基于复杂性科学的战法攻关仿真实验研究

沈寿林 杜伟

(南京陆军指挥学院，江苏 南京210045)

1 引言

随着信息技术的发展，战场上敌我双方的对抗呈现出明显的体系化特征。信息化条件下的作战是一种典型的非线性复杂对抗行为，这种对抗不再如传统战争一样主要依赖于武器平台的性能和个体成员的能力，而是通过快速优化整合战场资源，以作战单元之间在作战使命任务上快速有效地协作、协同，从而形成体系上的对抗优势［1］，其复杂性主要体现在边界的模糊性、环境的不确定性以及整体涌现性和对抗性。

开展战法攻关仿真实验，研究信息化条件下如何进行战法的创新和论证，具有重大的现实指导意义。当前，信息化作战日趋复杂化和体系化，为此，需要我们基于复杂性视角，运用复杂性思维理解作战，用复杂系统建模描述作战，用复杂系统实验研究作战，从而解决战法攻关仿真实验中的研究方法难题。

2 战法攻关仿真实验的内涵

2.1 战法攻关仿真实验的概念

100多年前，克劳塞维茨在《战争论》中就给出了战法实验的模糊定义，“批判”实际上就是一种验证，是将理论上的真理应用到实际事件中去。因此，它的作用在于:不仅使理论上的真理更具有现实意义，而且，通过不断的应用，使人们接受并习惯于这样的真理。所谓的战法攻关实验，既是作战与实验的结合，又是军事问题的研究和科学方法的结合［2］，是综合运用运筹分析、模拟仿真和实兵演习等各种手段，对已经初步形成的作战方法和原则进行验证和实验。

随着信息化作战的发展，运筹分析的局限性越来越明显，人们很难建立一个有效的数学模型来描述信息化作战系统的复杂性，也难以对战争演化过程进行动态性研究。实兵演习是在当前和平环境下能够对战法进行验证实验的一种有效手段，但是其周期较长、耗费巨大、实施难度大等缺点决定了其不能经常性地用于当前战法的实验研究。随着数字化技术的发展，计算机仿真的方法可以代替实兵演习进行作战模拟，战法攻关仿真实验成为信息化条件下战法攻关实验的有效手段，它主要依托计算机模拟仿真手段，辅助运用运筹分析，对初步形成的战法进行验证和实验，形成细化的、具有可操作性的战法细则。

基于复杂性科学的战法攻关仿真实验，就是要充分考虑战争复杂性的特点，以复杂网络技术、多Agent技术［3］、战争复杂性理论为仿真建模的基础，对体系对抗条件下的战法进行验证和实验，从而形成适用于复杂战场环境和战争进程的战法的过程。

2.2 战法攻关仿真实验的意义

复杂性条件下的战法攻关仿真实验既是一个理论问题，也是一个实践问题。研究复杂性战法，不仅可以完善战法理论体系，更重要的是通过作战复杂性理论的研究，理解作战的复杂性，为战争实践提供服务。复杂性条件下的战法攻关仿真实验的意义主要体现在以下方面。

(1)促进开发新的战法实验仿真平台，对战争活动进行模拟实验，推动战法创新。战法攻关实验平台能够满足复杂性研究的需求，以专门进行复杂性分析的编程开发平台为引擎，用复杂适应理论和复杂网络理论对作战实体和作战关系进行建模。能够将作战中的各类体系融入到整个作战体系之中，与作战目的、指挥决策、武器装备、作战力量、作战使命、作战运用等要素综合起来考虑，帮助指挥人员全面思考未来作战对体系构建和运行的新要求，推动信息化条件下的体系作战战法创新。

(2)指导实现部队的组织、指挥控制结构的优化。部队的组织、指挥控制结构必须以符合战争要求的方式来实现，才能够保证作战系统沿着健康的模式发展，获得最高的作战效率。通过战法攻关仿真实验，可以寻求体系作战的最佳战斗编组，并且研究敌方系统组织，寻求破坏敌方系统正常运行的方法，获取对敌方系统的高效破坏效果。

(3)针对复杂性作战特点，提高后勤、装备保障的效率。在数量巨大的装备、后勤需求中快速寻找合理高效的物资匹配方式，是体系作战取得胜利的重要保障因素。通过模拟仿真战斗过程中各作战单元的行为，利用信息融合技术开发实时高效的数据处理与分发系统，运用智能优化算法发展新的具有良好战场适应性的战术，可以提高后勤、装备保障的效率。

