武器裝備技術體系結構優(yōu)化設計流程方法研究

安波 姜江

(1.中國人民解放軍63928 部隊，北京100101;2.國防科學技術大學，湖南 長沙410073)

1 引言

裝備技術體系是以武器裝備發(fā)展建設需求為視角，對相關技術門類、層次、領域進行的整體反映，是指導一定時期裝備技術發(fā)展管理實踐的技術規(guī)范，具有明顯的指向性、功能性、整體性、規(guī)范性、邏輯性和演化性特征［1］。它既是支撐武器裝備實現(xiàn)特定功能的重要基礎，也是滿足任務需求的重要保障。美軍和英軍在分別建立國防體系結構框架指導文件DoDAF 和MoDAF 的基礎上，正在積極探討從多視圖的角度指導裝備技術體系的優(yōu)化設計［2，3］，國內學者也相應地進 行 了一些有益探索［4-6］。總體上來看，目前國內外對裝備技術體系結構優(yōu)化設計的研究尚處于起步階段，主要蘊含在發(fā)展戰(zhàn)略、體系結構和規(guī)劃論證等方面，且大都是對單一或部分裝備屬性進行分析分解得到的技術關系。雖然這種分析方法能夠較為客觀地體現(xiàn)武器裝備對技術的需求牽引，但卻忽略了由其派生出的技術與技術間的關聯(lián)關系，以及技術發(fā)展對武器裝備的巨大推動作用等。裝備技術體系特征和相應支撐工具手段的缺乏，難以保證裝備技術關聯(lián)關系的綜合性與整體性，如圖1 所示。

本文在對裝備技術屬性進行綜合描述的基礎上，結合專家經驗獲取、分析和整合屬性描述關鍵詞及其相對權重，根據(jù)技術屬性數(shù)據(jù)分析裝備技術關聯(lián)關系，提出基于極大完全子圖的裝備技術聚類分析方法，并通過進一步修正聚類分析結果，設計裝備技術體系結構優(yōu)化的規(guī)范分析流程，為構建結構清晰的裝備技術體系及其應用驗證提供整體框架與技術支撐。

2 裝備技術體系結構優(yōu)化設計流程

按照“軍事需求牽引、科學技術推動”的原則，裝備技術體系結構構成主要來源于武器裝備研制需求所牽引出的各類技術領域、國防科技持續(xù)發(fā)展所涉及的各類技術領域，以及初顯端倪并具有重要軍事應用前景的新興前沿技術領域等，在構成結構上反映了“需求”“技術”和“預見”特征，在時間維度上體現(xiàn)了近期、中期、遠期要求。在統(tǒng)一體系結構構成設計視角、構成要素和層次結構的基礎上，通過提取能夠反映裝備技術體系結構要素特征的技術標志、研究內涵、預期時間等描述屬性，抽象出可供辨識的基本特征要素，形成技術要素信息數(shù)據(jù)［1］，從而可為裝備技術體系結構設計、組成設計和優(yōu)化驗證的定性定量分析提供基本輸入，再經優(yōu)化設計，就可能得到裝備技術體系結構構成，如圖2 所示。

基于不同時間維度的“需求”“技術”和“預見”，對裝備技術體系結構要素進行梳理，可形成三個特征:一是蘊涵了武器裝備近、中、遠期發(fā)展需求的態(tài)勢布局，從不同的時間維度提供了體系結構構建要素，體現(xiàn)出裝備技術的引領、支撐、提升和帶動作用;二是統(tǒng)一了體系結構構成設計視角，從“技術門類—技術領域—要素技術”的層次進行分析梳理，構成要素和層次結構的相對一致，為形成規(guī)范化的信息數(shù)據(jù)奠定了基礎;三是通過需求案對裝備技術分解對象的牽引作用，技術案對規(guī)劃計劃的全面梳理，預見案對技術發(fā)展的預測研究，基本保證了構建要素數(shù)據(jù)來源的廣泛性和覆蓋性，可避免構建要素的重大漏項。

根據(jù)裝備技術體系結構優(yōu)化設計目標，綜合考慮武器裝備發(fā)展建設需求、技術發(fā)展水平和前沿技術探索等因素，圍繞能夠有效辨識技術要素信息龐大數(shù)據(jù)量的要求，從梳理裝備技術體系基本構成要素，分析人在回路的優(yōu)化迭代關系，構建體系結構網絡模型，借助多領域專家研判和計算機定量分析的動態(tài)交互等手段，研究提出裝備技術體系結構優(yōu)化設計流程。

