一种装备对体系贡献率评估方法研究

任晓军，涂震飚

(1.海军驻航天科工集团第三研究院军事代表室，北京 100074；2.航天科工集团第三研究院 三部，北京 100074)



一种装备对体系贡献率评估方法研究

任晓军1，涂震飚2

(1.海军驻航天科工集团第三研究院军事代表室，北京 100074；2.航天科工集团第三研究院 三部，北京 100074)

针对我国武器装备体系化发展需求，深入分析国外体系研究成果，基于体系结构框架、体系结构设计方法及逻辑学，提出了一种装备对体系贡献率评估方法，并建立了涵盖体系设计、验证、仿真和评估等综合支撑平台。通过示例对提出的方法和平台的有效性、合理性进行了验证，为体系研究和建设提供了技术积累。

体系；工程理论；体系设计；贡献率

体系研究和建设都不可避免地需要体系工程理论方法的支撑。与体系的理解与认识一样，体系工程的概念也存在众多分歧，不同领域的学者和工程实践人员都有不同的理解和认识。体系工程在不同领域的理解存在5个方面的共性：1)体系工程是能力集成工程；2)体系工程是复杂需求获取工程；3)体系工程是综合集成体的演化工程；4)体系工程是学科交叉、系统交互过程；5)体系工程不是最优化工程，而是权衡与平衡工程。体系工程的实践主要包括体系需求与顶层设计、体系集成与构建以及体系演化等。通过体系需求与顶层设计，结合体系支撑平台，可获得满足使命任务的可执行动态体系。在体系设计的基础上，开展装备对体系贡献率评估方法研究，有助于解决体系顶层设计、装备发展与作战运用等问题。

1　国外体系研究情况

以美国为代表的强国体系研究理论方法逐步趋于成熟。1996年6月7日，美国颁布了《指挥、控制、通信、计算机和情报、监视、侦察(C4ISR)体系结构框架》1.0版，是为了响应《克林格-科恩法案》，它取代了《信息管理技术体系结构(TAFIM)》。1997年12月18日，美国颁布了《C4ISR框架》2.0版。2003年8月30日，美国颁布了DoDAF1.0版，调整了《C4ISR框架》2.0版，并将体系结构的原则和实践的应用范围从C4ISR领域扩展到所有的联合能力域(JCA)。2009年5月28日，美国国防部首席信息官正式颁布了《美国国防部体系结构框架》2.0版。DoDAFV2.0扩展了以前框架开发的成果，以获取关于网络中心化的体系结构信息，支撑国防部的网络中心战略，并描述能促进网络中心环境的构建和维护的面向服务的解决方案。DoDAFV2.0还将继续更新，并不断增强对体系结构数据及其导出信息的使用的支撑，以满足网络中心环境(NCE)中决策者日益增加的要求[1-9]。

以美国为代表的强国已将体系作战用于实际战争。总结分析近20年来的各场信息化高技术局部战争，以美国为首的西方军事强国，利用先进的体系作战理论和体系设计技术，已完成信息嵌入时期的军事信息化，正从综合集成时期逐步走向全面融合的体系对抗时期。美军的打击链完成时间由1991年海湾战争中的100 min逐渐减至2003年伊拉克战争的10 min。再看2011年的利比亚战争，联军的信息化作战体系已经取得了较好的作战效果，标志着以精确打击武器为核心的信息化武器装备体系的日臻成熟。这也切实凸显出新军事变革的重要特点，体系作战和对抗成为信息化战场的基本特征。

2　基于体系顶层设计的贡献率方法研究

2.1装备对体系贡献率的认识

体系贡献率是指装备系统对作战/装备体系的贡献程度，但如何度量存在各种不同看法。主要是由于体系具有复杂性、涌现性、动态性和进化性等独有的性质，导致传统的基于数学分析、数据统计等评估方法无法解决体系贡献度评估问题。

装备对体系贡献率研究面临着多种挑战。传统的方法不完全适用，需要寻求新的贡献度方法；装备能够完成的任务种类不同，需要明确是针对特定的作战体系还是装备体系；体系要素众多，关系复杂，需要明确体系的构成和结构关系，应研究什么样的体系设计方法与支撑平台有待确定；体系规模庞大，依靠实战获取体系各要素参数可能性小，需要明确体系各要素关键参数的取值，应研究什么样的体系仿真手段有待确定。

