基于能力的武器裝備體系方案權(quán)衡空間多維多粒度探索方法及應(yīng)用.pdf

1、信息化戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，體系對(duì)抗特征日益凸顯。高新技術(shù)對(duì)作戰(zhàn)理論、軍事裝備以及作戰(zhàn)方法有著巨大的影響。高技術(shù)作戰(zhàn)非線性、非對(duì)稱性的特征要求所需要的武器裝備體系必須具備廣泛適應(yīng)能力和快速反應(yīng)能力。然而，武器裝備體系論證過程是一個(gè)裝備體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析不斷迭代的過程。在裝備體系方案論證初期，由于約束并不是很多，因此架構(gòu)方案空間一般非常大。同時(shí)，由于架構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)影響后期的體系功能和形式，項(xiàng)目費(fèi)用的多少也一般都會(huì)取決于這個(gè)階段，忽視了潛在的架構(gòu)方案就可

2、能意味著裝備采辦的損失或者失敗。
　　能力是在給定的標(biāo)準(zhǔn)和條件下，通過一系列手段或方式的集合，完成一組任務(wù)從而達(dá)到預(yù)期效果的本領(lǐng)，能力生成機(jī)制不僅體現(xiàn)在具體的裝備體系配置中，也體現(xiàn)在裝備的使用方式上。在基于能力的采辦方案空間探索時(shí)，一是必須能夠在采辦和系統(tǒng)工程的初期描述可能的大量架構(gòu)方案，二是必須有一種能夠?qū)Ψ桨缚臻g進(jìn)行過濾和探索的機(jī)制，消除不現(xiàn)實(shí)的或者是不能滿足使命要求的方案，三是由于過濾后的方案仍然有大量的方案需要進(jìn)行評(píng)估，必

3、須有一種方法能夠?qū)Ψ桨高M(jìn)行快速和相對(duì)準(zhǔn)確的評(píng)估。
　　論文在分析基于能力思想架構(gòu)方案生成和評(píng)估問題特點(diǎn)和本質(zhì)的基礎(chǔ)上，綜合考慮裝備體系架構(gòu)方案形成、映射、評(píng)估的若干環(huán)節(jié)，從各個(gè)環(huán)節(jié)的解決思路和關(guān)鍵技術(shù)問題出發(fā)，提出基于能力的武器裝備體系方案權(quán)衡空間多維多粒度探索方法，以期科學(xué)決策與統(tǒng)籌推進(jìn)武器裝備體系各類武器裝備的整體協(xié)調(diào)發(fā)展，從而達(dá)到體系架構(gòu)組合方案的靈活性、適應(yīng)性和魯棒性，確保最終構(gòu)建的武器裝備體系能夠最大限度地提高總體質(zhì)量和

4、發(fā)揮整體效能。
　　論文的主要工作及創(chuàng)新成果如下：
　?。?）提出了基于OPM的武器裝備體系方案空間概念推演與探索方法。
　　概念設(shè)計(jì)是裝備體系全壽命周期最重要的階段，基于能力需求的裝備體系架構(gòu)方案的建模和探索，其本質(zhì)是在提出能力需求以后，根據(jù)能力需求進(jìn)行作戰(zhàn)方案和系統(tǒng)方案的開發(fā)和驗(yàn)證，形成滿足能力需求的概念方案，形成能力方案空間的概念模型，并通過概念模型的推演和仿真，支撐概念方案評(píng)估。但是目前，裝備體系論證時(shí)，論證各

5、方對(duì)于裝備體系方案的認(rèn)識(shí)一般停留在文檔中，鮮有從需求（requirements）到方案（solutions）遵從系統(tǒng)工程過程的體系方案形式化描述，對(duì)體系的概念設(shè)計(jì)評(píng)估方法也不是特別有效。本文提出用對(duì)象過程方法論（Object-Process Methodology，OPM）的方法進(jìn)行架構(gòu)方案概念設(shè)計(jì)和評(píng)估的思想，充分利用OPM語言的兩個(gè)重要優(yōu)勢(shì)：一是，把系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為綜合到一類視圖，二是分層組織的模型圖。通過仿真推演有助于理解和探索體

6、系架構(gòu)的行為，揭示其中的概念和邏輯問題，比如：不正確的控制流，邏輯錯(cuò)誤，以及對(duì)象之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系丟失問題，在論證初期從概念層次上為裝備體系架構(gòu)方案的探索提供有力支撐。
　?。?）提出了基于CCI的武器裝備體系方案權(quán)衡空間構(gòu)造及其篩選方法。
　　在基于能力思想的基礎(chǔ)上，從能力定義和生成機(jī)制出發(fā)，立足于裝備體力能力評(píng)估，提出了以關(guān)鍵能力問題（Critical Capability Issue，CCI）為主線構(gòu)建裝備體系的能力方案權(quán)

