對武器裝備體系結構優化幾個基本問題的理性認識

李仁傳，張合勇，殷燕

（后勤指揮學院，北京100858）

伴隨現代戰爭體系對抗特點的日益凸現，武器裝備體系結構優化問題已經成為當前裝備領域的一個研究熱點，其成果也可謂汗牛充棟，數不勝數。然而關于它的相關概念、內容構成和研究方法論等一些基本理論問題，有些還處于爭議或模糊狀態。本文試圖對此作一點粗淺的探討。

1 對武器裝備體系結構優化相關概念的界定與理解

1.1 武器裝備體系

武器裝備體系的概念，盡管迄今國內外有許多種版本的定義，但解釋的內容卻大同小異，即普遍認為：體系（System of Systems，SoS）是“由系統組成的系統”，武器裝備體系就是由功能上相互聯系、相互作用的各種武器裝備系統組成的更高層次的系統[1]。

對上述定義仔細推敲則不難發現，它非常重要的一點是強調武器裝備體系必須由多種不同類型的武器裝備組成，這樣，嚴格地講其外延并不包括由兩個以上同類同型號裝備組成的系統。而事實上，由多個同類同型號武器裝備構成的系統，如8門火炮、3艘驅逐艦或4架殲擊機等，盡管其成員之間的關系比較簡單，但組合起來之后，由于系統的規模效應，也會產生一些本質上全新的系統特性和行為，且同樣是由“兩個以上可以相互區別的要素構成的集合體”[2]，相對單一武器裝備系統，也是“由系統組成的系統”或也可以構成一個體系。基于這一認識，并參照《軍語》（1997版）中的有關解釋，本文把武器裝備體系的概念重新界定為：武器裝備體系是指面向作戰需求而由功能上相互聯系、相互作用的多個武器裝備系統組成的更高層次的有機整體。對于該定義內涵的理解需要把握以下三點：

（1）武器裝備體系也是一個系統，具有系統的一切特性，如集合性、相關性、層次性、整體性等。稱作體系而不稱為系統，一方面因為這個系統各體系成員之間的耦合，沒有單一武器裝備系統組成部件之間那樣緊密；另一方面因為它由眾多武器裝備系統組成，規模龐大、種類和層次繁多，組分之間關系復雜[1]。

（2）武器裝備體系的微觀組分或體系成員是各個單一武器裝備整體，而不是各武器裝備的組件單元，如陸戰武器裝備體系中，不宜把坦克再分解為火炮、航向機槍、高射機槍等。

（3）武器裝備體系須由兩個或兩個以上單一武器裝備系統組成。這些單一武器裝備系統，既可以是不同種類的武器裝備，也可以是同一種類不同型號的武器裝備，還可以是同一種類同一型號的武器裝備。這樣，按照體系成員的同一性和差異性，武器裝備體系可大體分為三類，即同類同型號武器裝備體系、同類不同型號武器裝備體系和不同種類武器裝備體系。

1.2 武器裝備體系結構

武器裝備體系結構是武器裝備體系內部各成員之間聯系方式、組織秩序及其相互關系的內在表現形式。與一般系統結構的劃分相類似，武器裝備體系結構也可按其動態特征分為框架結構與運行結構[3]。框架結構是一種靜態結構，指當武器裝備體系處于尚未運行或非作戰使用狀態時各組分之間的基本關聯方式；運行結構是一種動態結構，指武器裝備體系處于運行或作戰使用過程中所體現出來的組分之間的相互依存、相互支持、相互制約的方式。本文所研究的武器裝備體系結構主要指前者即框架結構。

武器裝備體系的框架結構又有許多具體表現形式，最基本的當屬層次結構、比例結構、數量結構和質量結構這四種。層次結構，是指武器裝備體系中各類武器裝備的構成情況及其相互關聯方式；比例結構，是指武器裝備體系中各類武器裝備之間的最簡編配比例（無公約數）；數量結構，是指武器裝備體系中各類武器裝備的編配數量情況；質量結構，是指武器裝備體系中高中低檔或各種型號武器裝備的搭配情況。

1.3 武器裝備體系結構優化

優化，是系統演進的進步方面，其一般意義是指在一定條件下對于系統的組織、結構和功能的改進，從而實現耗散最小而效率最高、效益最大的過程[2]。按照這一解釋，本文把武器裝備體系結構優化定義為：基于作戰背景、能力需求和資源約束等條件，尋求各種武器裝備之間的最佳匹配，使武器裝備體系的整體軍事價值達到最大的過程。其中，資源約束主要包括經費限制、時間限制和技術實現能力限制等；最佳匹配主要是指作戰功能匹配、技術性能匹配、數量規模匹配、質量高低匹配等。這里需要進一步強調或解釋的是：

