系統(tǒng)彈性

李梓 謝汶姝 賈麗

摘要：本文回顧總結(jié)了傳統(tǒng)的保障效能評價指標(biāo)體系，并將其劃分為通用型和專用型兩類。由于傳統(tǒng)的評價指標(biāo)難以適應(yīng)復(fù)雜裝備體系的性能降級和平滑恢復(fù)過程，本文提出采用系統(tǒng)彈性這一新型指標(biāo)評價裝備體系的保障效能。

Abstract： This paper reviews and summarizes the traditional evaluation index system of security effectiveness， and divides it into two types： general purpose and special type. Because the traditional evaluation index is difficult to adapt to the performance degradation and smooth recovery process of complex equipment system， this paper proposes to use the new index of system flexibility to evaluate the security efficiency of the equipment system.

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)彈性;保障體系;保障效能評估

Key words： system flexibility;security system;security effectiveness evaluation

中圖分類號：E917 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）15-0008-03

0 ?引言

高新技術(shù)發(fā)展迅速，其以信息技術(shù)為核心，加快了世界軍事的變革，戰(zhàn)爭形態(tài)開始逐漸向信息化轉(zhuǎn)變，戰(zhàn)爭形態(tài)也演變成五位一體的聯(lián)合作戰(zhàn)，包括海、陸、空、天、電磁。信息化武器裝備會越來越優(yōu)良，可想而知，未來戰(zhàn)爭將更智能化和信息化，武器裝備的生存空間將被無限擠壓，但戰(zhàn)場損傷可能會更加殘酷。隨著無人化智能化技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭具有以下幾個特點(diǎn)：

第一，態(tài)勢全面感知，傳感技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的發(fā)展得以實現(xiàn)對海、陸、空、天的全面感知。

第二，裝備無人自主，裝備的無人化占比日益提高，改變了作戰(zhàn)力量的組成結(jié)構(gòu)。

第三，指揮智能決策，指揮決策方式由以往的經(jīng)驗決策逐漸向基于態(tài)勢感知數(shù)據(jù)的人工智能分析和決策轉(zhuǎn)變。

第四，裝備集群異構(gòu)，裝備形成自主化的作戰(zhàn)集群與編隊，不同裝備間協(xié)同作戰(zhàn)，形成復(fù)雜的異構(gòu)自適應(yīng)對抗體系。

未來戰(zhàn)爭形態(tài)可想而知的復(fù)雜，在這種形勢下，為更好的發(fā)揮裝備體系的作戰(zhàn)效能，應(yīng)建立與之相匹配的保障體系。閆旭等認(rèn)為保障節(jié)點(diǎn)耦合形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)即為裝備保障體系。王文峰指出，裝備保障網(wǎng)絡(luò)是依托裝備保障設(shè)施，按照一定的要求和原則，把各類保障資源進(jìn)行合理部署，從而形成的一個網(wǎng)絡(luò)化布局的保障體系。韓振等將研究重點(diǎn)放在了維修保障力量體系，其提出維修保障體系包括維修資源倉庫、維修指揮機(jī)構(gòu)、維修單元等組成部分，它屬于一種復(fù)雜系統(tǒng)，構(gòu)成原則是性能上相互補(bǔ)充、功能上相互聯(lián)系、結(jié)構(gòu)上綜合集成。上述文獻(xiàn)體現(xiàn)了裝備保障體系的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特性，指出裝備保障體系能夠在復(fù)雜環(huán)境下針對不同的高難度任務(wù)，利用自身的涌現(xiàn)效應(yīng)和演化功能，及時將可能出現(xiàn)的問題解決掉。

針對復(fù)雜裝備保障體系，本文提出將系統(tǒng)彈性作為一個新的指標(biāo)對保障效能進(jìn)行評估。

1 ?保障效能評估指標(biāo)回顧

保障效能是指裝備保障體系的功能、運(yùn)行質(zhì)量和保障效果的統(tǒng)稱，是裝備保障體系在訓(xùn)練、作戰(zhàn)活動中綜合能力的體現(xiàn)，是裝備保障體系的組成要素、結(jié)構(gòu)機(jī)制、運(yùn)行狀態(tài)等的綜合反映。為對保障效能進(jìn)行評估，文獻(xiàn)中針對不同系統(tǒng)采用了多種不同的指標(biāo)體系。根據(jù)評估對象劃分，可將保障效能評估指標(biāo)體系分為通用型和專用型兩類。

