基于ARIS软件的航母编队对海作战流程仿真及优化∗

梁镇彬 李敬辉 姜 军

（海军工程大学电子工程学院 武汉 430033）

1 引言

航母编队作为舰载航空兵、水面舰艇、潜艇等兵力高度集成的海上机动作战力量，具备强大的海上作战能力［1］，极大改变了传统水面舰艇编队的作战理论、行动方式和兵力编成，因此，急需对航母编队对海作战中的组织流程、战位配置、装备使用等进行设计和优化，以满足未来信息化海战的实战需求，提升航母编队对海作战的整体效能［2］。

2 典型作战流程分析

航母编队对海作战流程可大致分为对海警戒探测、目标跟踪识别、确定突击决心、组织战斗协同、突击效果评估、作战兵力撤收等6个阶段［3］，具体如图1所示。

1）对海警戒探测阶段：根据对海观察组织，综合使用各类情报信息，使用各类对海探测器材和手段组织对海观察警戒，生成分发统一态势。编队内部主要通过预警机或警戒直升机进行目标探测，获取海上目标信息。

2）目标跟踪识别阶段：对海指挥部位结合各种情报对目标性质加以跟踪判别，必要时，组织舰载战斗机、警戒直升机对重点不明海面目标进行近距离查证，根据目标判别查证情况，对海方面长提出突击建议，各兵力组织战斗准备。

3）确定突击决心阶段：根据打击目标和战斗指标，对海指挥部位进行一系列计算，确定作战方案和打击样式，通常包括舰载战斗机对海打击、水面舰艇对海打击、核潜艇对海打击和对海合同打击等4种样式［4］。

图1 航母编队对海典型作战流程示意图

4）组织战斗协同阶段：根据作战方案，各作战兵力进入目标区后，在侦察兵力的指示引导和电子战兵力的干扰支援下，迅速占领有利战斗航路或阵位，采取独立或合同攻击的方式，发射反舰导弹对特定水面目标实施打击［5］。

5）打击效果评估阶段：综合使用各种探测器材和情报信息，评估打击效果，必要时组织兵力抵近观察、判别，综合运用各种手段，评估前期打击效果，视情组织兵力实施补充打击。

6）作战兵力撤收阶段：对海作战任务完成后，及时组织引导各作战兵力迅速退出目标区，撤离敌空中拦截区或防空火力杀伤区。各作战兵力指挥员应尽快向编队对海作战方面指挥员上报攻击情况［6］。

本文采用定性与定量相结合的方式，借助ARIS Architect&Designer（阿里斯企业架构设计软件）对航母编队对海作战流程进行可视化设计、建模、仿真、分析和管理，并通过对模型仿真结果的合理性和可行性分析，为作战流程的进一步优化提供参考［7］。

3 作战流程设计建模

3.1 作战流程建模

根据上述典型对海作战流程，模型以目标信息作为仿真触发输入，情报人员借助情报系统对情报信息进行分析，筛选识别敌舰目标信号；编指依据目标情报制定作战计划、实施指挥决策［8］；对海作战方面指挥员借助编队作战指挥系统，指挥引导舰载战斗机、水面舰艇、攻击型核潜艇进行对海打击［3］。突击兵力对海实施打击后，由情报人员对作战效果进行评估，判断任务是否完成，未完成的需重新组织兵力再次实施打击，如果任务完成则由对海作战方面指挥员组织兵力撤收及战况总结。具体对海作战流程模型如图2所示。

图2 航母编队对海作战流程流程图

3.2 模型参数设置

由于本文提供的是一种对航母编队对海作战流程的仿真优化方法，其中涉及作战情况、战位人员、装备性能、相关概率的等参数设置只是为模型提供的模拟数据输入，便于下一步对作战模型进行仿真分析［9］。

