“量子云”作战体系概念要素构建研究

纪梦琪 杨峰

通过近几年在海湾、科索沃以及伊拉克发生的现代战争,我们可以窥探到以“信息化、网络化和精确打击”为主要特征的高新科技战争.技术革命是推动作战形态、样式、思路发生重大变革的主要推手,当军队武器装备总体自动化、智能化程度发展到一定阶段,必将引发作战方式质的飞跃.

战场环境信息化、数字化和网络化程度的加深,使信息的链式运动成为信息化战争的基础.信息的链式运动使作战单元与作战单元、作战单元与信息平台之间出现强耦合关系,形成一个以物质、能量和信息为中介要素的新的整体,使军队战斗力系统产生各作战单元作战效能之和大于各作战单元作战效能之和的单项累加,使作战单元的作战效能大幅度上升,战斗力呈现非线性阶跃.我们需要从传统的牛顿科学思维观—通过鼓励研究各个部分来解释总体,转向新量子科学思维观—着眼于整体,关注网络系统内各部分之间的相互关系.与之对应,在军事作战中,由于战场环境不确定性因素增加,作战力量非对称性特点突出,作战体系需要快速反应、灵活应对,适时把握战机联接构成相应力量组合以达到最佳效果匹配.

本文的研究课题主要是基于马克思主义军事哲学的立场,以复杂系统的思维角度解析信息网络时代作战要素的变化和关系,结合量子世界观提出“量子化云作战”体系概念的新思路,进一步寻求信息网络时代军事变革的改进方案和促进策略.

“量子云”作战体系概念从要素构建角度出发,强调以功能性作战力量分散部署和以任务目标为中心的动态聚集方法,因时而变,因敌而变,以变制变,形散实聚.

“量子云”作战体系概念具有分布式和联通性特点,实际运作时以虚拟化形式存在于战场,各个作战平台相互关联实现资源数据交互共享,在战场上形成数据“流动”.“量子云”作战体系概念的具体运作是使特定功能的作战单元模块深入分布于战场缝隙,在统一作战使命的支配下通过单元间自同步、自适应、自组织行为形成方向一致的流动整体以有效行为途径实现其使命目标,分布在多维战场空间的作战单元模块间以预期作战使命期望和目标为输入指引,实现基于战略框架下的自主协同与自主配合,从而达到快速有效的分散聚合和精准致命的火力打击.

1 “量子云”作战体系的概念及特点

1.1 “量子云”作战体系概念形成的思想来源

云的特点是并不结构化也不固守于一种状态,它的外形和状态可以随外在环境变化而发生变化,缺少的很快又会得到补充,整体结构是灵活的,本质是柔软而有韧性的.所以说,未来的组织形态和模式一定是越来越趋向“云”.

牛顿的机械宇宙观把世界看做一台精密的复杂机器,解构来看每个零部件都有其确定的位置,运行规则划分不同组织的边界.例如传统组织中,有明确的角色和责任定义,指明严格的上下级关系和责任范围,对组织完成的工作流程进行界限划分,把互相关联的组织网络分割成相对独立的部分,最终获得的效果也是不同部分效果的线性累加.

用量子观解决非线性、复杂系统化的信息网络时代作战组织问题,要求我们将关注的重心转移到万事万物的“关联”中.组织中的权力本质化为由一种依赖关系产生的能量,而能量在流动和转化中聚集、生效,所以权力不应该是人为的固化设定,而是外力驱动的适应性流动关系.客观存在的“量子跃迁”描述的是电子从之前一个轨道不跨越任何中间阶段而直接跳跃至另外一个轨道上或者从初始状态所处的一个位置,突然不留一丝中途痕迹地出现在另外一个位置的现象.军队战斗力同样有类似的“量子化”现象,一旦信息链式运动的链条被打破,无论是信息平台、信息因子还是数据链环节出了问题,军队战斗力系统新的质变效应将不复存在,作战单元的战斗力就会迅速从高阶跌落到低阶,犹如量子力学中能量子的“跃迁”运动一样,呈现出不连续的跳跃现象.

