面向任务的装备体系作战能力需求满足度分析方法

樊延平, 郭齐胜, 王金良

(装甲兵工程学院装备指挥与管理系, 北京 100072)



面向任务的装备体系作战能力需求满足度分析方法

樊延平, 郭齐胜, 王金良

(装甲兵工程学院装备指挥与管理系, 北京 100072)

针对军事威胁的不确定性与模糊性和武器装备体系作战能力目标的抽象性,以任务需求为牵引,提出了一种面向任务的武器装备体系作战能力需求满足度分析方法。通过构建作战能力与作战任务质量屋,构建了面向任务的作战能力需求分析与指标权重计算模型;通过固有作战能力与作战能力需求的对比分析,提出了面向任务的作战能力需求满足度模型;进而提出了面向领域的多维度作战能力分析方法,实现了武器装备体系整体作战能力与领域作战能力的综合分析。最后,以某地面突击装备体系作战能力分析为例,分析了该方法的可用性与有效性。

装备体系; 作战能力; 面向任务; 需求满足度; 综合分析

0　引　言

武器装备体系是指在一定的战略指导、作战指挥和保障条件下,为完成一定的作战任务,由功能上相互联系、相互作用的各类武器装备系统组成的更高层次系统[1-2]。体系组分相互联系但又分别具有独立的功能和行为[3];体系整体具有涌现性、动态性和演化性。武器装备体系的这种复杂性特征,成为影响武器装备体系发展和运用决策的重要因素[4-5]。如何有效评估武器装备体系作战能力成为武器装备体系研究中面临的热难点问题。

作战能力通常被认为是武器装备体系的固有属性,由武器装备体系的装备类型、数量与战术技术性能指标决定[6-9],多采用静态评估方法给出武器装备体系作战能力的相对水平,如综合指数[10]、解析计算[11]、定性评估[12]等方法。但是,由于未来军事威胁的不确定性、模糊性和作战能力目标的抽象性[13],通过分析固有的静态作战能力,难以反映武器装备体系的演化特性和能力目标,分析结果难以回答武器装备体系是否能够完成使命任务的问题,缺乏作战能力评估的针对性和有效性。因此,面向武器装备体系担负的使命任务,评估武器装备体系固有作战能力满足不同使命任务中作战能力需求的水平,才能够比较满意地回答武器装备体系能否完成使命任务的问题。当前,面向任务的分析方法已经在部分领域进行了初步探索,如面向任务的装备保障系统可靠性与维修性建模分析[14]、面向不同任务的网络可靠性分析[15]、面向任务的传感器可达性分析[16]等,但是面向具体的使命任务分析武器装备体系作战能力的研究还比较少。

为此,本文从武器装备体系的使命任务需求出发,提出一种面向任务的武器装备体系作战能力需求满足度分析方法。它以武器装备体系的多样化使命任务为牵引,通过使命任务的逐层分解及其与作战能力的关联映射,提出武器装备体系完成多样化使命任务的作战能力需求;同时,以战术技术性能指标为基础,综合分析武器装备体系的固有能力满足其使命任务能力需求的程度,作为评价武器装备体系作战能力水平高低的基本依据,反映武器装备体系建设与运用的根本要求。

1　研究框架

面向任务的武器装备体系作战能力需求满足度分析,是以武器装备体系建设的使命任务为依据,通过使命任务的分解提出作战能力需求,进而分析武器装备体系固有作战能力满足其使命任务作战能力需求的程度,突出了武器装备体系的编组配置和作战运用对作战能力的影响,增强了武器装备体系作战能力分析的针对性。其分析框架如图1所示。

图1　面向任务的武器装备体系作战能力需求满足度分析框架

2　使命任务分析

完成多样化使命任务是武器装备体系的基本要求。因作战环境、作战样式和作战思想的不同,完成不同使命任务的作战活动差别较大,所要求的武器装备体系功能和战术技术指标要求不同。为增强武器装备体系使命任务分析的针对性,应重点围绕武器装备体系的核心使命任务,进行作战活动及其完成指标的分析,并通过作战活动及其指标的集成分析,提出武器装备体系的使命任务清单。

武器装备体系的多样化使命任务,要求进行多种作战背景下的作战任务分析,以分别研究不同作战使命的任务需求,其分析框架如图2所示。而且,不同作战背景的作战任务分析越充分,武器装备体系的使命任务需求就越准确。

