装备保障方案仿真评估研究

钱红林， 雒智勇， 刘 兵， 周 政(. 装备学院 装备指挥系， 北京 046； . 中国运载火箭技术研究院， 北京 0007； . 装备学院 研究生管理大队， 北京 046)

装备保障方案仿真评估研究

钱红林1， 雒智勇2， 刘 兵1， 周 政3
(1. 装备学院 装备指挥系， 北京 101416； 2. 中国运载火箭技术研究院， 北京 100072； 3. 装备学院 研究生管理大队， 北京 101416)

针对目前装备保障方案评估科学性不高的问题，提出了基于仿真的装备保障方案评估思路，即采用仿真实验的方法，在作战行动仿真的牵引下，通过对装备保障行动过程的大样本仿真，依据仿真数据及评估指标体系对装备保障方案进行评估。分析了装备保障方案仿真评估方法的优势，给出了仿真评估基本流程及主要工作，梳理了仿真评估过程中需要解决的重点问题。重点探讨了仿真过程中损消耗生成采用的主要方法,基于实体的装备保障行动规则的制定过程,评估指标体系构建过程中评估指标和指标计算方法的确定思路。

装备保障方案；仿真评估；损消耗生成；行动规则制定

装备保障方案作为装备保障行动的重要依据，其科学性和合理性事关整个保障任务的成败。装备保障方案评估是对装备保障方案的评价与估量，主要是评价保障方案的可行性、科学性和效益性，目的是为装备保障方案的完善与优化提供科学依据。美军从20世纪60年代就开始相关理论和技术的研究，基于仿真技术开发了联合分析系统、战区级联合作战模拟系统等系列评估系统，满足了各军种及战略机动、战区后勤等多种方案的评估需求。我军从20世纪90年代开始对作战方案仿真评估展开研究，相继研发了兵棋推演系统、规划优化系统和精确制导武器需求仿真系统等作战方案评估支撑系统，而装备保障方案评估研究相对滞后，大多依靠专家经验直接评判，其科学性、合理性和精确性有待提高，还有很多问题亟待解决[1]。

1 目前方案评估主要方法

目前，进行方案评估有很多方法，总结起来可以归纳为3类[2-4]：

第一类是定性评估方法。主要通过人工方式判定方案的要素是否齐全、内容是否合理。这类方法的特点是对评判人员的军事素养有较高的要求，但给出的结论往往是概念性的、模糊的，带有较强的主观性。

第二类是定性与定量结合的静态评估方法。包括层次分析法、模糊综合评估法、德尔菲法、神经网络法等，主要对作战能力、保障能力、保障资源等进行静态评估，是一种静态推理的结果，具有一定的局限性。

第三类是基于仿真的评估方法。是采用仿真实验的方法，通过大样本的多次过程仿真，依据仿真数据及评估指标体系对方案进行评估。该方法结合了静态评估和动态评估的优势，通过对仿真过程数据的分析，找出关键影响因素和方案薄弱环节，为方案的优化提供决策依据，因此相对其他评估方法具有较强的优势。

2 装备保障方案仿真评估流程

装备保障方案仿真评估过程可划分为3个阶段：评估准备阶段、仿真运行阶段、分析评估阶段。

2.1 评估准备阶段

评估准备阶段主要完成5项工作：数据准备、行动规则制定、模型组装、评估指标体系构建和仿真实验设计。

1) 数据准备。需要准备2类数据，包括基础数据和方案数据，如图1所示：(1) 基础数据，包括字典数据和标准数据(标准数据是进行各种需求预计和计算的基础)；(2) 方案数据，通过对作战方案和保障方案量化以后得到，可借助可视化想定编辑系统来录入方案数据。

图1 数据准备种类

2) 行动规则制定。行动规则是仿真实体执行作战行动和装备保障相关行动必须遵循的依据和规范。由于仿真评估过程是采取人不在回路的方式自主运行，所以仿真实体也是在无人干预的情况下自主运行，故需要规则来约束实体的行为。规则是保障行动过程仿真的依据，而如何制定规范及完备的装备保障行动规则是仿真评估过程中需要解决的一个重点问题。

3) 模型组装。模型是对作战行动和装备保障行动进行仿真的基础。模型组装是依据推演实体具备的行为，配置相应的模型。例如，依据保障力量能够完成的行动，可组装机动、部署、展开、维修、补充等模型。

4) 评估指标体系构建。评估指标体系是方案评估的主要依据，反映了方案各组成要素之间的关系，以及指挥员评估的关注点。指标体系合理，评估的结果才会合理，这是方案评估中的关键工作。

