兵力规模结构论证支持系统设计与实现

杨雪生，关 永，黄 谦

(军事科学院,北京 100091)

兵力规模结构由国家安全需求和军队使命任务决定,是人与武器装备的有机结合，是生成和提高部队战斗力的关键要素。科学合理的兵力规模结构是推进军队组织形态现代化和提高信息化作战能力的重要保证。现代战争呈现技术形态信息化、组织形态体系化的鲜明特征,以往以定性分析为主的粗放式兵力规模结构设计方法无法满足时代需要。这就需要按照系统科学思想,采用军事运筹学理论方法,研发计算机辅助支持工具,为规模结构论证提供量化科学支撑和分析作业平台。

兵力规模结构分析论证,属于运筹学的兵力规划领域,张最良研究员主编的《军事运筹学》[1]和《军事战略运筹分析方法》[2]中都做了详细的方法性论述。总体上,可以分为两种方法:一种是基于使命任务的兵力结构论证法,即“从需求出发”的论证方法;另一种是国际防务比较法,即“从比较出发”的论证方法。两种方法相比较,第一种方法的优点是针对性强，所得结果比较可信,缺点是相对比较复杂，工作量大;第二种方法的优点是比较简单，工作量小,缺点是针对性弱，所得结果只能作为对照参考数据使用。理论分析和中外实践经验都已表明,第一种方法是获得更为可信结果的必由之路。因此,实际工作中通常把第一种方法作为主要的论证方法,第二种方法作为辅助的论证方法。

基本方法为开展现实工作提供了理论指导,还需要设计提供可操作性的论证流程和软件工具,为多方参与的分析论证过程提供统一的数据模型和流程支持。由此,提出开发“兵力规模结构论证支持系统”,辅助方案论证人员对军兵种规模结构方案进行设计、优化、对比、调整和展示,为优化论证兵力规模结构提供技术支持。系统能够发挥三个方面的作用:一是提供一个辅助方案生成和论证的工具,应用统一的方法框架,规范各军种的论证程序;二是提供一个集体推演研究的平台,可人机交互式地修改优化设计的规则、数据,便于集体推演研究;三是提供一个汇报展示的手段,对建议方案和论证过程进行直观展示,便于审查与汇报。

1 分析论证流程

基于使命任务的兵力结构论证法的基本思路是:依据国家所面临的威胁和国家军事战略确定军队的使命任务,通过对使命任务的分解，分析确定具体的任务要求,依据任务要求确定军种力量需求;通过综合考虑军种员额限制、作战能力、经费等影响因素,逐步优化得到军种的兵力结构。

在实际论证工作中,为了减少重复工作量,我们不需要对所有的使命任务进行分解分析,只需选择一个或数个同时发生的最大任务进行研究。选择的原则是只要这些任务能完成,其他任务也一定能完成。我们将这一方法称为“同时性最大任务叠加法”或“最大任务集法”,即立足复杂困难情况,可能应对的同时发生的用兵强度最高、行动最为复杂的最大任务集合,这是论证军种规模结构的出发点和依据。

