基于复杂网络的装备保障体系研究现状及展望

2018-12-13宋太亮

火力与指挥控制 2018年2期

闫旭，宋太亮，邢彪，高龙

（1.陆军装甲兵学院，北京 100072；2.中国国防科技信息中心，北京 100072）

0 引言

现代战争是由陆、海、空、天、电磁五位一体的联合作战，其实质是装备体系对装备体系的对抗。20世纪90年代以来，高技术局部战争越来越呈现非对称对抗特点，高技术作战环境越来越要求装备成体系建设。在联合作战条件下，装备体系的保障问题显得更加复杂和突出，为了充分发挥装备体系的作战效能，需要建立与之相匹配的保障体系。

近几年来，国内外看待武器装备发展的角度逐步向体系工程转变，相关研究呈现井喷式发展。然而，与该现象相反，国内外相关机构对于保障体系的研究尚处于探索阶段，有限的研究集中在保障体系的网络化建模及其拓扑特征分析等方面。因此，亟需深入开展装备保障体系相关方面研究。

本文简要总结了装备保障体系的研究进展。首先理清了体系、装备保障体系相关概念及内涵；从定性研究、建模方法、可靠性3个方面回顾了基于复杂网络的装备保障体系研究情况，从中提炼了研究中存在的问题，展望了未来的研究趋势。

1 装备保障体系的概念及内涵

1.1 体系

体系，即系统之系统（System of Systems，SoS），这一概念自1964年提出伊始，就引起了众多争议。1991年，Eisner通过对多系统集成的研究，首次提出体系的概念和特征［1］。如今，随着体系研究逐渐深入社会学、生物学和物理科学等领域，该方向逐渐被广大学者所接受。然而，到目前为止，其典型的概念与定义不下40种［2］。

国防科技大学通过承担C4ISR系统研究任务，对体系问题的研究由来已久。他们在综合国内外对体系多个定义的基础上，将体系定义归纳为：在不确定性环境下，为了完成某个特定使命或任务，由大量功能上相互独立、操作上具有较强交互性的系统，在一定约束条件下，按照某种模式或方式组成的全新的系统［3］。

由于体系在不同层次上的不同行为支配表现，使得体系的建模与模拟非常困难。为解决这一问题，文献［4］对体系组成系统进行了层次划分，给出了分层体系的图形化描述，由此概念建立的体系网络模型具备了复杂网络特性，以理解体系的交互与连接行为。从此，众多学者开始以网络科学为基础对体系进行建模并开展相关研究。

1.2 装备保障体系

目前，国内外将装备保障问题上升到体系的高度进行的研究较少，尚处于起步阶段，这些少量研究从不同角度对装备保障体系进行了定义。

1.2.1 装备保障体系是装备保障系统的综合集成

《中国人民解放军军语》并未对装备保障体系进行定义，其对装备体系的定义为：由功能上相互关联的各种类各系列装备构成的整体。通常由战斗装备、综合电子信息系统、保障装备构成［5］。由此可以理解为，装备保障体系是装备体系的一个分支。

文献［6］在《装备保障性系统工程》一书中，将装备保障体系定义为：在装备的使用和保障阶段，实施保障所需要的组织机构和人员、程序和各类资源及其管理相互作用形成的总体。

文献［7］在研究装备保障信息化过程中提出，通用装备保障体系是以通用装备保障信息系统为纽带和支撑，有机融合态势感知、保障指挥、装备抢救、装备维修、装备储供等通用装备保障体系各基本要素，形成具有涌现效应的体系。

文献［8］在参与学院装备综合保障仿真中心建设过程中提出，装备保障体系是指为了满足装备调配、维修、经费等不同保障任务需求，由具有一定功能和相互联系、相互作用的各级、各类装备保障系统，按照装备保障规律和保障原则综合集成的有机整体。

1.2.2 装备保障体系是保障节点耦合形成的复杂网络

文献［9］认为，装备保障网络是以装备保障设施为依托，将各种保障资源按照一定的要求和原则合理部署而最终形成的一个网络化布局的保障体系。在此基础上，文献［10］认为，物流保障网络是为了保障现代战争所需，以基地等保障实体为依托，把各种保障资源按一定的要求和原则合理部署，形成网络化布局的保障体系。

国防科技大学装备综合保障技术重点实验室的邱静教授研究团队，在研究装备维修保障系统的网络化描述时认为：装备维修保障体系是以装备使用单位、维修单位、库存仓库和备件供应商为节点，以连接这些节点的信息流、物流、指挥控制流为边构成的网络［11］。

