基于复杂适应系统理论的装备保障能力系统及其演进研究

张永东，　舒正平，　李忠光，　白　杰

(1. 装备学院 研究生管理大队， 北京 101416；　2. 装备学院 装备指挥系， 北京 101416)



基于复杂适应系统理论的装备保障能力系统及其演进研究

张永东1，舒正平2，李忠光1，白杰1

(1. 装备学院 研究生管理大队， 北京 101416；2. 装备学院 装备指挥系， 北京 101416)

针对装备保障能力生成中的复杂性问题，尝试将复杂适应系统(CAS)理论引入装备保障研究。阐述了基于CAS理论的装备保障观，分析了装备保障能力系统的特征、组成和结构，得出了系统演化的必要条件；给出了基于惯例和规则的装备保障能力系统演进框架，建立了主体的基本行为模型和整体演进ECHO模型，获得了运用CAS理论研究装备保障能力主体适应性学习机制和整体涌现机制的方法。

装备保障能力;复杂适应系统;演进

装备保障能力是装备保障主体满足军队训练和作战任务等需求的程度，是军队战斗力不可或缺的要素之一[1]。装备保障能力系统涵盖了众多的武器装备、海量的保障资源和复杂的装备保障组织运行网络，形成了一个复杂系统。复杂适应系统(CAS)理论是霍兰教授在1984年提出的[2]206，被称为“21世纪的科学”，已在经济、军事和管理等多个领域取得了成功应用。经济领域的代表成果如美国Sandia国家实验室的ASPEN系列模型、美国Santa Fe的人工股票市场、ACE劳动力市场模型等，军事领域的代表成果如美军的联合作战仿真系统(Joint Warfare System，JWARS)、联合仿真系统(Joint Simulation System，JSIMS)、联合建模与仿真系统(Joint Modeling and Simulation System，JMASS)等。CAS理论认为系统是一个适应性主体，与一般系统分析相比，分析的框架有所不同：第一，CAS的结构分析主要是确定主体和区分层次，并把主体与元素作为2个概念来对待；第二，CAS的环境分析主要是对“位置”分析和“资源”界定；第三，复杂适应分别将系统的输入和输出称为刺激和反应[3]。传统的研究装备保障能力的方法是基于还原论的，自顶而下的分解过程简化了装备保障能力复杂性生成的根源，不仅无法揭示其生成本质，而且无法定量描述分析结果。CAS理论通过研究装备保障能力主体及其交互，实现了装备保障能力复杂系统的微观行为与宏观涌现现象的有机结合，自底向上的方法揭示了装备保障能力生成的动因、路径和机制，能为装备保障能力建设决策提供依据。目前，从复杂性的视角进行装备保障能力研究还比较少。本文基于CAS理论，分析了装备保障能力系统的复杂适应性特征，并探索了其主体适应性学习机制和整体演进机制。

1　基于CAS的装备保障观

CAS的基本思想是“适应性造就复杂性”，主体的适应性表现为主体的交互能力。一方面，主体在交互中持续“学习”和“积累经验”，自身的状态、结构和行为发生了演化；另一方面，底层的主体通过相互作用，聚集成新的更大的主体，涌现出新的结构、现象和更复杂的行为，产生了“1+1>2”的整体涌现性[2]207-215。

装备保障系统由多个主体组成，如装备管理机构、保障分队、修理工厂、保障训练机构、科研院所等，它们都是适应性主体。当装备保障系统感知到外部环境的刺激后，选择规则集合中适应度最大的IF/THEN规则，通过效应器输出对外部环境的反应。同时，装备保障主体不断筛选和创新装备保障规则，通过调整体制编制、优化保障流程、加强保障训练等路径改变自身的结构和行为，提高主体的适应性，正是这种装备保障主体的适应性学习行为造就了装备保障系统的复杂性。

2　装备保障能力系统分析

2.1装备保障能力系统特征

装备保障能力系统是由装备保障资源、知识和文化组合而成的，以人员和资源为主要载体，以提高装备完好率和可用性为目标，表现为装备保障指挥能力、技术保障能力和调配保障能力。装备保障能力是系统主体之间及主体与环境之间相互作用的结果，是系统整体涌现性的表现，装备保障能力系统本质是一个CAS。其复杂适应性特征包括：(1) 装备保障能力的组织管理主体、维修主体、供应主体等呈现出明显的层次性；(2) 装备保障能力系统是耗散结构，为保持平衡态需要外部输入；(3) 各子能力单元之间及其与外部环境的相互作用，是新质装备保障能力涌现的根源；(4) 装备保障人员、资源、信息等要素之间的关系是非线性的；(5) 系统各主体能通过激励和约束不断学习，改变自身的状态和行为以增强适应性；(6) 装备保障能力系统与复杂的战场环境相互作用，释放能力并完成任务，是一个复杂的过程。