2.2装备对体系贡献率方法研究

评估装备对体系的贡献率的实质就是对体系各要素(装备)重要程度的计算。根据已知数学理论，系统某要素的重要程度可以转化为该因素的波动对整体的影响程度，利用该值为改进作战体系和优化作战流程提供数据支撑。为实现对装备对体系的贡献率计算，应用了基于概率论-逻辑学的解析计算方法[10-13]，具体步骤如下。

1)明确被评装备可参与的作战体系。一个装备可能完成不同作战任务，而不同的作战任务可能对应着不同的作战体系，因此，一个装备对装备体系的贡献度是多个作战体系贡献度的和，权重根据任务的重要程度确定。

2)设计相关作战体系。需要对每个与被评装备有关的作战体系进行设计，明确体系所包含的环节、各装备之间的作战链关系，形成作战体系结构。为了设计出满足作战任务需求的作战体系，该部分需要体系设计方法进行支持。

3)逻辑拓扑转化。根据作战体系确定的兵力构成和设计的作战流程，基于逻辑学的理论方法将作战体系转化为方便计算的逻辑拓扑图。应用逻辑学中的与门、或门和混合门等基本概念，将作战流程里各个环节抽象简化，形成可应用概率论计算的逻辑拓扑图。

4)计算框架形成。在得到的各个环节逻辑因果关系基础上，按照概率论中随机事件发生概率及相互关系的理论基础，形成体系完成任务情况的解析计算公式，并确定各级指标计算方法及其对应的含义。

5)体系贡献率计算。根据形成的计算框架，按照贡献率即该要素(装备)的波动对整体的影响程度的理论认识，最终通过计算框架对代表该要素(装备)参变量的偏导运算，计算得到该要素(装备)的贡献率。将被评装备所参与的多个作战体系的贡献率加权求和，即为该装备对体系的贡献率。

3　面向体系设计与贡献率的体系支撑平台建设

针对装备对体系贡献率评估以及体系作战的设计、优化、验证与评价等需求，按照体系研究的不同阶段，分别开发了体系设计与验证平台、体系仿真平台，并正在建立综合集成平台，实现体系贡献率研究、体系设计和体系评估等全过程一体化设计。

3.1体系设计与可视化验证平台

体系设计与可视化验证平台(见图1)主要用于解决武器装备体系和作战体系的体系结构设计，体系结构优化，体系结构验证，装备对体系的贡献率，体系作战条件下各装备的功能、接口、信息关系，以及作战运用等设计与分析等问题。

图1　体系设计与可视化仿真平台

3.2体系仿真平台

体系仿真平台(EffSIM)(见图2)主要用于解决此类仿真系统开发、运行及蒙特卡洛分析方面的问题，其可提供高效的组件化建模仿真与分析环境，提升装备体系论证与体系效能分析效率，解决仿真速度和规模的瓶颈。EffSIM依托参数化组件化建模、海量仿真实体的快速运行、蒙特卡洛仿真任务并行分发与数据收集技术，形成具有自主知识产权的仿真支撑工具集，实现组件化仿真系统的快速构建与体系级海量兵力实体的快速对抗仿真，支持蒙特卡洛仿真在无人干预条件下的全自动运行，提高攻防对抗仿真分析能力。

图2　EffSIM软件架构

4　装备对体系贡献率评估应用实例

4.1导弹对参与的作战体系分析

假设导弹1可以完成1项作战任务，即任务1，导弹2可以完成3项作战任务，包括任务1、任务2和任务3，所以导弹1可参与的作战体系主要为体系1，导弹2可参与的作战体系包括体系1、体系2和体系3。下述以体系1为例，计算导弹1和导弹2对体系1的贡献率。体系1动态设计示意图如图3所示。按照体系结构设计方法，结合体系结构框架，利用体系设计与验证平台，提出了体系解决方案，建立了可执行的动态领域概念模型，为体系研究与贡献率分析提供了有效方法和手段。

