基于任務(wù) 能力匹配的艦艇編隊(duì)能力需求分析＊－

闞亞斌 孫井棟 彭 鵬

（1.海軍大連艦艇學(xué)院作戰(zhàn)軟件與仿真研究所 大連 116018）（2.91278部隊(duì) 大連 116041）

1 引言

隨著國(guó)家海上戰(zhàn)略空間向遠(yuǎn)海、海外的擴(kuò)展，海軍戰(zhàn)略性、綜合性、國(guó)際性等功能的體現(xiàn)越來越強(qiáng)。艦艇編隊(duì)作為現(xiàn)代海上的中堅(jiān)力量，被賦予了越來越多的使命任務(wù)。為了適應(yīng)未來復(fù)雜多變的作戰(zhàn)任務(wù)，艦艇編隊(duì)必須具備一系列的作戰(zhàn)能力。如何針對(duì)未來使命任務(wù)，提出艦艇編隊(duì)的能力需求，是艦艇編隊(duì)能力建設(shè)的一個(gè)重要方面。

能力需求涉及到的方面較多，側(cè)重點(diǎn)不同采用的方法也各異。本文提出了基于任務(wù)－能力匹配的艦艇編隊(duì)能力需求分析方法，在分析任務(wù)－能力之間的匹配性基礎(chǔ)上，通過性能分析找到相關(guān)能力的短板，最終提出對(duì)能力的需求。

2 基本思路和步驟

本文認(rèn)為，能力大小主要取決于兩個(gè)方面：一是武器裝備固有的能力屬性，二是各武器裝備形成作戰(zhàn)系統(tǒng)或體系后，影響能力發(fā)揮的制約因素。本文提出的任務(wù)－能力匹配方法，就是通過查找艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)系統(tǒng)能力發(fā)揮的制約因素，確定能力短板，繼而得到能力需求。

基于任務(wù)－能力匹配的能力需求分析方法的基本思路是：首先依據(jù)現(xiàn)有裝備、作戰(zhàn)使用方式等，確定與作戰(zhàn)任務(wù)最優(yōu)匹配的作戰(zhàn)資源組合方案，然后根據(jù)分析該方案在完成各個(gè)不同的子任務(wù)時(shí)性能是否達(dá)到最優(yōu)，如果沒有，則認(rèn)為該方案中作戰(zhàn)資源還存在短板，然后根據(jù)作戰(zhàn)模型或解析關(guān)系確定短板所在，提出能力需求。

由此可見，基于任務(wù)－能力匹配的能力需求分析方法主要分為兩大步驟：

1）根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和現(xiàn)有作戰(zhàn)資源，確定與作戰(zhàn)任務(wù)最優(yōu)匹配的作戰(zhàn)資源組合；

2）將最優(yōu)匹配作戰(zhàn)資源組合完成子任務(wù)的性能，與各個(gè)子任務(wù)的最優(yōu)性能進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果提出能力需求。

3 作戰(zhàn)任務(wù)與作戰(zhàn)資源的最優(yōu)匹配

本文認(rèn)為，艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)資源與作戰(zhàn)任務(wù)是否匹配首先需要判斷作戰(zhàn)資源是否能夠完成作戰(zhàn)任務(wù)，如果作戰(zhàn)資源不能滿足完成作戰(zhàn)任務(wù)的需要，肯定是不匹配的。值得注意的是，如果只是以完成作戰(zhàn)任務(wù)程度大小作為匹配程度的判斷依據(jù)，很有可能會(huì)忽略所選作戰(zhàn)資源之間存在的能力制約因素。海軍作戰(zhàn)指揮的根本目的是：統(tǒng)一意志，協(xié)同行動(dòng)，最大的發(fā)揮部隊(duì)的戰(zhàn)斗力，圓滿完成作戰(zhàn)任務(wù)，以獲取最大的作戰(zhàn)效益。這是一切指揮系統(tǒng)建設(shè)的總目標(biāo)，也是其運(yùn)作的出發(fā)點(diǎn)［1］。因此，艦艇編隊(duì)指揮員更加希望的是既能夠很好地完成任務(wù)，又能夠最大程度地發(fā)揮作戰(zhàn)資源作戰(zhàn)能力。鑒于此，在分析作戰(zhàn)資源與作戰(zhàn)任務(wù)之間匹配性的時(shí)候，除了要考慮到完成任務(wù)的需要，還要考慮作戰(zhàn)資源之間的能力制約因素。作戰(zhàn)資源之間的能力制約因素主要體現(xiàn)在作戰(zhàn)能力的發(fā)揮上，可以用作戰(zhàn)資源能力的發(fā)揮程度來表征。本文將完成作戰(zhàn)任務(wù)程度最好和最大程度發(fā)揮作戰(zhàn)資源能力這兩個(gè)目標(biāo)作為作戰(zhàn)資源與作戰(zhàn)任務(wù)匹配分析的目標(biāo)函數(shù)，這樣，就將艦艇編隊(duì)防空反導(dǎo)作戰(zhàn)資源使用方案匹配性設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)組合優(yōu)化問題。