（1）武器裝備體系結構優化最重要的是整體優化。任何一級的武器裝備體系結構優化，從整體與部分或者系統與要素的關系來看，都可以劃分出四種基本情況：一是每個局部的子系統功能都很好，組合起來整體系統也最優。二是局部子系統的功能好，但整體系統并非最優。三是從局部看并非最好，但從全局看卻是好的。四是從局部看并非最好，從全局看也并非最優。武器裝備體系結構優化，要求在整體最優的前提下，盡可能照顧到局部利益。對此，應爭取第一種情況的出現，避免第二種和第四種情況出現，最低目標也要保證第三種情況出現。

（2）一個優化好了的武器裝備體系結構應具有如下四條特征：一是種類齊全，即武器裝備體系能夠滿足全部軍事功能需求，沒有缺項（如渡海登島作戰，海陸空等各類武器裝備通常都不可或缺）；二是規模適度，即每類武器裝備乃至整個武器裝備體系的數量規模，都必須控制在一定范圍之內，不能過大，也不能過小；三是功能互補，即各類武器裝備構成一個有機整體，彼此之間在功能上存在良好的互補關系；四是軍事價值最大，即在一定約束條件下作戰效能最高或作戰能力最強。

2 武器裝備體系結構優化的內容、任務、分析視角及研究方法論

2.1 武器裝備體系結構優化的內容與任務

對應武器裝備體系結構的具體表現形式，武器裝備體系結構優化的基本內容與任務通常包括層次結構優化、比例結構優化、數量結構優化和質量結構優化。在這四項基本內容與任務當中，層次結構優化是基礎，因為只有明確武器裝備體系應該由哪些類武器裝備組成，以及相互支配關系如何，才能在此基礎上進一步探討其比例結構、數量結構和質量結構的優化問題。數量結構優化是核心，因為只有弄清各種武器裝備應該編配的具體數量，才能對現有武器裝備體系進行有效整合，制定出相應的建設方案或完成編配。而比例結構和質量結構優化，則在一定程度上可以通過數量結構優化反映出來。

武器裝備體系結構優化的基本內容與任務并不是一成不變的，它會因武器裝備體系類型的不同而有多有少、有簡有繁。按照1.1中關于武器裝備體系的分類方法，對于同類同型號武器裝備體系（如針對防空能力，由多件同型號高炮組成的武器裝備體系），這是武器裝備體系中相對比較簡單的一類，體系成員的地位作用基本是平等或相同的，其結構優化的內容與任務，主要是解決體系成員的數量規模問題。對于同類不同型號武器裝備體系（如地面防御作戰中，由各種不同型號火箭筒或坦克、步戰車組成的反裝甲武器裝備體系），與前者相比這類武器裝備體系的復雜程度要更高一些，其結構優化的內容和任務，不僅僅是要解決各類武器裝備數量的合理編配問題，而且還要考慮其質量結構即高中低檔或各種型號武器裝備的搭配情況。對于不同種類武器裝備體系（如聯合登島作戰中，由艦艇、飛機、導彈、坦克、火炮等組成的武器裝備體系），這是武器裝備體系結構優化問題中最為復雜的一類，也是表現最為普遍的一類，其結構優化的內容和任務，則涉及武器裝備體系的層次結構、比例結構、數量結構和質量結構等全部內容。

2.2 武器裝備體系結構優化問題的分析視角

任何一類武器裝備體系結構優化問題都存在兩個分析視角，即基于特定作戰任務的武器裝備體系結構優化和基于裝備發展戰略的武器裝備體系結構優化。前者主要用于裝備作戰使用研究，即針對特定的體系對抗環境和任務需求，以提高武器裝備體系的總體作戰效能為目標，解決既有武器裝備的最佳編配問題；后者主要用于裝備發展論證研究，即著眼長期軍事使命，立足一般作戰環境和潛在的體系對抗需求，以提高武器裝備體系的總體作戰能力或固有效能為目標，解決未來武器裝備體系總體建設的最佳規劃或方案問題。前者具有明確的目標指向性，即更加面向具體的戰爭、戰役或戰術任務，著重考慮具體作戰方向、作戰對象、作戰樣式和作戰特點等因素，主要強調軍事目標的實現；后者的目標指向性則相對比較籠統或趨于一般，著重考慮武器裝備體系對各種作戰樣式、作戰任務的適應性和魯棒性，除軍事需求外，還要綜合考慮經濟承受力、技術風險和建設時限等多方面因素的影響。

