支撑新型装备系统需求论证的体系贡献度评估
陈文英1, 张兵志1, 杨克巍2
(1.中国人民解放军63963部队, 北京 100072;2.国防科技大学系统工程学院, 湖南 长沙 410073)
摘 要: 针对支撑新型武器装备系统需求论证的装备体系贡献度评估涉及学科领域广、不确定性因素众多、关联关系复杂、研究难度大的问题,提出了有无型与替代型、相对与绝对等多类型装备体系贡献度概念模型,构建了以支撑需求方案优化为目标,以问题背景分析、装备体系建模、评估指标构建、评估方法创新、综合分析评估为主线,迭代递进的装备体系贡献度评估过程模型,明确了装备体系贡献度评估的基本流程、规范原则、指标体系及技术方法,阐明了其实用性和有效性,为装备体系贡献度评估提供了总体框架和顶层指导。
关键词: 体系贡献度评估; 武器装备系统; 需求论证; 体系工程
0 引 言
随着战争的发展,基于信息系统的体系作战能力成为战斗力生成的基本模式。在这样的时代背景下,任何新型武器装备系统都必须以更高层次的武器装备体系作为融合载体及能力归宿,并以其对装备体系的贡献效果作为确立地位、衡量价值及发展演进的标准。习主席在全军装备工作会议上指出:“要以对作战体系的贡献度为评估标准,科学设计装备需求和技术指标”,“每一型武器装备要不要发展,发展多少,都要以对作战体系的贡献度为标准,纳入武器装备体系大盘子考虑”。可见,装备体系贡献度已成为支撑武器装备发展建设科学决策的重要指标。相应地,如何开展装备体系贡献度评估研究成为了当前新型武器装备系统需求论证急需解决的重大问题,也是管理科学与工程、体系工程、军事装备学等多学科领域的研究热点。
贡献度的研究最早见于经济领域,而后衍生到社会生活各个领域[1-6]。在军事装备领域,我军创新提出了装备体系贡献度的概念及其评估问题,主要源于以下几个因素:①武器装备体系建设进入新阶段。面临由机械化信息化复合发展向信息化智能化融合发展的新形势、新任务、新挑战,武器装备体系建设进入优化、演进、重塑的新阶段,由平台力叠加转向体系力汇聚成为新的聚焦点。②武器装备发展模式转向新常态。受客观条件制约,我国武器装备发展走过了由仿制、改造、借鉴与自主研制转向自主创新的递进式道路,创新成为武器装备发展的主流与新常态,创新驱动的着眼点和落脚点都是武器装备体系建设,任何武器装备都是大体系框架下的小系统,武器装备需求的评估模式自然要转向对体系的贡献度。③体系工程理论方法为武器装备体系发展建设开辟了新途径。随着武器装备系统的复杂程度日益提高,能揭示与处理超复杂问题(系统之系统)的体系工程概念及理论方法逐步发展起来,由基于传统系统工程的迭代式寻优追求系统最佳效能的建设模式,逐步延伸为以基于能力的体系需求开发和体系结构顶层设计等体系工程(system-of-systems engineering,SoSE)理论方法为支撑的追求体系效能涌现效果的发展新模式[7-10]。总体而言,装备体系贡献度评估问题的提出是信息化战争作战行动强调联合性、协调性、整体性的具体体现,契合了我军武器装备体系发展建设的时代特征,已成为我军开展新型武器装备需求论证的刚性要求。
可见,装备体系贡献度评估是全新的理论实践问题,尚未查找到国外直接相关研究成果。国内,有一些学者从不同角度开展了探索研究,取得了初步研究成果[11-21]。但是,从全方位支撑新型武器装备系统需求论证的视角,还没有形成系统科学的概念模型及规范实用的评估过程模型,这对于规范和指导我军装备体系贡献度评估工作,提升新型武器装备系统需求论证的质量和效率方面还存在较大的差距。
1.5 统计学方法 用SPSS 20.0统计学软件分析本研究数据，计数资料以(%)表示，行χ2检验；计量资料以±s)表示，行t检验。P<0.05为差异有统计学意义。
因此,采用SoSE理论方法,结合重大装备系统需求论证实践,剖析装备体系贡献度概念内涵,研究提出装备体系贡献度概念模型,构建装备体系贡献度评估过程模型,明确装备体系贡献度评估的基本流程、规范原则、指标体系及技术方法,为装备体系贡献度评估提供总体框架和顶层指导,具有重要的理论实践意义和工程实用价值。
1 装备体系贡献度概念模型
从体系功能完备性视角,装备体系功能完备性贡献度可进一步分解为功能完备贡献度、品种补缺贡献度、配套齐全贡献度;从体系结构合理性视角,装备体系结构合理性贡献度可进一步分解为结构合理贡献度、规模适度贡献度、一体化程度贡献度;从体系有效性视角,装备体系有效性贡献度可进一步分解为作战能力提升贡献度、体系效能涌现贡献度、结构抗毁贡献度;从体系先进性视角,装备体系先进性贡献度可进一步分解为技术水平提升贡献度、三化水平提升贡献度、技术拉动作用贡献度和精干程度提升贡献度;从体系经济性视角,装备体系经济性贡献度可进一步分解为采购费用贡献度、科研费用贡献度、技改费用贡献度;从体系适用性视角,装备体系适用性贡献度可进一步分解为力量建设适用性贡献度、作战样式适用性贡献度、作战方向适用性贡献度。
