基于三阶段过程模型的军交运输体系建模

孙 栋，李敏堂，王 骏，郭智慧，卜显军

(1.总后军事交通运输研究所，天津 300161;2.济南军区空军装备部军通处，山东 济南 250000;3.解放军92956部队，辽宁 旅顺 116041)

近年来，军交运输信息化建设不断发展，现代载运装备技术与信息化水平快速提升，军交运输各系统间的互联互通和综合集成趋势显著增强，满足信息化条件下作战及保障力量投送需求的军交运输建设已经进入探索体系能力“涌现”的新阶段。同时，军交运输体系复杂性问题也日益凸显，大量、高密度的交互与关联、长时间的跨度规划等问题密集出现，如何运用体系建设思维，全新认识并规划军交运输体系建设以满足保障需求具有重要意义。

体系建模是认识和理解体系复杂性的重要途径，也是规划体系建设发展和优化体系构成的基础，倍受国内外研究学者关注［1-4］。目前，在体系建模研究上还没有被众多学者普遍认可的通用方法［5］，每种方法都有各自适用的问题和范围，如应用于美军后勤补给系统、生产与配送系统的基于Petri-Nets的过程建模分析方法，应用于解决体系的架构与集成问题的系统建模语言(SysML)，等等。应该说，体系的研究，还没有从根本上建立体系的通用描述、设计方法以及体系行为分析途径［6］。

体系建模，不仅要考虑体系中单个系统的局部功能，体系多个系统之间的动态制约关系，更重要的是要描述多个系统的涌现行为以及体系对于任务的适应能力［7］。本文在分析梳理军交运输体系概念内涵和体系特征的基础上，运用体系层次划分模型和三阶段过程模型，分别从定义阶段、抽象阶段和实施阶段对军交运输体系建模方法进行了研究，搭建了体系建模总体框架，建立了军交运输体系概念抽象模型，并对军交运输体系问题建模仿真方法进行了分析，为军交运输体系的规划建设提供了新的途径和思路。

1 军交运输体系

1.1 军交运输体系内涵

体系，也被称之为由系统组成的系统(System of System)，是目前大多数大规模集成体(包括系统、组织、自然环境、生态体系等)普遍存在的结构形态［8］，尽管已经得到学术界普遍承认和重视，但是至今也没有一个普遍接受的明确定义。文献［8］在综合分析多个相关定义和观点后，指出体系是处于某一动态负载环境中多个实体(包括系统、平台、决策者等)为通过各自有目的的行为完成其共同的使命而形成的整体。

根据对体系概念的理解，可以对军交运输体系进行如下定义:以综合运用铁路、公路、水路、航空等运输方式共同完成军事交通运输保障任务为使命，由国家和军队的陆路、水路、空中等交通运输实体(包括系统、平台、决策者等)构成的相互关联、相互作用、相互制约的有机整体。

1.2 军交运输体系特征描述

军交运输保障需要统筹大量的军用和民用运输资源，涉及铁路、公路、水路、航空等多个运输领域，是典型的开放式复杂巨系统，在构成要素上，既包括飞机、车辆、船舶铁路线路、机场、场站、公路、港口码头等各种载运工具和基础设施，也包括军队和地方管理人员、运营人员、输送部队等相关人员;在系统目标上，在确保满足军事运输需求的同时，也要满足自然环境目标、经济目标和社会目标等;在系统环境上，既包括军事环境、社会经济环境、自然环境等外部环境，包括资源环境(如机场、车站、港口布局)、运输组织状况等内部环境;在结构和规模上，既包含了很多不同层次的子系统和元素，各要素之间的相互关系也是相当复杂的。同时，军交运输体系也包含很多异构性、独立运行且分布式的实体和系统，具有典型的体系特征，把握这些特征对于体系的建模和评价具有重要的指导意义。表1对军交运输体系特征进行了梳理描述。虽然，军交运输体系还具有军民融合、平战结合、作战和后勤保障任务双重性等重要特征，但是由于本文侧重于从体系的角度对其开展研究，这些特征将不在此做重点描述。

表1 军交运输体系特征描述

2 体系三阶段过程模型原理

2.1 体系构成与层次划分模型

体系层次的划分以及对各组成部分间交互与连接关系的描述是进行体系建模的前提条件。本文在借鉴D.Delaurentis提出的 ROPE(Resource，Operation，Policy and Economics)原模型［9］的基础上，结合军交运输体系自身特点，构建了 ROPI(Resource，Operation，Policy and Ideology)模型，用来描述军交运输体系构成各层次划分关系。

将体系的组成系统划分为4类，分别为资源系统、运行系统、政策系统和意识系统。在4类系统上划分了4 个层次，运用希腊字母 Alpha(α)、Beta(β)、Gamma(γ)和Delta(δ)来标示。α层要素通过网络与交互连接的集成决定了β层的构建;同样，γ层是β层网络交互连接的集成;δ层是γ层网络交互连接的集成，如表2所示。