2.2装备保障能力系统组成

2.2.1装备保障能力系统主体界定

装备保障能力系统的主体是决策者和执行者。CAS中的复杂适应主体具有主动性、反应性等特点，装备保障能力系统中的“人”与复杂适应主体的主动性、反应性特点最为吻合。因此，各类装备保障人员是适应性主体，本文引用赵明[4]的研究成果，将装备保障人员称为个体型能力主体，也称为基本主体元素。个体型装备保障能力主体是适应性主体，通过“聚集”“积木”2个功能，“粘合”形成新的多主体聚集体，包括各级装备保障决策机构、管理部门、执行机构等具有适应能力的集团型装备保障能力主体，这些主体具有层次性。以装备技术保障能力系统主体为例，其组成如图1所示。个体型装备技术保障能力主体是从事装备技术保障管理、作业或者科研工作的人员；集团型装备保障技术能力主体是个体型能力主体构成的群体。

图1　装备技术保障能力系统主体组成示意图

2.2.2装备保障能力系统要素剖析

装备保障能力系统要素包括装备保障资源、装备保障知识和文化3部分,如图2所示。

图4　装备保障能力系统构成示意图

图2　装备保障能力要素构成示意图

装备保障资源是装备保障能力系统存在和运行所需的人力、物质、经费、信息、时空等，属于基础性要素。装备保障知识的显性知识是以文字形式表现的制度规范、技术原理、作业流程等，具有规范化、系统化的特点；隐性知识主要是指所用到的技术。装备保障文化是指军队和装备保障系统长期倡导和培育的，装备保障人员共同塑造的道德精神、行为规范等总和，是在装备保障实践基础上产生的反映并作用于实践的价值观体系。

2.2.3装备保障能力系统单元

单元是装备保障能力系统的组件或零件，不可再分且能独立完成任务。本文按照装备保障能力发挥的方式，参考肖丁[5]、李智舜[6]等的研究成果,将装备保障能力分为装备保障指挥能力、技术保障能力和调配保障能力，如图3所示。

图3　装备保障能力单元构成示意图

2.3装备保障能力系统结构

基于CAS理论和前文的论述，本文将装备保障能力系统分为装备保障能力要素系统、执行系统和表现系统3个部分，其关系如图4所示。

由图4可知，装备保障能力要素系统主要由资源、知识和文化3个部分组成，资源是基础，知识是核心,文化是灵魂；装备保障能力执行系统主要由个体型主体和集团型主体构成；装备保障能力表现系统主要包括保障指挥能力、保障技术能力和保障调配能力。由于装备保障对象的不同，资源、知识和文化要素表现出了异质性。如海军舰船的维修技术与空军战斗机的维修技术具有差异性，这些差异性是主体多样性的基础；在装备保障实践中，保障主体既有一线的战士和工人，也有修理班、排、连和车间等，主体的层次性特征十分明显。装备保障任务的完成需要3个能力单元密切协同，其关系具有非线性特征。装备保障能力系统的多样性、层次性和非线性特征使系统演化成为可能，使装备保障能力的涌现成为可能。

3　装备保障能力系统演进分析

3.1装备保障能力系统演进的概念

惯例是组织特有的完成任务的方式，是组织长期积淀形成的，表征着反应和预测外部环境的能力，惯例具有“不易模仿性”“可遗传性”“变异性”和“记忆性”的特点；规则是IF/THEN的集合，主体在受到刺激后要依赖规则做出反应[7]。本文认为，装备保障能力系统惯例是指装备保障的经验或习惯，规则是系统重复的活动方式，以及各主体共同遵守的制度或规定，如装备保障作业流程、管理制度、文化等。系统的演化是指系统的结构、状态、特性、行为、功能等随着时间的变化[2]13。装备保障能力系统作为一个复杂适应系统，其演化过程表现在为适应新环境而进行搜寻惯例和规则的行为，演化结果表现为系统量变和新的涌现，向上的演化称为演进。

3.2基于惯例和规则的装备保障能力系统演进框架

装备保障能力系统演进的本质是装备保障惯例和规则的复制、模仿或创新，惯例和规则的改变是装备保障主体适应性学习的结果，惯例和规则的改变引起了系统状态量的变化，最终导致装备保障能力系统涌现。同时，装备保障能力系统还融合了环境中的有用规则，不断丰富系统的规则。装备保障能力系统演进可从主体演进和系统演进2个层次理解,如图5所示。