从量子世界的相互作用中可以看出,全面认识整体的结果是偏颇的,精确地预测作用因素何地何时发生也是不科学的,我们无法给整体划分出精确的层次,看似分散的局部也隐藏着秩序.每个细小变化都是在一个整体的关系网络上发生的,它们之间都是相互关联的.关系网络中,局部作用的潜在影响与其本身的大小没有关系,当我们决定采取局部行动时,我们可能正在对整个系统产生影响.我们对这些熟视无睹,但效果却在积累,量子理论认为,在系统内局部开展行动,就能够深入到系统的内部,参与到所有同步发生的复杂事物中.我们对系统的发展变化过程会更敏感因而更有效.小范围的变化也会影响到整个系统,也许不是通过逐渐积累的方式,因为每一个小系统都属于不可分的整体,整体中某一处的行动都有可能对别处产生影响.

信息化条件下的作战方式、样式和手段呈现出明显的非线性,作战力量集成成为涌现性明显的复杂系统,作战行动变现为适应性极强的自组织行为,信息化战场中逐渐形成流动性极强的网络化空间.

在不确定的动态环境中,传统的最优化控制观念可能会失效.因为严格的最优化最适用于精细设计或不受复杂环境影响的系统,而最好的控制机制则是需要与受控系统的复杂性相匹配的.技术革新能够加快系统开发,帮助人们利用信息技术更加高效地完成当前任务,但只对信息系统及技术设施投入不能从根本上改变执行任务的方式,小型分布式网络化作战力量及复杂环境的作战力量自同步、自适应控制的新概念需要得到足够重视.

1.2 “量子云”作战体系的概念及要素描述

具有特定功能的作战单元模块分布于作战战场的每一个角落,在作战使命框架下由具体任务驱动,通过作战单元模块间自同步、自适应、自组织行为形成方向一致的流动整体,以高度的动态协调合作、运作机制耦合的行动完成具体任务目标,在多维战场空间分散开的作战单元模块以预期的战略规划期望和目标为输入指引实现基于战略框架下的自主聚集、自主匹配以及自主协调,从而达到快速有效的分散聚合和精准致命的火力打击.

这种分布式的自组织、自同步、自适应是一种战场多空间疏散的“分布自主式协同”.本质上来说是信息化战场上战斗力单元“质点化”呈现出的战斗力“量子化”现象.即由基础作战单元模块构成的参与战斗力量以作战的总体企图为核心,依据各自对战场环境情况的理解,强调自主协同、主动配合,只要是完成任务的需要,任何作战力量都可以建立起支援与受援关系.

构建“量子云”作战体系概念的基础要素包括3大类:使命任务(S)、作战单元模块(M)和信息网络栅格(IN).使命任务(S)是作战体系的形成驱动条件和方向;作战单元模块(M)属于分布的作战资源,是能够独立运作的模块化作战力量单元,也是能够按需协同组合的战斗力功能包及组件;信息网络栅格(IN)是包括所有信息通信采集、处理、分享服务等基础设施和信息传播的物理环境.这3大类基础要素中的6种相互逻辑关系如图1所示.

1.3 “量子云”作战体系概念的关键前提

1.3.1 物理域基础网络的完备性

基础网络的完备性具体是要实现分布在战场的任何粒度的单元模块间在感知互通方面能建立可靠的高速信息链接和安全的流畅沟通,达到信息通信链接部署的“零盲区”.健壮的网络是“量子云”作战体系概念的基础,目的就是确保分布广泛的单元模块间在需要建立信息链接时能通过网络进行可靠不间断的协作交流.

1.3.2 战场作战资源的可支配性

在战略规划框架所包括的所有作战样式和作战规划中,完成作战任务预期目标的通信、情报、信息等资源需求能够在作战系统与作战环境交互的过程中随时支配作战资源调度.调度作战资源的过程中可能存在一定程度的耗时,但对任务的完成无影响.

1.3.3 任务使命描述的标准性

为达到“量子云”作战体系概念所描述的作战自组织、自同步、自适应效果,需要通用的军事任务描述标准,即作战单元模块或模块集群在命令结构、目标识别及任务模型建立上拥有规范一致的语言和指令,从而快速准确f对任务的意图、目标达成共识.详细的事件处理规则是保障自同步、自适应、自组织协调行为的指南,作战单元模块间相互信任并理解,“量子云”作战体系的运作才能运转高效.

