2.2 仿真實驗規劃

仿真實驗目標和需要考察的變量及關系確定后，便要對仿真實驗進行規劃。

2.2.1 仿真實驗規劃設計

實驗規劃設計要考慮如何將各種變量引入到實驗中。實驗設計需要將實驗構想中列出的變量進一步分解細化，轉換為能夠引入部署到實驗中的變量，并將各種變量分為自變量、因變量和中間變量三類。因變量構成了實驗分析的目標函數，因變量的選擇必須能完整準確描述實驗的目標，而且要確保因變量的有效性和可靠性指標。自變量是對能夠影響因變量變化的各獨立因素的度量。因變量通常與眾多自變量有關，它們之間的因果關系錯綜復雜，需要基于實驗構想中的假設將自變量分為控制變量和調節變量。中間變量是影響因變量和自變量之間關系的變量，直接決定實驗結果的可信性，必須認真仔細確定中間變量。

2.2.2 仿真實驗任務清單

仿真實驗的任務清單描述實驗所要完成的各項任務，包括如下內容：（1）任務：需要做的是什么；（2）資源：每項任務由哪些組織負責，這些組織有什么樣的資源，哪些組織對各項工作提供支持；（3）時間表：每項任務和子任務應該在什么時間節點完成以及這些工作時間順序是什么；（4）邊界：各項工作如何保持足夠的獨立性，從而可以成功實施？對于互相依賴的工作，如何協調？（5）偶然性：任務、資源、時間表或邊界在可預測的環境中可能需要怎么調整。

2.2.3 可行性審查

可行性審查目的是：在制訂具體的仿真實驗計劃之前，盡可能地發現實驗中可能出現的問題，并及早解決問題。可行性審查包括下面的工作：（1）確定實驗規劃的各項任務及其進度是否可行；（2）為實驗規劃開發一個可執行的模型進行仿真，確保用某種更具體的形式綜合和表達假設中所表達的抽象思想，通過可執行模型進行邏輯檢查。

2.3 仿真實驗計劃

可行性審查之后，實驗團隊需要為實驗制訂詳細的實施計劃。仿真實驗計劃的好壞將直接影響到仿真實驗的成敗。在前期的工作中已經基本確定了實驗設施，實驗計劃工作重點將從相對抽象的問題轉到實驗中如何具體實施這些工作上來。

2.3.1 實驗條件構建計劃

由于仿真實驗系統十分復雜，計劃必須保證有足夠的時間完成實驗系統構建工作。技術人員應盡可能早地了解實驗設計者的計劃和目標，以便及早開發相關技術，同時還應從自身專業領域盡早識別出存在的風險，并在允許的時間內加以改正。此外，組成實驗環境的各系統必須得到校驗、測試與確認，以使實驗環境能夠滿足實驗的需要。

2.3.2 實驗過程控制計劃

由于存在大量的中間變量，實驗團隊必須確定如何控制它們的影響。其中應重點關注實驗需求方對實驗的影響。他們與實驗主體之間的交互，會改變他們在實驗中的工作進程。因此，精心計劃的實驗要事先考慮到這些因素，在向實驗需求方提供了解實驗過程的同時，盡量避免他們對實驗結果造成影響。

2.3.3 數據采集和分析計劃

雖然在實驗中需要先收集數據再進行分析，但在考慮數據采集分析計劃時，要首先考慮數據采集是否能全面、有效地支持數據分析的開展。

3 仿真實驗實施階段

對于復雜的仿真實驗，無論計劃多么周詳，都有可能出現意想不到的情況，詳細計劃在實施過程中都可能要經過不斷的調整、改進才能實現。在仿真實驗實施過程中，需要做好以下3個方面的工作。

3.1 建立仿真實驗環境

建立實驗環境通常由實驗技術支持人員構建完成，需要大量時間來搭建需要的系統并對各種設備進行檢查，而且經常會超過預期估計的時間。經常遇到的情況是單個系統運轉正常，但當系統進行協作、交換信息或訪問同一個數據時就會出現問題。將測試良好的、可靠的系統集成在一起是一項困難的工作。因此，要保證所有系統正常工作和交互，并可以支持實驗，需要提前精心準備。

3.2 仿真實驗的預測試

實驗預演或預測試是正式實驗之前，對整個實驗過程進行的預演或彩排，目的是發現實驗計劃中存在的漏洞，以便修改和充實實驗計劃；發現實驗中可能出現的問題，提前制定解決預案；對沒有實驗經驗的參與人員進行培訓。對復雜仿真實驗進行預測試是一個必需的先決條件，是實驗實施的一個重要階段，要給予特別重視，因為這是提前發現問題，確保實驗高效、順利進行的關鍵。

3.3 仿真實驗實施

在實驗實施工程中，仿真實驗最主要的任務是：（1）質量控制，確保實驗按計劃和設計進行，排除外部因素干擾；（2）數據完整性，確保收集到正確的數據，在數據采集、聚合、存儲或數據化簡的過程中沒有偏差；（3）聽取所有參與者的反饋，確保高質量的數據采集，對可能影響數據或數據解釋的問題都進行充分的收集了解。

4 仿真實驗分析階段

數據分析、對實驗做出評估、撰寫分析報告，以及報告、出版和發行實驗結果，是仿真實驗不可分割的一部分，也是實現實驗目標、提高實驗價值、擴展實驗影響及應用的重要方式。

4.1 數據分析

數據分析的目的是對實驗的問題，即實驗的因果假設是否一致做出合理的解釋。分析采用的形式通常有討論會和工作組兩種。如果實驗得出的數據是線性關系，通常使用通用線性模型進行分析。如果實驗數據是非線性關系，一般做法是使用各種轉換工具，把非線性數據轉換成線性關系。

4.2 實驗評估

實驗評估是對實驗做出最后評價，將知識轉化為能力的重要步驟。實驗評估有時也稱作實驗分析，它與數據分析的區別在于：一是二者分析的內容不同。數據分析主要用于分析從實驗中收集來的數據，其結果是形成數據分析報告。而實驗評估是以數據分析結論為基礎，對整個實驗做出評價，其結果表現形式是實驗報告；二是實施分析的人員不同。數據分析人員是專職從事分析的技術人員。而實驗評估人員是實驗設計人員，有很多軍事人員參與，特別是實驗報告要由軍事人員撰寫，而數據分析報告由數據分析人員撰寫。

4.3 撰寫報告

仿真實驗通常要撰寫兩份實驗報告，一份初步報告和一份詳細的實驗報告。初步報告通常以簡短公文或簡報兩種形式撰寫，目的是向實驗需求方報告實驗的初步結論。詳細報告不僅要闡明實驗的結論，而且要詳細描述實驗的細節，包括：一是仿真實驗要回答哪些問題；二是仿真實驗為什么能回答這些問題；三是參加仿真實驗的人員、時間和地點，實驗是如何組織實施的；四是實驗中發生了什么情況，并詳細描述每個情況；五是實驗結論。

參考文獻

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