根据上述思路,我们确定了军种兵力结构论证的总体框架流程,如图1所示。

图1 兵力规模结构论证流程

1)分析使命任务。通常根据国家军事战略,提取形成各军种的使命任务。

2)设计最大任务集。从军种使命任务出发,研究得出军种可能承担的同时发生的最大任务集。

3)逐层分解任务。对最大任务集的任务逐层分解,目的是细化任务要求,提出具体能力需求指标。

4)力量需求计算。运用模型或已有数据,依据能力需求指标,计算力量需求。

5)力量需求汇总。汇总各任务所需的力量,考虑任务复用因素,生成军种力量规模结构初步方案。

6)调整优化。按照任务权重、兵力总员额限制条件,对所形成的初步方案进行迭代优化。

7)生成目标方案。生成各军种力量规模结构建议方案,并可以依据现有军队编制方案,设计生成目标方案。

8)拟制实施方案。以现有力量结构为基础,参照规模结构建议方案,生成力量规模结构调整实施方案。

根据需要，可以从第6步返回第2步迭代计算。例如,不满足约束条件,或军兵种比例结构不符合发展趋势。

2 系统功能与结构

2.1 系统功能

对应于兵力规模结构的论证流程,论证支持系统主要提供以下功能。

1)设计目标方案,主要是根据使命任务要求,辅助设计和论证未来的军种力量规模结构的目标方案。

2)生成实施方案,对照现有规模结构,进行撤建并改等调整操作,辅助生成实施方案,实现规模结构调整目标。

3)方案对比分析,就关注的关键指标数据进行对比,如各兵种比例、作战和保障部队比例、官兵比例等。

4)方案综合展示,主要是汇总各军种的力量规模结构调整目标方案,供决策主管部门进行审查。

5)数据管理,主要包括装备、编制、规模等基础数据以及相关元数据的维护。

6)模型管理,主要管理维护测算过程中所需要的军兵种作战行动需求计算模型。

2.2 系统结构

规模结构论证支持系统采用C/S结构,可分为数据层、应用层、表现层、用户访问层四部分,如图2所示。

图2 论证支持系统的组成结构

1)数据层

数据层主要提供系统运行的各类数据,包括编制数据、装备数据、模型数据、方案数据、用户数据、系统管理数据以及基础分类元数据等。

2)应用层

业务应用层是系统的核心,起承上启下的作用。任务分解组件是进行使命任务与兵力行动分解的核心组件可以任意增加、删除、调整任务的行和属性列,支持多种复杂表格形式的操作。军兵种兵力行动模型为各类行动的力量需求计算提供模型支持。优化模型支持运用线性规划等方法,计算在总规模、预算条件约束下的最优军兵种兵力结构。报表引擎为用户进行声像数据的分析提供了底层报表服务,支持嵌套报表、交互式下钻报表和图形报表。力量转换组件采用配对算法,自动转换武器装备、建制单位、弹药的关系,如果武器装备、建制单位、弹药之间存在映射关系,则优先使用映射关系,否则，使用基础数据进行倒推折算,然后，根据配对参数对其进行自动配对。业务接口采用插件的机制接入行动模型,各军种行动模型可以很方便地扩展和嵌入,不断增加兵力行动的需求计算功能。用户与权限管理服务,对用户的身份进行统一的验证。

3)表现层

表现层为用户提供访问接入界面,包括目标方案设计、实施方案生成、方案对比分析、方案综合展示、数据管理和模型管理等。

3 目标方案设计

目标方案设计主要用于辅助方案拟制人员设计、论证、生成各军种的规模结构目标方案或建议方案。根据军种兵力规模结构论证流程,目标方案设计对应军队使命管理、军种任务分解、需求计算、力量汇总、评估优化、生成方案等具体功能过程。

3.1 军队使命任务管理

根据国家军事战略,确定军队的各项顶层使命任务,为后续军种任务分解提供参考依据。需要提供有关的使命任务描述、使命任务要求、基本作战构想以及相关信息等。

3.2 军种任务分解

任务分解从军种最大任务集出发,分解细化任务,明确任务类型和要求,便于计算力量需求。可将军兵种使命任务细分为基本作战单元的典型任务,纵向以作战阶段、军兵种、作战集团、任务方向等层级划分,横向可按火力、指控、信息、保障等作战要素划分。如海军的最大任务集包括战时的袭击敌方基地、港口和陆上重要目标、破袭敌方海上交通线、歼击敌海上封锁兵力、对敌方实施海上封锁、打击、消灭敌海军兵力或海上兵力集团、独立或参加登陆作战、反敌方战略突袭和海军平时兵力运用等顶层任务,系统能够对顶层任务进行逐层细化、一一分解,直至可进行兵力需求推导,最后的形式为一个任务分解树。任务分解主界面如图3所示。

图3 任务分解主界面

比如对敌方实施海上封锁任务,可以分为海域监视、海域控制、破交、布雷、临检拿捕等多项子任务。海军平时兵力运用,可分解为国际维和护航、维护海洋权益、海上抢险救援、保护海上安全等子任务。

