基于任务能力匹配的舰艇编队能力需求分析＊

基于任务能力匹配的舰艇编队能力需求分析＊－

2014-07-11阚亚斌孙井栋

舰船电子工程 2014年7期

阚亚斌孙井栋彭鹏

（1.海军大连舰艇学院作战软件与仿真研究所大连 116018）（2.91278部队大连 116041）

1 引言

随着国家海上战略空间向远海、海外的扩展，海军战略性、综合性、国际性等功能的体现越来越强。舰艇编队作为现代海上的中坚力量，被赋予了越来越多的使命任务。为了适应未来复杂多变的作战任务，舰艇编队必须具备一系列的作战能力。如何针对未来使命任务，提出舰艇编队的能力需求，是舰艇编队能力建设的一个重要方面。

能力需求涉及到的方面较多，侧重点不同采用的方法也各异。本文提出了基于任务－能力匹配的舰艇编队能力需求分析方法，在分析任务－能力之间的匹配性基础上，通过性能分析找到相关能力的短板，最终提出对能力的需求。

2 基本思路和步骤

本文认为，能力大小主要取决于两个方面：一是武器装备固有的能力属性，二是各武器装备形成作战系统或体系后，影响能力发挥的制约因素。本文提出的任务－能力匹配方法，就是通过查找舰艇编队作战系统能力发挥的制约因素，确定能力短板，继而得到能力需求。

基于任务－能力匹配的能力需求分析方法的基本思路是：首先依据现有装备、作战使用方式等，确定与作战任务最优匹配的作战资源组合方案，然后根据分析该方案在完成各个不同的子任务时性能是否达到最优，如果没有，则认为该方案中作战资源还存在短板，然后根据作战模型或解析关系确定短板所在，提出能力需求。

由此可见，基于任务－能力匹配的能力需求分析方法主要分为两大步骤：

1）根据作战任务和现有作战资源，确定与作战任务最优匹配的作战资源组合；

2）将最优匹配作战资源组合完成子任务的性能，与各个子任务的最优性能进行比较，并根据比较结果提出能力需求。

3 作战任务与作战资源的最优匹配

本文认为，舰艇编队作战资源与作战任务是否匹配首先需要判断作战资源是否能够完成作战任务，如果作战资源不能满足完成作战任务的需要，肯定是不匹配的。值得注意的是，如果只是以完成作战任务程度大小作为匹配程度的判断依据，很有可能会忽略所选作战资源之间存在的能力制约因素。海军作战指挥的根本目的是：统一意志，协同行动，最大的发挥部队的战斗力，圆满完成作战任务，以获取最大的作战效益。这是一切指挥系统建设的总目标，也是其运作的出发点［1］。因此，舰艇编队指挥员更加希望的是既能够很好地完成任务，又能够最大程度地发挥作战资源作战能力。鉴于此，在分析作战资源与作战任务之间匹配性的时候，除了要考虑到完成任务的需要，还要考虑作战资源之间的能力制约因素。作战资源之间的能力制约因素主要体现在作战能力的发挥上，可以用作战资源能力的发挥程度来表征。本文将完成作战任务程度最好和最大程度发挥作战资源能力这两个目标作为作战资源与作战任务匹配分析的目标函数，这样，就将舰艇编队防空反导作战资源使用方案匹配性设计问题转化为一个组合优化问题。

考虑传统作圆求交点制梯形槽法的不足皆是因为传统法所制梯形槽参数与理想梯形槽参数不相符，故本文最后提出以作平行线求交点制理想梯形槽电枢冲片法的完善措施，以此种方法所制梯形槽参数与理想梯形槽参数完全相符。建议在电机研制生产中，将以作平行线求交点制梯形槽电枢冲片法替代传统制梯形槽电枢冲片法，以降低电机槽满率和热负荷，缩短电机研制周期，提高电机运行效率。

假设将舰艇编队作战资源完成任务程度用Mct表示，作战资源能力发挥程度用表示，作战资源使用组合约束条件用Φ（R）表示，则任务与作战资源匹配模型可用式（1）的优化模型表示。

这样，舰艇编队作战任务与作战资源最优匹配转换为一个组合优化的问题。关于优化问题目前已经具备比较成熟的算法［2～6］，该模型主要问题还是集中在如何量化作战资源完成任务的程度和作战资源能力发挥。

3.1 完成任务程度量化

完成任务程度量化主要经过以下几个步骤。1）确定完成作战任务程度的变量，得到完成任务所需求的性能度量集合｛MOP｝z。

将描述完成任务程度的变量看成是集合｛MOP｝z［7］。集合｛MOP｝的选取主要依据都是任务的类型和对任务“质量”的要求，并应遵循下述原则：（1）应尽可能全面、准确地反映出任务的本质属性；（2）应尽可能能被量化；（3）所表达的意图必须鲜明，并且易于求解；（4）任务指标应该能反映出任务承担者的内在能力；（5）性能度量集合的建立应尽可能使性能度量之间相互独立。

2）确定作战能力指标到｛MOP｝的映射关系，得到作战资源实际完成任务的性能度量集合｛MOP｝t。

作战资源完成作战任务是通过其能力实现的，而作战能力可以通过作战资源技战术指标来表征，因此，作战资源作战能力指标到任务性能度量存在着转换关系，这种转换关系可以认为是一种映射。

