部队装备管理信息化建设的系统动力学模型

贾红丽，苏坤洋，宋义刚

(1.军械工程学院装备指挥与管理系，河北石家庄050003;2.军械工程学院科研部，河北石家庄050003)

当前，我军部队装备管理信息化建设虽然取得了较大进展，但在建设过程中仍然存在诸多问题，如:对建设缺乏顶层设计和系统规划，各自为政，重复建设，造成了资源的浪费;发展不协调，建设不配套，重“硬”轻“软”，人才、政策法规、标准规范建设落后等［1－2］。其实质是对于部队装备管理信息化建设的规律性问题把握还不够全面和深入，因此迫切需要一种科学方法用于指导部队装备管理信息化建设的规律研究和系统规划。系统动力学作为一种处理复杂系统的定量化方法，将其引入到部队装备管理信息化建设的研究之中，建立相关定性、定量分析模型，对于深入了解建设系统的内部结构和反馈机制，探索部队装备管理信息化建设的特点和规律，为其科学、健康发展提供有效的理论指导和决策支持具有重要意义。

1 部队装备管理信息化建设系统分析

1.1 要素分析

部队装备管理信息化建设作为一个复杂系统工程，由诸多要素构成，既离不开人的参与，也离不开物质支撑和环境保障。因此，笔者把部队装备管理信息化建设的主要要素分为3大类:主体要素子系统，客体要素子系统和环境要素子系统。主体要素系统主要包括装备管理信息化人力资源、装备管理机构等，是部队装备管理信息化建设得以实施和发展的依托力量。客体要素系统主要包括装备管理信息网络、装备管理信息资源、信息技术应用等，是部队装备管理信息化建设的物质内容，是实现部队装备管理信息化的重要基础。环境要素分为内部环境和外部环境。内部环境包括部队装备管理信息化建设的政策法规、技术标准、管理环境、管理文化、评价体系、战略研究等，外部环境包括军队和国家信息化水平、国家高等教育程度、社会信息技术发展状况等。

1.2 结构及特点

部队装备管理信息化建设的系统结构是指系统要素及其之间的相互作用及关系。在装备管理需求的牵引和相关发展战略的指导下，部队装备管理信息化建设得以启动，其客体要素离不开主体要素的力量支持和环境要素的发展保障。环境要素为建设的展开提供资金扶持、政策法规保障、理论指导和技术标准框架等重要保证，使得客体要素的建设能够有条不紊，同时也对主体要素的行为和发展提出了规范和要求。主体要素通过发挥主观能动作用，对客体要素和环境要素产生影响，比如开发利用装备管理信息资源、构建信息系统、优化运行环境、制定标准规范和规章制度等。这三大要素系统相互耦合，构成了部队装备管理信息化建设的复杂动态结构。同时，部队装备管理信息化建设系统又与外部环境时刻发生着信息流、能量流和物质流的交换。部队装备管理信息化建设的系统结构框架如图1所示。

图1 部队装备管理信息化建设系统结构

部队装备管理信息化建设具有以下特点。

1)整体性。部队装备管理信息化建设是一个由一系列要素相互联系、相互作用构成的有机系统，而不是系统要素的简单堆积。同时，单个建设要素的滞后，也将影响整个建设系统功能目标的实现。

2)动态复杂性。部队装备管理信息化建设涉及变量众多，层次结构复杂，不仅系统内部因素之间存在着纵横复杂的反馈关系，而且系统和环境之间也进行着物流、能流和信息流的相互交换和相互作用，整个建设系统在内外部动力的作用下按照一定规律不断地在发展和演化。

3)相互耦合性。部队装备管理信息化建设中的每个要素既对其他要素产生影响，同时又受其他因素的影响，要素与要素之间存在着相互影响、相互作用的耦合关系，同时部队装备管理信息化建设系统与装备保障系统、后勤系统、指挥自动化系统也存在着耦合作用关系。