大家都承认科学普及出版社于2006年翻译出版的英国惠特菲尔德所著《彩图世界科技史》(原书名：History of Science；2003年出版于英国)是一本很好的科普著作.然而不管该书的作者是否具有“科普”的潜在追求，但该书的性质却明白无误的是“科学史”——正如其原书名所示：History of Science；其编写方式也是历史性的(时间顺序).科学史是一个学科、专业，但绝对不是“科普”专业.那么我们何以会将其视为一本很好的科普著作呢？
按照对装备体系贡献度的理解,构建了有无型和替代性两种类型,绝对和相对两种度量方式的系列概念模型。
(1)“有无型”装备体系贡献度概念模型
在某武器装备体系中,增加新型武器装备系统A 后,引起的武器装备体系属性特征值的绝对变化量,称为新型武器装备系统A 的绝对体系贡献度;相应地,引起的该武器装备体系属性特征值的相对变化量,称为新型武器装备系统A 的相对体系贡献度。它们的概念模型可以分别表示为
C A绝对 =P 包括A -P 不包括A
(1)
(2)
式中,C A绝对 表示新型武器装备系统A 的绝对体系贡献度;C A相对 表示新型武器装备系统A 的相对体系贡献度;P 包括A 表示包括新型武器装备系统A 的武器装备体系的属性值;P 不包括A 表示不包括新型武器装备系统A 的武器装备体系的属性值。
(2)“替代型”装备体系贡献度概念模型
近年来,在军事领域,国内外众多学者基于复杂网络对作战体系网络化建模开展了大量探索研究,形成了2种主要建模思路[22]。一种是将实际作战体系中的装备实体及其信息交互关系映射为复杂网络模型中的节点与边,形成作战体系复杂网络模型,这种方法被称为映射建模法。国外基于这种思路取得的研究成果较多[23-25],国内,谭跃进[26]等提出了作战环概念及装备体系网络化描述与建模方法。胡晓峰[27]等应用超网络来研究体系对抗网络协同作战能力,将整个装备作战体系抽象为包含指控网、探测网、交战网3层网络结构的超网络。这种结构较好地表达了“网络中心战”的逻辑结构,为研究体系对抗的动力学机理、自同步能力等相关问题提供了模型基础。另一种是国内金伟新[28]提出的基于作战体系拓扑生成演化规则用仿真的方法生成复杂网络模型的方法,称为规则建模法。这种方法存在的缺点是所建立复杂网络模型的科学性和合理性难以验证。总而言之,复杂网络方法为描述装备作战体系复杂的拓扑结构和动力行为提供了新理论、新思路、新途径。基于复杂网络方法构建的装备作战体系网络化模型,既能反映作战要素间的静态隶属关系,也能反映作战要素之间链接的动态性与择优性,便于利用复杂网络科学开展装备作战体系分析与评估。
北京市机动车污染防治政策效力评估——基于2013-2017年政策文本的量化分析..................................................................................................................................徐美宵 李 辉（74）
C A绝对 =P A替代B -P A未替代B
(3)
(4)
式中,C A绝对 表示新型武器装备系统A 的绝对体系贡献度;C A相对 表示新型武器装备系统A 的相对体系贡献度;P A替代B 表示新型武器装备系统A 替代武器装备系统B 后的武器装备体系属性值;P A未替代B 表示新型武器装备系统A 未替代武器装备系统B 的武器装备体系属性值。
镉是一种有害的微量物质，在一定的浓度水平，对人类和其他生命体具有直接的损害作用。土壤中的镉，不但对植物的正常生长无效，而且比其他元素(Cu、Pb、Zn等)更低浓度对植物产生毒害作用。一般情况下，土壤镉污染对动物影响，主要通过食用镉污染植物或饮水引起；人体中的镉都是出生后由外界环境摄取而积累于体内的，因为新生儿体几乎没有镉的存在；重金属镉可导致肾亏损，从而引发骨痛病、高血压、贫血等疾病[19]。
2 装备体系贡献度评估过程
面向新型武器装备系统需求论证的装备体系贡献度评估是反复迭代、动态递进、螺旋上升的复杂过程,主要体现在:①新型武器装备系统需求论证涉及的因素复杂多样,且具有多种不确定性,特别是认知不确定性;②武器装备体系具有整体性、演化性、涌现性等复杂特征,科学精确的武器装备体系建模描述难度很大;③装备体系贡献度评估具有多目标性,并且目标的有些方面是矛盾的、冲突的和难以量化的;④多源信息及数据资源的积累相对薄弱;⑤合理科学可行的评估模型构建难度大等。因此,面向新型武器装备系统需求论证,构建系统规范有效实用的体系贡献度评估过程模型十分必要。
CS渠道迎来了最寒冬的时代，而CS渠道承载的本土化妆品品牌几乎都感到迷茫，连号称“王敢敢”的王国安都打起退堂鼓。很多品牌商和渠道商开始把之前嗤之以鼻的微商模式当成了救命稻草。