4.2装备对体系贡献率分析

应用体系设计与可视化验证平台完成体系框架及作战流程的设计，确定了参与作战的兵力构成和具体作战活动。1)预警侦察装备：监视卫星、侦察卫星、侦察飞机和预警雷达等；2)指控通信装备：主要包括指挥系统、数据链和通信网等；3)火力打击装备：发射平台，分别装备导弹，在预定海域巡逻待战，执行打击任务。

根据上一步确定的打击作战的兵力构成和作战流程，应用逻辑学理论将作战流程里各个环节抽象简化，形成可应用概率论计算的逻辑拓扑图(见图4)。按照上述模型和计算拓扑，应用概率论基本方法形成计算框架(见表1)。

图3　体系1动态设计示意图

图4　作战体系计算逻辑拓扑图

任务完成能力一级指标二级指标计算值1-1-E1()1-E2()E1=P1P2P3E1侦察定位=P1P2=1-1-P1()1-P2()或E1侦察定位=P1P2=1-1-P1()1-P2()1-P3()E1生存=PE1打击=PE2=P1P2P3E2侦察定位=P1P2=1-1-P1()1-P2()或E2侦察定位=P1P2=1-1-P1()1-P2()1-P3()1-P4()E2生存=PE2打击=P

对三级指标中各项指标进行赋值计算，其中部分指标通过专家根据系统性能和试验数据直接给出；但部分指标，例如导弹打击毁伤能力，由于缺乏试验数据以及打击过程中目标选择、拦截对抗等情况的不确定性，此处不采用一般的数值计算方法，采用“建模→仿真→统计”的方法，应用EffSIM等体系仿真平台来分析反舰导弹的打击毁伤能力。

根据形成的计算框架和指标值，通过对导弹1、导弹2打击能力的参变量偏导运算，计算得到导弹1、导弹2的贡献率。体系指标值(参考)见表2。

表2　体系指标值

通过表2计算可得到，导弹1的体系贡献率是0.397 6，导弹2的体系贡献率是0.290 8。由此可以得出在相同条件下，由于导弹1的突防打击能力优于导弹2，其体系贡献率也大于导弹2。

4.3导弹对装备体系贡献率

按照上述方式计算获得导弹2对体系2的贡献率为0.198 6，导弹2对体系3的贡献率为0.421 5，所以导弹2对装备体系贡献率为体系1、体系2和体系3的贡献率之和为0.910 9。由于导弹1只参与体系1，所以导弹1对装备体系贡献率也为0.397 6。

5　结语

现代战争以体系对抗为主，纵观美国近20年的体系研究与建设，体系顶层设计方法与验证平台是体系研究的关键。我国通过近些年的不断努力攻关，在体系设计、优化和评估等体系理论方法以及支撑体系可执行建模、验证和仿真等平台建设方面取得了一些成果；但面向实战以及未来装备发展需求，仍有很多关键问题有待进一步解决。本文基于体系工程理论，提出了一种定量化装备对体系贡献率的评估方法，并给出了实际应用示例。后续将面向复杂环境下体系对抗实战，深入开展体系顶层设计、体系领域概念建模、装备对体系贡献率和装备体系化运用等研究，明确各武器装备在体系中的地位和贡献率，为我国体系研究和建设提供有力支撑。

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责任编辑马彤

Research on a Assessment Method of Equipment to System Contribution Rate

REN Xiaojun1，TU Zhenbiao2

(1.The Third Research Institute of Military Agent’s Room of Navy in Aerospace Science and Industry Group，Beijing 100074, China；2.The Third Research Institute Aerospace of Science and Industry Corporation, Beijing 100074, China)

To meet the systematism development requirement of weaponry, on the basis of architecture framework, architecture design and logistic, deeply analyze the related international research results, an assessment method for the contribution rate of equipment to the system is proposed and an integrated application platform covering system design, proving, simulation and evaluation is established. One application example checks the validity and rationality of the method and platform. Finally, provide the technical accumulation for system research and construction.

system, engineering theory, architecture design, contribution rate

E 0

A

任晓军(1978-)，男，工程师，主要从事武器装备在体系中的作战较能评估及应用等方面的研究。

2016-08-04