3）确定集合｛MOP｝t和集合｛MOP｝z之间单个指标的距离。

3）将集合｛MOP｝t和｛MOP｝z单个之间的距离进行合成，得到完成任务程度的量化值。

假设作战任务确定的MOP任务指标有m（m＝1，2，3…）个，分别为（MOPt1，MOPt2，…，MOPtm）。对应的，作战资源作战能力得到的｛MOP｝z中的MOP也有m个，分别为（MOPz1，MOPz2，…，MOPzm）。设（ω1，ω2，…，ωm）为上述MOP对应的权重的集合，权重可以采用文献［9］和文献［10］提出的综合权重赋值法来确定。这样，可以得到完成任务程度Mssp的量化式（2）。

式中，d（MOPzi，MOPti）表示以作战任务确定的｛MOP｝t中第i个MOP作为标准指标，根据不同的指标类型计算出来的作战资源作战能力得到的｛MOP｝z中第i个MOP和标准指标之间的距离，再经过归一化处理后得到的距离。

3.2 作战资源能力发挥程度确定步骤

1）确定完成作战任务的能力需求指标。在作战需求论证方面的研究中，已经明确提出了作战能力需求分析就是要把用任务指标描述的任务需要转化为用能力指标描述的能力需求，其关键是找到由任务指标到能力指标之间的对应转换关系。作战需求论证研究中，作战能力需求分析采用由宏观到微观、由具体到抽象的分析思路［11～12］。

2）确定作战资源实际能够发挥出来的能力集合Ac和作战资源可以发挥出来的能力集合Ap。作战实际中考虑的作战资源包括武器、传感器、通信等装备资源和作战指挥控制等使用资源。其中，使用资源的性能比较难确定。这里采取的方法是在计算能力时，将指挥决策能力视为最大值，其计算得到的能力即为可以发挥的作战能力。将指挥决策者指挥决策能力按照实际情况取值，则计算得到的能力为实际发挥的作战能力。

3）确定集合Ac和集合Ap的单个指标间的距离。集合Ac和集合Ap的单个指标间的距离可以参照确定完成任务程度量化的方法来实施。

4）集合Ac和集合Ap之间单个指标间的距离进行合成，得到能力发挥程度的量化值。假设集合Ac和集合Ap的指标对应的权重为（ω1，ω2，…，ωn），可以得到能力发挥程度Mmic的表达式（2）。

式中，d（Aci，Api）表示将可以发挥出来的能力集合Ap中第i个指标作为标准指标，根据不同的指标类型计算出来的作战资源实际发挥出能力集合Ac中第i个指标和标准指标之间距离，再经过归一化后处理后所得到的距离。

4 能力需求分析

通过作战任务与作战资源最优匹配分析后，得到作战资源使用方案在子任务中不一定是性能最优的。这主要是因为，在进行作战资源匹配性分析时，虽然将作战任务进行了分解，但是各个任务在最后总的计算中，综合起来并不是采用简单的线性加权的方式，而是采用模拟仿真的方式。也就是说，在综合的时候除了考虑一些硬件、装备的因素之外，还考虑了一些“软”的因素，而这些因素制约了作战资源性能的发挥，也就是需要提高能力的部分。任务－能力匹配的能力需求分析最终是希望达到作战资源既能够与任务实现最优匹配，又能实现自身性能最优。

而要达到这个目的，在能力需求分析时，就是将作战任务进行分解，根据作战任务与作战资源最优匹配确定的作战资源组合，确定完成分解后子任务的作战资源组合，分别分析这些作战资源单独完成子任务和在完成整个作战任务时表现出来的性能，通过比对得到能力短板，最后通过作战模型或解析关系确定短板所在，并提出能力需求。

因此，能力需求分析主要工作集中在完成子任务最优性能和能力短板的确定上。最优性能的确定，可以将完成各子任务的程度作为性能指标，按照本文提出的完成任务程度量化方法和最优匹配方法来实施。

能力短板的确定主要包括以下几个步骤：

1）按照作战过程和模型，确定子任务与整个作战任务的关系或过程，并确定在这些关系或过程中对应的指标；

2）确定在步骤2）中的指标，哪些在式（2）、式（3）中得以使用，这些指标对应的装备性能就是需要提高能力的部分；

3）将步骤3）中确定的指标进行动态调整，使得性能达到完成子任务最优匹配程度，此时的指标值就是需要能力提高的程度。

通过以上步骤，就可以最终完成能力需求分析，既可以得到需要提高能力的部分，又可以得到需要提高能力的程度。

5 实例应用

假设某一个舰艇编队由三艘典型的驱逐舰a、b、c组成，a为指挥舰，编队采用防空队形，航向130°。来袭目标为某型反舰导弹。编队的主要作战任务是防空反导作战。按照作战任务划分，可以将防空反导作战任务分为预警探测、指挥控制、火力抗击（电子对抗）三个子任务。根据本文的方法步骤，可以得到通过任务与作战资源最优匹配确定的作战资源使用方案在三个子任务中的性能与三个子任务中的最优性能的对比图（经过归一化处理后），如图1所示。根据图1可知，在三个子任务中，均有可以提高的空间。按照能力需求分析的步骤，可以得到需要提高能力的指标如图2所示。