图2　使命任务分析基本框架

2.1作战任务分析

就某种使命任务背景下的武器装备体系而言,作战任务分析可采用基于活动的分解方法[17]。根据使命任务总体描述,构想武器装备体系的作战对抗场景,研究武器装备体系的作战运用方式,分析不同作战阶段的典型作战活动组成及其相互关系,并根据不同阶段作战活动的目标提出作战活动的完成指标,包括4个步骤:

步骤 1按照武器装备体系的作战功能、作用机理、作战空间和技术体制,将使命任务分解为粒度较细的作战任务,提出作战活动间的协同规则和完成指标,形成作战任务需求;

步骤 2明确不同作战任务的实施主体,以武器装备系统组成为主构建作战节点集合;

步骤 3分析不同作战节点遂行不同作战任务时扮演的角色和承担的任务,建立其作战节点的组织关系体系;

步骤 4构建作战任务-作战节点-组织关系三元关联矩阵,进一步优化作战任务组成及其完成指标。

作战任务分析时,要兼顾作战运用规律和作战能力分析要求,遵循以下两项基本原则:①作战节点的粒度到武器装备单元,作战任务的分解粒度与作战节点的粒度一致。因为武器装备单元的功能相对比较单一,完成作战任务的指标要求接近于武器装备的战术技术性能指标,便于由作战任务要求提出作战能力需求。②以作战任务为核心,自顶向下逐层分解。按作战任务规模或复杂程度,自顶向下将作战任务分解为一系列功能单一的作战任务。

2.2作战任务集成

不同使命任务背景下的作战任务需求不同,表现为作战任务需求的内容、指标及条件的不同。作战任务的层次性与关联性,是作战任务集成的基础。通常,上层作战任务可分解为多个下层作战任务;下层作战任务能够同时支撑多个上层作战任务,上下层作战任务之间呈现出多对多关系。而且,这种多对多关系广泛存在于不同使命任务背景的作战任务需求中。为了全面描述武器装备体系的使命任务需求,需要对不同使命任务背景的作战任务需求进行集成分析,消除使命任务需求之间的重复和冗余,形成相对统一、系统全面的武器装备体系作战任务清单,牵引武器装备体系作战能力的分析。

作战任务集成可采用模糊聚类分析方法。依据作战活动的特征及其相似程度,利用模糊数学的方法定量表示作战任务间的相似关系,从而建立不同作战活动之间的模糊相似关系矩阵,并按照给定的聚类水平对作战任务进行分类与集成。

3　作战能力分析

包括作战能力结构分析、固有作战能力分析与作战能力需求分析等内容。

3.1作战能力结构分析

武器装备体系的作战能力结构应能够反映武器装备体系的层次性特征,如图3所示。单元层作战能力由武器装备单元的功能及其战术技术性能指标确定;平台级作战能力由组成平台的各武器装备单元的作战能力组合形成;以此类推,武器装备体系的作战能力由组成体系的武器装备系统的作战能力组合形成。通常,由于武器装备体系的涌现性特征,上层作战能力大于或等于下层作战能力之和。以陆军战术兵团为例,其装备体系可能包括防空系统和其他作战系统,防空系统包括导弹发射平台、指挥控制平台等,导弹发射平台又是由机动单元、发射单元等组成,则各级作战能力是由下一级作战能力组合和聚合生成的。

图3　武器装备体系作战能力结构

3.2固有作战能力分析

武器装备体系的固有作战能力与体系组成装备的类型、数量、战术技术水平和耦合(或组合)方式密切相关,不同类型、不同数量或不同耦合(或组合)方式的武器装备体系表现出不同的作战能力水平。其中,体系组成装备的耦合(或组合)方式从质的角度决定了武器装备体系作战能力的形成机理,是武器装备体系作战能力聚合算法设计的基本依据;体系组成装备的类型、数量与战术技术指标从量的角度决定了武器装备体系作战能力的大小。