1）作战情况界定

结合航母编队对海作战特点，作战总时间设置为2小时，目标出现频率为100批/小时。

2）系统装备配置

对海作战中的系统装备是任务处理的手段工具，由编队对海作战流程可知，目标探测和效果评估的完成需要情报系统的数据支撑，情报系统的数据来源主要由警戒直升机对海探测设备、远程防空警戒舰对海探测设备和其它对海探测设备等提供；目标指示、指挥引导、对海攻击、兵力撤收与作战总结的完成需要编队作战指挥系统提供相应指令；舰载战斗机、水面舰艇、攻击型核潜艇等对海作战兵力的组织需要舰载机作战指挥系统、舰艇群作战指挥系统、潜艇作战指挥系统来实施辅助指挥引导［10］。

本模型信息装备性能主要通过各作战阶段对目标信息平均传输处理时间来体现，由于对潜通信难度较大，故平均传输处理时间较长，具体参数拟定如表1所示。

表1 各作战阶段装备对目标信息的平均传输和处理时间

3）战位人员设置

战位主要以作战需求和装备实际为依据进行设置，为简化流程，本模型仅设置情报人员、对海作战方面指挥员、舰载机指挥员、水面舰艇群指挥员、潜艇指挥员等5类战位［3］，并由软件导出RA（S）CI图表，即模型的“战位-能力”矩阵，具体如表2所示。

其中，情报人员暂定2人，包括警戒直升机对海搜索、远程防空警戒舰对海搜索各1人，负责对搜集到的信息进行分析判情；对海作战指挥员暂定2人，包括对海作战长、对海作战副长各1人，负责组织指挥参战兵力对海作战；舰载机指挥员暂定1人，负责指挥引导舰载战斗机对海打击；水面舰艇群指挥员暂定1人，负责指挥引导水面舰艇对海打击；潜艇指挥员暂定1人，负责指挥引导攻击型核潜艇对海打击。

表2 “战位-能力”矩阵

4）作战概率拟定

各兵力参与作战概率：根据各国舰载战斗机、水面舰艇、攻击型核潜艇在对海作战中的普遍协同应用情况，编队指挥决策中需要舰载战斗机、水面舰艇、攻击型核潜艇等兵力前出参与对海打击的概率分别暂定为0.8、0.4和0.3。

各兵力打击成功概率：根据各国舰载战斗机、水面舰艇、攻击型核潜艇对敌舰毁伤概率的数据统计情况，将一次对海打击成功的概率暂定为0.8，则需实施二次打击的概率为0.2。

4 作战模型仿真优化

4.1 模型仿真分析

由于装备性能在理想情况下保持不变，那么对作战模型进行仿真分析，就主要通过各个战位繁忙程度来体现作战模型的可行性和合理性。各战位既不能太繁忙，也不能太空闲，太繁忙容易造成作战流程推进缓慢迟滞，影响整体作战效能，太空闲又容易造成作战资源浪费，因此，为使作战模型更加合理可行，通常把各战位繁忙率控制在60%～85%之间，这也是模型后续优化的一个标准。

通过对作战模型进行仿真，可得到各战位在该模型中的繁忙率如图3所示。

从中可看出，对海作战指挥战位和情报人员战位的繁忙率均超过85%，说明情报保障不力、指挥效率低下；另外，由于前期数据流通缓慢，指令下达不及时，导致舰艇群指挥员和潜艇指挥员过于空闲，空闲率均超过60%。由此证明，以现有战位装备配置执行大负荷任务时，导致部分战位负担过重、无法顺利完成分配的作战任务，部分战位又过于空闲，长时间处于等待状态。因此，下面将分别从战位配置优化、装备性能提升等不同的2个方面，对作战模型加以调整优化。

4.2 战位配置优化

1）一次优化

由于按现有战位配置执行大负荷任务时，情报人员和对海作战方面指挥员负担过重，可通过增加战位来削减这2类战位的繁忙度，为对海作战指挥战位增加3个战位，包括对空、对海、对潜指挥引导员各1名，以此来分担对海作战长和副长的指挥决策任务，使对海作战能够留有更多时间来进行指挥决策；为情报人员增加2个对海方面情报汇总分析战位，以此来分担警戒直升机、远程防空警戒舰等预警探测兵力的情报分析任务，使情报分析更加快速，让指挥员能更及时获取情报信息。