1.1 通用型指標(biāo)體系

通用型指標(biāo)體系是指度量保障效能的指標(biāo)體系與系統(tǒng)的具體功能無關(guān)，可適用于各類系統(tǒng)。

上世紀(jì)60年代中期，美國工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢委員會WSEIAC提出了ADC模型，又稱為WSEIAC模型，當(dāng)前在武器系統(tǒng)效能評估中是一種常用手段。該模型綜合各項參數(shù)分析了裝備系統(tǒng)的總體效能，其表達(dá)式為

E=A×D×C

式中，E表示武器系統(tǒng)的效能，A={a1，a2，…，an}為系統(tǒng)可用度，表示系統(tǒng)開始執(zhí)行任務(wù)的瞬間處于可承擔(dān)任務(wù)狀態(tài)或可工作狀態(tài)的程度，一般用概率表示，ai（i=1，2，…，n）為開始執(zhí)行任務(wù)時處于i狀態(tài)的概率;C=[cjk]j×k為系統(tǒng)的能力矩陣，表示系統(tǒng)與實際要求能力之間的符合程度，cjk為系統(tǒng)在狀態(tài)j下完成任務(wù)k的能力;D=[dij]i×j為可信度矩陣，表示系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)處于某一狀態(tài)而結(jié)束處于另一狀態(tài)的轉(zhuǎn)移性指標(biāo)的描述，dij為開始瞬間系統(tǒng)處于i狀態(tài)而使用過程中轉(zhuǎn)移到j(luò)狀態(tài)的概率。

這一指標(biāo)體系是一種基于系統(tǒng)狀態(tài)的度量方法，適用于對各類系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)下的保障效能評估。多篇文獻(xiàn)采用ADC模型對軍用飛機(jī)[1]、軍事物流基地[2]、通信裝備[3]以及導(dǎo)彈武器系統(tǒng)[4][5]等不同系統(tǒng)的保障效能進(jìn)行了評估。ADC方法通常基于平均故障間隔時間、平均修復(fù)時間、平均保障延誤時間等通用質(zhì)量特性參數(shù)進(jìn)行計算。

與ADC方法類似，周揚(yáng)等基于一系列通用質(zhì)量特性參數(shù)對軍用飛機(jī)的保障效能進(jìn)行了仿真評估，選取使用可用度、能執(zhí)行任務(wù)率和壽命周期費(fèi)用作為戰(zhàn)備完好能力的評價指標(biāo)，選取出動架次率、任務(wù)成功率、再次出動準(zhǔn)備時間聯(lián)合壽命周期費(fèi)用作為任務(wù)持續(xù)能力的評價指標(biāo)，然后將戰(zhàn)備完好能力和任務(wù)持續(xù)指標(biāo)綜合評價得到保障效能。這一指標(biāo)體系也同樣適用于其他裝備系統(tǒng)。

1.2 專用型指標(biāo)體系

專用型指標(biāo)是指度量保障效能的指標(biāo)體系與系統(tǒng)的具體功能和專用質(zhì)量特性有關(guān)，一般難以應(yīng)用于其他系統(tǒng)。

李贊等[6]在評估軍用機(jī)場體系設(shè)施作戰(zhàn)保障效能時建立了與軍用機(jī)場專用功能相關(guān)的指標(biāo)體系，用機(jī)場體系總體數(shù)量、一二三線機(jī)場體系數(shù)量和機(jī)場密度、保障作戰(zhàn)飛機(jī)起降數(shù)量規(guī)模表示機(jī)場總體規(guī)模，用各機(jī)場體系覆蓋區(qū)域面積和各機(jī)場體系覆蓋度表示作戰(zhàn)覆蓋范圍，用指定時間內(nèi)可出動的作戰(zhàn)飛機(jī)數(shù)量和單位時間內(nèi)可出動的作戰(zhàn)飛機(jī)數(shù)量表示作戰(zhàn)布勢情況，然后將機(jī)場總體規(guī)模、作戰(zhàn)覆蓋范圍和作戰(zhàn)布勢情況三個指標(biāo)綜合評估得到機(jī)場體系保障效能。

朱亮等在評估運(yùn)輸勤務(wù)訓(xùn)練場保障效能時也將指標(biāo)分成訓(xùn)練場建設(shè)和訓(xùn)練場使用兩類，訓(xùn)練場建設(shè)包括場地建設(shè)、器材建設(shè)和保障建設(shè)，訓(xùn)練場使用則包括使用情況和使用效果兩類。

葛大江等將通信裝備維修保障效能劃分為通信裝備搶救效能、搶修效能、后送效能和通信器材供應(yīng)效能。

專用型保障效能評價指標(biāo)體系還運(yùn)用于網(wǎng)絡(luò)電磁空間作戰(zhàn)情報保障效能、裝備保障指揮效能等，這類指標(biāo)體系通常運(yùn)用AHP法進(jìn)行綜合評價。

