電子信息裝備體系貢獻度評估方法

周 波，孔德培，喬會東

(中國洛陽電子裝備試驗中心，河南 洛陽 471003)

0 引言

隨著電子信息裝備體系化、系統化的發展趨勢日益明顯，基于信息網絡的一體化聯合對抗將成為未來信息對抗的主要樣式[1]。這就要求電子信息裝備不僅要具有良好的技術性能，還要具備良好的電磁環境適應能力和體系對抗能力[2]。而傳統電子信息裝備試驗鑒定主要強調的是單裝的性能[3]，幾乎沒有考慮體系的對抗能力，所以越來越不適應信息化裝備體系化、系統化的實際需要。為適應電子信息裝備體系化、系統化的發展趨勢，亟需對電子信息裝備體系對抗能力進行試驗考核。

對體系對抗能力的考核給電子信息系統的試驗鑒定帶來了新的命題，其中一個重要問題就是如何在體系對抗的狀態下考核單體裝備對整個體系的貢獻度，摸清電子信息裝備的效能底數。單就貢獻度來說，目前在金融和企業項目管理中，進行了一些貢獻度評估方法的研究，但是成果較為零散，且應用領域差距較大。雖然也有部分文獻研究了裝備體系貢獻度的評估[4-7]，可供參考和借鑒，但是還沒有形成一套成熟、可靠的理論和方法，特別是對于電子信息裝備在電子對抗中的復雜性，體系貢獻度是什么、有何特點、該如何評估等問題還未考慮。本文從電子信息裝備體系對抗復雜性出發，研究電子裝備體系貢獻度的評估方法。

1 體系對抗復雜性

1.1 體系內涵

信息時代，隨著信息技術的蓬勃發展和廣泛應用，原本各自獨立的系統個體可以通過信息搭建的紐帶，將彼此聯結成為一個由獨立系統作為組分構成的大系統[8]，形成了一個關于“系統的系統”的存在形態，比如網絡化的電子裝備體系。對于這個“系統的系統”來說，其組分系統雖然分布廣泛、形式松散、獨立工作但從系統能力上來看卻更像一個有機整體，被稱之為體系。其中，信息結束了系統孤立存在的形態和獨立工作的方式，使分散的組分系統可以實現相互協同、配合工作，使個體聚合成為整體，產生更高效能的體系能力，在這個被壓縮的時空緯度下，整體功能的形成使得它更像一個具有強大功能的有機整體。

圖2 體系和系統群的內涵

從電子裝備體系結構來看，組成電子裝備體系的元素不僅數量眾多規模龐大， 而且具有錯綜復雜的層次結構。對于電子信息裝備體系組成元素的層次結構來說， 一般可以分為4級， 從底層到頂層分別是單元級、平臺級、系統級和體系級。體系級、系統級、平臺級、和單元級之間的層次關系如圖1所示。

圖1 組成體系各層次結構示意圖

從圖1可以看出，電子裝備體系是由若干相互關聯的電子信息裝備系統構成，每個電子裝備系統又是由諸多電子裝備平臺組成，每個電子裝備平臺上都裝載著一種或多種具有獨立能力的電子裝備單元。雖然電子裝備體系由電子裝備系統構成，但是并非多個系統組合在一起就一定能形成體系，體系和多系統組成的系統群之間的對比關系如圖2所示。

如圖2所示，體系與系統群之間的區別就在于體系能夠得到進一步的涌現，而系統群中各個功能、屬性相似的系統組合起來仍然還是相同的功能或屬性，它不會進一步涌現出新的能力或屬性。

所以，體系是能夠得到進一步涌現性質的關聯或聯結的獨立系統的集合或綜合，屬于復雜系統范疇。體系具備復雜系統的一般特征，如非線性、開放性、動態性、多樣性、涌現性、自適應性、自組織性等；歸納起來，整體涌現性、非線性和不確定性是體系復雜性的主要表現。

1.2 體系對抗復雜性

在電子裝備體系對抗試驗中，預警探測、指揮控制、情報偵察等大量電子信息裝備產生了繁雜的電磁信號密集、交疊在一起，除了參試的眾多電子信息系統本身作為體系對抗中信息鏈路的重要節點外，還有試驗過程中指揮決策的智能因素。所以，所有這些參與試驗的各種要素以信息為媒介組合在一起，也就涌現出了以復雜電磁環境為代表的體系對抗環境。這種體系對抗環境涌現出了復雜系統的整體屬性、特征、行為及功能，而當把這個體系還原分解為不相干的各個部分之后，體系的整體屬性和功能將不復存在。