通过对优化后模型进行仿真，可得到各战位在该模型中的繁忙率如图4所示。

图4 一次优化后各战位繁忙率示意图

从中可看出，情报人员和对海作战方面指挥员的繁忙率均变成85%以下，基本满足模型可行性标准。另一方面，由于模型未优化前数据传输缓慢，舰载机指挥员尚有足够时间应付80%的对海打击任务，当模型优化后数据传输变快，加之舰载机指挥员执行对海打击任务量要远大于舰艇群指挥员的40%和潜艇指挥员30%，此时仅配置1名舰载机指挥员明显负担过重，繁忙率远超90%，无法顺利完成分配的作战任务。因此，下面将从舰载机指挥员配置进行优化，以满足作战需求。

2）二次优化

为舰载机指挥员增加1个战位，以此来分担舰载战斗机大量的对海作战任务，使舰载战斗机对海打击更加流畅。

通过对优化后模型进行仿真，可得到各战位在该模型中的繁忙率如图5所示。

图5 二次优化后各战位繁忙率示意图

从中可看出，经过战位调整后，战位繁忙率均在60%～85%之间，基本满足设定的模型可行性要求。

4.3 装备性能优化

1）一次优化

由于现有战位配置执行大负荷任务时，情报人员和对海作战方面指挥员负担过重。若保持原有战位配置不变，可通过提高系统装备对数据传输和处理能力，降低各个战位等待和处理数据的时间，从而使情报人员和对海作战方面指挥员不过于繁忙。下面将相应系统装备传输和处理数据平均时间均降低15s。

通过对优化后模型进行仿真，可得到各战位在该模型中的繁忙率如图6所示。

图6 一次优化后各战位繁忙率示意图

从中可看出，将情报人员战位和对海作战方面指挥员战位相应系统装备性能进行优化后，情报人员繁忙率低于85%，达到要求，但由于对海作战方面指挥员承担任务量比情报人员要大得多，其繁忙率仍然居高不下；另外，由于模型未优化前数据传输缓慢，舰载机指挥员尚能应付80%的对海打击任务，但当模型优化后数据传输变快，加之舰载机指挥员执行对海打击任务量要远大于舰艇群指挥员的40%和潜艇指挥员30%，此时仅配置1名舰载机指挥员明显负担过重，繁忙率远超85%，无法顺利完成分配的作战任务。因此，下面将对舰载机指挥员战位和对海作战方面指挥员战位相应的系统装备性能进行优化，以满足作战需求［6］。

2）二次优化

对对海作战方面指挥员战位相应的目标指示指挥引导、对海打击、兵力撤收与作战总结等阶段装备性能继续优化，数据处理时间再降低5s，以此来提升对海作战方面指挥员指挥决策的速度；对舰载机指挥员战位对应的组织舰载战斗机攻击阶段的装备性能继续优化，数据等待和处理时间均降低10s，以此来加快舰载战斗机接收和处理数据能力，使舰载战斗机对海打击更加流畅。

通过对优化后模型进行仿真，可得到各战位在该模型中的繁忙率如图7所示。

图7 二次优化后各战位繁忙率示意图

从中可看出，经过装备性能提升后，各战位繁忙率均在60%～85%之间，基本满足设定的模型可行性要求。

5 结语

通过上述对作战模型的仿真及优化可以看出，本文所提供的优化设计方法具有一定操作性、合理性，能够为航母编队对海作战流程的优化设计提供参考。另一方面，由于航母编队对海作战流程涵盖的系统装备、战位人员、情报信息数量众多，本文为便于建模、仿真和分析，对航母编队对海作战流程进行了一定程度的简化，后续将进一步细化作战流程设计和装备战位配置，使所提供方法更贴近实战需求。