这里,固有作战能力分析主要分析武器装备单元的固有作战能力,它由武器装备单元的战术技术性能指标决定。

3.3作战能力需求分析

作战能力需求分析,是以使命任务需求为依据,提出武器装备体系完成使命任务的能力要求,作为衡量武器装备体系现有作战能力高低的基本标准。

作战能力需求分析采用质量功能展开(quality function deployment,QFD)方法,它是一种用户需求驱动的系统化分析方法[18]。通过构建作战任务-作战能力质量屋(如图4所示),分析作战任务与作战能力之间的映射关系,根据作战任务清单中明确的作战任务需求确定作战能力需求,为面向任务确定作战能力需求提供依据。由于作战能力与作战任务之间是多对多的映射关系,不同作战能力对不同作战任务的支持程度并不相同,例如可用标志性、关键性、一般性、无关性,由强到弱表示作战能力与作战活动之间的关联关系。考虑到不同支持程度的作战能力对作战任务的影响不同,在作战能力需求分析时,应主要依据关联关系为“标志性”、“关键性”的作战活动指标要求来确定作战能力需求;同时,尽可能保证作战能力需求大于等于关联的作战活动完成要求。

图4　作战任务-作战能力质量屋

通常,由于某项作战活动对应的“一般性”能力往往会表现为另一项作战活动的“标志性”能力或“关键性”能力,因此,作战能力需求取值计算时,应重点根据关联关系为“标志性”和“关键性”的作战任务需求确定,即要同时能够有效支撑关联关系为“标志性”和“关键性”的作战任务。根据图3所示的武器装备体系作战能力结构可知,粒度到单武器系统的作战任务完成要求与底层单一性的作战能力属性具有天然的对应的关系,如作战任务“坦克开进”中的机动速度,与坦克“越野机动能力”的属性“越野速度”是一一对应关系。因此,根据完成作战任务的作战能力之间的相互关系,提出以下3种分析方法。

(1) 取大算法:假定作战能力C1与作战活动TA,TB关联,作战能力C1的属性值R1分别与作战活动TA,TB对应的活动要求指标MA,MB对应,且作战能力属性R1越大越好,则R1=max(MA,MB)。

(2) 取小算法:假定作战能力C1与作战活动TA,TB关联,作战能力C1的属性值R1分别与作战活动TA,TB对应的活动要求指标MA,MB对应,且作战能力属性R1越小越好,则R1=min(MA,MB)。

(3) 差值算法:假定作战能力C1,C2均与作战活动TA关联,作战活动TA的完成需要作战能力C1,C2相互作用,且作战能力C1,C2不相交或部分相交,则作战能力C1的属性值R1=MA-R2+(R1∩R2)。例如:空中机动侦察任务,需要空中机动平台的机动能力和机载设备的侦察能力的叠加。

4　作战能力综合分析

4.1底层作战能力需求满足度计算

底层作战能力需求满足度表示为固有作战能力与作战能力需求之间的效用函数,取值范围为[0,1]。根据底层作战能力的特征,可按照效益型、成本型和适度型3类指标分别计算[19]。

(1) 效益型指标的需求满足度为

式中,c,chigh,clow分别为作战能力指标C的固有取值、理想需求与最低需求。

(2) 成本型指标的需求满足度为

式中,c, chigh,clow分别为作战能力指标C的固有取值、理想需求与最低需求。对于成本型指标,chigh

(3) 适度型指标的需求满足度为

式中,c,chigh,clow分别为作战能力指标C的固有取值、理想需求与最低需求。

4.2作战能力指标权重分析

作战能力指标权重与武器装备体系的使命任务密切相关,支撑核心使命任务完成的作战能力往往具有较高的权重。为此,采用组合赋权方法,实现面向使命任务的客观赋权与专家打分的主观赋权有机结合,提高作战能力指标权重分析的可信度。

4.2.1面向使命任务的客观赋权方法

4.2.2基于层次分析法的主观赋权方法

依据领域专家构建相对于上层指标的两两比较矩阵,确定指标主观权重,主要步骤如下:

步骤 1依据作战能力指标体系,对同一层次各作战能力指标相对于上一层的重要性进行两两比较,得到权重判断矩阵;

步骤 2由判断矩阵计算相对与上层某一指标的各指标权重,并进行一致性检查;

步骤 3计算相对于上层所有相关指标的各指标合成权重。

通过AHP方法可得到各层作战能力指标权重,记某层n个作战能力指标的主观权重为Ws=(ws1,ws2,…,wsn)。

4.2.3组合权重确定

将客观权重Wo和主观权重Ws集成,可得到武器装备体系作战能力指标的组合权重W。根据2种权重反映程度的不同[20],设权重偏好因子μs和μo,μs，μo分别表示主观权重和客观权重的偏好因子,且μs+μo=1。基于组合权重到主、客观权重的离差和最小的思想,可构建最优化模型