在電子裝備體系對抗試驗過程中，如果采用線性可加的原則，就是把形成體系對抗環境的各個組成部分進行逐層簡化分解后，分別進行試驗研究，最后逐層向上疊加得到整個體系對抗的試驗結論。這就是以往的單項性能試驗的試驗模式，它所遵循的線性原則就是在還原論指導下，對事物進行無限制的往下一層分解，它忽略了組成體系對抗各要素之間復雜關聯關系的非線性，以及指揮決策過程中的不確定因素。因此，如果不考慮非線性，在這種線性簡化的還原論思想指導下，電子裝備試驗評估所得出的結論可信度是值得懷疑的。

通過對電子裝備體系對抗試驗復雜性問題的分析，可知針對電子裝備試驗評估中的要素分解、指標選取和定性和定量關系問題，大都要涉及整體與部分、全局與局部之間的復雜關系，這些都屬于復雜系統研究的范疇。

2 體系貢獻率

2.1 概念

貢獻度，通俗地講就是一個事物A(稱為貢獻者)對另一個事物B(稱為受益者)貢獻程度的度量[7]。貢獻度常被用在經濟領域，近幾年才在國防領域內被逐漸應用起來，也有人稱之為貢獻率。關于體系貢獻率，不同組織和研究人員對其做了不同的定義，目前國內外對裝備體系貢獻率尚無統一明晰的定義，也不具備給出權威定義的足夠條件。為了便于理解，以下給出了現有文獻中的幾種定義：

1)體系貢獻度[5]是對評估對象對體系內各系統對抗能力及整個體系對抗能力的影響作用或涌現效應的度量。

2)如果把某個裝備(或作戰系統)作為貢獻者，把與其有關的某個對抗體系(包含體系中的其他系統)作為受益者，把它們置于某種體系對抗環境下，使體系對抗能力發生變化的程度即為武器裝備體系貢獻度[6]。

3)裝備的體系貢獻度[7]是裝備在一定時期內對體系對抗能力(或對抗效能)、體系結構、技術先進性、建設效益等方面貢獻程度的綜合量度。

4)體系貢獻率[9]是裝備(包括單型裝備、裝備系統和裝備對抗子體系)對裝備對抗體系形成綜合對抗能力的貢獻作用的一種度量。

從上述這些定義來看，裝備體系貢獻度是根據裝備(或對抗系統)承擔的使命任務，將單一裝備置于近似真實的對抗條件下，考慮裝備使用的真實對抗系統、對抗環境和對手，檢驗評估使用該裝備后對己方整個體系對抗能力提升(或者藍方整個體系對抗能力下降)的貢獻程度。有文獻中將體系貢獻率的內涵從體系維度、對抗維度、“效費”維度和“層級”維度等四個維度給出了理解，簡單來看這四個維度分別是從裝備體系融入度、任務完成度、效費程度和層級結構優化程度來衡量體系貢獻率。

2.2 電子裝備體系貢獻度

電子信息裝備體系貢獻率，就是將電子裝備體系中的電子信息裝備對抗效能與體系對抗效能進行對比(擴展后可以將電子信息裝備體系對抗效能與包含該體系的裝備體系對抗效能進行對比)，對比的結果就是體系貢獻率。

根據體系對抗復雜性分析，電子信息裝備體系的組成要素眾多、交互作用復雜以及涌現特征，使得電子裝備體系貢獻率評估尤其要從電子信息裝備體系的復雜系統特征出發，其最主要的描述方式就是在電子信息裝備體系對抗效能中，某關鍵或重大電子信息裝備相比于其它電子信息裝備對體系對抗效能的優勢比較程度，或者由該關鍵或重大電子信息裝備的加入使得整個體系對抗能力得到涌現的程度。

