系统弹性

李梓 谢汶姝 贾丽

摘要：本文回顾总结了传统的保障效能评价指标体系，并将其划分为通用型和专用型两类。由于传统的评价指标难以适应复杂装备体系的性能降级和平滑恢复过程，本文提出采用系统弹性这一新型指标评价装备体系的保障效能。

Abstract： This paper reviews and summarizes the traditional evaluation index system of security effectiveness， and divides it into two types： general purpose and special type. Because the traditional evaluation index is difficult to adapt to the performance degradation and smooth recovery process of complex equipment system， this paper proposes to use the new index of system flexibility to evaluate the security efficiency of the equipment system.

关键词：系统弹性;保障体系;保障效能评估

Key words： system flexibility;security system;security effectiveness evaluation

中图分类号：E917                                        文獻标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）15-0008-03

0  引言

高新技术发展迅速，其以信息技术为核心，加快了世界军事的变革，战争形态开始逐渐向信息化转变，战争形态也演变成五位一体的联合作战，包括海、陆、空、天、电磁。信息化武器装备会越来越优良，可想而知，未来战争将更智能化和信息化，武器装备的生存空间将被无限挤压，但战场损伤可能会更加残酷。随着无人化智能化技术的发展，现代战争具有以下几个特点：

第一，态势全面感知，传感技术与网络传输技术的发展得以实现对海、陆、空、天的全面感知。

第二，装备无人自主，装备的无人化占比日益提高，改变了作战力量的组成结构。

第三，指挥智能决策，指挥决策方式由以往的经验决策逐渐向基于态势感知数据的人工智能分析和决策转变。

第四，装备集群异构，装备形成自主化的作战集群与编队，不同装备间协同作战，形成复杂的异构自适应对抗体系。

未来战争形态可想而知的复杂，在这种形势下，为更好的发挥装备体系的作战效能，应建立与之相匹配的保障体系。闫旭等认为保障节点耦合形成的复杂网络即为装备保障体系。王文峰指出，装备保障网络是依托装备保障设施，按照一定的要求和原则，把各类保障资源进行合理部署，从而形成的一个网络化布局的保障体系。韩振等将研究重点放在了维修保障力量体系，其提出维修保障体系包括维修资源仓库、维修指挥机构、维修单元等组成部分，它属于一种复杂系统，构成原则是性能上相互补充、功能上相互联系、结构上综合集成。上述文献体现了装备保障体系的复杂网络特性，指出装备保障体系能够在复杂环境下针对不同的高难度任务，利用自身的涌现效应和演化功能，及时将可能出现的问题解决掉。

针对复杂装备保障体系，本文提出将系统弹性作为一个新的指标对保障效能进行评估。

1  保障效能评估指标回顾

保障效能是指装备保障体系的功能、运行质量和保障效果的统称，是装备保障体系在训练、作战活动中综合能力的体现，是装备保障体系的组成要素、结构机制、运行状态等的综合反映。为对保障效能进行评估，文献中针对不同系统采用了多种不同的指标体系。根据评估对象划分，可将保障效能评估指标体系分为通用型和专用型两类。

1.1 通用型指标体系

通用型指标体系是指度量保障效能的指标体系与系统的具体功能无关，可适用于各类系统。

上世纪60年代中期，美国工业界武器系统效能咨询委员会WSEIAC提出了ADC模型，又称为WSEIAC模型，当前在武器系统效能评估中是一种常用手段。该模型综合各项参数分析了装备系统的总体效能，其表达式为

E=A×D×C

式中，E表示武器系统的效能，A={a1，a2，…，an}为系统可用度，表示系统开始执行任务的瞬间处于可承担任务状态或可工作状态的程度，一般用概率表示，ai（i=1，2，…，n）为开始执行任务时处于i状态的概率;C=[cjk]j×k为系统的能力矩阵，表示系统与实际要求能力之间的符合程度，cjk为系统在状态j下完成任务k的能力;D=[dij]i×j为可信度矩阵，表示系统在开始执行任务处于某一状态而结束处于另一状态的转移性指标的描述，dij为开始瞬间系统处于i状态而使用过程中转移到j状态的概率。

这一指标体系是一种基于系统状态的度量方法，适用于对各类系统执行任务下的保障效能评估。多篇文献采用ADC模型对军用飞机[1]、军事物流基地[2]、通信装备[3]以及导弹武器系统[4][5]等不同系统的保障效能进行了评估。ADC方法通常基于平均故障间隔时间、平均修复时间、平均保障延误时间等通用质量特性参数进行计算。

与ADC方法类似，周扬等基于一系列通用质量特性参数对军用飞机的保障效能进行了仿真评估，选取使用可用度、能执行任务率和寿命周期费用作为战备完好能力的评价指标，选取出动架次率、任务成功率、再次出动准备时间联合寿命周期费用作为任务持续能力的评价指标，然后将战备完好能力和任务持续指标综合评价得到保障效能。这一指标体系也同样适用于其他装备系统。