特別需要指出的是，兩種分析視角下的武器裝備體系結構優化盡管存在一些區別，但彼此之間并不是完全對立的，而是相輔相成的。因為基于裝備發展戰略的武器裝備體系結構優化，可為更大規模、持續更長時間的面向作戰的武器裝備體系結構優化提供基礎與可能；反之，基于特定作戰任務的武器裝備體系結構優化，或任何一次局部戰爭的裝備優化配置實踐，都可以為面向整體的武器裝備體系結構優化提供并積累經驗。總之，兩者之間的關系應當是特殊與一般、個性與共性、動態與靜態、戰時與平時的關系。

2.3 武器裝備體系結構優化問題的研究方法論

還原論和整體論是系統復雜性研究中兩種截然不同的方法論。在處理武器裝備體系結構優化這樣一個復雜性問題時，還原論和整體論各有優長和局限，二者不可或缺，但又不能相互替代。更進一步說，研究武器裝備體系結構優化，不要還原論不行，只要還原論也不行；不要整體論不行，只要整體論也不行。因為不還原到武器裝備成員的層次，不了解局部或各個子體系的精細結構，那么對整個武器裝備體系的認識只能是直觀的、籠統的、甚至是猜測性的，就會“只見森林，不見樹木”。相反，沒有整體的觀點，對整個武器裝備體系的認識只能是零碎的，就會“只見樹木，不見森林”，不能從整體上把握事物、解決問題。因此，研究武器裝備體系結構優化問題，科學的方法論應當是還原論和整體論的有機結合，即系統論。

系統論按照錢學森同志的說法“是還原論和整體論的辯證統一”[4]。系統論認為，在客觀世界中簡單與復雜是相對的而不是絕對的，簡單中有復雜，復雜中也有簡單。就所有武器裝備體系結構優化問題而言，有簡單與復雜之分，如同類同型號武器裝備體系結構優化問題和不同類型武器裝備體系結構優化問題。同樣，對任何一個具體的武器裝備體系結構優化問題來說，在其所要研究解決的全部問題當中也有簡單和復雜之分，如海軍武器裝備體系結構優化中，針對攜彈量、排水量等可線性疊加指標的體系價值評估問題，以及針對速度、射程或毀傷率等非線性疊加指標的體系價值評估問題。因此，研究武器裝備體系結構優化問題時，不應籠統地選擇使用整體論或還原論某個單一方法，而應在對整體與局部關系、問題性質與類型認真分析判定的基礎上，把使用的方法論區別開來。進一步講，對于數量規模較小、體系結構層次較少、體系成員種類比較單一等總體相對簡單的武器裝備體系結構優化問題，以及具有線性關系或滿足可線性疊加的局部問題，宜作簡單性處理，用VFT法、AHP法和FVA法等還原論方法解決，而對于數量規模較大、體系結構層次較多、體系成員種類較多等總體相對復雜的武器裝備體系結構優化問題，以及局部具有非線性關系或不滿足可線性疊加的一些具體問題，宜作復雜性處理，用基于整體論的思路與方法解決。

3 武器裝備體系結構優化問題的工作流程

從武器裝備體系結構優化的定義可以看出，武器裝備體系結構優化問題實屬多目標決策問題。不管哪種分析視角下的武器裝備體系結構優化，其完整的工作流程一般都可概略分為如下四個階段。

3.1 軍事需求分析階段

軍事需求分析是武器裝備體系結構優化問題研究的前提和基礎。其主要工作包括體系對抗背景分析（作戰環境、作戰樣式、作戰對象或潛在對象、可能的作戰規模等）、體系使命任務分析、體系功能需求分析等內容。從微觀角度講，這一階段的核心任務是基于武器裝備體系的使命任務分析，建立功能需求指標體系，以牽引武器裝備體系層次結構的分析與設計，支持武器裝備體系軍事價值的建模與評估。

3.2 體系層次結構分析階段

體系層次結構分析是武器裝備體系數量和質量結構優化的前提。主要工作包括：基于總體功能需求劃分子系統，探討整個武器裝備體系具體該由哪些種類的裝備組成，以及各類裝備成員之間在功能、層次和邏輯上的相互關系與合作、競爭機制，從而建立與總體功能需求相匹配的武器裝備體系層次結構模型。