2 “量子云”作战体系概念的复杂系统原理和体系构建方法

2.1 “量子云”作战体系概念的复杂系统原理

“量子云”作战体系概念的一大优势是作战单元模块(“云朵”)的分布适应性,这种作战思想的核心理念,就是充分开发前线作战力量蕴含的潜力,实现在瞬息万变的战场上作战单元模块自主适应行动、有效协同配合.分布在战场上的作战力量构成的作战体系是典型的耗散结构,保证其处在系统混沌边缘才能充分发挥效能作用,因此,耗散结构原理、混沌边缘原理以及涨落有序原理这些复杂系统原理则成为“量子云”作战体系概念提出的基础原理依据.

2.1.1 耗散结构原理

一个与所处环境没有任何能量交换的封闭系统,不会出现适应性自组织行为,只有与外界开放环境进行物质、能量和信息的不断交换,系统才会拥有适应性自组织运动.根据普利高津总熵变公式:

这表明开放性是一个系统产生适应性自组织的必要条件,di S是系统内部产生混乱时形成的熵,可以称它为熵产生,由热力学定律知道熵的值是非负的,所以dS≥0;de S代表系统与外界环境相互交换物质、能量和信息而换来的熵,称为熵流,这个值可以是正值也可以是负值.可能出现4种情况:

1)de S＞0,则表明与外界交换可以得到正熵,de S＞0,表明系统处于比初始封闭状态下更加快速地增加混乱程度,这是不会形成秩序,产生自组织的;

2)de S＜0,但是de S的绝对值却比d i S要小,即使从外界环境中获得了负熵,但是系统内部熵的增加量能够抵消开放环境中获得的负熵,总体熵增dS=di S+de S≥0,这表明系统是不能够产生适应性自组织的;

3)de S＜0,但是de S的绝对值却比di S要大,这表明从环境中得到的负熵比系统内部的熵增要大,总体熵变dS=di S+de S≤0,说明系统出现熵减过程,混乱程度降低,表明系统内部正在逐渐形成一定秩序,适应性的自组织过程在进行中;

4)de S=0,这表明系统是封闭的,与外界没有进行物质、能力和信息的交换,系统内部的熵增使系统内的混乱程度增加,这时的系统会产生退化.

以上论述表明充分与外界环境交互的开放体系才有可能达到有序的自组织、自适应状态,而“量子云”概念中广泛分布于战场的作战单元模块能够保证作战体系深入战场缝隙,与作战环境充分进行物质、能量和信息的相互交换,形成耗散结构的分支激发系统活力.

2.1.2 混沌边缘原理

混沌边缘是耗散结构中秩序与混沌之间保持的一种平衡状态,这个状态下,系统能处于非常活跃有效的状态.一个远离平衡状态的系统,在环境干扰和内部振动下,达到一定阈值的时候,构成作战力量的各个要素就会发生从无序结构状态到有序结构状态的变迁,处于活跃多方向发展状态.以战争这个开放的复杂系统为例,如果对作战力量指挥控制过于分散,散落在战场的各股作战力量没有统一明确的作战意图导向,在激烈的战斗中很快就会处于混沌状态;而如果完全依据战前作战计划,指挥高度集中严格,各级作战单元无法充分发挥自身作战潜力,作战对抗过程会过于僵硬,失去稍纵即逝的作战有利时机.

2.1.3 涨落有序原理

涨落对于系统结构演化具有非常重要的作用,没有涨落,系统一定不会从一个状态到另一个状态.如果系统中存在涨落现象,那么系统就能通过扩散学习过程使系统从一个状态探索过渡到另一个状态,所达到的新状态是一个能更加适应所处外部环境的状态,这是一种选择,这种选择从一定程度上导致系统的演化.从自然科学层次上考虑,系统演化的内在依据是耗散和涨落的对立统一,同一系统中耗散和涨落缺一不可.耗散对于系统一种状态的维稳机制是主导因素,而涨落是系统改变稳定状态创新向新状态发展的驱动因素.如果只有耗散而没有涨落,系统会维持一种机构状态而无法发展演进;如果只有涨落而没有耗散,系统没有稳定发展的准备基础.对应于“量子云”作战体系概念:构成“量子云”作战体系的内部诸如信息通信、综合保障、使命解析等子系统,产生系统偏差,在预设临界值附近造成微涨落,这种涨落现象从系统内部延伸放大至系统外部,但涨落放大到成为系统主导时,系统便失去前一状态的平衡,造成体系跃迁到更加适应环境的优化“维稳态”.