1.2 专用型指标体系

专用型指标是指度量保障效能的指标体系与系统的具体功能和专用质量特性有关，一般难以应用于其他系统。

李赞等[6]在评估军用机场体系设施作战保障效能时建立了与军用机场专用功能相关的指标体系，用机场体系总体数量、一二三线机场体系数量和机场密度、保障作战飞机起降数量规模表示机场总体规模，用各机场体系覆盖区域面积和各机场体系覆盖度表示作战覆盖范围，用指定时间内可出动的作战飞机数量和单位时间内可出动的作战飞机数量表示作战布势情况，然后将机场总体规模、作战覆盖范围和作战布势情况三个指标综合评估得到机场体系保障效能。

朱亮等在评估运输勤务训练场保障效能时也将指标分成训练场建设和训练场使用两类，训练场建设包括场地建设、器材建设和保障建设，训练场使用则包括使用情况和使用效果两类。

葛大江等将通信装备维修保障效能划分为通信装备抢救效能、抢修效能、后送效能和通信器材供应效能。

专用型保障效能评价指标体系还运用于网络电磁空间作战情报保障效能、装备保障指挥效能等，这类指标体系通常运用AHP法进行综合评价。

2  系统弹性的计算与保障效能評估

上述指标体系通常将系统的状态只分为正常和故障两种状态，但是对于复杂装备体系来说，系统的状态不止两种，由于其功能的复杂性和系统自身的容错性，在系统一个或多个部位发生故障后，并不会导致系统完全宕机，而是会出现性能降级但仍持续运行的状态。同时，系统的恢复过程也不是瞬变的，而是通过多个故障的逐一修复而逐渐恢复正常的。为表示系统在出现故障后降级运行，并逐渐恢复的过程中，系统的保障效能，本文引入系统弹性这一新的保障效能评价指标。

弹性的英文单词resilience最早来源于拉丁语的“resiliere”，意思是“回弹”。1977年Holling在其论文中将“弹性（resilience）”定义为“生态系统持久能力以及系统吸收变化和干扰后仍然保持种群或状态变量之间的关系的能力”，从此将弹性一词引入科学领域，弹性的定义不断演变，逐渐细化，以适应在各个领域中的应用。

基础设施的弹性是降低破坏性事件的量级和/或持续时间。一个弹性系统的效能取决于其预测、吸收、适应以及快速恢复自一个潜在的破坏性事件。信息物理系统的弹性是系统在受到攻击时承受损失、平滑降级并以最小的损失恢复到初始状态的能力。

经济系统的弹性表示一种面对危害产生的内在的、适应性的响应，使得个体和团体避免一些潜在的损失。

为区别材料科学中的弹性，本文将这一指标命名为系统弹性。通过各领域对系统弹性的定义，可以总结出来，系统弹性能够表征：

①系统对外部干扰的预测、抵抗、吸收能力，即对外部环境的适应能力;

②系统发生内部故障后性能平滑降级的能力，即不中断运行、系统不崩溃的能力;

③系统发生性能降级后的恢复能力。

这三个方面即综合保障工作对装备体系运行起到的作用，因此系统弹性能够度量保障工作的效果，进而评价装备体系的保障效能。

装备体系从发生故障到恢复到正常水平的过程如图1所示。

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图1中从t0时刻到ts时刻的曲线表征系统的变化过程。Q（t）表示系统的性能参数随时间t变化的曲线，系统正常工作时的性能水平为Q0，在t0时刻，由于干扰因素导致系统出现性能降级，性能水平最低降至Ql，从tl时刻系统性能水平开始回升，在ts时刻恢复至正常工作状态。

Bruneau等为评价地震发生后社会组织弹性提出了弹性三角模型，用弹性损失度量系统弹性，弹性损失越大，表示系统弹性越差，如图2所示。

3  结论

本文对传统的装备保障效能评价指标体系进行总结，划分为通用型和专用型两类指标体系。传统的评价指标将装备体系的状态分为正常和故障两种，已不适用于当前复杂的装备体系。因此，本文提出了采用系统弹性作为指标评价装备体系的保障效能。该指标能够表征装备体系在发生故障后降级运行和平滑恢复的过程，可作为传统保障效能指标体系的有力补充。

参考文献：

[1]祝华远，马乃苍，崔亚君.基于ADC的军用飞机保障效能模型[J].兵工自动化，2014（11）：17-19.

[2]陈明，荀烨，秦超，等.基于ADC法的军事物流基地物资保障效能评估模型[J].军事交通学院学报，2015，17（10）：46-50.

[3]窦晓杰，王小平，廖善良.基于ADC方法的通信装备保障效能评估[J].火力与指挥控制，2016，41（7）.

[4]潘高田，周电杰，王远立，etal.系统效能评估ADC模型研究和应用[J].装甲兵工程学院学报，2007，21（2）：5-7.

[5]刘健，辛永平，陈杰生.基于ADC的弹道导弹防御系统效能模型[J].火力与指挥控制，2012，37（1）：47-51.

[6]李赞，王朝霞，隋昊.军用机场设施作战保障效能评价指标体系研究[J].重庆理工大学学报（自然科学），2018，32（09）：215-222.