2.1 輸入數(shù)據(jù)梳理

采用規(guī)范化的技術要素描述信息采集模板，統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)采集，形成規(guī)范化的輸入信息數(shù)據(jù)。將篩選檢查獲取的信息數(shù)據(jù)進行規(guī)范化整合、完善和修改，以提高技術要素屬性描述信息和裝備技術層級結構關聯(lián)信息的準確性和完備性。在此基礎上，通過專家知識經驗梳理屬性描述關鍵詞及其權重向量，并進一步修改其中語義模糊、描述不準確的關鍵詞。通過整合其中含義相近的關鍵詞，可得到一系列關鍵詞組，從而生成描述各技術要素屬性的關鍵詞庫。

2.2 技術關聯(lián)分析

通過定義相關條件模糊度(［0，1］區(qū)間取值)，可度量技術要素在相關匹配條件下的相關度。相關條件模糊度越小，技術要素相關匹配標準越嚴格;相關條件模糊度越大，則技術要素匹配標準越寬松。根據(jù)專家經驗和迭代驗證結果，可設置合理的相關條件模糊度參數(shù)，通過描述各技術要素屬性關鍵詞的匹配賦予相應權重，求解相關度閾值，分析比較技術要素的相關關系。

2.3 技術領域生成

基于計算機輔助工具遍歷所有技術要素相關關系，對各技術要素進行聚類分析，將滿足關系子圖內所有相關技術要素聚集為一組，從而得到聚類技術組信息?；诰垲惙治鼋Y果，引入專家判斷信息，再次修改聚類技術組信息中不準確、不完備部分，合并其中內容重復、內涵相近、適宜合并的部分，對內涵清晰易于識別的技術組進行命名，將不能識別的技術要素劃為一組，生成聚類整合技術組信息。在此基礎上，對不能識別的信息，采用技術相關度分析方法重新進行排序，并劃入相關度最大的聚類技術組中。

2.4 優(yōu)化結果驗證

優(yōu)化結果驗證分析既是對優(yōu)化方法和優(yōu)化過程進行整體評估的基本要求，也是修改和調整優(yōu)化結構參數(shù)的重要依據(jù)。在得到聚類技術組基本信息后，分析識別所包含的要素技術數(shù)量、描述信息及其與各類武器裝備的關聯(lián)關系，驗證結構優(yōu)化方法和優(yōu)化結果的合理性。在優(yōu)化過程中，通過建立良好的人機交互機制，結合定量分析計算方法和裝備技術研發(fā)管理實踐經驗，進一步優(yōu)化裝備技術體系的整體結構。

3 裝備技術體系結構優(yōu)化設計方法

根據(jù)裝備技術體系結構優(yōu)化設計流程，主要研究解決裝備技術規(guī)范化描述、關聯(lián)關系分析和技術譜系生成方法等問題。

3.1 裝備技術規(guī)范化描述方法

技術要素描述信息是裝備技術體系優(yōu)化設計的基礎，要準確、全面、客觀、合理。由于各類技術要素來源不同、功能各異，需要構建一個統(tǒng)一的規(guī)范化描述標準，以保證描述信息在分析處理中具有縱向可比性。因此，采用多關鍵詞描述方法獲取技術要素描述信息，步驟如下:

步驟1:邀請相關領域專家對技術領域設置描述關鍵詞，獲取描述關鍵詞庫。

步驟2:對獲取的技術描述關鍵詞進行去重整合處理，建立描述關鍵詞標準庫。

步驟3:設置描述關鍵詞數(shù)上限N，邀請相關領域專家選擇不大于N個描述關鍵詞，并根據(jù)關鍵詞的相對重要度建立權重判斷矩陣，構建技術關鍵詞描述表。

步驟4:根據(jù)關鍵詞權重判斷矩陣，采用AHP法計算關鍵詞權重向量［7］，得到技術關鍵詞加權描述表。

3.2 裝備技術關聯(lián)關系分析方法

根據(jù)要素技術描述關鍵詞的匹配及其對應權重，通過求解相關度，并借助專家經驗得到優(yōu)化參數(shù)，獲取裝備技術相關關系。相關關系分析包括裝備技術相關度求解規(guī)則、相關條件模糊度定義、基于相關條件模糊度的裝備技術相關關系分析等三部分。

3.2.1 裝備技術相關度求解規(guī)則

基于關鍵詞及其權重向量求解相關度:若兩種技術的描述關鍵詞完全相同，則其技術相關度MatchRate =1;若完全不同，則MatchRate =0;若關鍵詞組中有相同關鍵詞，則將該關鍵詞對應的權重中較小的數(shù)值累加到技術相關度中。相同的關鍵詞越多，在描述關鍵詞組中的權重越大，則技術相關度越大，如圖3 所示。