3.3 體系價值綜合評估階段

體系價值綜合評估是武器裝備體系結構優化工作的一個核心技術環節。其完成的工作通常包括：單一武器裝備系統的軍事價值評估、多件同類武器裝備體系的軍事價值評估、多件異類武器裝備體系的軍事價值評估或體系結構方案的軍事價值評估等。體系價值綜合評估是圍繞功能需求指標體系和裝備層次結構體系展開的。這一評估過程，從某種意義上講，就是這兩大體系通過某些規則、模型和算法等不斷交融、聚合的過程。因此，這一階段的中心任務是建立起各種評估模型，包括裝備成員、子體系和體系關于單項指標計算或評估模型、子需求指標體系聚合模型和總需求指標體系綜合模型等。

3.4 結構方案優選階段

體系結構方案是體系層次結構中各種裝備成員的組合。結構方案優選的主要工作包括選擇價值目標函數、確定約束條件及其閥值、生成備選方案和方案優選等內容。其中具體目標函數、約束條件及其權重，應根據不同類型的武器裝備體系靈活擇定。

4 武器裝備體系結構優化幾個關鍵技術問題的解決思路

4.1 武器裝備體系備選方案生成的基本思路

備選方案生成是武器裝備體系方案優選的一個必要步驟。在體系層次結構已經確定的情況下，武器裝備體系備選方案生成的過程，實則就是不同種類不同數量的武器裝備的組合過程。對此，傳統辦法是采取“先生成后篩選”的思路，即首先基于各個體系成員在數量上的可能取值范圍（具體可由經驗豐富的專家或部隊指揮員設定），通過遍歷其中的所有元素，產生全部體系方案。這些體系方案，雖然從局部看其每個體系成員的取值都是合理或符合要求的，但從整體看卻無法保證其中的每個方案也都是可行或符合整個體系約束條件要求的。因此，接著還需要將各體系方案與體系約束條件一一進行比較和判斷，淘汰明顯劣案（即超出體系約束條件的方案），篩選出備選方案集（其中每個方案都是可行的）。從理論上看，這種思路與辦法無疑是完全可行的，但是，當裝備種類較多或各體系成員的可能取值范圍較大時，根據組合理論可知，體系方案的總體數量將呈幾何級數增長，這樣，在進一步的體系價值評估和方案優選時勢必要出現海量的計算。為此，可設想利用體系約束條件，首先對各體系成員的可能取值進行篩選，求出其最小數量集合，使遍歷的范圍最小，并保證生成的每一個方案都滿足給定的約束，即均為可行方案。與傳統思路相比較，這種思路實際上是將體系方案產生與篩選兩個環節合二為一，利用體系約束條件直接生成可行的備選方案，這樣，可大大減少運算量，提高體系方案的生成效率。這種思路目前已在海軍武器裝備體系結構優化問題的研究中得到應用和實現（限于文章篇幅，其具體實現過程不作介紹）。

4.2 整個武器裝備體系價值聚合的基本思路

武器裝備體系價值聚合是體系價值評估乃至整個體系結構優化問題的一個關鍵環節。對應前文關于武器裝備體系價值評估過程的分析和描述，實現整個武器裝備體系價值聚合的基本思路可有兩種。

一是按功能需求指標體系進行聚合：①求出武器裝備體系中各個裝備關于每個評估指標的軍事價值；②按照武器裝備體系的層次結構關系從下至上進行聚合，求出整個武器裝備體系關于每個評估指標的軍事價值；③按照評估指標體系的層次結構關系（如圖1所示）從下至上進行聚合，求出武器裝備體系關于全部評估指標的綜合軍事價值。二是按武器裝備體系層次結構（如圖2所示）從下至上進行聚合：①求出武器裝備體系中各個裝備關于每個評估指標的軍事價值；②求出武器裝備體系中各個裝備關于全體評估指標的綜合軍事價值；③按照武器裝備體系的層次結構關系從下至上進行聚合，求出整個武器裝備體系的軍事價值。

上述兩種思路中，前者實際上是把武器裝備體系當作一個整體，在求出其關于每個指標的評估值后，按指標體系從下至上進行聚合；后者實際上是把評估指標體系當作一個整體，在求出每個裝備成員關于其評估值之后，按武器裝備體系從下至上進行聚合。從理論上講，兩種思路均具有可行性，即都可以實現對武器裝備體系的價值評估；從實踐上看，也都能夠在以往關于武器裝備體系結構優化問題的研究中，找到相應的應用實例。其中，按第一種思路的應用實例甚多，在此不一一列舉；后者如杜派的戰斗力指數法、沈培新的后勤骨干裝備編配結構優化[5]等。

