对武器装备体系结构优化几个基本问题的理性认识

李仁传，张合勇，殷燕

（后勤指挥学院，北京100858）

伴随现代战争体系对抗特点的日益凸现，武器装备体系结构优化问题已经成为当前装备领域的一个研究热点，其成果也可谓汗牛充栋，数不胜数。然而关于它的相关概念、内容构成和研究方法论等一些基本理论问题，有些还处于争议或模糊状态。本文试图对此作一点粗浅的探讨。

1 对武器装备体系结构优化相关概念的界定与理解

1.1 武器装备体系

武器装备体系的概念，尽管迄今国内外有许多种版本的定义，但解释的内容却大同小异，即普遍认为：体系（System of Systems，SoS）是“由系统组成的系统”，武器装备体系就是由功能上相互联系、相互作用的各种武器装备系统组成的更高层次的系统[1]。

对上述定义仔细推敲则不难发现，它非常重要的一点是强调武器装备体系必须由多种不同类型的武器装备组成，这样，严格地讲其外延并不包括由两个以上同类同型号装备组成的系统。而事实上，由多个同类同型号武器装备构成的系统，如8门火炮、3艘驱逐舰或4架歼击机等，尽管其成员之间的关系比较简单，但组合起来之后，由于系统的规模效应，也会产生一些本质上全新的系统特性和行为，且同样是由“两个以上可以相互区别的要素构成的集合体”[2]，相对单一武器装备系统，也是“由系统组成的系统”或也可以构成一个体系。基于这一认识，并参照《军语》（1997版）中的有关解释，本文把武器装备体系的概念重新界定为：武器装备体系是指面向作战需求而由功能上相互联系、相互作用的多个武器装备系统组成的更高层次的有机整体。对于该定义内涵的理解需要把握以下三点：

（1）武器装备体系也是一个系统，具有系统的一切特性，如集合性、相关性、层次性、整体性等。称作体系而不称为系统，一方面因为这个系统各体系成员之间的耦合，没有单一武器装备系统组成部件之间那样紧密；另一方面因为它由众多武器装备系统组成，规模庞大、种类和层次繁多，组分之间关系复杂[1]。

（2）武器装备体系的微观组分或体系成员是各个单一武器装备整体，而不是各武器装备的组件单元，如陆战武器装备体系中，不宜把坦克再分解为火炮、航向机枪、高射机枪等。

（3）武器装备体系须由两个或两个以上单一武器装备系统组成。这些单一武器装备系统，既可以是不同种类的武器装备，也可以是同一种类不同型号的武器装备，还可以是同一种类同一型号的武器装备。这样，按照体系成员的同一性和差异性，武器装备体系可大体分为三类，即同类同型号武器装备体系、同类不同型号武器装备体系和不同种类武器装备体系。

1.2 武器装备体系结构

武器装备体系结构是武器装备体系内部各成员之间联系方式、组织秩序及其相互关系的内在表现形式。与一般系统结构的划分相类似，武器装备体系结构也可按其动态特征分为框架结构与运行结构[3]。框架结构是一种静态结构，指当武器装备体系处于尚未运行或非作战使用状态时各组分之间的基本关联方式；运行结构是一种动态结构，指武器装备体系处于运行或作战使用过程中所体现出来的组分之间的相互依存、相互支持、相互制约的方式。本文所研究的武器装备体系结构主要指前者即框架结构。

武器装备体系的框架结构又有许多具体表现形式，最基本的当属层次结构、比例结构、数量结构和质量结构这四种。层次结构，是指武器装备体系中各类武器装备的构成情况及其相互关联方式；比例结构，是指武器装备体系中各类武器装备之间的最简编配比例（无公约数）；数量结构，是指武器装备体系中各类武器装备的编配数量情况；质量结构，是指武器装备体系中高中低档或各种型号武器装备的搭配情况。

1.3 武器装备体系结构优化

优化，是系统演进的进步方面，其一般意义是指在一定条件下对于系统的组织、结构和功能的改进，从而实现耗散最小而效率最高、效益最大的过程[2]。按照这一解释，本文把武器装备体系结构优化定义为：基于作战背景、能力需求和资源约束等条件，寻求各种武器装备之间的最佳匹配，使武器装备体系的整体军事价值达到最大的过程。其中，资源约束主要包括经费限制、时间限制和技术实现能力限制等；最佳匹配主要是指作战功能匹配、技术性能匹配、数量规模匹配、质量高低匹配等。这里需要进一步强调或解释的是：