3 战法攻关仿真实验的关键点研究

3.1合理的实验设计

在进行战法实验时，如何合理地设计实验方案是非常关键的。根据实验目的确定实验内容、实验条件，选择仿真平台，是进行战法攻关实验的首要任务，好的实验设计等于实验成功一半。分析红蓝双方的作战企图、最初的总体情况、局部红蓝方兵力部署情况以及双方兵力活动情况和双方作战任务，在此基础上分析要研究的作战问题。通过研究作战目的，来明确作战行动顺序，确定典型情况下的任务完成目标，然后根据作战过程，选择可能影响作战行动效果的因素。这些因素按照作用来划分，可分为可控制因素、不变因素和干扰因素［4］。一般来说，可控制因素就是需要设计的实验点。通过改变这些可控制因素的取值，可以得到不同的实验结果，甚至不同的实验进程。同时，实验点的选择必须全面反映作战问题中主要实验因素特性，如考虑交战双方的部署、武器性能、武器类型、指挥关系等，而且要易于进行实验分析。

在确定了作战实验点的基础上，确定实验点的变化范围，根据变化范围确定不同的作战方式，不同的作战方式构成不同的实验方案。在此基础上根据战法实验平台的实验设计功能，设计撰写供实验人员使用的实验总体设计、详细设计等文档，以支撑仿真实验的运行。

3.2 科学的体系建模

构建仿真模型是战法实验平台的关键。如何构建一个体现体系对抗特点的科学合理的仿真模型，是运用战法实验平台进行战法实验最重要的内容。信息化条件下的作战体系，包括侦察、指控、火力、保障等各种作战单元，在复杂的战场环境下，不同的作战单元在任务的不同阶段构成各种组织，单元间通过信息传递相互联系、相互制约、相互依存。要想模拟作战双方的体系对抗，环境模型、实体模型、关系模型、信息模型、适应性模型成为构建体系模型的基本要素。具体模型分为以下四种。

(1)作战实体模型。体系作战中的实体模型包括侦察节点、火力节点、指控节点、通信节点等不同作战类型的节点，以及各节点的性能参数、能力资源、位置等所有影响其体系作战效能的属性。

(2)关系模型。关系模型主要描述不同的作战单元之间的从属、指挥、协同、支持等不同的关系类型。在作战体系中，通过信息交互的方式来完成关系的构建和运行，在体系网络中描述为网络的连接边，从而反映体系对抗活动引起的复杂动态交互行为。

(3)信息模型。信息模型主要描述作战体系中支持各作战单元进行复杂动态交互的信息要素。信息模型主要包含三个子要素:信息资源模型、信息流模型、信息网络模型。信息流模型是通过将信息流相关指标(包括吞吐量、容量、利用率、可提供负载、有效率、延迟、响应时间等)作为关系(连接)属性的方式实现。信息网络模型更关注如何合理调控网络结构，使信息得到及时输送，更快地抵达所需地域(节点和子网)。

(4)适应性模型。适应性模型主要包括实体的“自适应性”模型和系统的“自组织性”模型。体系构建是一个不断进化完善的过程，通过使用神经网络和遗传算法等智能优化技术，使实体和系统具有学习进化功能，从而不断完善，各作战单元间的交互更加有效，遂行作战任务的自组织效率更高。

3.3 正确的数据处理与实验分析

(1)指标体系构建。指标体系的构建，既要反映作战的本质，如战斗力指标，又要考虑体系对抗的特性，如体系效能指标;既要考虑静态指标，如战斗力损耗绝对值指标，又要考虑动态指标，如体系效能损耗速率指标。在构建指标体系的基础上，要通过分析作战任务、作战环境、作战目标等因素，来科学地确定各个指标的权重。由于作战体系涉及大量复杂的因素，所以权重的确定是一个复杂的系统工程，一般选用定性和定量相结合的方法来确定，主要包括专家打分法、层次分析法等。

(2)实验分析总结。战法实验的分析总结主要是对战法仿真实验结果的研究和评估。分析总结是为了探讨影响该战法的因素，发现战法存在的问题和解决的途径，分为实验数据分析、实验数据处理、生成实验结论等步骤。实验数据分析主要包括误差分析、灵敏度分析等。在战法实验的数据处理上需要对红蓝双方体系对抗过程中产生的各种实验数据整理分析、去粗存精，由此及彼地找出实验结果的变化趋势，得出有价值的结论。实验数据处理方法主要有三种:列表法、图解法、方程法。这些方法可以协助实验人员进行分析，通过各种数据图表，将数据进行动态或静态的、二维或多维的显示，便于实验人员理解数据的变化规律等。在此基础上，将各指标进行综合，评价方案的优劣，并根据各指标在整个对抗过程中的变化趋势等来形成关于体系对抗的一些规律性认识，生成实验结论。