3.2.2 相關條件模糊度定義

要素技術的相關關系可分為精確相關和模糊相關兩類。精確相關是指描述關鍵詞完全匹配所產生的相關關系，模糊相關則是指描述關鍵詞的匹配度達到匹配閾值所產生的相關關系。

相關條件模糊度在［0，1］區(qū)間上取值，度量相關條件下要素技術優(yōu)化參數(shù)。相關條件模糊度越小，則相關標準越嚴格，如果相關條件模糊度取值為0，其相關關系只有精確相關;如果相關條件模糊度取值為1 時，任意要素技術均具有相關關系。

3.2.3 基于相關條件模糊度的關聯(lián)關系分析

基于相關條件模糊度可設置是否存在技術關聯(lián)關系的判斷條件及范圍，即技術相關度閾值。根據(jù)要素技術描述關鍵詞匹配分析計算，從而得到兩兩要素技術相關度，最終生成關聯(lián)關系分析結果。要素技術相關度算法為:

若要素技術techA的描述關鍵詞組KGA ={keyword1，keyword2，keyword3}，權重向量WA ={w1，w2，w3};要素技術techB的描述關鍵詞組KGB={keyword1，keyword4，keyword3，keyword5}，權重向量WB ={w4，w5，w6，w7}。要素技術techA與要素技術techB之間的相關度為MatchRateAB，則:

通過計算得到的要素技術相關度，從中篩選出技術相關度最大值MatchRateMax和最小值MatchRateMin。根據(jù)專家信息得到優(yōu)化參數(shù)相關條件模糊度VD，計算判斷技術關聯(lián)關系是否存在相關度閾值，其算法為:

若技術相關度MatchRateAB高于技術相關度閾值MatchRateU，則認為要素技術techA與要素技術techB之間存在相關關系。

3.3 基于極大完全子圖的裝備技術譜系生成方法

(1)技術組初步劃分。采用極大完全子圖聚類方法，通過遍歷所有要素技術的相關關系，將滿足關系子圖內所有相關的要素技術聚類整合，合并其中內容重復、內涵相近的要素技術，生成技術組初步劃分信息。

(2)技術組劃分整合。根據(jù)專家經驗判斷信息，進一步對聚類技術組進行整合處理，修改完善不準確、不完備的部分信息，對內涵清晰、易于識別的技術組進行命名，將不能識別的要素技術另劃為一組，生成技術組劃分整合信息。

(3)技術譜系生成。裝備技術譜系生成是根據(jù)技術組劃分整合信息，形成組內技術關系緊密、組間技術關系稀疏的過程。根據(jù)技術相關度對相關技術組進行排序，將不能識別的要素技術并入相關度最大的技術組，生成裝備技術譜系，分析過程如圖4 所示。

4 結束語

以要素技術為基本研究對象，對提取復雜的體系結構特征，構建裝備技術體系結構優(yōu)化方法，具有明顯的適應性和可操作性，基本實現(xiàn)了理論、方法和工具的集成。通過“裝備技術描述—技術關系分析—技術聚類分析—技術譜系生成”的規(guī)范流程，應用基于關鍵詞匹配的關系分析和基于極大完全子圖的技術聚類方法，開發(fā)了人機交互界面良好的輔助決策系統(tǒng)，有效地獲取和整合專家經驗進行了迭代優(yōu)化和應用驗證，從而得到了較為科學合理的體系優(yōu)化分析結果，提出的流程設計方法及其計算機輔助決策系統(tǒng)已在某武器系統(tǒng)技術體系的研究論證中得到成功應用。通過計算機輔助設計得到的技術體系，理論上可以有多種，必須綜合考慮多方面因素，在進行多方綜合評估分析的基礎上，經過多次迭代優(yōu)化和應用驗證，才能得出相對優(yōu)化并滿足實際需要的設計方案。

［1］ 安波，石東海，沈雪石，等. 裝備技術體系結構優(yōu)化設計理論及其關鍵技術研究［J］.裝備學院學報，2014(2):14 -17.

［2］ DoDAF Working Group. DoDAF (version2.0)［R］. USA:Department of Defense，2008.

［3］ The MODAF Development Team. MODAF handbook version1.2［R］. UK:Ministry of Defense，2008.

［4］ 任長晟，葛冰峰，陳英武. 武器裝備技術體系結構描述方法［J］.兵工自動化，2010，29(10):42 -46.

［5］ 晏湘濤.軍事技術體系結構分析［D］.長沙:國防科學技術大學，2002.

［6］ 許康，于衍平. 科學技術體系的建構基礎及演變方向探索［J］.科學學研究，2006(2):24 -27.

［7］ 譚躍進，陳英武，易先進.系統(tǒng)工程原理［M］.長沙:國防科學技術大學出版社，1999.