基于超網絡的裝備保障信息化模型構建及分析

楊健康，李紅領，尚世鋒，楊新旺（裝甲兵工程學院 信息工程系，北京 100072）

基于超網絡的裝備保障信息化模型構建及分析

楊健康，李紅領，尚世鋒，楊新旺
（裝甲兵工程學院 信息工程系，北京 100072）

裝備保障信息化是由信息、技術、物資、裝備和人員等諸多要素所構成，為清晰呈現裝備保障信息化構成要素之間的關系，將裝備保障信息化作為一個復雜系統，利用超網絡相關理論進行分析，構建了裝備研制子網絡、裝備使用子網絡和裝備維修子網絡，描述各階段人、技術、裝備之間的相互關系；在此基礎上形成裝備保障信息化網絡，覆蓋裝備研制-使用-維護-報廢全壽命周期的過程，形象描述人、武器裝備和人與武器裝備結合的構成關系，對裝備保障信息化的系統動力學研究提供了基于超網絡的研究思路。

裝備保障；信息化；超網絡；模型

0　引　言

信息化是世界新軍事變革的本質和核心，裝備信息化是軍隊信息化的物質技術基礎，裝備保障信息化已成為裝備保障發展的必由之路。相關研究人員從理論分析的角度對我軍裝備保障信息化提出了不同建議［1 - 6］，楊學強等編著的《裝備保障信息化建設概論》中提出了我軍裝備保障信息化的理論模型［7］。裝備保障信息化構成要素包含信息、技術、人員、裝備等等，是一個動態的復雜系統，如何研究系統的內在動態機理，目前還是一個比較新的領域。

美國科學家 Nagurney 等在處理物流網絡與信息網絡、資金網絡相交織的問題時，把高于而又超于現存網絡（“above and beyond” existing net-works）的網絡，稱為超網絡（supernetwork）。當前的研究僅是集中在利用超圖和變分不等式建立模型，提出解法。針對裝備保障信息化和超網絡理論的研究，不少研究者們在各自研究領域上提出了自己的觀點，但將裝備保障信息化抽象成為復雜系統并利用超網絡理論對其進行研究的參考文獻較少。

1　裝備保障信息化及其特點

裝備保障是指從事裝備工作的人員和組織，運用保障裝備、設施和相關資源，通過物資保障和技術保障，保持或恢復裝備良好狀況，以確保軍隊作戰和建設等軍事需要的各項活動的統稱［8，9］，通過以上對裝備保障信息化的定義可以看出裝備保障信息化是一個由信息、技術、物資、裝備和人員等諸多要素所構成的復雜系統，具有 2 個特點。

1）復雜性

將裝備保障信息化看做一個系統，那么這個復雜系統是由包含信息、技術、物資、裝備和人員等諸多要素、子系統所構成的“巨大”系統，各個子系統又有它們的子系統，且各個子系統的組成要素較多，各要素間聯系較為復雜。

2）動態演化

高技術戰爭條件下，裝備保障任務亦具有顯著的動態性：一是裝備保障任務的實施會因為戰場環境的動態變化而受到影響；二是裝備保障任務會因為作戰任務的動態變化而產生變化；三是裝備保障任務會受到裝備保障時間和資源動態變化的制約；四是裝備保障任務總量存在不確定性，這是由于裝備保障的新任務有可能在某時引入，且裝備保障執行過程中存在迭代與反復現象；五是裝備保障過程有時可能會持續較長的時間，使得裝備保障實體的參與也存在不確定性［10］。

2　超網絡理論及其研究特點

Sheffi 最早提出了超網絡的概念，并將其用于運輸系統。隨后，美國科學家 Nagurney 使超網絡的概念得以明確。Nagurney 等所研究的超網絡可用來描述網絡與網絡之間的相互作用與影響，它可以借助優化理論、變分不等式等數學工具對網絡中的變量進行定量的計算分析。