求解该最优化模型,可得到各作战能力指标对应的权重向量,记为W=(w1,w2,…,wn)。

4.3作战能力满足度综合分析

4.3.1作战能力满足度的综合层次

武器装备体系的整体性与涌现性特征,表明任意武器装备体系组分的突变都有可能导致武器装备体系的涌现,形成新的作战能力。因此,传统的以整体作战能力分析为目标、采用自底向上聚合计算整体作战能力的方法,已难以适应武器装备体系复杂性需求,分析结果往往也难以获得决策人员的认同。为此,以传统的作战能力分析方法为基础,可采用多维度对比分析方法,以武器装备系统级作战能力(称为领域作战能力)为分析维度,对比分析完成使命任务的不同功能领域的作战能力的优劣[21],实现整体分析与局部对比的有机结合,进而更加直观地反映武器装备体系的优势和短板,增强武器装备体系运用的针对性与有效性。作战能力满足度的综合层次同样采用上述多维度对比分析方法。

4.3.2作战能力满足度的综合方法

以领域作战能力满足度综合为目标,根据指标体系的结构特征,可采用不同的作战能力满足度综合方法。递阶层次型作战能力指标体系,根据不同层次作战能力间的相互关系,通常采用加权和或加权积的方法,由底层作战能力满足度聚合得到上层(或顶层)作战能力满足度[22]。网络型作战能力指标体系,由于存在部分能力既处于支配地位又处于被支配的地位,主要采用ANP方法[23]计算不同领域的作战能力满足度取值。

4.3.3作战能力满足度综合的图谱分析

领域作战能力满足度的对比分析采用基于雷达图的图谱分析方法。雷达图作为一种多变量图形化分析方法[24],根据指标数量等分单位圆为多个扇形,每个扇形对应一个指标;并以扇形半径作为各个指标对应轴,将指标量化数据按比例投影至指标轴;最后,依次连接指标轴上各点形成封闭的多边形,作为评估目标的雷达图。

为更好反映不同领域作战能力满足度对整体作战能力满足度的重要程度,以领域作战能力权重为依据,确定领域作战能力满足度扇形的夹角,能够更加直观地反映不同领域作战能力满足度的差异。假定有n个领域作战能力满足度的取值为S={S1,S2,…,Sn},则包括n项领域作战能力满足度的雷达图实现步骤如下。

步骤 1根据领域作战能力指标权重确定扇形区域夹角。根据组合赋权方法得到的n项作战能力的权重为W=(w1,w2,…,wn),则第i项作战能力满足度对应的扇形区域夹角θi=2wiπ。

步骤 2根据夹角θi分割单位圆。分割后的单位圆为n个左右相连的扇形区域,夹角为θi的扇形区域表示第i项作战能力满足度。

5　实例分析

地面突击装备体系是陆军遂行地面作战的骨干力量,快速占领是其核心使命任务之一。下面仅以地面突击装备体系快速占领使命任务为例,重点分析作战能力结构、作战能力需求与作战能力综合分析等内容,以验证上述方法的可行性。

(1) 作战能力分析

首先,构建作战能力指标体系。某地面突击装备体系突出信息系统对武器装备体系作战要素的有机融合,是基于信息系统的数字化装备体系。其作战能力指标体系既要反映地面突击装备体系传统的作战能力,又要突出信息系统对其作战能力的影响,为此,构建了如图5所示的网络型指标体系。其中,信息共享、网络支撑、要素联动、分布指挥等可以作为领域作战能力;同时,又对战场感知、指挥控制、机动突击、一体打击、全维防护、综合保障等领域作战能力有重要影响。所有领域作战能力又可以分解为一系列的子作战能力,直至与武器装备单元的战术技术性能指标相联系。

图5　某地面突击装备体系作战能力指标体系

其次,构建作战能力与作战任务映射模型。根据典型使命任务的作战任务组成和作战能力关系,构建了如图6所示的作战任务-作战能力质量屋模型。由于作战任务的数量多、作战能力指标体系比较复杂,表中仅给出“机动集结”行动所包含的4项作战任务及其对应作战能力的关联关系,并根据作战任务权重计算得到作战能力客观权重。