考慮傳統(tǒng)作圓求交點(diǎn)制梯形槽法的不足皆是因?yàn)閭鹘y(tǒng)法所制梯形槽參數(shù)與理想梯形槽參數(shù)不相符，故本文最后提出以作平行線求交點(diǎn)制理想梯形槽電樞沖片法的完善措施，以此種方法所制梯形槽參數(shù)與理想梯形槽參數(shù)完全相符。建議在電機(jī)研制生產(chǎn)中，將以作平行線求交點(diǎn)制梯形槽電樞沖片法替代傳統(tǒng)制梯形槽電樞沖片法，以降低電機(jī)槽滿率和熱負(fù)荷，縮短電機(jī)研制周期，提高電機(jī)運(yùn)行效率。

假設(shè)將艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)資源完成任務(wù)程度用Mct表示，作戰(zhàn)資源能力發(fā)揮程度用表示，作戰(zhàn)資源使用組合約束條件用Φ（R）表示，則任務(wù)與作戰(zhàn)資源匹配模型可用式（1）的優(yōu)化模型表示。

這樣，艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)任務(wù)與作戰(zhàn)資源最優(yōu)匹配轉(zhuǎn)換為一個(gè)組合優(yōu)化的問題。關(guān)于優(yōu)化問題目前已經(jīng)具備比較成熟的算法［2～6］，該模型主要問題還是集中在如何量化作戰(zhàn)資源完成任務(wù)的程度和作戰(zhàn)資源能力發(fā)揮。

3.1 完成任務(wù)程度量化

完成任務(wù)程度量化主要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟。1）確定完成作戰(zhàn)任務(wù)程度的變量，得到完成任務(wù)所需求的性能度量集合｛MOP｝z。

將描述完成任務(wù)程度的變量看成是集合｛MOP｝z［7］。集合｛MOP｝的選取主要依據(jù)都是任務(wù)的類型和對(duì)任務(wù)“質(zhì)量”的要求，并應(yīng)遵循下述原則：（1）應(yīng)盡可能全面、準(zhǔn)確地反映出任務(wù)的本質(zhì)屬性；（2）應(yīng)盡可能能被量化；（3）所表達(dá)的意圖必須鮮明，并且易于求解；（4）任務(wù)指標(biāo)應(yīng)該能反映出任務(wù)承擔(dān)者的內(nèi)在能力；（5）性能度量集合的建立應(yīng)盡可能使性能度量之間相互獨(dú)立。

2）確定作戰(zhàn)能力指標(biāo)到｛MOP｝的映射關(guān)系，得到作戰(zhàn)資源實(shí)際完成任務(wù)的性能度量集合｛MOP｝t。

作戰(zhàn)資源完成作戰(zhàn)任務(wù)是通過其能力實(shí)現(xiàn)的，而作戰(zhàn)能力可以通過作戰(zhàn)資源技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)來表征，因此，作戰(zhàn)資源作戰(zhàn)能力指標(biāo)到任務(wù)性能度量存在著轉(zhuǎn)換關(guān)系，這種轉(zhuǎn)換關(guān)系可以認(rèn)為是一種映射。