4)时滞性。部队装备管理信息化建设系统的因和果在时间上和空间上的分离，产生信息和物质流等的时滞效应，从而形成复杂的特性和行为，如信息化人才对部队装备管理信息化建设的影响不是立竿见影的，人才的成长需要一个过程，这个过程存在时间滞延。

5)非线性。由于时间滞延、动态反馈及相互耦合等作用的影响，部队装备管理信息化建设内外部的种种关系在数量上和程度上表现出种种非线性关系，使得系统具有反直观的、千姿百态的动态特性。非线性对系统行为有重大影响，如果简单地将非线性问题线性化，就会丢失掉许多有用的信息，使所研究对象的系统结构失真。

2 部队装备管理信息化建设的系统动力学模型

2.1 系统动力学方法

系统动力学(System Dynamics，SD)是20世纪50年代美国麻省理工学院Forrester教授提出的，它是建立在控制论、系统论和信息论基础上研究复杂系统的结构、功能和动态行为的一种计算机模拟方法。系统动力学认为:系统的行为模式与特性主要取决于其内部的动态结构与反馈机制，系统在内外动力和制约因素的作用下按一定的规律发展演化［3－4］。因此，它从系统的微观结构入手研究系统，根据系统结构与功能的相互作用构造系统的模型，并通过计算机模拟软件展示对模型实施各种不同的政策方案的未来结果，寻求解决问题的正确途径，因此被誉为实际系统的“实验室”［5－6］。

系统动力学方法用于研究部队装备管理建设问题的优越性主要表现在以下几个方面。

1)系统动力学是一种定性与定量分析相结合的计算机仿真方法，擅长处理高度非线性、高阶次、多变量、多重反馈复杂时变系统的问题。对于部队装备管理信息化建设这类复杂系统问题，单纯的定性分析浮于表面，完全的数学描述又因数据的准确性和全面性得不到保证而存在缺陷，运用系统动力学实现定性分析和定量研究的结合，并通过计算机仿真实现人机交互，可方便、有效地对其进行处理。

2)系统动力学擅长处理长期性、动态性、战略性问题［7］。运用系统动力学研究部队装备管理信息化建设系统内部的动态反馈机制，可有效分析其长期动态运行规律。

3)系统动力学模型是一种结构依存型模型，着重研究系统的动态和行为，而对数据的要求不高，甚至在数据不全的条件下，仍可进行研究，比较适合部队装备管理信息化建设这类问题。

4)系统动力学采用因果关系图和流图等图形形式分析问题和建模，具有较好的直观性和透明性。

5)系统动力学模型可以反复进行动态仿真实验。因此，可考察部队装备管理信息化建设中不同的参数、政策因素输入时系统所表现出的动态行为和变化趋势，以寻求较优的系统结构和功能，并可对系统做长期的动态战略性预测。

2.2 模型建立

2.2.1 基本假设和系统边界

考虑到模型可操作性和定量化的需求，做出如下假设。

H1:部队装备管理信息化建设是一个连续、渐进的过程;

H2:不考虑重大政策变革、自然风险等突发性因素的影响。

系统的边界是一个想像的轮廓，把建模目的所考虑的内容包括进去，而与其他部分隔开，在边界内部，凡涉及与所研究的问题有重要关系的概念与变量均应考虑进模型，反之应排除在模型之外。据此，根据上文系统分析，从装备管理信息化人才、装备管理信息化资金投入、装备管理信息资源、装备管理信息化信息技术应用、装备管理信息化建设环境、装备管理信息化固定资产等6个方面考察建设系统。

2.2.2 因果关系分析

因果关系分析是用因果关系图来描述变量与变量之间的相互关系，该方法有利于从总体上认识系统，把握系统结构，了解系统的动态行为。通过上述分析，建立的部队装备管理信息化建设的因果关系如图2所示。图中箭尾元素对箭头元素产生作用，“+”表示正相关关系，“－”表示负相关关系。

图2 部队装备管理信息化建设系统因果关系

2.2.3 流图模型

因果关系图虽然能够直观地描述系统的反馈机制，但由于是粗略的定性描述，不能表示不同性质变量的区别，也不能区分系统的物质流和信息流，必须进一步运用定量化的流图来表示。通过部队装备管理信息化建设的因果关系可以得出它的简化流图，如图3所示。