4.3 同類同型號武器裝備體系價值聚合的基本思路

武器裝備體系價值的大小與其子體系的規模即各種裝備的數量具有直接關系。在體系價值由裝備成員級向上聚合時，無論在總體上采取按武器裝備體系思路還是按指標體系思路，都不可避免地要遇到多件同類同型號武器裝備體系價值的聚合問題。對此，同樣也有兩種不同的解決思路：一種是無論對任何指標，都是將單個裝備價值指數與該類裝備數量直接相乘，作為這個子體系的綜合價值。另一種是根據指標性質及其相互關系，決定采取哪一種具體的聚合算法，確定子體系的綜合價值。例如，在海軍武器裝備體系價值評估中，對于排水量、攜運量等可線性疊加指標，采用將單個裝備價值指數與該類裝備數量直接相乘的算法；對于速度、射程或毀傷率等非線性疊加指標，采用“取小”、“取大”或其他算法。

第一種思路是解決多件同類同型號武器裝備體系價值聚合問題的傳統思路，它實際上是把武器裝備之間的關系，當作一種簡單的線性關系看待，進而使得由于規模效應引起的子體系的整體涌現性或非加和性無法得到呈現和反映。顯然，從本質上講，它屬于還原論的范疇，或者說直接將裝備級價值指數和該類裝備數量的乘積聚合到子體系級是沒有意義的。第二種思路，是基于系統論的思路。這種思路恰恰能夠較好地反映由多件同類裝備組成的系統的整體性與非加和性，因此，它相對第一種思路是比較理想的思路。當然，這也是目前武器裝備體系研究中一個尚未完全攻克的難題。

4.4 武器裝備體系數量結構優化的基本思路

數量結構優化，是武器裝備體系結構優化的核心內容。其主要任務是在一定資源約束下，基于已經確定的武器裝備體系的層次結構，以武器裝備體系的整體功能最強或軍事價值最大為目標，求出其中各種裝備成員的具體數量，實現裝備成員之間在數量規模上的最佳匹配。

關于武器裝備體系數量結構優化的基本思路，從理論與實踐兩個方面研究考察，目前主要有兩種：一是基于武器裝備體系的成員構成，并通過各種優化方法，首先求出各裝備成員之間的最佳編配比例即比例結構；然后，根據總體作戰功能需求，確定出骨干或核心裝備的數量；最后，按照骨干或核心裝備與其他裝備成員之間的比例關系，間接求出所有成員的數量。二是基于武器裝備體系的成員構成，并根據總體功能需求和約束條件，通過各種優化方法，直接求出各裝備成員的最佳編配數量。

這兩種思路，粗看起來都有各自的道理，理論上似乎也都是可行的，但仔細分析發現，二者之間有本質的區別。第一種思路在求出武器裝備體系的最佳編配比例之后，是采取傳統按比例放大的辦法，求得整個武器裝備體系的數量結構。顯然，這是把線性關系、非線性關系均當作線性關系簡單處理，將武器裝備體系的比例結構和數量結構兩個概念混淆甚至等同起來，其解決問題的思想基礎是典型的還原論。這樣，即使有時選擇的具體優化方法很先進，也難以從根本上消除使用還原論所產生的“先天不足”。第二種思路則是直接求出武器裝備體系的最佳數量結構。它從方法論的角度看，至少說不存在必然的“先天不足”。只要優化方法選擇得當，就有可能把武器裝備體系數量結構優化這樣一個復雜問題解決好、處理好。因此，相比較而言，第二種思路似乎更為科學、更為合理。

1 李英華，申之明，李偉.武器裝備體系研究的方法論[J].軍事運籌與系統工程，2004，18（1）：17—20.

2 鄒珊剛，黃麟雛，等.系統科學[M].上海：上海科技教育出版社，1987.

3 許國志.系統科學[M].上海：上海科技教育出版社，2000.

4 北京大學現代科學與哲學研究中心.錢學森與現代科學技術[M].北京：人民出版社，2001.

5 沈培新.后勤骨干裝備編配結構優化模型初探[J].軍事系統工程（現：軍事運籌與系統工程），1991，（2）：35—37.