2.2 “量子云”作战体系概念的构建思想原则

分布开放网络化的“量子云”作战体系战场构建根本思路:作战体系的“三自”(自同步、自组织、自适应)行为形成以作战体系的使命需求为依据,在全局高度上遵循“由顶至下”的分解原则进行对作战使命任务需求的分解工作,在局部作战单元模块及基础设备设施的“三自”构建中遵循“自底向上”的聚合原则,调度、整合及分配资源.不管是“由顶至下”的分解过程还是“自底向上”的融合过程都以作战能力为结合点.

“由顶至下”原则是从作战体系的全局高度,从战略需求出发完成作战体系的使命需求构建.“由顶至下”原则的实施步骤就是先进行作战使命的分解工作,建立可执行可操作的具体作战任务;再对具体作战任务进一步分解,建立完成作战使命任务所需要的必要作战能力.

“自底向上”原则是从“量子云”作战体系概念达成的作战体系基础设施条件、基本作战单元组成的角度考虑的“三自”构建.为达到“自底向上”这一原则目标,所需完成的项目包括,首先构建“量子云”作战体系处在底层的为完成特定任务作战单元模块或基础硬件网络设施的能力要素,打通基础网络通信渠道;再依据作战任务的完成资源需求进行作战所需资源的成本效率优化调度,在充分发挥资源潜力的同时满足作战资源需求.

2.3 “量子云”作战体系概念的体系构建流程与内容

“量子云”作战概念的体系构建需要一种所有参与作战单元模块都公认的机理框架,保证作战集群产生“三自”效能.总体来说,作战单元模块构建“三自”效能的基本思想是:在完成对作战使命任务或行动事件的解释或识别后,通过智能化工具库进行任务行动的策划,同时在分布开放的网络环境中综合集成作战单元模块或作战力量模块集群,运用由运筹工具库智能封装的分布式功能模块快速构建处理使命任务或行动时间的作战体系,适时监控、调整体系运作过程中的构成关联,作战单元模块的协同关系、分布关系、指挥关系、控制关系、信息通信链接关系等等.通过对“量子云”中不同“云朵”的角色任务按照预先定义的通用规则进行组合行动,基于标准作战行为原则实现功能聚合的量子化效能涌现,达成作战目的.具体流程包含以下5个步骤及一种反馈过程,整体过程如图2所示.

第1步:“量子云”作战体系依托战场背景解释使命、识别事件.具体就是明确作战意图、分解使命目标,通过作战单元模块中的相关人员在信息网中的态势共享和双向沟通理解指令,并依据公认的体系对抗准则分解作战目标、建立任务模型,完成后在信息网路中发布具体指令并分析下一步骤.

第2步:通过对执行任务的需求结合任务属性特点和作战单元模块分布和功能进行聚合,集成分布开放环境中的相关作战单元模块集群,统筹调度“量子云”作战体系中的可用作战资源.这一过程先对任务进行问题粒度分解,然后与解方案空间基于规则定义匹配求解,最后进行自主聚合.

第3步:作战单元模块集群在分布开放具体作战环境中做适应性调整.调整过程也是“量子化”作战集群智能化适应的过程,这一过程的自主进行主要基于作战体系构建的标准化描述,具体包括:对任务的执行方式进行设计、对单元模块间相互协同关系的统筹规划、对各级作战单元控制指挥关系以及对作战单元模块间的信息流向和速度的控制、共享关系等职能内容,设计构建该作战体系通常将任务流程映射到组织结构关系中,根据任务逻辑匹配优化序列.