文献［12-13］提出，装备保障网络是由一定区域内（战区或全军）各保障实体（单位）以及其相互关系形成的一个网络，是为使某一地域武器装备处于完好状态而预先设定不同等级、不同数量的器材、物资和人员等保障资源构成的拓扑结构图。

文献［14］认为，装备保障网络是由具备获取、处理、传递以及响应信息能力的无数个装备保障单元，通过相互联系、作用形成的庞大的体系。装备保障单元可以与保障环境进行交互，并根据学习获得的知识和经验改变自身的行为结构和运作方式，促进整个装备保障体系的演变和进化。

1.2.3 其他相似定义

文献［2］将装备保障体系归为5类典型武器装备体系的一种，是由完成给定保障任务的装备构成的整体，如针对作战部队完成某次火力打击任务，提供保障任务的装备。这一概念应当理解为保障装备形成的体系，即装备体系的组成部分。

文献［15］提出，装备维修保障力量体系（Equipment Maintenance Support Force System of Systems，EMSFSoS），是处于动态复杂多变环境下的装备维修保障力量单元为完成其共同的装备维修保障使命通过各自有目的的行为而形成的有机整体。

文献［16-17］也对维修保障力量体系进行了研究，装备维修保障力量体系是由维修单元、维修指挥机构以及维修资源仓库等，按照结构上综合集成、功能上相互联系、性能上相互补充的原则构成的一个复杂系统，可以理解为是由众多维修单元、维修指挥机构以及维修资源仓库等维修实体，以及维修实体之间错综复杂的关系共同构成的有机整体。

上述定义及描述从不同的研究角度给出，有着不同的关注点和特征。综上所述，装备保障体系具有系统和体系的一般特征。在体系作战和体系保障的大背景下，本文总结提炼出装备保障体系的一般定义：装备保障体系（Equipment Support System of Systems，ESSoS）是在动态不确定环境中，针对某个特定使命任务，由大量相互独立的保障节点和各级各类保障系统通过互联、互通和互操作综合集成的具有涌现效应和演化功能的有机整体。

2 复杂网络理论的装备保障体系研究

目前国内外基于复杂网络理论对装备保障体系的研究很少，基本集中于以下几个方面。

2.1 定性研究

定性研究主要集中于对装备保障体系的组成、特征、构建规则，以及建立的重大意义等方面进行理论阐述。

文献［7］研究了基于信息系统的通用装备保障体系战时运作的保障关系规则、保障指挥规则、力量运用规则和保障行动规则。

文献［18］分析了一体化装备保障体系的基本特征，从树立观念、建立装备指挥信息系统、编配合成多能的保障力量、构建军地一体的装备保障模式、培养人才队伍等方面，分析了构建一体化装备保障体系的途径。

文献［19］介绍了基于信息系统的装备保障体系的建设原则及重点内容，对体系结构进行规划，提出了体系建设相关措施。

文献［20］分析了基于信息系统的战时装备保障的特点与基本要求，构建了基于信息系统的战时战术级装备保障体系，探讨了基于信息系统的战时战术级装备保障体系的运行。

文献［21］分析了复杂网络的产生及其主要特征；基于复杂网络对装备保障网络进行了规范化描述；以此为基础，总结了网络化保障的本质特征，最后阐述了复杂网络在装备保障网络领域的应用方向：模型构建、体系演化、效能评价等。

2.2 建模方法研究

如何建立更为直观、简化的数学模型，对于研究装备保障体系问题起着十分重要的作用。

文献［9］借鉴现代供应链与物流理论、决策理论和规划方法等的研究成果，提出了综合多属性决策的保障网络设计方法，建立了装备战略保障设施的多级覆盖设施选址模型，提出了基于分布估计算法的模型求解算法，建立了战役供应保障网络设计模型，设计了模型的启发式求解框架。以防御作战样式下陆军装甲装备的战役维修保障为背景，研究了战役装备维修保障网络优化设计问题。

文献［12］基于复杂网络理论构建了装备保障网络模型，并从无标度、小世界和层次性等方面具体分析了装备保障网络的统计特征。实证结果表明：装备保障网络具有一般复杂网络相似的拓扑特性，即无尺度特征、小世界效应、较为清晰的层次结构及负相关匹配特性。