（1）武器装备体系结构优化最重要的是整体优化。任何一级的武器装备体系结构优化，从整体与部分或者系统与要素的关系来看，都可以划分出四种基本情况：一是每个局部的子系统功能都很好，组合起来整体系统也最优。二是局部子系统的功能好，但整体系统并非最优。三是从局部看并非最好，但从全局看却是好的。四是从局部看并非最好，从全局看也并非最优。武器装备体系结构优化，要求在整体最优的前提下，尽可能照顾到局部利益。对此，应争取第一种情况的出现，避免第二种和第四种情况出现，最低目标也要保证第三种情况出现。

（2）一个优化好了的武器装备体系结构应具有如下四条特征：一是种类齐全，即武器装备体系能够满足全部军事功能需求，没有缺项（如渡海登岛作战，海陆空等各类武器装备通常都不可或缺）；二是规模适度，即每类武器装备乃至整个武器装备体系的数量规模，都必须控制在一定范围之内，不能过大，也不能过小；三是功能互补，即各类武器装备构成一个有机整体，彼此之间在功能上存在良好的互补关系；四是军事价值最大，即在一定约束条件下作战效能最高或作战能力最强。

2 武器装备体系结构优化的内容、任务、分析视角及研究方法论

2.1 武器装备体系结构优化的内容与任务

对应武器装备体系结构的具体表现形式，武器装备体系结构优化的基本内容与任务通常包括层次结构优化、比例结构优化、数量结构优化和质量结构优化。在这四项基本内容与任务当中，层次结构优化是基础，因为只有明确武器装备体系应该由哪些类武器装备组成，以及相互支配关系如何，才能在此基础上进一步探讨其比例结构、数量结构和质量结构的优化问题。数量结构优化是核心，因为只有弄清各种武器装备应该编配的具体数量，才能对现有武器装备体系进行有效整合，制定出相应的建设方案或完成编配。而比例结构和质量结构优化，则在一定程度上可以通过数量结构优化反映出来。

武器装备体系结构优化的基本内容与任务并不是一成不变的，它会因武器装备体系类型的不同而有多有少、有简有繁。按照1.1中关于武器装备体系的分类方法，对于同类同型号武器装备体系（如针对防空能力，由多件同型号高炮组成的武器装备体系），这是武器装备体系中相对比较简单的一类，体系成员的地位作用基本是平等或相同的，其结构优化的内容与任务，主要是解决体系成员的数量规模问题。对于同类不同型号武器装备体系（如地面防御作战中，由各种不同型号火箭筒或坦克、步战车组成的反装甲武器装备体系），与前者相比这类武器装备体系的复杂程度要更高一些，其结构优化的内容和任务，不仅仅是要解决各类武器装备数量的合理编配问题，而且还要考虑其质量结构即高中低档或各种型号武器装备的搭配情况。对于不同种类武器装备体系（如联合登岛作战中，由舰艇、飞机、导弹、坦克、火炮等组成的武器装备体系），这是武器装备体系结构优化问题中最为复杂的一类，也是表现最为普遍的一类，其结构优化的内容和任务，则涉及武器装备体系的层次结构、比例结构、数量结构和质量结构等全部内容。

2.2 武器装备体系结构优化问题的分析视角

任何一类武器装备体系结构优化问题都存在两个分析视角，即基于特定作战任务的武器装备体系结构优化和基于装备发展战略的武器装备体系结构优化。前者主要用于装备作战使用研究，即针对特定的体系对抗环境和任务需求，以提高武器装备体系的总体作战效能为目标，解决既有武器装备的最佳编配问题；后者主要用于装备发展论证研究，即着眼长期军事使命，立足一般作战环境和潜在的体系对抗需求，以提高武器装备体系的总体作战能力或固有效能为目标，解决未来武器装备体系总体建设的最佳规划或方案问题。前者具有明确的目标指向性，即更加面向具体的战争、战役或战术任务，着重考虑具体作战方向、作战对象、作战样式和作战特点等因素，主要强调军事目标的实现；后者的目标指向性则相对比较笼统或趋于一般，着重考虑武器装备体系对各种作战样式、作战任务的适应性和鲁棒性，除军事需求外，还要综合考虑经济承受力、技术风险和建设时限等多方面因素的影响。