对于每一个任务,通常需要输入名称、类型、指标描述等信息。其中,任务类型可以进行下拉选择,并按照定义映射到相关的任务行动需求计算模型,从而在下一步计算中调用模型。

之后进入下一阶段,运用经验知识或需求计算模型进行计算。

3.3 需求计算

力量需求分为两种:1)最小力量需求,是根据任务特点,完成该项任务所需的至少力量,可以将最小力量需求定义为任务成功概率达到70%的力量需求;2)充分力量需求,是指为保证更有把握完成任务所需要的充足力量,可定义为任务成功概率达到90%的力量需求。

需求计算有两种方法：1)手工计算,主要是利用已有成果直接给出兵力需求;2)利用战役战术行动模型,进行计算。两种需求计算界面如图4所示。

图4 两种需求计算方法

人工计算中,用户可以依据相关测算结果或演习训练等数据,直接输入最小力量和充分力量对应的兵力需求。

模型计算时,系统会根据任务类型加载调用相应的作战行动模型,用户可以输入作战参数、具体指标和环境数据,需求模型自动计算出所需作战力量及数量。

力量形式有三种,分别是建制单位、武器平台、弹药,适用于不同军兵种特点或不同形式的兵力需求计算方式,比如陆军通常使用建制单位进行测算,海、空军通常使用武器平台为单位测算,导弹部队可以使用弹药为单位测算。

在计算力量需求时,需考虑兵力复用,可按照兵力类型,标示可以在各个任务中重复使用的兵力,比如航母兵力可以在多种作战任务中重复使用。标示完成后,在任务分解图中以颜色表示有复用关系的任务。

3.4 兵力汇总

在上面的基础上,考虑兵力复用对力量规模进行统计,按照任务分解的层次结构,逐层汇总计算,得出初步力量规模结构需求——最小力量需求和充分力量需求。

力量汇总时,可以按武器装备、建制单位分类汇总。由于存在两种力量形式,每一种汇总都需要考虑建制单位、作战编成的武器和人员折算关系,折算实现以模块化部队的标准武器与人员编成为基础,实现双向计算。

3.5 调整优化

调整优化的目的,就是在一定的约束条件下,调整各类兵力数量,使生成的作战力量完成使命任务的程度最高。一是作战能力评估,按照需求计算得到的建制单位、主战装备和人员的数量,按照一定的作战能力指标体系,评估计算方案中各军种的作战能力(如火力、机动、情报、信息、指控、保障、防护等方面)。二是方案优化,在方案计算出最小兵力需求和最大兵力需求后,考虑军队员额限制条件、权重(通过层次分析法、德尔菲法等得出),利用运筹优化算法自动或手工调整,优化方案中的部队结构,从而得出满足限制条件的建议方案。

系统能够采用线性规划模型,以各种力量作为变量,在给定的总员额、各兵力最小和充分需求数量等约束下,计算总员额范围内各类兵力的最优作战兵力数量配备。

在优化之前,需要依照经验知识,在各级任务中标示下属各子任务的权重,表示任务之间的重要关系。

系统也可以在自动计算的基础上,对各类兵力数量进行手工调整。

3.6 生成目标方案

经过以上步骤,本文得出了一种规模结构方案,可以进行多维度编制单位、武器装备、人员、业务职能等的统计得出各种数量与结构的比例关系。

建制单位统计时,通常区分军兵种、部队类型(作战/保障,重型/中型/轻型)、部队级别(军、师、旅、团、营等),统计各种数量和比例。人员数量统计时,通常区分军兵种、人员属性(作战、作战支援、作战保障等)、人员类别(军官/士官/士兵)、人员级别(军、师、团)等,统计各种数量和比例。装备数量统计通常区分军兵种、装备类型、统计数量和比例。业务职能统计按照业务视角(如通信、导航、测绘、后勤保障、装备保障等)和部队等级,统计各种数量和比例。

4 实施方案拟制

实施方案拟制,主要是以现有力量结构为基础,参照前面得到的规模结构目标方案,辅助生成力量规模结构的调整实施方案,用于指导实际兵力编制调整。系统提供了实施方案设计与实施方案分析等2个功能。