图6　作战任务-作战能力质量屋模型

(2) 底层作战能力需求满足度计算

表1给出了部分作战能力的需求值、固有值与需求满足度。其中,第5、6列为通过作战活动分析确定的作战能力需求值,第7列是根据武器装备战术技术性能指标确定的固有作战能力取值,第8列为作战能力的需求满足度。

表1　部分作战能力属性需求值和固有值

(3) 作战能力满足度综合分析

将图5所示的10项作战能力作为决策分析的领域作战能力。综合专家权重和面向任务的能力权重,确定了不同层次作战能力的指标权重;并根据上层指标与下层指标的相互关系,采用ANP方法,计算得到了10项领域作战能力的聚合值,如表2所示。根据表2绘制的10项领域作战能力满足度雷达图如图7所示。

表2　领域作战能力满足度分析结果

图7　领域作战能力满足度雷达图

由图7可知,将面向具体任务的武器装备体系作战能力需求作为评价标准,并以半径为1的单位圆表示。按10项领域能力权重大小,将单位圆分割为10个左右邻接的扇形区域,每个扇形区域代表对应的领域能力在整体作战能力中的比重。每个扇形区域的阴影部分表示武器装备体系固有作战能力相对于作战能力需求的满足程度,并用百分数表示,如网络支撑能力为32%,表示固有作战能力仅为作战能力需求的32%,与任务需求差距比较大。这种以雷达图表示的、由不同领域能力形成的能力图谱,能够比较清晰地反映武器装备体系现有能力与能力需求间的差距,便于确定武器装备体系的优势和短板,有利于在武器装备体系作战运用时做到扬长避短。

6　结束语

面向任务的体系作战能力需求满足度分析方法,区别于传统的以专家经验为依据的整体作战能力分析,而是重点围绕决策者关注的特定领域能力,面向武器装备体系的典型作战运用,分析武器装备体系固有能力与任务需求之间的差距,不仅最大程度地反映了武器装备体系对其使命任务的满足程度,而且通过领域能力的对比分析更加清晰地给出了武器装备体系作战能力的优势和短板,为科学决策提供了有力的支持。同时,基于作战任务-作战能力关联关系,还可以实现由分析结果向作战任务的逆向追溯,优化武器装备体系作战运用和作战任务分解。

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Task-oriented requirement satisfactory degree analysis method for combat capability of equipment system of systems

FAN Yan-ping, GUO Qi-sheng, WANG Jin-liang

(Department of Equipment Command and Administration, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)

Nowadays, it is difficult to assess the combat capabilities of the equipment system of systems effectively. Because the military threats in the future are uncertain and untraceable, the whole goals of the combat capabilities of the equipment system of systems cannot be described clearly. However, the tasks describe the operating ways of the equipment system of systems abstractly, which can help us to analyze the capabilities. Thus, focusing on the tasks of the equipment system of systems, a new task-oriented requirement satisfactory degree analysis method for combat capabilities is proposed. According to the house of quality of combat tasks and capabilities, the combat capabilities requirements analysis model for missions and tasks and the combinatorial weight calculation model are built firstly. Then, comparing the required combat capabilities with the inherent combat capabilities, the satisfactory degree model for missions and tasks is studied. And then a domain-oriented multi-dimension combat capability analysis method is discussed, which can help to analyze the whole combat capability and the combat capabilities in different functional domains comprehensively. Finally, the combat capabilities of a surface assault equipment system of systems are analyzed with this method. The results verify the effectiveness and usability of the method.

equipment system of systems; combat capability; task oriented; satisfactory degree; comprehensive analysis

2015-08-31；

2015-12-08；网络优先出版日期：2016-03-22。

军队科研计划项目(20110212367，20120304521)资助课题

TP 391.9

A

10.3969/j.issn.1001-506X.2016.08.17

樊延平(1980-),男,讲师,博士,主要研究方向为装备需求论证、装备对抗仿真。

E-mail:delphan2008@163.com

郭齐胜(1962-),男,教授,博士,主要研究方向为装备体系需求论证与试验。

E-mail:gtt62@sohu.com

王金良(1980-),男,讲师,博士研究生,主要研究方向为装备需求论证。

E-mail:wangjl_1980@163.com

网络优先出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20160322.1144.006.html