5) 仿真实验设计。仿真实验设计，是指如何合理地安排仿真实验，以尽可能少的实验次数、尽可能短的实验周期，获取正确的实验结果。(1) 确定实验因子。影响装备保障任务完成的因素有很多，包括地形，气象，弹药/器材储备种类、储备量、携行量、运行量等，如果只考察弹药携行量、弹药运行量、弹药储备量、弹药补充门限4个因素的影响，那么这4个因素就是确定的实验因子。(2) 设计实验因子水平。主要设计每个实验因子的水平，即每个实验因子抽取多少个数值进行实验，例如对于弹药补充门限，可以设置3个水平：30%、40%、50%。(3)实验方法设计。是指设计实验时不同因子水平的组合方法，常用的方法有全因子实验设计、部分因子实验设计和单因子实验设计[5]。全因子方法实验量过于庞大，单因子方法只能考察单因素影响，本文采用的是正交实验设计。该方法采用正交表进行设计，既能考察所有因子，又能使实验量最小。

2.2 仿真运行阶段

仿真运行主要根据仿真实验设计，采取人不在回路的方式自主运行。仿真运行过程，如图2所示。

1) 想定加载。仿真运行开始后，系统首先加载想定中的部队编成、战场环境、装备实力、保障编成、保障资源、需求预计等信息。

2) 损消耗数据生成。通过对作战过程的仿真，生成装备战损和弹药消耗数据。

3) 装备保障行动仿真。在损消耗数据的牵引下，一方面影响作战部队实力减少，另一方面系统调用相应的模型，按照行动规则在各类环境因素的影响下对装备保障行动进行仿真，保障行动仿真完毕后，又会影响作战部队实力的增加。

4) 数据记录。在整个仿真过程中，系统会实时记录仿真过程数据，作为方案评估的依据。

5) 仿真结束。当达到仿真目标(达到仿真次数或完成任务)时，系统结束仿真运行。

从整个仿真运行过程可以看出，损消耗生成是方案评估的输入条件，也是装备保障行动仿真的牵引，对于装备保障方案仿真评估起着至关重要的作用，同时也是仿真评估需要解决的一个难点问题。

图2 仿真运行过程图

2.3 分析评估阶段

系统根据各评估指标的计算方法，抽取需要的仿真数据计算各单项指标的数值；然后在单项指标计算的基础上，依据指标层次结构和指标权重计算方案总体评估值；最后，通过对多次仿真结果的比较，分析影响保障任务完成的关键因素，找出薄弱环节，生成方案优化改进意见。

3 仿真评估重难点问题

由于篇幅所限，本文主要关注3个问题：损消耗生成、装备保障行动规则制定和评估指标体系构建。这3个问题对方案评估结果的可信性起着至关重要的作用。损消耗生成是方案评估的输入条件，是保障行动仿真的牵引。规则是装备保障行动仿真过程的依据，规则合理才能确保仿真过程可信、仿真结果科学。评估指标体系是方案评估的依据，完整、合理的评估指标体系才能反映出方案各要素之间的关系和指挥员的评估意图。

3.1 损消耗生成

损消耗生成是根据作战任务、样式、类型、持续时间、参战装备实力、武器装备性能等数据，计算作战部队装备战损数量和弹药消耗数量。目前，进行损消耗生成有很多方法，包括战例推算法、兰切斯特方程法、规划优化法等。总的来说，可以分为2大类：(1) 预计的方法，即先计算出损消耗数据并保存下来，仿真运行开始后再实时读取事前计算出的损消耗数据；(2) 仿真实时计算的方法，即在仿真过程中实时计算损消耗数据。本文主要探讨弹药消耗的生成方法。

目前，美军在进行快速弹药消耗计算时主要采用弹药消耗标准估算法，即参照战时的弹药消耗标准，根据参战兵力、装备数量和作战持续时间计算出弹药消耗量。这种方法适用于弹药消耗的快速计算,缺点是偏差大。美军之所以能够采用这种方法进行预计，是因为它有大量的实战数据积累，通过实战数据分析能够制定比较合理的弹药消耗标准。目前，我军一般是根据火力打击计划来估算弹药消耗量，或者靠历史经验估算弹药消耗量。

弹药消耗标准估算法属于一种概算的方法，按照目前弹药消耗预计方法的特性，可以把预计方法分为3类：基于推算的方法、基于运筹学的方法和基于人工智能的方法[6-8]。

1) 基于推算的方法。包括标准估算法、战例推算法、任务量推算法等，适用于对弹药消耗进行快速、概算的场合，但是偏差一般都比较大，只能计算统计量。

2) 基于运筹学的方法。包括兰切斯特方程法和规划优化法，是弹药消耗预计的主流方法，已有较长的应用时间。但是偏差较大，或只能适用于特定的作战样式，同样也只能计算统计量。

3) 基于人工智能的方法。包括人工神经网络法、案例推理法等。这类方法简便易行、准确率较高。缺点是需要详细可靠的统计数据，或者对案例库、推理引擎依赖性大，只能计算出统计量。