图3 部队装备管理信息化建设系统简化流图

模型中共有变量55个，其中状态变量6个，速率变量8个，其他为辅助变量或常量。该流图模型中涉及到的主要变量关系如下:

1)部队装备管理信息化建设资金投入=INTEG(资金投入增量，资金投入初始值)，INTEG是积分运算符，代表积分函数，下同;

2)资金投入增量=正常年投入增长率×战略地位因子×装备管理信息化政策环境因子×装备管理信息化环境建设水平×部队装备管理信息化建设资金投入×建设需求因子;

3)装备管理信息化人才数量=INTEG(人才增加量－人才流失量，人才数量初始值);

4)人才增加量=人才年增长率×装备管理信息化人才数量×人才政策因子×教育培训影响因子;

5)人才政策因子=装备管理信息化环境建设水平×政策完善程度;

6)人才流失量=装备管理信息化人才数量×人才年流失率;

7)装备管理信息化固定资产总值=INTEG(固定资产增量－固定资产折旧，固定资产初始值);

8)固定资产增量=固定资产投入系数×部队装备管理信息化建设资金投入;

9)固定资产折旧=装备管理信息化固定资产总值×折旧率;

10)信息技术应用水平=INTEG(技术水平变化量，技术水平初始值);

11)技术水平变化量=信息化人力资源影响因子×信息化人力资源水平×信息技术应用水平×信息技术投入资金影响因子×技术应用环境因子×技术水平年提高率×装备管理信息化环境建设水平;

12)装备管理信息化环境建设水平=INTEG(环境水平变化量，环境水平初始值);

13)环境水平变化量=人才支撑因子×信息化人力资源水平×信息化环境年变化率×战略地位因子×装备管理信息化环境建设水平;

14)装备管理信息资源总量=INTEG(信息资源增量，信息资源量初始值);

15)信息资源增量=人力资源影响系数×信息化人力资源水平×信息技术应用水平×信息技术水平影响因子×正常年开发信息资源增长率×装备管理信息化环境建设水平×装备管理信息资源总量×资源开发利用环境影响因子×资金投入影响因子;

16)部队装备管理信息化水平=(信息化人力资源水平×比例系数w1+信息技术应用水平×比例系数w2+基础设施水平×比例系数w3+装备管理信息资源开发利用水平×比例系数w4+装备管理信息化环境建设水平×比例系数w5)×建设的质量系数;

17)信息化人力资源水平=装备管理信息化人才数量/人才初始数量;

18)基础设施水平=装备管理信息化固定资产总值/初始固定资产总值;

19)装备管理信息资源开发利用水平=装备管理信息资源总量/初始信息资源总量;

20)教育培训影响因子=lookup1(教育培训投入资金)，lookup函数是表函数，用以表示2个变量之间的非线性关系，下同;

21)资金投入影响因子=lookup2(资源开发投入资金);

22)信息技术投入资金影响因子=lookup3(信息技术投入资金);

23)建设需求因子=lookup5(部队装备管理信息化水平);

24)固定资产投入系数=lookup4(Time)。

3 实例仿真

为检验模型的有效性，下面以某部装备管理信息化建设为例，利用系统动力学软件Vensim进行仿真分析。Vensim仿真软件是一个在Windows操作平台下运行的可视化建模工具，具有图示化编程、提供多种分析方法、真实性检验等特点。在编程界面中，给变量输入方程和参数即可进行模拟仿真。

3.1 基本运行及政策模拟

设定仿真起始时间是2005年，结束时间是2015年，仿真步长为1a，其中2005－2009年为现实拟合，2009－2015年为趋势预测。通过对各变量赋初值，可得到模型的仿真结果。