7、衡空間的方法和流程。借助于基于Agent的仿真思想，通過多分辨率的析因設(shè)計(jì)以及分類回歸等方法對(duì)方案空間進(jìn)行探索性分析。該方法為武器裝備采辦初期體系能力指標(biāo)的篩選進(jìn)行了很好的嘗試。
　　（3）提出了基于DM2和ABMS的特定武器裝備體系方案建模及仿真映射方法。建模仿真在武器裝備體系架構(gòu)方案開發(fā)和評(píng)估各個(gè)階段尤為重要。然而，到目前
　　為止，對(duì)體系架構(gòu)的研究多集中在架構(gòu)可執(zhí)行范圍，鮮有從架構(gòu)產(chǎn)品中抽取相關(guān)的數(shù)據(jù)應(yīng)用于構(gòu)造式仿真的

8、研究和案例，而體現(xiàn)數(shù)據(jù)為中心的思想的研究更少之又少。本文面向裝備采辦早期，借鑒DoDAF2.0標(biāo)準(zhǔn)，通過以數(shù)據(jù)為中心的思想和基于Agent的建模方法，實(shí)現(xiàn)裝備體系架構(gòu)方案空間的探索和優(yōu)化。本文在分析體系架構(gòu)方案描述方法以及體系架構(gòu)可執(zhí)行和體系架構(gòu)驅(qū)動(dòng)仿真分析的基礎(chǔ)上，提出按照系統(tǒng)工程思維需求空間和方案空間的劃分，將體系架構(gòu)數(shù)據(jù)組進(jìn)行重新分組，提出基于能力的架構(gòu)數(shù)據(jù)元模型組合（Capability Based Data Meta-mode

9、l，CBDM2），在CBDM2的基礎(chǔ)上，結(jié)合基于Agent的建模仿真（Agent Based Modeling and Simulation，ABMS）的仿真需求，探索CBDM2到ABMS的數(shù)據(jù)映射方法，該研究可以較好的促進(jìn)實(shí)現(xiàn)體系架構(gòu)師和分析師之間的協(xié)同和配合，使架構(gòu)設(shè)計(jì)和架構(gòu)分析融為一體。
　?。?）提出了基于RSBFNN的武器裝備體系方案元模型構(gòu)建方法。
　　基于能力的武器裝備體系架構(gòu)方案的探索和評(píng)估，需要建立裝備體系

10、作戰(zhàn)方案到武器裝備體系作戰(zhàn)效果的映射模型。本文結(jié)合近正交拉丁超立方（Nearly Orthogonal Latin Hypercube，NOLH）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和多Agent仿真技術(shù)，提出基于粗糙集的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Rough Set Based Fuzzy Neural Network，RSBFNN）方法用來對(duì)體系架構(gòu)方案的不同配置所產(chǎn)生的相應(yīng)效能進(jìn)行評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法對(duì)實(shí)際響應(yīng)值的預(yù)測(cè)方面非常可靠，并表現(xiàn)出比其他模型更好的性能。該方

11、法適合體系架構(gòu)設(shè)計(jì)人員在裝備體系架構(gòu)設(shè)計(jì)探索時(shí)，做一系列的動(dòng)態(tài)權(quán)衡和分析，從而對(duì)各種可能的架構(gòu)方案進(jìn)行快速比較和研究。
　　（5）提出了基于RST-SOM的武器裝備體系方案權(quán)衡空間雙層探索方法。
　　本文針對(duì)體系方案空間探索問題，在現(xiàn)有案例和運(yùn)行數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，提出了一種方案空間的雙層映射和探索方法。通過粗糙集理論（Rough Sets Theory，RST）和自組織映射（Self-organized Mapping，SOM）相

12、結(jié)合的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對(duì)體系架構(gòu)方案空間從性能空間到配置空間、配置空間到方案空間進(jìn)行映射，最終實(shí)現(xiàn)了性能空間投影到相應(yīng)的方案空間，初步完成了整個(gè)方案空間的探索和縮減。本文提出的雙層映射方法能夠有效的探索方案空間，達(dá)到減少方案空間范圍的目的，從裝備體系設(shè)計(jì)優(yōu)化的根本入手，在概念設(shè)計(jì)初級(jí)階段解決其計(jì)算量大、搜優(yōu)困難等問題，具有較高實(shí)際意義。
　?。?）提出了基于Agent仿真的武器裝備體系裝備/非裝備交互方案空間探索方法?；谀芰Φ难b備

13、體系采辦過程需要同時(shí)考慮裝備本身的采辦以及裝備可能的使用
　　方式（條令方案）。但是在裝備采辦的早期，如何同時(shí)考慮裝備因素和非裝備的條令因素，在基于作戰(zhàn)能力最大化的目標(biāo)下進(jìn)行有效的體系方案決策是一個(gè)非常困難的事情，在此方面的相關(guān)研究也比較少，本章通過基于Agent的建模思想，對(duì)裝備技術(shù)方案和條令方案對(duì)能力的影響進(jìn)行分析，定量化地探究能力生成要素中“方法”“手段”不同組合對(duì)體系能力生成的內(nèi)在機(jī)理，為信息化作戰(zhàn)條件下基于能力的裝備采辦