超網絡具備一種或幾種特征：多層特征，例如交通運輸網就有物理層、業務層和管理層；信息網絡協議也是多層的。層內和層間都有連接。多級特征，例如企業的信息網絡有部門、公司、總部等級別。同級和級間都有連接。它的流量可以是多維的，例如鐵路、公路、水運和航空都是既有客運又有貨運。多屬性或多準則的，例如在城市中出行不僅有路徑選擇，而且有方式（駕車、公交、步行）的選擇，運輸網絡需要同時考慮時間、成本、安全舒適等。存在擁塞性，不僅交通運輸網絡，而且信息網絡也存在擁堵問題。全局優化和個體優化需要協調［11 - 12］。

3　裝備保障信息化的超網絡模型

裝備保障信息化涉及到裝備從研制—使用—維護—報廢全壽命周期的過程，為了研究方面，作為一個復雜系統，將該系統分為裝備研制、裝備使用和裝備維修 3 個子系統。利用超網絡的相關理論進行分析時，將整個裝備保障信息化網絡分為 3 個子網絡：裝備研制子網絡、裝備使用子網絡和裝備維修子網絡。

3.1裝備研制子網絡

裝備研制一般是由科研院所、企業來承擔，裝備研制網絡由不同的科研院所之間、同一個單位的不同項目組共同組成。網絡中的節點可以表示研制過程中的一個個體，也可以是不同裝備研制的項目組，網絡的邊表示各個項目組之間的聯系。裝備研制網絡可由圖 1 表示。

圖 1　裝備研制子網絡Fig. 1　Equipment development sub-network

裝備研制網絡可以表示為：

3.2裝備使用子網絡

裝備使用網絡是由軍隊各級建制單位構成，將網絡里的節點表示為人員符合現在軍隊實際情況。裝備使用網絡的邊表示不同人員的聯接關系，最直接的聯接關系就是軍隊的編制，這種編制關系將使用方人員網絡中每一個個體緊密聯系在一起。從裝備最優戰斗力生成來看，不同武器裝備的配備會使一些武器的使用效果大大增強，從這個意義上來看，裝備使用網絡的邊可以由裝備自身性質來表示。當然，這 2 種表示方法有著一定共通性。裝備使用網絡如圖 2 所示。

裝備使用網絡可以表示為如下形式：

圖 2　裝備使用子網絡Fig. 2　Equipment using sub-network

真實的裝備使用網絡存在上級節點和下級節點之分，高一級的裝備使用單位向低級別的裝備使用單位發出指令，而同級裝備使用單位只共享信息。表示 uj是 ui的直接下級單位。ui的所有直接下級使用單位可表示為：

除了直接的隸屬關系外，節點間還存在著間接的隸屬關系。所有直接和間接的隸屬關系統稱為包含關系，用布爾變量來表示。則 ui的所有下級裝備使用單位可表示為：

3.3裝備維修子網絡

裝備維修網絡是由軍隊的修理單位構成的。裝備維修網絡的節點可以簡單的表示為維修部隊的人員個體，但從裝備中修時是按照流水作業的方式進行修理這點來看，修理部隊中負責同一零部件修理的小組即可表示 1 個節點。

裝備維修網絡的邊表示不同人員的連接關系。雖然軍隊的現有編制體制劃分使得維修人員存在職務和級別上的不同，但事實上高一級的修理單位與低一級的修理單位之間的關系并不是上下級關系，而是指導與被指導的關系。裝備維修人員網絡的主體是由技術人員組成，因此裝備維修人員網絡節點之間的聯系并不是指揮與命令，而是合作與交流。裝備維修網絡如圖 3 所示。

圖 3　裝備維修子網絡Fig. 3　Equipment maintainence sub-network

裝備維修網絡可由下式表達：

在裝備保障的過程中，各維修單位或維修人員、小組實體之間并非都存在著信息的交互，例如對某型艦船進行中修時，負責通信裝備或火力裝備部分維修任務的人員之間存在交流，但與負責維修機械部分的人員一般不會存在信息交互，也即在裝備維修網絡中，節點與節點之間可不存在連接，各裝備維修節點關系可以由下式判別：

