基于规则推理的陆军突击装备体系贡献度分析

张书腾,胡 娟

(陆军勤务学院训练基地,湖北 襄阳 441118)

陆军突击作战是陆军作战力量在战斗地域内综合运用火力、信息等手段,对敌实施猛烈且快速打击、突击和攻占的战斗行为[1]。陆军突击装备体系是陆军遂行突击作战过程中涉及的武器装备构成的体系,其构成装备主要包括:以装甲装备为主体的地面突击装备，以陆航直升机为主体的空中突击装备和执行侦察、防护、保障等任务的配合装备。从装备构成和作战样式来看,陆军突击装备体系作为支撑陆上一体化联合作战的核心力量,在执行快速突击敌方阵地、重点地区占领控制、城市和野战攻防作战以及反恐维稳等多样化军事任务中作用巨大。在作战向体系化靠拢的背景下,为更好构建陆军突击装备体系,克服传统装备作战效能分析只立足于装备平台本身的缺点,促进陆军整体作战能力提升,发挥体系作战优势,有必要从体系的角度评估装备的贡献度。

1 装备对体系贡献度概念内涵

武器装备体系是由若干个相互联系,相互作用的独立武器系统,按照一定组合配置和运用规则,通过信息铰链、功能互补等方式,形成具有特定作战功能的更高层次或更广义系统[2],武器装备体系内包含有大量装备节点,装备之间的关联关系复杂,是一个复杂系统。相比独立的武器系统,武器装备体系的作战力更强,也更为强调装备间的配合关系,如图1所示。

图1 装备体系结构示意图

装备对体系的贡献度是一个较新的概念,主要探究装备体系内的某型装备或装备系统对体系整体的作用或贡献。目前,体系内装备贡献率研究尚无一套成熟的理论方法,但不少学者从多个方面开展了积极有益的探索。2009年,老明道大学Sean Deller等[3]在改进信息时代作战模型时,将战场中的兵力角色分为决策、传感器、响应和目标节点四类,并利用这四类节点构建出作战网络,为装备体系网络建模和贡献度分析,提供了新的思路;JIANG等[4]利用证据推理,以信度结构为基础,尝试了从能力评估视角出发评估武器系统;兰德公司利用探索性分析方法在“网络中心战”中评估作战效能[5]。谭跃进从体系工程的角度对武器装备体系的特点进行了介绍[6],罗鹏程开展了武器装备体系的能力评估[7],黄建新等从装备体系整体作战效能评估的角度，对体系贡献度的评估思路和方法进行了探索[8],管清波,王楠等分析了体系贡献度概念内涵和评估原则[9-10],常雷雷尝试用灰靶理论对装备体系的技术贡献度进行了研究[11],吕惠文等利用证据理论对装备体系贡献率的评估指标赋权[12],赵丹玲等从作战环的数量出发，研究了体系内装备的贡献度[13]。

在装备体系中,传统的基于装备平台本身战技指标来评估装备对体系的贡献度，因为无法确切地描述装备间的互联互通关系，具有较大的局限性。因此，为更好地描述装备对体系的贡献度,应当着眼于武器装备体系整体,把装备放入体系中,综合考虑被评装备对体系作战效能影响各方面来评价其贡献度,这种装备对体系贡献度的评估思路已有多名学者进行了积极尝试[14-16]。

武器装备体系是根据一定的使命任务建立的体系的装备构成和装备间配合关系,最终目的都是为了完成体系的使命任务。装备对体系的最直观影响体现在其对体系任务的支撑。装备对体系完成任务时的支撑作用越大,任务的执行水平越高,其对体系的贡献也就越大,这种对应关系具有一定直观性和综合性,因此任务执行水平可以用于描述作战效能,进而从任务角度描述装备对体系的贡献。武器装备体系的效能评估可以层次分析法(AHP)、ADC方法、模糊评估法、仿真法和借鉴专家经验知识等多种方法获得[17-19]。基于这种思想,对比被评装备纳入体系前后的体系任务执行水平的变化量(差值)或变化率(比值),可以衡量装备对体系的贡献度。例如,某类型精确制导导弹加入体系后,对比原有不包含该导弹时体系完成远程精确打击任务的执行水平,其差值即为该类型导弹对体系完成远程精确打击任务的贡献。

结合以上分析,体系内装备的贡献度可表示为,去掉某一装备后,体系任务的执行水平下降的相对程度为该装备对体系的贡献度。

(1)

2 基于规则推理的装备对体系贡献度分析方法

规则推理(Rule-Based Reasoning,RBR)是一种专家系统,它用规则来描述具有因果关系的知识,把专家经验和初始事实转换成规则,形成规则库,并通过一定的推理机制对事件进行评估[20]。规则库是由一系列“If...Then...”规则组合构成,其中“If...”表示规则的前提属性，也就是输入变量,“Then...”表示结论。每个规则都可视为一条证据,根据输入与规则的匹配来推理出结论。它是一种适用于不确定情况下的评估方法,这与陆军突击装备体系中体系对任务的支撑或完成程度具有不确定性相适应。