特别需要指出的是，两种分析视角下的武器装备体系结构优化尽管存在一些区别，但彼此之间并不是完全对立的，而是相辅相成的。因为基于装备发展战略的武器装备体系结构优化，可为更大规模、持续更长时间的面向作战的武器装备体系结构优化提供基础与可能；反之，基于特定作战任务的武器装备体系结构优化，或任何一次局部战争的装备优化配置实践，都可以为面向整体的武器装备体系结构优化提供并积累经验。总之，两者之间的关系应当是特殊与一般、个性与共性、动态与静态、战时与平时的关系。

2.3 武器装备体系结构优化问题的研究方法论

还原论和整体论是系统复杂性研究中两种截然不同的方法论。在处理武器装备体系结构优化这样一个复杂性问题时，还原论和整体论各有优长和局限，二者不可或缺，但又不能相互替代。更进一步说，研究武器装备体系结构优化，不要还原论不行，只要还原论也不行；不要整体论不行，只要整体论也不行。因为不还原到武器装备成员的层次，不了解局部或各个子体系的精细结构，那么对整个武器装备体系的认识只能是直观的、笼统的、甚至是猜测性的，就会“只见森林，不见树木”。相反，没有整体的观点，对整个武器装备体系的认识只能是零碎的，就会“只见树木，不见森林”，不能从整体上把握事物、解决问题。因此，研究武器装备体系结构优化问题，科学的方法论应当是还原论和整体论的有机结合，即系统论。

系统论按照钱学森同志的说法“是还原论和整体论的辩证统一”[4]。系统论认为，在客观世界中简单与复杂是相对的而不是绝对的，简单中有复杂，复杂中也有简单。就所有武器装备体系结构优化问题而言，有简单与复杂之分，如同类同型号武器装备体系结构优化问题和不同类型武器装备体系结构优化问题。同样，对任何一个具体的武器装备体系结构优化问题来说，在其所要研究解决的全部问题当中也有简单和复杂之分，如海军武器装备体系结构优化中，针对携弹量、排水量等可线性叠加指标的体系价值评估问题，以及针对速度、射程或毁伤率等非线性叠加指标的体系价值评估问题。因此，研究武器装备体系结构优化问题时，不应笼统地选择使用整体论或还原论某个单一方法，而应在对整体与局部关系、问题性质与类型认真分析判定的基础上，把使用的方法论区别开来。进一步讲，对于数量规模较小、体系结构层次较少、体系成员种类比较单一等总体相对简单的武器装备体系结构优化问题，以及具有线性关系或满足可线性叠加的局部问题，宜作简单性处理，用VFT法、AHP法和FVA法等还原论方法解决，而对于数量规模较大、体系结构层次较多、体系成员种类较多等总体相对复杂的武器装备体系结构优化问题，以及局部具有非线性关系或不满足可线性叠加的一些具体问题，宜作复杂性处理，用基于整体论的思路与方法解决。

3 武器装备体系结构优化问题的工作流程

从武器装备体系结构优化的定义可以看出，武器装备体系结构优化问题实属多目标决策问题。不管哪种分析视角下的武器装备体系结构优化，其完整的工作流程一般都可概略分为如下四个阶段。

3.1 军事需求分析阶段

军事需求分析是武器装备体系结构优化问题研究的前提和基础。其主要工作包括体系对抗背景分析（作战环境、作战样式、作战对象或潜在对象、可能的作战规模等）、体系使命任务分析、体系功能需求分析等内容。从微观角度讲，这一阶段的核心任务是基于武器装备体系的使命任务分析，建立功能需求指标体系，以牵引武器装备体系层次结构的分析与设计，支持武器装备体系军事价值的建模与评估。

3.2 体系层次结构分析阶段

体系层次结构分析是武器装备体系数量和质量结构优化的前提。主要工作包括：基于总体功能需求划分子系统，探讨整个武器装备体系具体该由哪些种类的装备组成，以及各类装备成员之间在功能、层次和逻辑上的相互关系与合作、竞争机制，从而建立与总体功能需求相匹配的武器装备体系层次结构模型。