2.3 體系貢獻度的基本模式與特點

貢獻率模式有多種，如關鍵作用模式、固定作用模式、比例非線性模式等。關鍵作用模式，又稱為脈沖模式，就是某一件裝備的加入會對體系能力產生重大影響，極大提升體系的作戰能力，反之如果體系中沒有該裝備系統，整個體系的作戰能力將急劇下降，如通信網絡系統等對體系的影響效果；固定作用模式，又稱為線性模式，即體系能力隨著裝備數量的增加幾乎呈線性增長，如火力打擊系統等對體系的影響效果；比例線性模式，又稱為非線性模式，即某系統的加入和數量增加對體系能力的影響效果，如電子對抗系統。

1)通過對體系貢獻率的理解，再根據貢獻率的作用模式，可以得出體系貢獻率具有如下特點：

相對性：電子信息裝備對電子信息裝備體系的貢獻率是動態變化的，并非一成不變，相對于不同的對抗條件、對手和對抗樣式，某同一裝備對體系對抗的貢獻率可能不一樣。例如，預警探測系統在有干擾和無干擾條件下的對抗，其體系貢獻率就存在著較大的差距。

2)層次性：裝備對作戰體系的貢獻率可能包括若干個方面，對某個方面的貢獻又可能體現在多個角度，從而使得體系貢獻率要素呈現一種層狀結構。

3)相關性：電子裝備本身的對抗效果往往會對對抗體系中其他裝備的對抗效果帶來間接影響，從而影響到整個體系的對抗效果。如防空導彈對對手飛機的有效殺傷會顯著提高己方地面電子裝備的生存能力，進而又增強地面電子裝備的對抗效果，所以防空導彈對對抗體系的貢獻直接表現在防空攔截能力上，間接提升了地面電子裝備的對抗效能。

2.4 體系貢獻度的計算

衡量體系貢獻度[10]，一般來說，可以從是否增加能力類型、是否改進戰技短板、是否提高運行效率、是否降低整體成本等方面來衡量體系貢獻度。其中任何一個方面發生變化，都認為對體系產生了貢獻。體系貢獻率評價可以通過體系對抗綜合效能和費效變化來表達體現，通過接入新裝備進行試驗，測量觀察體系效能發生的變化，從而得知增減改及規模化某裝備后體系發生的變化，即體系貢獻率和體系影響度。

體系貢獻度是針對戰略需求的度量指標，需要由體系試驗綜合而得到。文獻[10]給出體系貢獻率的計算公式為：

系統A的貢獻率=

(1)

從式(1)可以看出，這里的體系貢獻度是一個百分比，即小于1的數值。如果采用這個公式計算體系貢獻率就隱含著把整個體系貢獻率數值作為1，而體系中每個裝備系統的體系貢獻率都是小于1的數值，從方法論上就等于說把組成體系每個系統的貢獻率直接線性相加就得到整體的貢獻率。從電子裝備體系對抗復雜性來看，這種計算方法從方法論上就陷入了原有性能試驗所遵循的還原論思維，沒有從電子裝備體系的復雜系統角度思考問題，所以從方法論上根本就不合理，而且即便強行計算出個貢獻率數值，其結果準確性及可信性也是值得懷疑的，另外從實際效果來說也沒有指導意義。

3 體系貢獻度評估方法述評

體系的復雜性、涌現性，結構的進化性，能力的相對性，使得傳統基于還原論的性能試驗評估方法如數學分析、數理統計等在體系評估時集體失效，體系評估正面臨理論和方法的挑戰，以往的評估方法在體系貢獻率評估也不再適用，這里給出一種方法論和幾種具體的評估方法。

3.1 綜合集成方法論

綜合集成的系統方法論是在開放復雜系統的研究實踐上提煉、概括和抽象出來的[11]。經過不斷的演進和發展，該方法論逐漸在經濟、社會、工程等各領域得到成功的應用，典型的應用如財政補貼、價格、工資綜合研究[12]，青藏高原形成演化及其環境、資源效應研究等。綜合集成方法研究的每個問題都是極為復雜的系統，它們大多具有如表1所示的特點。

根據表1所述，對照體系對抗試驗復雜性分析，可知電子信息裝備體系對抗試驗也滿足開放復雜系統的特點，又因為性能試驗在體系對抗條件下的方法論不足，所以完全可以應用綜合集成方法來研究適用于體系對抗試驗中體系貢獻度評估的方法。