4 战法攻关仿真实验案例分析

本节以体系破击战法实验为例介绍如何进行战法攻关仿真实验的设计与分析。

4.1 实验概述

体系破击战的核心:一是准确选择敌作战体系中的目标;二是科学编组己方作战力量;三是合理进行弹药消耗预测。针对这三个核心问题，根据体系破击战理论研究的情况，以机械化步兵师对坚固阵地防御之敌进攻战斗为背景，确定目标选择、兵力编组、弹药消耗预测等三个实验点进行分析，每个实验点根据其取值或者作战方式的不同而分为几个不同的实验方案。由于篇幅有限，主要介绍目标选择实验。

4.2 实验步骤

(1)构建作战体系网络模型。根据体系破击战的理论，进行目标选择，首先根据红蓝双方各作战单元及信息交互关系构建体系网络模型。

(2)设计实验方案。依据“连接关系数量多”“信息流经次数多”的原则对目标进行重要程度排序，形成相应的目标打击优先顺序。为便于比较分析，实验设计了四种方案，分别依据:①连接关系数量，②信息流经次数，③连接关系数量与信息流经次数相结合，④传统阵地进攻战法(以下分别简称为方案①、方案②、方案③、方案④)确定目标打击顺序，作为对抗实验的初始条件。

(3)确定实验数据采集目标。选取损伤、消耗等可以反映作战体系效能的相关指标作为实验过程中要采集的数据。作战体系完成给定作战任务的程度，与体系中节点之间的联系和结构有关系。构造度及度分布指标来描述体系作战效能，其中，度描述与节点存在直接指控关系和通信连接的节点数量，度分布描述具有特定度数的节点数量。

(4)进行仿真实验。以步骤(3)中确定的数据项为数据采集对象，进行仿真实验，同时采集数据。

(5)构建方案评价指标体系。在获得的实验数据基础上，综合运用频率分析、小波分析、统计分析等数学方法构建评价作战方案优劣的指标体系，并根据层次分析法确定指标权重。

(6)实验结果分析。通过神经网络、模糊综合评判、证据推理等多种方法，对指标数据进行分析，生成评估方案的各种结论。

4.3 实验结果分析

实验结果如图1—图3所示。

图1 红方战斗力变化图

图2 蓝方战斗力变化图

图3 蓝方体系效能变化图

图1 和图2分别是四种作战方案的红方、蓝方战斗力变化图，横轴是时间轴，纵轴代表战斗力。从两图可以看出，方案③蓝方战斗力下降较快，红方战斗力保存较好。

图3是蓝方体系效能变化图，横轴是时间轴，纵轴是根据节点的连接数计算出来的体系效能值。其数值越高，表示体系效能越高。从图中可以看出，方案④在降低蓝方体系效能上效果较差。

从图1—图3可看出，方案③红方消耗最少，方案②、④次少，方案①最多;方案④蓝方消耗最少，方案①次少，方案②较多，方案③最多。通过比较分析，可以得到如下结论。

(1)连接数量与信息流经次数相结合的目标选择方案在整个交战过程中可以取得更好的效果。

(2)连接数量的目标选择方案或者信息流经次数的目标选择方案在交战初期可能对于蓝方有更好的打击效果，在特定作战目标下可优先选择。

5 结束语

本文从战法攻关实验的概念出发，介绍了基于复杂性科学的战法攻关仿真实验的意义，并结合当前的研究工作针对战法攻关仿真实验的关键技术和方法进行了较为详细的分析。通过体系破击战法实验的实例分析，确定了战法攻关仿真实验的要求、步骤等要素，通过分析实验数据提出了指导体系对抗的建议，可以为指战员制定复杂性条件下的作战计划提供一定的参考。

1 ARTHUR K，CEBROWSKI.Network-centric warefare:its origin and future［J］.United States Naval Institute Proceedings，1998(1):28-35.

2 陈建华，李建华，傅调平.舰艇战法实验与分析［M］.北京:国防工业出版社，2010.

3 金伟新.体系对抗复杂网络建模与仿真［M］.北京:电子工业出版社，2010.

4 卜先锦，叶雄兵，季明.作战实验点设计研究［J］.军事运筹与系统工程，2010，24(2):61-66.