2.1 装备对体系贡献度的分析流程

由于任务的执行需要各种能力的支撑,分析陆军突击装备体系内装备对体系的贡献度,需要建立在能力评估的基础上。例如，体系执行战场侦察任务需要具备信息能力、机动能力和防护能力。这三种能力的高低,决定了侦察任务的执行水平。如果三者能力都高,显然侦察任务的执行水平也高;如果能力都低,任务的执行水平也会低。因此，可以梳理出体系能力与任务之间的映射关系,并将这种映射关系用体系能力与任务执行水平对应的规则库来表示,从而建立“装备的变化影响体系能力的变化,体系能力的变化可推理出体系任务执行水平的变化”的分析流程,最终通过任务执行水平的变化来反映陆军突击装备体系内装备对体系的贡献度。

其具体步骤如下:

1)根据陆军突击装备体系结构,评估体系能力;

2)根据“能力-任务”映射关系,如图2所示,构建陆军突击装备体系的能力值与任务执行水平之间的推理规则库;

3)利用能力与任务执行水平之间的推理规则库,推理现有能力下的任务执行水平;

4)在陆军突击装备体系中,重新评估除去某装备后的体系能力,并推理任务执行水平;对比被评装备纳入体系前后,体系任务执行水平的变化,求得装备对体系任务的贡献度。

图2 能力到任务至支撑度推理网络

2.2 构造推理规则库

规则库的构建是依据专家经验和应用实际,将一系列典型的输入输出结果作为规则。设X作为规则库的输入变量,X=[x1,x2,…,xN]。每条规则的表达形式为

Then (T,βT).

规则库中的输入变量为体系的能力评估值。任务的执行水平,用0到1之间的数表示。若某能力值完全满足该任务的需求,任务的执行水平为1。若某能力值完全不能支撑该任务,任务的执行水平为0。任务执行水平越高,说明能力对任务的支撑程度越大。例如在陆军突击装备体系中,有规则:

“If((信息能力=80) ∧ (火力能力=80) ∧ (机动能力=80)),Then(情报侦察任务的执行水平为0.7)”

该规则表示,信息能力为80,火力能力为80,机动能力为80的情形下,情报侦察任务的执行水平为0.7。

2.3 基于规则库的推理

规则库中规则的输入参考值一般都是离散的,陆军突击装备体系能力的评估值与规则库中的规则设定输入不一定恰好对应,因此，需要计算体系能力与规则输入变量的匹配程度,然后，根据体系能力与规则输入变量的匹配度,推导出规则的激活权重,最后，融合被激活的规则，得出任务的执行水平。

(2)

(3)

规则库的输入X为一组变量,体系的能力评估值C=[C1,C2,…,CN]也是由多种能力构成,考虑其他能力对规则库中相应输入变量参考值的匹配,得出某能力输入值对规则k的激活权重ωk为

(4)

将激活的规则进行融合，可得在某一能力值下,陆军突击装备体系对于任务的执行水平

(5)

其中,βn表示融合后的任务执行水平,βk表示激活的第k条规则中的任务执行水平,L表示激活的规则数。

3 算例分析

本文的研究对象为陆军突击装备体系中装备对体系的贡献度,以武装直升机作为被评装备,应用规则推理的方法，评估其对体系遂行兵力突击任务时的贡献度。需要指出的是，装备对体系的贡献度研究，还需要对武器装备体系进行建模、能力评估、使命任务分析,但本节主要是说明基于规则推理的装备对体系贡献度分析方法的可行性,因此，对其建模和体系能力值的获取进行了简化处理。

陆军突击装备体系的能力包括机动能力、火力能力、防护能力、信息能力。根据 “能力-任务”映射关系和作战实际经验,构造陆军突击装备体系的各项能力与火力突击任务执行水平对应关系的推理规则库,见表1。

表1 能力对火力突击任务执行水平的推理规则库

先期研究中包含武装直升机的陆军突击装备体系能力评估值为见表2;根据公式(2)—(5),推理出包含武装直升机的体系对火力突击任务的执行水平为0.894。把武装直升机从陆军突击装备体系中剔除,体系的各项能力会下降,其中，打击能力和机动能力的下降程度较大,其对火力突击任务的支撑程度会降低。同理,根据规则库推理可得，剔除武装直升机后，新体系的火力突击任务执行水平为0. 783。

表2 武装直升机对陆军突击装备体系的贡献度

由公式(1)可得，武装直升机对陆军突击装备体系完成兵力突击任务的贡献度为14.2%。

这与武装直升机灵活机动,火力打击能力强的装备特点和实际战场应用相吻合。当然，为了更全面地衡量武装直升机对陆军突击装备体系的贡献度,还可以进一步分析其对体系遂行其他任务的贡献度,分析方法相同。

4 结束语

本文从体系的最终目的是执行使命任务出发,从任务的角度提出了装备对体系贡献度的分析思路,利用规则推理的方法评估体系任务的执行水平,其方法原理较为清晰,逻辑关系相对直观,较适用于宏观上分析装备对体系的贡献度,虽然存在规则库构建相对困难、体系任务执行水平较难确定和评估过程需借助体系能力的不足,但为体系内装备贡献度评估提供了新的解决思路与具体方法。