3.3 体系价值综合评估阶段

体系价值综合评估是武器装备体系结构优化工作的一个核心技术环节。其完成的工作通常包括：单一武器装备系统的军事价值评估、多件同类武器装备体系的军事价值评估、多件异类武器装备体系的军事价值评估或体系结构方案的军事价值评估等。体系价值综合评估是围绕功能需求指标体系和装备层次结构体系展开的。这一评估过程，从某种意义上讲，就是这两大体系通过某些规则、模型和算法等不断交融、聚合的过程。因此，这一阶段的中心任务是建立起各种评估模型，包括装备成员、子体系和体系关于单项指标计算或评估模型、子需求指标体系聚合模型和总需求指标体系综合模型等。

3.4 结构方案优选阶段

体系结构方案是体系层次结构中各种装备成员的组合。结构方案优选的主要工作包括选择价值目标函数、确定约束条件及其阀值、生成备选方案和方案优选等内容。其中具体目标函数、约束条件及其权重，应根据不同类型的武器装备体系灵活择定。

4 武器装备体系结构优化几个关键技术问题的解决思路

4.1 武器装备体系备选方案生成的基本思路

备选方案生成是武器装备体系方案优选的一个必要步骤。在体系层次结构已经确定的情况下，武器装备体系备选方案生成的过程，实则就是不同种类不同数量的武器装备的组合过程。对此，传统办法是采取“先生成后筛选”的思路，即首先基于各个体系成员在数量上的可能取值范围（具体可由经验丰富的专家或部队指挥员设定），通过遍历其中的所有元素，产生全部体系方案。这些体系方案，虽然从局部看其每个体系成员的取值都是合理或符合要求的，但从整体看却无法保证其中的每个方案也都是可行或符合整个体系约束条件要求的。因此，接着还需要将各体系方案与体系约束条件一一进行比较和判断，淘汰明显劣案（即超出体系约束条件的方案），筛选出备选方案集（其中每个方案都是可行的）。从理论上看，这种思路与办法无疑是完全可行的，但是，当装备种类较多或各体系成员的可能取值范围较大时，根据组合理论可知，体系方案的总体数量将呈几何级数增长，这样，在进一步的体系价值评估和方案优选时势必要出现海量的计算。为此，可设想利用体系约束条件，首先对各体系成员的可能取值进行筛选，求出其最小数量集合，使遍历的范围最小，并保证生成的每一个方案都满足给定的约束，即均为可行方案。与传统思路相比较，这种思路实际上是将体系方案产生与筛选两个环节合二为一，利用体系约束条件直接生成可行的备选方案，这样，可大大减少运算量，提高体系方案的生成效率。这种思路目前已在海军武器装备体系结构优化问题的研究中得到应用和实现（限于文章篇幅，其具体实现过程不作介绍）。

4.2 整个武器装备体系价值聚合的基本思路

武器装备体系价值聚合是体系价值评估乃至整个体系结构优化问题的一个关键环节。对应前文关于武器装备体系价值评估过程的分析和描述，实现整个武器装备体系价值聚合的基本思路可有两种。

一是按功能需求指标体系进行聚合：①求出武器装备体系中各个装备关于每个评估指标的军事价值；②按照武器装备体系的层次结构关系从下至上进行聚合，求出整个武器装备体系关于每个评估指标的军事价值；③按照评估指标体系的层次结构关系（如图1所示）从下至上进行聚合，求出武器装备体系关于全部评估指标的综合军事价值。二是按武器装备体系层次结构（如图2所示）从下至上进行聚合：①求出武器装备体系中各个装备关于每个评估指标的军事价值；②求出武器装备体系中各个装备关于全体评估指标的综合军事价值；③按照武器装备体系的层次结构关系从下至上进行聚合，求出整个武器装备体系的军事价值。

上述两种思路中，前者实际上是把武器装备体系当作一个整体，在求出其关于每个指标的评估值后，按指标体系从下至上进行聚合；后者实际上是把评估指标体系当作一个整体，在求出每个装备成员关于其评估值之后，按武器装备体系从下至上进行聚合。从理论上讲，两种思路均具有可行性，即都可以实现对武器装备体系的价值评估；从实践上看，也都能够在以往关于武器装备体系结构优化问题的研究中，找到相应的应用实例。其中，按第一种思路的应用实例甚多，在此不一一列举；后者如杜派的战斗力指数法、沈培新的后勤骨干装备编配结构优化[5]等。