3.4基于超網絡的裝備保障信息化模型構建

以上描述只限于各個網絡內部的相互聯系，同時在裝備維修網絡、裝備使用網絡和裝備研制網絡的節點之間也存在著某種連接，這種連接可以表示為一種映射，這就構成了不同屬性的超網絡，如圖 4 所示。

圖 4　基于超網絡的裝備保障信息化模型Fig. 4　Superwork-based model of equipment support informazation

1）裝備維修網絡到裝備使用網絡的映射：表示維修方對使用方提供裝備維修支援，表達式如下：

2）裝備研制網絡到裝備使用網絡的映射：負責裝備研制的院所、企業可以對裝備使用單位提供裝備操作使用及日常維護保養的守則，表達式如下：

3）裝備研制網絡到裝備維修網絡的映射：裝備研制單位可以向哪些裝備維修單位提供維修技術上的支持，表達式如下：

利用上述映射關系，對裝備維修網絡、裝備使用網絡和裝備研制網絡集成，可得裝備保障信息化的超網絡模型。

3.5模型分析

裝備保障信息化構成要素是由人、武器裝備以及人與武器裝備結合組成，超網絡模型的各子網絡可以形象的描述裝備保障這種人、武器裝備和人與武器裝備結合的構成關系，而且可以將最難描述的不同裝備保障實體相互關系很清晰呈現出來：如裝備維修子網絡中，參與的維修實體是由不同維修單位、人員或小組構成，各裝備使用人員將待修理的信息傳遞給不同的維修人員，表現了裝備保障信息化網絡內節點相互之間的信息流動。同時，縱向的研究 3 個子網絡的映射關系也可以表示維修、研制和使用的相互關系，信息流動亦得以充分的表現。

4　結　語

超網絡具備一個平衡態即最優狀態，整個裝備保障信息化超網絡的平衡態（最優化狀態）是在同一個層次參與其中的人、武器裝備都有效運轉的基礎上，信息流、指控流和能量流滿足某種優化條件的一種狀態，單個子網絡的最優化狀態并不一定能夠達到整個超網絡的最優化，即裝備保障的最優化。如裝備使用網絡中，某裝備的損毀信息能夠得以迅速傳遞到裝備維修網絡，這是裝備使用網絡與裝備維修網絡之間的映射得到最優化的表現之一。但如果損壞信息傳遞的速率遠遠大于裝備維修本身的速度，裝備損壞的情況不能得到及時處理，戰斗力仍會大打折扣。而如果是僅僅提高裝備維修的速度，而不提高裝備損毀信息的傳輸速度，戰斗力亦會大打折扣。因此，研究裝備保障信息化的超網絡模型是為了尋找整個保障網絡的最優化狀態，而不是簡單的針對某一或全部的子網絡進行優化，相關研究還有待于進一步深入。

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The model construction and analysis based-on supernetwork of equipment support informatization

YANG Jian-kang，LI Hong-ling，SHANG Shi-feng，YANG Xin-wang
（Department of Information Engineering，Academy of Armored Forces Engineering，Beijing 100072，China）

Equipment support informatization is made up of information，technology，materials，equipment and humen. Build up a complex system of equipment support informatization to show the clear relation between each element. Make use of the thesis of supernetwork to analyze and construct equipment study，equipment utility，and equipment maintenance subnetwork，each sub-network describe the relationship about humen，technology and equipment for each phases. Based on the three sub-network，we build a equipment support informatization network that cover the cycle of equipment developement，using，maintainence，and we could depict the relations between human，weapon，and combination of them，and provide ideas of supernetwork for system dynamics research of equipment support informatization.

equipment support；informatization；supernetwork；model

O157.6；E91

A

1672 - 7619（2016）08 - 0124 - 04

10.3404/j.issn.1672 - 7619.2016.08.026

2016 - 06 - 25；

2016 - 07 - 09

楊健康（1978 - ），男，碩士，講師，研究方向裝備保障信息化技術、戰術通信。