需求方案分析主要是针对形成的多个新型武器装备系统需求备选方案,剖析其使命任务、作战使用要求、系统功能结构、战术技术指标、关键技术及可行性等内容,理清多个需求备选方案存在的差异,廓清新型武器装备系统体系定位、地位作用和目标图像,明确关键技术突破情况、技术成熟度及发展路线等。
图1 支撑新型武器装备系统需求论证的体系贡献度评估过程模型
Fig.1 Process model of contribution rate evaluation for a new weapon equipment system requirement demonstration
2.1 问题背景分析
问题背景分析是开展待评装备(或系统)体系贡献度评估研究的前提基础和首要环节,直接决定着评估实施方案的优化设计。主要包括军事背景分析、需求方案分析及评估实施方案优化设计3部分内容。
(2)传统孝道的制约。国人对待长辈，强调孝道。而中小城市教育水平较低，致使许多文化程度低的子女一味地愚孝。长辈在患重大疾病，生命时间有限的情况下，故儿女们大多一味用机械、技术手段延长生命。传统孝道要求儿女必须在膝前塌下服侍，送入临终关怀医院被认为是放弃治疗，不愿伺候照顾的表现，是传统意义上的不孝。
军事背景分析主要是研究国际安全环境、国家安全环境、现实的和潜在的军事威胁、主要作战对手和作战方向、信息化战争形态、作战理论及样式、未来战场环境特征、外军武器装备发展趋势、我军武器装备建设现状及能力差距、武器装备发展构想及方向重点等内容,目的是预测未来战争形态及作战样式,识别现有武器装备体系的能力以及对未来作战能力的需求,明确牵引、推动和制约武器装备发展建设的决定性因素,探索创新新型武器装备系统发展理念,确定新型武器装备系统需求目标。
基于SoSE理论与方法,结合开展重大装备系统需求论证的工程实践经验,构建了支撑新型武器装备系统需求论证的体系贡献度评估过程模型,如图1所示。
评估实施方案优化设计主要是针对多个新型武器装备系统需求备选方案,确定装备体系贡献度评估的依据、原则、内容和目标,优化设计支持多角度、全方位评估的实验方案,筹备实施评估所需的模型、数据、工具等资源。
2.2 装备体系建模
建立指标体系是装备体系贡献度评估的基础和依据。基于装备体系的多维属性,从功能完备、结构合理、有效性、先进性、经济性、适用性等6个视角构建了具有通用性和可扩展性的多维度多层次指标体系框架[12,14],如图2所示。
应注意的是,上述指标体系具有通用性和可扩展性,但针对不同的评估对象、目标和要求,应坚持具体问题具体分析的原则,以上述指标体系框架为基础,构建满足需求的具有不同侧重点的评估指标体系。
在某武器装备体系中,用新型武器装备系统A 替换武器装备系统B 后,引起的武器装备体系属性特征值的绝对变化量,称为新型武器装备系统A 的绝对体系贡献度,相应地,引起的武器装备体系属性特征值的相对变化量,称为新型武器装备系统A 的相对体系贡献度。它们的概念模型可以分别表示为
2.3 评估指标构建
对武器装备体系的科学精准建模是进行装备体系贡献度研究的基础。传统的武器装备体系多采用树状结构描述装备的种类、品种和系列,这种静态的、简单的描述方法无法体现武器装备体系的关联性、动态性、对抗性、发展演化性及效能涌现性等网络化复杂特征。针对上述问题,当前主要有两种研究方法:体系结构方法和复杂网络方法。
装备体系贡献度可以理解为:如果把某型武器装备(或某型武器装备系统)作为贡献者,把与其有关联的武器装备体系作为受益者,则某型武器装备(或某型武器装备系统)对与其有关联的武器装备体系的发展建设、结构演化、体系能力、作战效能等整体属性的贡献或产生价值的度量,称之为装备体系贡献度[11-14]。按贡献者和受益者的关联关系,区分为装备体系直接贡献度和装备体系间接贡献度;按照度量方法,区分为装备体系绝对贡献度和装备体系相对贡献度。装备体系相对贡献度有时又被称为装备体系贡献率。
体系结构方法的本质是提供规范化、标准化的描述框架、语言和工具来进行体系的顶层设计,将人的行为、系统功能、技术规范与所期望的能力之间相互作用融合,从而保证系统实现互联、互通和互操作。美国防部提出的DoDAF体系结构框架支撑从使命任务、能力需求、系统方案、技术规范等多个视角构建多维度、多层次、多分辨率的体系结构模型,并通过引入计算机建模仿真技术增强装备体系顶层设计的可预见性和可管理性[9]。实践证明,体系结构方法是支撑装备体系顶层设计的行之有效的方法途径,可以为装备体系评估优化提供分析基础及相关的模型、数据等支撑。
图2 装备体系贡献度评估指标体系
Fig.2 Contribution rate evaluation index of equipment system
2.4 评估方法创新