仿真实时计算的方法是依据作战编成及部署、装备实力、作战任务、作战阶段、敌我双方作战行动、战场环境等，通过对整个作战过程的仿真，计算弹药消耗情况。该方法考虑了战场环境中的各种因素，因此计算结果偏差相对较小，不仅能计算弹药消耗的统计量，也能计算出过程消耗量。

在进行弹药消耗生成时，本文采用的是仿真实时计算的方法。因为在装备保障方案仿真评估过程中，保障行动是在损消耗的牵引下进行仿真的。对于弹药补充来说，只有过程消耗量才能牵引弹药补充行动，如果只给出整个作战过程的弹药消耗量，补充分队是无法判断什么时刻执行弹药补充行动的。所以说，进行装备保障方案仿真评估，不仅需要弹药消耗的统计量，同时也需要过程消耗量，从这一点来考虑，需要采用仿真实时计算的方法生成弹药消耗数据。

进行装备战损生成，其方法与弹药消耗生成类似。装备战损生成，既要关注战损统计量的生成，也要关注战损在时间、空间和战损程度的分布，再精确一些，还需要考虑装备部件的战损。所以，装备战损生成要比弹药消耗预计复杂得多，考虑到的问题也更多。

3.2 装备保障行动规则制定

装备保障行动由若干动作按照一定的逻辑关系，依因果顺序和时间顺序构成，整个行动过程以时间为主线调用相应的规则，完成实体的业务工作流程。由于规则的执行主体是实体，本文主要以实体为对象来完成装备保障行动规则的制定：

第一步：确定仿真实体及行动。主要分析整个仿真运行过程中所涉及的实体及每个实体能够执行的装备保障行动。装备保障行动仿真过程中涉及的实体包括装备指挥机构、装备保障部(分)队、弹药库、器材库、后方保障基地等。如对于装备部(分)队，可执行的行动包括抽组、部署、机动、展开、弹药补充、器材补充、装备维修等。这样分析可以确保能够制定出完整的装备保障行动规则体系。

第二步：针对每一个具体行动，把行动划分为若干个过程。

第三步：描述每个过程中行动需要遵循的约束条件和影响因素。其中，约束条件包括时间约束、空间约束、能力约束，影响因素包括地形、气象、水文、敌方打击等因素。

第四步：给出不同约束条件和影响因素下的影响结果或可能的决策结果。

以弹药补充过程为例，采用上述步骤来制定弹药补充规则。这里限定采用道路机动的方式进行弹药补充。

第一步：确定仿真实体及行动。涉及的实体包括弹药保障队、弹药库和被保障部队。

第二步：针对每一个具体行动，把行动划分为若干个过程。弹药补充过程可划分为补充决策、向弹药库机动、弹药装载、向卸载地域机动及卸载5个过程。其中，补充决策是实体判断何时开始补充的决策过程。

第三步：描述每个过程中行动需要遵循的约束条件和影响因素。各阶段需要遵循的约束条件和影响因素如图3所示，图中“DYBZD”为弹药保障队，“SDYK”为师弹药库，被保障部队为师炮兵群(“SPBQ”)。

图3 弹药补充过程各阶段需要遵循的约束条件和影响因素

第四步:给出不同约束条件和影响因素下的影响结果或可能的决策结果。主要采用“如果遇到什么条件，怎么做”来描述。例如，针对“补充决策”和“机动过程中遭遇敌打击”这2个典型约束条件或影响因素，具体行动规则的描述如表1所示。

表1 行动规则描述事例

3.3 评估指标体系构建

评估指标体系一般按照目标分析、系统分析、特征属性分析、结构分析、信息来源分析等步骤进行构建[9]。其核心问题有3个：评估目标分析、评估指标体系结构确定、评估指标计算方法确定。

3.3.1 评估目标分析

装备保障方案仿真评估，实际上是通过对装备保障的运行效果进行评估，形成评估结论的过程。所以，既要考虑静态的评估指标，也要考虑动态的评估指标。可将装备保障方案评估的目标概括为“四性”——完整性、合理性、有效性和风险性[10]62。其中，完整性和合理性目标侧重静态指标，有效性和风险性目标侧重动态指标，是指装备保障方案要素完整，各要素符合规范[1]31。

装备保障方案的合理性，是指装备保障方案的内容合理，包括符合作战需求、符合首长决心意图、符合现有装备保障资源等。

装备保障方案的有效性，是指装备保障方案运行效果良好，能够达到预期保障效果。

装备保障方案的风险性，是在考虑敌方打击、战场环境等因素的影响下，保障任务不能达成、保障资源战损超出预期的风险。

3.3.2 评估指标体系结构确定

在基于仿真的装备保障方案评估中，强调要采用仿真数据来衡量或计算各个指标。因此，完整性和合理性主要依靠人工的方式进行评判，有效性和风险性可以抽取相关数据进行计算。所构建的指标体系结构如图4所示。