3）確定集合｛MOP｝t和集合｛MOP｝z之間單個(gè)指標(biāo)的距離。

3）將集合｛MOP｝t和｛MOP｝z單個(gè)之間的距離進(jìn)行合成，得到完成任務(wù)程度的量化值。

假設(shè)作戰(zhàn)任務(wù)確定的MOP任務(wù)指標(biāo)有m（m＝1，2，3…）個(gè)，分 別 為 （MOPt1，MOPt2，…，MOPtm）。對(duì)應(yīng)的，作戰(zhàn)資源作戰(zhàn)能力得到的｛MOP｝z中的MOP也有m個(gè)，分別為（MOPz1，MOPz2，…，MOPzm）。設(shè)（ω1，ω2，…，ωm）為上述MOP對(duì)應(yīng)的權(quán)重的集合，權(quán)重可以采用文獻(xiàn)［9］和文獻(xiàn)［10］提出的綜合權(quán)重賦值法來確定。這樣，可以得到完成任務(wù)程度Mssp的量化式（2）。

式中，d（MOPzi，MOPti）表示以作戰(zhàn)任務(wù)確定的｛MOP｝t中第i個(gè)MOP作為標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，根據(jù)不同的指標(biāo)類型計(jì)算出來的作戰(zhàn)資源作戰(zhàn)能力得到的｛MOP｝z中第i個(gè)MOP和標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)之間的距離，再經(jīng)過歸一化處理后得到的距離。

3.2 作戰(zhàn)資源能力發(fā)揮程度確定步驟

1）確定完成作戰(zhàn)任務(wù)的能力需求指標(biāo)。在作戰(zhàn)需求論證方面的研究中，已經(jīng)明確提出了作戰(zhàn)能力需求分析就是要把用任務(wù)指標(biāo)描述的任務(wù)需要轉(zhuǎn)化為用能力指標(biāo)描述的能力需求，其關(guān)鍵是找到由任務(wù)指標(biāo)到能力指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系。作戰(zhàn)需求論證研究中，作戰(zhàn)能力需求分析采用由宏觀到微觀、由具體到抽象的分析思路［11～12］。

2）確定作戰(zhàn)資源實(shí)際能夠發(fā)揮出來的能力集合Ac和作戰(zhàn)資源可以發(fā)揮出來的能力集合Ap。作戰(zhàn)實(shí)際中考慮的作戰(zhàn)資源包括武器、傳感器、通信等裝備資源和作戰(zhàn)指揮控制等使用資源。其中，使用資源的性能比較難確定。這里采取的方法是在計(jì)算能力時(shí)，將指揮決策能力視為最大值，其計(jì)算得到的能力即為可以發(fā)揮的作戰(zhàn)能力。將指揮決策者指揮決策能力按照實(shí)際情況取值，則計(jì)算得到的能力為實(shí)際發(fā)揮的作戰(zhàn)能力。

3）確定集合Ac和集合Ap的單個(gè)指標(biāo)間的距離。集合Ac和集合Ap的單個(gè)指標(biāo)間的距離可以參照確定完成任務(wù)程度量化的方法來實(shí)施。

4）集合Ac和集合Ap之間單個(gè)指標(biāo)間的距離進(jìn)行合成，得到能力發(fā)揮程度的量化值。假設(shè)集合Ac和集合Ap的指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重為（ω1，ω2，…，ωn），可以得到能力發(fā)揮程度Mmic的表達(dá)式（2）。

式中，d（Aci，Api）表示將可以發(fā)揮出來的能力集合Ap中第i個(gè)指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，根據(jù)不同的指標(biāo)類型計(jì)算出來的作戰(zhàn)資源實(shí)際發(fā)揮出能力集合Ac中第i個(gè)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)之間距離，再經(jīng)過歸一化后處理后所得到的距離。