图5　装备保障能力系统演进框架示意图

3.3装备保障能力系统演进模型分析

3.3.1主体演进的行为模型分析

本文建立的装备保障能力系统主体演进基本行为模型，如图6所示。

图6　主体演进基本行为模型示意图

装备保障能力系统主体演进的行为模型分为2部分[8]，一部分是执行系统，由探测器、效应器和IF/THEN规则集合组成，探测器从装备保障能力系统的环境中获取信息，效应器向环境输出信息和行动，IF/THEN规则集合规定了刺激与反应的映射关系；另一部分是基于遗传算法的装备保障规则集合的更新，更新的途径包括筛选和创新，筛选通过信用分派机制实现，新规则是已有惯例和规则的积木，即以已知的适合度最大的惯例和规则为基础创造新规则。赵中凯等[9]建立了三级装备保障系统的主体演进行为模型和IF/THEN规则，用装备维修能力和器材供应能力来度量和分配规则的信用度，并产生了新的规则，即基层级器材储存和从厂家直接购买器材是装备保障主体适应度最高的选择。

3.3.2整体演进的ECHO模型分析

霍兰教授建立了复杂适应系统的ECHO模型[2]215-216，如图7所示，可用于装备保障能力系统演进分析。

图7　系统演进的ECHO模型示意图

按照本文的语境，可将资源理解为装备保障能力系统建立所需的人员、物资、能量和信息，这些资源是可更新的，是装备保障能力主体发展的基础；位置表现为各层次各类装备保障主体在空间上的分布，位置不同，主体的数质量、可消耗的资源和发展空间也不相同；主体的进攻标识是装备保障目标的信息，防御标识是其他装备保障能力主体和环境的信息，资源库是主体所拥有的资源。根据以上分析，装备保障能力系统的整体演进模型是这样运行的：装备保障能力系统有多个时空位置，每个位置有多个装备保障能力主体和装备保障资源，装备保障能力主体在各个位置的运动中实现资源和信息的交换，装备保障能力系统各个主体的适应性不断增强，系统的内部状态发生了转变，产生了新的涌现，主体的适应性是系统演进的根本动力。

4　结 束 语

CAS理论已经取得了很多成功应用，解决了许多牛顿科学范式无法回答或解决的问题。采用CAS理论，将装备保障能力视为复杂适应系统来进行分析，并对装备保障能力复杂适应性特征、主体的适应性学习机制和整体演进机制进行研究，是装备保障理论发展的客观需要。当前，随着军民融合发展不断深化，我军装备保障建设将进入一个新的发展阶段，关于装备保障能力的研究至关重要。针对装备保障能力系统这一复杂系统，本文从静态上研究了其多样性、层次性和非线性特征，从动态上分析了其演进过程和机理。下一步，应在装备保障能力演进机理、演进路径、演进模式等方面展开研究，并探索装备保障能力演进的建模仿真方法。

References)

[1]中国大百科全书编委会.中国军事百科全书:军事装备保障分册[M].北京:中国大百科全书出版社，2007:30-32.

[2]苗东升.系统科学精要[M].2版.北京：中国人民大学出版社，2006.

[3]陈晶璞.基于复杂适应系统理论的企业财务能力系统演进研究[D].秦皇岛：燕山大学，2007:52-54.

[4]赵明.军民一体化装备维修保障系统论[M].北京：国防工业出版社，2014:42-44.

[5]肖丁，陈进军，苏兴，等.装备保障能力评估指标体系研究[J].装备指挥技术学院学报，2011，22(3):42-45 .

[6]李智舜，吴明曦.军事装备保障学[M].北京:军事科学出版社，2009:110-121.

[7]黄春萍.基于CAS理论的企业系统演化机制研究[D].天津：河北工业大学，2007:43-44.

[8]迟妍.基于复杂适应系统理论的作战模型研究[D].长沙：国防科学技术大学，2004:13-16.

[9]赵中凯,杨宏伟,赵战彪,等.基于CAS理论的多级维修保障系统建模与分析[J].装甲兵工程学院学报,2013， 27(4):19-20.

(编辑：李江涛)

Research on Equipment Support Competence System and Evolution Based on the Theory of Complex Adaptive System

ZHANG Yongdong1，SHU Zhengping2，LI Zhongguang1，BAI Jie1

(1. Department of Graduate Management, Equipment Academy, Beijing 101416, China;2. Department of Equipment Command, Equipment Academy, Beijing 101416, China)

Aiming at the complexity of the generating of equipment support capacity, the paper tries to introduce complicated applicability system (CAS) in the field of equipment support. The paper illustrates the equipment support concept base on CAS, analyzes the characteristics, composition and structure of equipment support system, draws the necessary conditions of the system evolution, builds up an equipment system support capacity system evolution framework based on custom and rules, establishes a basic behavior model and overall evolution ECHO model for the main body and thus concludes the method of studying main body adaptability and overall emergence mechanism of equipment support capacity based on CAS theory.

equipment support competence; complex adaptive system(CAS); evolution

2015-11-23

部委级资助项目

张永东(1980—)，男，博士研究生，主要研究方向为装备保障。laodazyd@163.com

E92

2095-3828(2016)04-0024-05

A

10.3783/j.issn.2095-3828.2016.04.006

舒正平，男，教授，博士生导师。