體系貢獻度評估的結果是為了發現整個電子信息系統在體系結構、能力和對抗效能上存在的問題，評估的重點是整個體系，通過評估電子裝備的體系貢獻率，提高對整個體系的認知，最終達到輔助體系對抗、建設決策的目的。建立一個綜合性體系對抗仿真試驗環境，將需要進行評估影響的裝備放入環境中，并通過快速試驗的相關體系性效果，以達成支持對抗決策的目的。換句話說，就是構建一個體系對抗仿真環境開展仿真試驗，對電子裝備體系中的重點裝備、焦點裝備進行“加”“減”“改”后觀察和分析會對體系帶來什么影響。例如，己方增加或減少某種電子裝備對體系能力有什么影響？敵方增加或減少某種電子裝備對己方體系有什么影響？電子裝備性能指標的改變對雙方的體系會有什么影響？等等。這個體系仿真試驗環境就是一個為對抗決策提供“可操控”的綜合集成研討環境，是“綜合集成方法”的一種具體實現，進一步可以在這個體系對抗試驗環境中根據需要開展研討規劃試驗方案、改變參數、增加/減少裝備、快速仿真等活動，評估分析體系中電子裝備的能力和貢獻率。

表1 復雜系統問題特點

3.2 相關具體方法

3.2.1探索性分析方法

探索性分析是對各種不確定性要素產生的結果進行整體研究，通過探索性分析，可以全面分析各種不確定因素對于特定問題的影響，整體把握各種關鍵要素，探索可以完成相應任務需求的系統各種能力與策略，尋求滿意解以及后續調整方案。

根據體系貢獻度的相對性，同一裝備在不同的對抗條件、對手和樣式下的體系貢獻率是不一樣的，為了全面分析電子信息裝備的體系貢獻率，獲得電子信息裝備體系貢獻率的綜合評估結果，探索性不失為一種有效的解決方案。在進行體系貢獻率具體實施時，可以將待考核電子信息裝備的基本能力作為主要探索變量，在不同的配試裝備情況下，通過對有無該型電子信息裝備作戰結果的對比分析，可以獲得該裝備所具有的基本能力對體系的基本貢獻。

3.2.2影響圖建模方法

影響圖建模方法是一種研究復雜系統的規范化建模方法，該方法通過分析所研究的復雜系統，找出表征系統運行過程所必需的系統參量，通過分析系統各參量之間的相互關系畫出系統的影響圖，根據系統圖與系統參量的實際物理意義，運用一定的建模算法，得出系統的狀態方程，然后進行仿真分析，可用于進行不同條件下能力變化的分析。

由影響圖分析方法畫出的系統影響圖，能夠直觀的反映出體系對抗條件下對抗體系中各個系統、各要素的相互作用和相互關系，這種關系描述是體系貢獻率評估的基礎，它能直觀反應貢獻者與受益者直接或間接的關系。這樣，利用影響圖模型和分析方法，可以開展不同條件下電子裝備對抗效能分析，通過對比分析有無評估電子裝備加入對抗體系引起對抗效能的變化，即可得到該待評估電子裝備的體系貢獻率。

3.2.3粗糙集評估方法

電子裝備體系貢獻率評估的核心是分析電子信息裝備加入體系前后體系作戰能力之間的變化關系，這一問題的研究在很大程度上依賴于相關數據的質量。然而，在實際評估中電子對抗的復雜性，導致評估數據本身的不確定性、模糊性以及影響因素的復雜性，進而出現評估信息不準確、不可靠的結果，因而需要一種有效的數據分析方法。粗糙集是一種處理模糊性和不確定性知識的數據分析工具，它僅利用數據本身所提供的信息，無需任何先驗知識，不需建立解析式數學模型，完全由數據驅動；具備從大量數據中求取最小不變集和最小規則集的能力，能夠挖掘出潛在有價值的評估信息；還可根據評估數據本身的規律計算指標的權重，不完全依賴專家的知識判斷或經驗，能消除主觀性和模糊性，使評估結果更加準確、可信。

4 結束語

電子信息裝備體系化、網絡化、系統化的發展趨勢，對于裝備試驗鑒定既是挑戰又是機遇。針對體系對抗試驗的難題，本文在分析體系對抗試驗復雜性的基礎上，探析了電子裝備體系貢獻度的基本概念，論述了電子裝備試驗體系貢獻度評估的基本特點、模式與計算等相關問題,評析了電子裝備體系貢獻度評估的綜合集成方法論和幾種具體的評估方法，為電子信息裝備體系對抗試驗提供重要理論支撐。■