装备体系贡献度研究是一项复杂的评估工作,与传统的用于反映新型武器装备系统贡献价值的作战能力静态评估和基于体系对抗仿真的效能评估具有很大的差异。传统的作战能力静态评估和基于体系对抗仿真的效能评估仅从装备体系有效性贡献度视角对比同类装备系统发展的作用价值,而装备体系贡献度是从装备体系发展建设的总体高度,从对体系功能完备、结构合理、有效性、先进性、经济性、适用性等多个视角综合评估新型装备系统的体系定位、地位作用和贡献价值。因此,应在吸纳传统评估方法优势的基础上,从装备体系发展演化优化控制的视角,针对装备体系贡献度评估问题的复杂特征,创新科学有效实用的评估方法具有重要的理论意义和实用价值。
针对装备体系贡献度评估指标类型多样,且输入信息包含多种不确定性特别是认知不确定性,提出将基于信度规则库的证据推理方法用于装备体系贡献度评估[14,19]。该方法具有以下优势[14]:①该方法集成了证据理论、多属性决策理论、模糊理论和IF-THEN专家系统等理论方法的优势,具有对模糊不确定性、概率不确定性及认知不确定性等进行建模和分析的能力;②该方法将专家知识和各种历史数据以信度规则的形式表示,具有定性与定量相结合的方法优势;③评估结论不是单一数值,而是装备体系贡献度的信度分布,具有可解释性和可追溯性。同时,应注意的是,该方法应用于装备体系贡献度评估时,在信度规则库的合理构建、信度规则相关参数的科学确定、证据冲突的正确处理等方面还有许多问题需要加强探索研究,应结合具体工程实践不断发展完善。
近年来,复杂网络方法被国内外众多学者认为是研究复杂系统最可能取得突破的重要途径。应用复杂网络理论方法研究装备作战体系,能够更好地刻画出体系中个体之间相互关联的拓扑结构,以及这些结构的数学体现。国内,基于复杂网络方法开展装备体系贡献度研究取得了一些重要成果[16-17,29-35],为动态评估作战能力提升及网络结构抗毁贡献度等方面提供了新途径。目前,还存在2个难点问题有待进一步突破:①如何科学抽取体系元素,确定复杂网络的点和边以及它们的权重,能够更好地揭示体系元素之间的复杂关联关系;②如何基于复杂网络的表征参数如度和度分布、群集系数、平均路径长度、介数等构建科学、合理、有效的装备体系贡献度评估模型。
此外,价值工程方法、影响图分析方法、探索性分析方法等在解决装备体系评估问题时都有一定的优势[30],如何综合应用这些方法研究装备体系贡献度评估是值得深入探索研究的新问题。
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2.5 综合分析评估
装备体系贡献度评估的本质属性是面向决策服务的,这就决定了其必然是以对问题的定性分析为起点,将科学理论与经验知识有机融合,将宏观研究与微观研究有机统一,将定性分析与定量研究相结合,针对各个需求论证要点进行多视角、全方位、多层次循证式验证分析评估,全过程、迭代式支撑装备需求方案的优化。可见,装备体系贡献度评估需要充分发挥综合集成方法的优势,用定性分析引导定量评估,用定量结论支撑定性分析,通过相互促进、相互支持实现分析研究的螺旋递进。
需特别强调的是,装备需求论证与装备体系贡献度评估两者也是相互促进、相互支持的过程,装备需求方案论证的越清晰完善,装备体系贡献度评估结论越准确可靠,反过来,装备体系贡献度评估结论越准确可靠,装备需求方案及指标设计越科学合理。
后现代主义时期使钢琴曲领域出现了一批年轻的钢琴作曲家。后现代主义是由西方引进的，起源于美国20世纪70年代后期，他们大都是受到文艺复兴时期的思潮的影响，在迁移默化中创造了他们的创作。因此在他们的作品中，借鉴了各种的语言、音色音乐、偶然音乐、整体序列音乐等等都被引进和采用。
2.6 需求方案优化
装备体系贡献度评估贯穿于装备需求论证全过程,全方位支撑装备需求方案的优化完善,在创建装备作战概念、创新发展理念、塑造优势能力谱系、优化编配与运用、设计系统总体方案、构建战术技术指标体系等多个论证要点问题上都发挥着重要的验证、检验和指导作用,对提升装备需求论证工作的质量和效率意义重大。
3 结 论
当前,装备体系贡献度评估已成为我军新型武器装备需求论证的刚性要求。基于SoSE理论与方法,结合重大装备系统需求论证工程实践,提出了有无型与替代型、相对与绝对等多类型装备体系贡献度概念模型,构建了以支撑新型装备系统需求方案多维度优化为目标,以问题背景分析、装备体系建模、评估指标构建、评估方法创新、综合分析评估为主线,迭代递进的装备体系贡献度评估过程模型,为全面系统评估装备体系贡献度提供了基本遵循,对提升新型武器装备系统需求论证的系统性、科学性和前瞻性意义重大。
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Contribution rate evaluation for requirement demonstration of a new weapon equipment system
CHEN Wenying1, ZHANG Bingzhi1, YANG Kewei2