2.2 三阶段过程模型方法

三阶段过程模型方法将体系建模方法分为3个阶段:定义阶段，主要是理解体系内涵和体系特征，确定体系类型，划分体系层次，分析体系现状和存在问题等;抽象阶段，主要是描述体系中的实体、影响干扰因素以及实体间的相互关系等，旨在于通过抽象分析体系中的各要素实体，理清体系复杂脉络;实施阶段，主要是实例化抽象阶段所描述的实体模型和仿真环境，进行建模仿真并对体系进行测试。三阶段过程模型框架如图1所示。

表2 ROPI模型体系系统分类和层次划分

图1 三阶段过程模型框架

3 军交运输体系三阶段过程建模方法

军交运输体系涉及国家和军队多个独立运行交通运输部门及其管理系统，要素多元，层次结构复杂，不仅涉及车辆、船舶、飞机、基础设施等物理实体要求，也包括运输管理部门、航务公司等相关的组织实体要素。通常的建模方法往往难以理清其纷繁复杂的结构组织及运行关系，运用结构化、阶段式的三阶段过程建模，将有助于从总体上理解军交运输体系结构层次、要素构成和运行关联，为军交运输体系的建设、运行和发展提供科学决策参考。

3.1 定义阶段

定义阶段旨在理解军交运输体系结构、组成与运行状态，划分体系中的系统类型和体系层次。本文运用ROPI层次划分模型对军交运输体系进行定义和描述，如表3所示，并对军交运输体系资源系统进行了图例化说明，如图2所示。

3.2 抽象阶段

抽象阶段旨在与充分理解体系内实体以及实体之间的相互关系，进行抽象分析并建立概念模型。根据定义阶段的分析，体系中的实体不仅包含资源实体，而且包括运行实体以及环境实体等。根据三阶段过程模型方法，可以从内部与外部两个方面对军交运输体系实体进行描述，将体系内实体划分为两类:运输资源实体和运行机构实体，并将体系外实体划分为两类:积极因素和消极因素，如图3所示。

表3 军交运输体系层次划分模型

图2 军交运输体系资源系统

运输资源实体是指由军队和地方用于铁路、公路、水路、航空军事运输保障的各类运载工具、保障装备以及交通线路基础设施等资源要素，包括铁路车辆、公路车辆、船舶、飞机、交通线路、车站货场、机场码头以及其他交通基础设施设备与保障装备等。军交运输组织运行机构是指为开展军交运输工作而设立的军队和地方相关管理组织及保障机构，主要包括总部、军区、军兵种及部队的军交运输管理机构，各类军交运输专业部分队，交通战备机构，交通专业保障队伍等。积极和消极因素是指不在体系控制范围之内影响体系运转的有利和不利环境，积极因素包括经济发展、科技进步、体制完善等，消极因素包括运输任务量大、作战环境恶劣、不利天气地理因素等。

3.3 实施阶段

实施阶段主要通过运用建模仿真方法将定义阶段和抽象阶段建立的军交运输资源网络、军交运输组织指挥运行网络等系统以及影响因素进行实例化仿真模拟，选择适合的建模与模拟方法以及体系性能测度是实施阶段的关键。军交运输体系的复杂性来源于铁路、公路、水路、航空等系统各层次各组成部分间的交互关联，而对这种由要素交互形成的复杂性问题分析可以借鉴Rouse［10］提出的四种复杂系统分析视角:层次映射系统视角、状态不确定系统方程视角、非线性系统模型视角和自治主体模型视角。由于军交运输体系的复杂性，很多问题的分析都需要集成多种不同的分析理论和方法，如图4所示。

图3 军交运输体系概念抽象模型

图4 军交运输体系分析视角及理论方法

其中，系统动力学方法主要通过因果关系图、存储与流动力学模型描述系统的反馈机理，因而特别适用于军交运输体系业务模型时间演化分析;网络技术方法为分析军交运输体系中不同关联网络的拓扑性能和演化机制提供了数学手段;基于Agent建模方法可以对自治主体进行独立定义，在分析军交运输体系涌现性方面具有突出的优势。

4 结束语

军交运输保障是后勤保障的中心环节，也是保障打赢的关键要素之一。在信息化条件下，运用体系建设思维，深入开展军交运输体系研究，分析军交运输体系基本问题，掌握军交运输体系基本特征，摸清军交运输体系建设基本规律，搞好军交运输体系发展规划，对于提升军交运输整体保障能力具有重要意义。三阶段过程体系建模方法，从体系要素、体系环境、体系结构等方面对军交运输体系进行描述，可使人们从更深层次上理解和认识军交运输体系复杂性问题，有助于军交运输体系的建设发展和规划。但是军交运输体系研究才刚刚起步，本文对于军交运输体系建摸的研究也只是一个初步的探讨，其中很多建模仿真方法的应用还仅仅停留在概念分析上，还需要针对其具体的演化、涌现、评估等问题开展更为深入的系统研究和实际运用，这些将是以后军交运输体系研究中的重点内容。

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