图4 装备保障方案仿真评估指标体系

3.3.3 评估指标计算方法确定

1) 有效性。有效性用任务完成率、任务完成时效、任务需求满足率和作战装备可用度衡量。

(1) 任务完成率，即保障任务完成的成功概率。

任务完成率=(保障任务完成次数/保障任务执行次数)×100%。

保障任务完成次数和保障任务执行次数主要通过将保障方案仿真运行多次后统计获得。

(2) 任务完成时效，采用保障时效性进行衡量，反映保障任务对需求响应的及时性。

保障时效性=(保障任务结束时间-保障任务开始时间)/(保障任务结束时间-保障需求产生时间)。

(3) 任务需求满足率，反映各类保障资源，包括维修人员、维修器材和弹药对任务需求的满足程度和利用程度。

维修人员满足率=(可提供维修人员数/维修人员需求数)×100%；

维修人员利用率=(实际使用的维修人员数/可提供维修人员数)×100%；

维修器材满足率=(可提供维修器材数/维修器材需求数)×100%；

维修器材利用率=(实际使用的维修器材数/可提供维修器材数)×100%；

弹药满足率=(可提供弹药数/弹药补充需求数)×100%；

弹药补充率=(弹药实际补充数/弹药补充需求数)×100%。

(4) 作战装备可用度，是指作战装备能够正常工作的程度，反映了装备维修的效能[10]88。采用装备使用可用度和装备完好率衡量。

装备使用可用度=装备能工作时间/(装备能工作时间+装备不能工作时间)；

装备完好率=(装备完好数/装备总数)×100%。

2) 风险性。风险性用保障行动失败率和保障资源损失率2个指标衡量。

(1) 保障行动失败率=(保障任务失败次数/保障任务执行次数)×100%。

(2) 保障资源损失率，包括维修人员伤亡率、保障装备战损率、维修器材损失率和弹药损失率。

维修人员伤亡率=(维修人员伤亡数/维修人员总数)×100%；

保障装备战损率=(保障装备战损数/保障装备总数)×100%；

维修器材损失率=(维修器材损失量/维修器材总量)×100%；

弹药损失率=(弹药损失量/弹药总量)×100%(弹药总量含携行量、运行量、加大量和储备量)。

4 结 束 语

装备保障方案仿真评估是一个很复杂的问题，既涉及军事理论问题，又涉及模拟仿真、作战实验等技术领域。本文重点对装备保障方案仿真评估过程的损消耗生成、装备保障行动规则制定和评估指标体系构建这3个问题进行了分析，为基于仿真的装备保障方案评估提供了解决思路和解决方法。下一步，将重点关注装备战损生成方法研究，尤其是装备部件级的战损生成，以期为装备保障力量的需求预计提供精确的数据支撑，同时加强仿真结果数据分析方法的研究，提高仿真结果数据的利用效率。

References)

[1]田福平，汉博，熊志纲.基于模糊综合评判与作战模拟的作战方案评估[J].指挥控制与仿真，2016，38(3):28-32.

[2]代海飞，刘小方，张永天，等.基于DEA的装备保障方案评估[J].四川兵工学报，2013，34(5)：58-61.

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[10]张柳，杨军，于永利，等.装备作战单元保障方案综合评估方法[M].北京:国防工业出版社，2015.

(编辑：李江涛)

Research on Evaluation of the Simulation-based Equipment Support Program

QIAN Honglin1, LUO Zhiyong2, LIU Bing1, ZHOU Zheng3

( 1. Department of Equipment Command, Equipment Academy, Beijing 101416, China;2. China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing 100072, China；3. Department of Graduate Management, Equipment Academy, Beijing 101416, China)

To solve the problem of inadequate scientific evaluation of the current equipment support program, simulation-based method of equipment support program evaluation is put forward, which means an evaluation of the equipment support plan based on the simulation experiment method, under the combat action simulation, through the large sample simulation of equipment support action process and according to the simulation data and evaluation index system. This paper analyzes the advantages of the simulation evaluation method of equipment support program, puts forward the basic process and main work of simulation evaluation, and discusses the key problems that need to be solved in the process of simulation evaluation. It focuses on the main methods adopted in consumption generation in the simulation process, the setting process of the entity-based rules of actions of the equipment support, and the course as to how to determine the evaluation indices and index calculation method in the process of building an evaluation index system.

equipment support program; simulation-based evaluation; generation of consumption; setting rule of action

2016-12-22

部委级资助项目

钱红林(1980—)，男，讲师，硕士，主要研究方向为装备指挥信息化。zbzhxqhl@zynet.mtn