2 ?系統(tǒng)彈性的計算與保障效能評估

上述指標(biāo)體系通常將系統(tǒng)的狀態(tài)只分為正常和故障兩種狀態(tài)，但是對于復(fù)雜裝備體系來說，系統(tǒng)的狀態(tài)不止兩種，由于其功能的復(fù)雜性和系統(tǒng)自身的容錯性，在系統(tǒng)一個或多個部位發(fā)生故障后，并不會導(dǎo)致系統(tǒng)完全宕機(jī)，而是會出現(xiàn)性能降級但仍持續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)。同時，系統(tǒng)的恢復(fù)過程也不是瞬變的，而是通過多個故障的逐一修復(fù)而逐漸恢復(fù)正常的。為表示系統(tǒng)在出現(xiàn)故障后降級運(yùn)行，并逐漸恢復(fù)的過程中，系統(tǒng)的保障效能，本文引入系統(tǒng)彈性這一新的保障效能評價指標(biāo)。

彈性的英文單詞resilience最早來源于拉丁語的“resiliere”，意思是“回彈”。1977年Holling在其論文中將“彈性（resilience）”定義為“生態(tài)系統(tǒng)持久能力以及系統(tǒng)吸收變化和干擾后仍然保持種群或狀態(tài)變量之間的關(guān)系的能力”，從此將彈性一詞引入科學(xué)領(lǐng)域，彈性的定義不斷演變，逐漸細(xì)化，以適應(yīng)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用。

基礎(chǔ)設(shè)施的彈性是降低破壞性事件的量級和/或持續(xù)時間。一個彈性系統(tǒng)的效能取決于其預(yù)測、吸收、適應(yīng)以及快速恢復(fù)自一個潛在的破壞性事件。信息物理系統(tǒng)的彈性是系統(tǒng)在受到攻擊時承受損失、平滑降級并以最小的損失恢復(fù)到初始狀態(tài)的能力。

經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的彈性表示一種面對危害產(chǎn)生的內(nèi)在的、適應(yīng)性的響應(yīng)，使得個體和團(tuán)體避免一些潛在的損失。

為區(qū)別材料科學(xué)中的彈性，本文將這一指標(biāo)命名為系統(tǒng)彈性。通過各領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)彈性的定義，可以總結(jié)出來，系統(tǒng)彈性能夠表征：

①系統(tǒng)對外部干擾的預(yù)測、抵抗、吸收能力，即對外部環(huán)境的適應(yīng)能力;

②系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)部故障后性能平滑降級的能力，即不中斷運(yùn)行、系統(tǒng)不崩潰的能力;

③系統(tǒng)發(fā)生性能降級后的恢復(fù)能力。

這三個方面即綜合保障工作對裝備體系運(yùn)行起到的作用，因此系統(tǒng)彈性能夠度量保障工作的效果，進(jìn)而評價裝備體系的保障效能。

裝備體系從發(fā)生故障到恢復(fù)到正常水平的過程如圖1所示。

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圖1中從t0時刻到ts時刻的曲線表征系統(tǒng)的變化過程。Q（t）表示系統(tǒng)的性能參數(shù)隨時間t變化的曲線，系統(tǒng)正常工作時的性能水平為Q0，在t0時刻，由于干擾因素導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)性能降級，性能水平最低降至Ql，從tl時刻系統(tǒng)性能水平開始回升，在ts時刻恢復(fù)至正常工作狀態(tài)。

Bruneau等為評價地震發(fā)生后社會組織彈性提出了彈性三角模型，用彈性損失度量系統(tǒng)彈性，彈性損失越大，表示系統(tǒng)彈性越差，如圖2所示。

3 ?結(jié)論

本文對傳統(tǒng)的裝備保障效能評價指標(biāo)體系進(jìn)行總結(jié)，劃分為通用型和專用型兩類指標(biāo)體系。傳統(tǒng)的評價指標(biāo)將裝備體系的狀態(tài)分為正常和故障兩種，已不適用于當(dāng)前復(fù)雜的裝備體系。因此，本文提出了采用系統(tǒng)彈性作為指標(biāo)評價裝備體系的保障效能。該指標(biāo)能夠表征裝備體系在發(fā)生故障后降級運(yùn)行和平滑恢復(fù)的過程，可作為傳統(tǒng)保障效能指標(biāo)體系的有力補(bǔ)充。

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