第4步:在已形成的作战体系构架下,广泛分布在战场的作战单元模块和作战集群,确定自身在执行具体任务或处理特殊事件中的角色担当,以角色为原则设定选择执行任务的指定行为规范,在信任机制充分运作的前提下达成衔接无缝的配合,完成作战任务行动.

第5步:实时跟踪作战体系的自组织、自同步、自适应行为效果,当作战体系达到预期的效果时,现有作战体系任务完成,各作战单元模块集群回归初始状态;当作战体系没有达到预期效果,运作体系及时反馈信息进行新的调整并记录所有体系状态和反馈信息,构建自学习适应库,不断更新改进.

信息化战场上“量子云”作战体系的自组织、自同步、自适应效能构建过程中,很可能发生执行任务或事件处理过程中类似作战单元模块失效等意外事件,导致体系运作不匹配现象的发生.对于这些战场突发意外情况的应对处理需要结合组织结构重构、聚类匹配等理论形成一套全面完整的流程机制.这需要一套完整智能的反馈过程来进行体系结构调整,其中对调整极限条件的判断、调整方案的优化组合以及体系局部关系重构等问题是反馈过程构建的关键.

3 结论

模块化作战单元涌现形成的战斗力“量子化”现象客观反映出作战的复杂系统特性,是信息化军队与机械化军队的根本区别之一,也是信息化战争的重要特征.由于网络的普遍链接,作战单元被“质点化”为网格上的节点“弥漫”分布于整个战场,灵活机动、动态聚合,使作战效能大幅度上升,战斗力呈现非线性阶跃.

本文基于这样一种构想:对单兵个体、指挥单元、装备系统进行模块化封装构造成为具有特定功能的作战单元模块,然后对这些作战单元模块进行行为约束规则驱动,在信息网络化战场的开放式、分布化环境中构建一种作战单元模块的自组织、自同步、自适应协同配合机制,只需要进行使命任务或者作战事件的输入,各作战单元模块便依据对任务事件的解析、物理域现实分析、资源配置调度以及规模效能优化分析,进行使作战单元模块快速集群运作,最终输出为聚集整合完毕的作战体系.从“量子云”作战体系的思想来源、概念要素及原理基础,进一步提出其体系构建思想原则和体系构建流程.本文希望抛砖引玉,为信息网络时代作战变革研究的未来发展提供一种新的思路和研究方向.

1汪维余,吴庆森.信息化战争哲理[M].北京:国防大学出版社,2011.

2霍大军.网络化集群作战研究[M].北京:国防大学出版社,2013.

3玛格丽特·惠特利.领导力与新科学[M].北京:中国人民大学出版社,2008.

4 凯尔斯(美).分布式网络化作战-网络中心战基础[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.

5 FRIEDKIN N E.Social influenc network theory:Toward a science of strategic modificatio of interpersonal influenc systems[D].Washington,D.C:National Academy of Sciences,2002.

6黄超会,杨春,史宗鹏.军事战略、组织结构及指挥流程与信息技术融合的关系模型研究[J].军事运筹与系统工程,2006,20(3):48−52.

7牟亮.不确定使命环境下C2组织结构动态适应性优化方法研究[D].长沙:国防科学技术大学,2011.

8戴志平,许同和.信息化条件下的网络中心战[M].北京:军事谊文出版社,2010.

9 WOODARD J.Industrial organization theory and practice[M].London:Oxford University Press,1965.

10 STERMAN J D.Business dynamics:systems thinking and modeling for a complex world[M].Boston,Irwin:McGraw-Hill,2000.

11王慧平,徐锋,宋春晨,等.未来陆军网络化信息系统发展方向探讨[C]//中国指挥与控制学会.2013第一届中国指挥控制大会论文集.北京:国防工业出版社,2013.

12董德怀,王启田.基于复杂系统思维的信息化作战新论[M].北京:国防大学出版社,2010.

13黄广连.分布式作战体系自同步构建方法[D].长沙:国防科学技术大学,2007.

14蔡鸥,赵永刚.网络化指挥信息系统研究[J].中国电子商务,2012(5):78−79.

15周雪梅.任务型组织结构研究:生成、体系与建构[M].北京:首都师范大学出版社,2012.

16董子峰.信息化战争形态论[M].北京:解放军出版社,2004.