文献［22］还对装备保障网络生成机制进行研究，提出了一个装备保障网络演化模型。该模型考虑了网络中节点和边的实际物理属性，引入了随机连接参数，实现了混合生成的装备保障网络演化机制，并仿真分析了模型中迭代步数、子节点数目、随机连接因子这3个参数对装备保障网络整体性能的影响规律，验证了该模型的有效性和适用性。

文献［14］提出基于最大效能通路的核心装备保障网络构建方法，可以很好地避免网络的内耗摩擦，通过协同机制产生协同力逐步提升核心装备保障网络的保障能力。

文献［23-24］分析了基于复杂网络理论开展装备保障体系建模研究的可行性，构建了装备保障体系结构框架，总结了适合装备保障体系的建模与仿真方法，采用分层建模、基于多Agent和基于UML的体系建模方法，建立了装备保障体系模型，并对模型进行了仿真。

2.3 可靠性（抗毁性）研究

近年来，多位学者在体系战争的背景下，基于网络科学基础理论对保障体系的抗毁性开展了一系列研究。

文献［10］以复杂网络理论为指导，建立了物流保障网络级联失效抗毁性模型，解析分析了典型容量分布下的战术保障网络的级联失效抗毁性，仿真分析了任务约束条件下的战略保障网络的级联失效抗毁性，并开发实现了用于物流保障网络级联失效抗毁性分析的应用软件系统。

文献［12］通过构建节点加权复杂网络模型，对装备保障网络的服务效能和抗毁性进行建模，定义了网络服务效能和抗毁性能评价指标，分析了其效能评价指标，对网络中加权节点的收缩与分解过程进行形式化描述，在此基础上提出了节点收缩和分解实现算法和网络效能评价方法。

文献［15］构建了典型的装备保障网络拓扑结构模型，提出了装备保障网络的随机失效和蓄意攻击失效两种失效模式，并对两种失效模式下不同装备保障网络的结构脆弱性进行了仿真分析。研究结果表明：从防御角度而言，适当增加不同保障实体之间的交叉连接有助于提高装备保障网络的抗毁性；而从攻击角度而言，二次攻击则可有效提高攻击效率，以达到迅速瘫痪装备保障体系的目的。

文献［25］构建基于复杂网络理论的舰艇装备保障网络模型，设计了保障网络拓扑特征参数，对保障网络抗毁性进行了仿真研究。理论分析和实验结果表明：遭到随机攻击时保障网络的抗毁性要大于选择性攻击，节点被攻击时保障网络抗毁性小于边被攻击，处于保障流程末端的码头之间有更多的互连路径，对整个网络的抗毁性也有较高的贡献。

3 结论

随着国防科技的进步，武器装备系统的复杂程度不断增加，作战样式不断发生变化。解析法、综合法等低层次的系统工程研究方法，以及不足以用来描述和研究装备保障体系拓扑结构组成之间的关系等问题。而网络理论的出现为装备保障体系的研究指明了方向。从目前的发展状况来看，基于复杂网络的方法应用在装备保障体系的研究中存在以下问题：一是基于网络理论的方法单纯对保障体系的拓扑结构进行分析，大多数研究并未考虑组成部分的属性对体系的影响；二是多数研究建立模型考虑的因素过于简单，对保障体系的涌现性和演化性没有进行深入研究，无法满足实际仿真实验的需要；三是以上研究均把装备保障体系与装备体系割离开，单独探讨体系的网络特性，忽视了在实际作战过程中装备体系产生的影响。

综上所述，从复杂网络角度研究装备保障体系问题的发展趋势可大致概括为如下几点：

1）保障体系网络模型的构建。针对保障体系，如何选取、从哪一层次选取节点和连接边，构建能够合理表征保障体系拓扑结构的网络模型不仅是保障体系研究的基础，同时也是研究重点之一。

2）保障体系的可靠性（抗毁性、鲁棒性）分析。在拓扑网络模型的基础上，如何寻找科学合理的节点可靠性属性来构建评价体系可靠性的测度指标，进而研究体系的可靠性，在国内尚属空白，是保障体系研究的新方向。

3）保障体系的仿真研究。如何构建仿真实验框架，设置保障体系的仿真指标，从而高度还原保障体系在真实作战环境下的状态和效能，判断保障体系设置是否得当、资源配置是否合理，是保障体系仿真研究的重点和难点。

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［5］全军军事术语管理委员会，军事科学院.中国人民解放军军语［M］.北京：军事科学出版社，2011.

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