4 能力需求分析

通過作戰(zhàn)任務(wù)與作戰(zhàn)資源最優(yōu)匹配分析后，得到作戰(zhàn)資源使用方案在子任務(wù)中不一定是性能最優(yōu)的。這主要是因?yàn)椋谶M(jìn)行作戰(zhàn)資源匹配性分析時(shí)，雖然將作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行了分解，但是各個(gè)任務(wù)在最后總的計(jì)算中，綜合起來并不是采用簡(jiǎn)單的線性加權(quán)的方式，而是采用模擬仿真的方式。也就是說，在綜合的時(shí)候除了考慮一些硬件、裝備的因素之外，還考慮了一些“軟”的因素，而這些因素制約了作戰(zhàn)資源性能的發(fā)揮，也就是需要提高能力的部分。任務(wù)－能力匹配的能力需求分析最終是希望達(dá)到作戰(zhàn)資源既能夠與任務(wù)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)匹配，又能實(shí)現(xiàn)自身性能最優(yōu)。

而要達(dá)到這個(gè)目的，在能力需求分析時(shí)，就是將作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行分解，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)與作戰(zhàn)資源最優(yōu)匹配確定的作戰(zhàn)資源組合，確定完成分解后子任務(wù)的作戰(zhàn)資源組合，分別分析這些作戰(zhàn)資源單獨(dú)完成子任務(wù)和在完成整個(gè)作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)表現(xiàn)出來的性能，通過比對(duì)得到能力短板，最后通過作戰(zhàn)模型或解析關(guān)系確定短板所在，并提出能力需求。

因此，能力需求分析主要工作集中在完成子任務(wù)最優(yōu)性能和能力短板的確定上。最優(yōu)性能的確定，可以將完成各子任務(wù)的程度作為性能指標(biāo)，按照本文提出的完成任務(wù)程度量化方法和最優(yōu)匹配方法來實(shí)施。

能力短板的確定主要包括以下幾個(gè)步驟：

1）按照作戰(zhàn)過程和模型，確定子任務(wù)與整個(gè)作戰(zhàn)任務(wù)的關(guān)系或過程，并確定在這些關(guān)系或過程中對(duì)應(yīng)的指標(biāo)；

2）確定在步驟2）中的指標(biāo)，哪些在式（2）、式（3）中得以使用，這些指標(biāo)對(duì)應(yīng)的裝備性能就是需要提高能力的部分；

3）將步驟3）中確定的指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，使得性能達(dá)到完成子任務(wù)最優(yōu)匹配程度，此時(shí)的指標(biāo)值就是需要能力提高的程度。

通過以上步驟，就可以最終完成能力需求分析，既可以得到需要提高能力的部分，又可以得到需要提高能力的程度。

5 實(shí)例應(yīng)用

假設(shè)某一個(gè)艦艇編隊(duì)由三艘典型的驅(qū)逐艦a、b、c組成，a為指揮艦，編隊(duì)采用防空隊(duì)形，航向130°。來襲目標(biāo)為某型反艦導(dǎo)彈。編隊(duì)的主要作戰(zhàn)任務(wù)是防空反導(dǎo)作戰(zhàn)。按照作戰(zhàn)任務(wù)劃分，可以將防空反導(dǎo)作戰(zhàn)任務(wù)分為預(yù)警探測(cè)、指揮控制、火力抗擊（電子對(duì)抗）三個(gè)子任務(wù)。根據(jù)本文的方法步驟，可以得到通過任務(wù)與作戰(zhàn)資源最優(yōu)匹配確定的作戰(zhàn)資源使用方案在三個(gè)子任務(wù)中的性能與三個(gè)子任務(wù)中的最優(yōu)性能的對(duì)比圖（經(jīng)過歸一化處理后），如圖1所示。根據(jù)圖1可知，在三個(gè)子任務(wù)中，均有可以提高的空間。按照能力需求分析的步驟，可以得到需要提高能力的指標(biāo)如圖2所示。

圖1 最優(yōu)匹配方案的子任務(wù)性能與子任務(wù)最優(yōu)性能對(duì)比

圖2 需要提高能力的指標(biāo)

6 結(jié)語

本文提出了一種基于任務(wù)－能力匹配的艦艇編隊(duì)能力需求分析的方法。該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，為艦艇編隊(duì)能力需求提供了一個(gè)新的解決途徑。該方法的提出，很好地彌補(bǔ)了目前關(guān)于艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)能力需求分析中存在的不足，為艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)能力建設(shè)提供了行之有效的方法。

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