(1. Unit 63963 of the PLA ,Beijing 100072 ,China ;2. College of Systems Engineering ,National University of Defense Technology ,Changsha 410073 ,China )
Abstract : In allusion to the problem that contribution rate evaluation supporting requirement demonstration of a new weapon equipment system has highly complexity and great difficulty due to involving a wide range of disciplines, multitudinous uncertain factors, complex relationships, multi-type contribution rate evaluation mo-dels, which included having or not having type, replacing type, relative type and absolute type, are proposed firstly. Then,with the aim of optimizing requirement scheme of a new weapon equipment system, an iterative and progressive process model based on the main clue of problem background analyzing, the armament system of systems modeling, evaluation index system constructing, evaluation method innovating, synthetically analyzing and evaluating is established and discussed, elucidating the basic procedure, norms and principles, evaluation index system, and techniques and methods. Finally, its practicability and effectiveness are demonstrated, providing the general framework and top guidelines for contribution rate evaluation of weapon equipment system.
Keywords : contribution rate evaluation; weapon equipment system; requirement demonstration; system of systems engineering (SoSE)
中图分类号: N 936
文献标志码: A
DOI: 10.3969/j.issn.1001-506X.2019.08.17
收稿日期: 2019-02-27; 修回日期:2019-04-13;网络优先出版日期: 2019-07-09。
网络优先出版地址: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20190709.0829.010.html
基金项目: 国家自然科学基金(71571185)资助课题
作者简介：
陈文英 (1973-),女,高级工程师,博士,主要研究方向为武器装备需求论证、体系评估。E-mail:chenwenying@tsinghua.org.cn
张兵志 (1956-),男,研究员,硕士,主要研究方向为武器装备论证、车辆工程。E-mail: zhangbzh@sina.cn
杨克巍 (1977-),男,教授,博士,主要研究方向为国防采办与体系工程管理。E-mail:kayyang27@nutd.edu.cn
2)海风锋垂直剖面要素结构显示,海风偏冷气团的水平速度u登陆构成海风锋前缘,对锋面垂直抬升位置及强度起重要作用,造成此处显著的上升运动中心,并往往有云系及较强降水配合。此外,锋后的下沉运动与锋前上升运动配合,在海风锋垂直剖面上形成锋面二级环流,影响海风锋系统环境的不稳定特征。因此海风锋是大环流稳定背景下的局地扰动源,海风锋锋面附近二级环流也形成一个完整的海风环流。
标签：体系贡献度评估论文; 武器装备系统论文; 需求论证论文; 体系工程论文; 中国人民解放军63963部队论文; 国防科技大学系统工程学院论文;