1)实施方案设计

在军种现有规模结构的基础上,对照目标方案的人数和能力,通过撤、建、并、改等操作,得出调整方法步骤,即实施方案。

实施方案设计主界面如图5所示,分为两个区:调整作业区与调整对照区。调整作业区包括三列:现有的编制结构,调整后的编制结构,各种类型的调整操作按钮。调整目标对照区包括:编成单位类型,现有编成结构的各类编成的数量,调整后的各类编成的数量,目标方案的各类编成的数量。

图5 实施方案设计主界面

生成新的建制单位时,可以从基本建制单位的编成库中选择一种编成,在此基础上进一步调整。

2)实施方案分析

方案分析用于对力量规模结构调整实施方案的统计分析,可以利用文字和图表展示操作流程和步骤。

5 方案展示与对比分析

5.1 方案综合展示

方案综合展示主要用于查看各种目标方案和分析过程,可展示的陆、海、空等各军种生成的目标方案,可进一步查看支撑方案生成的任务分解图。具体包括总体展示和详细展示两种功能。

1)总体方案展示。从全军视角,概略展示各军兵种的规模结构数据,重点显示建制单位数和员额。

2)各军种详细方案。使命任务的显示,显示了各军种方案的使命任务分解结构,以及主要任务、子任务的建制单位和员额。单位、人员、装备的显示,显示了各军种方案中的单位、人员、装备的数量统计以及结构比例数据,可以按照柱图、饼图等方式进行直观显示,或是自定义显示方式。

5.2 方案对比分析

方案对比分析用于为各种兵力方案提供所关注项目的对比以及回归分析。

1)兵力结构对比。区分军兵种、部队类型、人员类别等,对各规模结构方案的结构进行对比,也支持对各国兵力方案进行对比。对比结果可以使用柱图、饼图或自定义图形格式进行显示。

2)作战能力对比。按照作战能力指标,对我军多方案之间以及与外军的作战能力进行对比以及图形显示。

3)任务完成率对比。区分军兵种使命任务类型,对各方案的任务完成率(满足度)进行对比以及图形显示。

4)回归分析。根据世界主要国家的兵力规模结构数据,考虑各国的军队使命任务、国家威胁、军事战略、经济实力等因素,回归推算本国所需的规模结构。

6 数据管理

数据管理用于管理系统所需的编制结构、装备数据、模型数据、基本元数据以及用户数据、方案数据等。

1)基本编制单位数据。管理陆、海、空等各军种的基本编制单位或模块化部队,如陆军的各种模块化旅、营。基本编制单位包括主战装备编成、人员编成和物资器材编成,可以用于兵力需求计算中的折算,或为设计实施方案提供支持。

2)现有力量编成。该功能主要维护各国现有兵力规模结构和部队编成数据,用于拟制实施方案使用或对比分析时使用。

3)主战装备数据。管理主战装备战技术性能参数,主要用于具体任务的兵力需求计算。

4)分类元数据。主要包括兵种管理、能力要素管理、装备类别管理、弹药类别管理、物资器材类别管理、模型分类管理等。

5)军兵种任务清单。管理各军兵种部队的各类典型任务,形成任务清单。如海军舰艇编队有护航、反潜、突击敌水面舰艇等任务。典型任务的结构包括任务描述、指标参数以及有关计算模型等,形成各类典型任务模板。

7 模型管理

我们采用树状结构,管理维护各军兵种的作战力量需求计算模型。可以录入模型简要说明、模型设置与使用方法,链接模型文档、模型文件与数据路径等,提供直接调用执行功能,文献[3]中介绍了模型库管理系统的详细设计。除了管理计算模型外,还有目标类型管理、毁伤目标管理、任务类型管理、武器命中概率管理等功能。

8 结束语

兵力规模结构论证支持系统,能够提供一个操作性强的运筹分析软件平台,将抽象的运筹学理论方法推向实用,真正科学地解决现实兵力规划问题。我们已经按照上面的设计,开发实现了论证支持系统,并在实际工作中进行了试用。目前的系统中,主要通过单个的行动计算模型,独立测算各项任务的兵力需求,行动之间的时序性与逻辑性相对松散,存在对体系效能反映不够充分的问题,后续重点考虑引入过程仿真模型,对各类顶层任务进行想定化推演验证,进一步反推前面的任务分解和兵力需求计算的科学性。