利用系统动力学仿真模型对相关参数进行仿真调控，可以实现对所研究系统的发展预测、政策调控、多方案比较、方案优化、提出对策建议等功能［8］。由于部队装备管理信息化建设的参数众多，限于篇幅不可能一一仿真，为此本文以资金投入、信息技术和建设环境变量为例进行仿真，观察它们和部队装备管理信息化建设水平的动态变化关系。首先对模型进行基本运行，即该部队在当前的发展情况下模型中这些变量的运行结果，见图4中曲线1所示。然后对这些变量进行政策调控，设定4种调控方案，观察资金投入变量和部队装备管理信息化建设水平的动态发展趋势，如图4中曲线2－5所示。

方案1为调整投资结构。其他条件不变，调整教育培训资金投入、资源开发资金投入、信息技术开发费用投入和固定资产投入的比例，由当前的0.1∶0.2∶0.2∶0.5 调整为 0.1∶0.15∶0.25∶0.5，观察系统的行为趋势，如图4中曲线2所示。

方案2为提高投资比例。其他条件不变，将当前的正常年资金投入增长率由15%提高到20%，观察系统行为趋势，如图4中曲线3所示。

方案3为提高技术开发、利用水平。其他条件不变，将信息技术应用水平年提高率由当前的21%提高到30%，观察系统的行为趋势，如图4中曲线4所示。

方案4为加强政策法规制度建设。其他条件不变，将信息化环境建设水平的年提高率由当前的16%提高到25%，观察系统行为趋势，如图4中曲线5所示。

3.2 结果分析

1)通过基本仿真运行可以看出:部队装备管理信息化建设是一个呈上升趋势的动态发展过程，2012年部队装备管理信息化水平较2005年有显著提高。这是因为初期由于各建设要素的建设水平较低，部队装备管理信息化的整体建设水平也较低;经过大量的资金投入之后，各项建设要素，如信息化人才培养、信息资源开发、信息技术应用和基础设施建设等都有了显著的发展，在各要素的共同作用下，信息化建设水平不断提高。

图4 相关变量仿真结果

2)通过政策调控模拟可看出:部队装备管理信息化建设各变量之间存在着复杂的反馈耦合关系，具有明显的系统协调性和整体联动性［9］，一个参数的变化会引起其他变量的变化，对部队装备管理信息化建设水平的发展都会产生影响;因此，在建设的过程中必须整体协调推进，统筹兼顾，既要搞好顶层设计，又要抓好具体建设，不能存在“短板”。

3)通过方案1可以看出:将投资结构由0.1∶0.2∶0.2∶0.5 调整为0.1∶0.15∶0.25∶0.5 之后，从长远看部队装备管理信息化建设的整体水平降低了，这是因为不合理的投资结构使各要素的发展不能同步，一个“短板”的存在，影响整个系统的建设进程;因此，合理的投资结构能够提高装备管理信息化建设的整体水平，反之则降低其建设水平，在建设过程中应力争达到资金利用的合理、优化。

4)从方案2可以看出:加大资金投入对于信息化人才培养、信息资源的开发、基础设施建设和整体建设水平的提高都有积极意义，尤其是对于基础设施建设，投入资金越多，固定资产总值量就越大。

5)从方案3和方案4可以看出:提高信息技术应用水平和加强政策制度法规建设能够推动部队装备管理信息化建设水平的提高，且政策环境越好，资金投入的力度就越大。

4 结论

部队装备管理信息化建设作为一类高阶次、非线性、多变量、多重反馈的动态复杂系统，内部结构的反馈关系及其运行机制比较复杂，利用系统动力学方法，在定性分析的基础之上对其进行定量化研究，具有极大的优越性。本文选择资金投入和人才政策变量进行了仿真和政策调控，并观察了其对整体建设水平发展的影响，初步探索了变量之间的作用机制。当然，若要对整个建设系统的运行规律进行更加深刻的探索，必须对整个系统进行全面的仿真和分析。通过本文的研究，证明利用系统动力学方法研究部队装备管理信息化建设问题，可以有效揭示其基本运行规律、指导建设实践，为部队装备管理信息化建设的科学发展提供理论参考和决策依据。

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