4.3 同类同型号武器装备体系价值聚合的基本思路

武器装备体系价值的大小与其子体系的规模即各种装备的数量具有直接关系。在体系价值由装备成员级向上聚合时，无论在总体上采取按武器装备体系思路还是按指标体系思路，都不可避免地要遇到多件同类同型号武器装备体系价值的聚合问题。对此，同样也有两种不同的解决思路：一种是无论对任何指标，都是将单个装备价值指数与该类装备数量直接相乘，作为这个子体系的综合价值。另一种是根据指标性质及其相互关系，决定采取哪一种具体的聚合算法，确定子体系的综合价值。例如，在海军武器装备体系价值评估中，对于排水量、携运量等可线性叠加指标，采用将单个装备价值指数与该类装备数量直接相乘的算法；对于速度、射程或毁伤率等非线性叠加指标，采用“取小”、“取大”或其他算法。

第一种思路是解决多件同类同型号武器装备体系价值聚合问题的传统思路，它实际上是把武器装备之间的关系，当作一种简单的线性关系看待，进而使得由于规模效应引起的子体系的整体涌现性或非加和性无法得到呈现和反映。显然，从本质上讲，它属于还原论的范畴，或者说直接将装备级价值指数和该类装备数量的乘积聚合到子体系级是没有意义的。第二种思路，是基于系统论的思路。这种思路恰恰能够较好地反映由多件同类装备组成的系统的整体性与非加和性，因此，它相对第一种思路是比较理想的思路。当然，这也是目前武器装备体系研究中一个尚未完全攻克的难题。

4.4 武器装备体系数量结构优化的基本思路

数量结构优化，是武器装备体系结构优化的核心内容。其主要任务是在一定资源约束下，基于已经确定的武器装备体系的层次结构，以武器装备体系的整体功能最强或军事价值最大为目标，求出其中各种装备成员的具体数量，实现装备成员之间在数量规模上的最佳匹配。

关于武器装备体系数量结构优化的基本思路，从理论与实践两个方面研究考察，目前主要有两种：一是基于武器装备体系的成员构成，并通过各种优化方法，首先求出各装备成员之间的最佳编配比例即比例结构；然后，根据总体作战功能需求，确定出骨干或核心装备的数量；最后，按照骨干或核心装备与其他装备成员之间的比例关系，间接求出所有成员的数量。二是基于武器装备体系的成员构成，并根据总体功能需求和约束条件，通过各种优化方法，直接求出各装备成员的最佳编配数量。

这两种思路，粗看起来都有各自的道理，理论上似乎也都是可行的，但仔细分析发现，二者之间有本质的区别。第一种思路在求出武器装备体系的最佳编配比例之后，是采取传统按比例放大的办法，求得整个武器装备体系的数量结构。显然，这是把线性关系、非线性关系均当作线性关系简单处理，将武器装备体系的比例结构和数量结构两个概念混淆甚至等同起来，其解决问题的思想基础是典型的还原论。这样，即使有时选择的具体优化方法很先进，也难以从根本上消除使用还原论所产生的“先天不足”。第二种思路则是直接求出武器装备体系的最佳数量结构。它从方法论的角度看，至少说不存在必然的“先天不足”。只要优化方法选择得当，就有可能把武器装备体系数量结构优化这样一个复杂问题解决好、处理好。因此，相比较而言，第二种思路似乎更为科学、更为合理。

1 李英华，申之明，李伟.武器装备体系研究的方法论[J].军事运筹与系统工程，2004，18（1）：17—20.

2 邹珊刚，黄麟雏，等.系统科学[M].上海：上海科技教育出版社，1987.

3 许国志.系统科学[M].上海：上海科技教育出版社，2000.

4 北京大学现代科学与哲学研究中心.钱学森与现代科学技术[M].北京：人民出版社，2001.

5 沈培新.后勤骨干装备编配结构优化模型初探[J].军事系统工程（现：军事运筹与系统工程），1991，（2）：35—37.