人在環裝備綜合保障仿真技術研究現狀及展望

梁精睿 曹軍海 安斌來

摘要：在一體化聯合作戰的背景下，現代戰爭中對一體化聯合保障的要求逐步增加，傳統的只是針對保障體系進行仿真評估的方法已經逐漸不能滿足現階段對裝備綜合保障體系的評估、優化以及其中人員訓練等要求。本文從回顧現階段裝備綜合保障領域的研究現狀出發，分析現有方法的存在的問題，為后續進行基于人在環的裝備綜合保障仿真進行了展望。

Abstract： Under the background of integrated joint operations， the requirement of integrated joint support in modern warfare is increasing gradually. The traditional method of simulation evaluation for support system can not meet the requirements of evaluation， optimization and personnel training of equipment integrated support system at this stage. This paper reviews the current research situation in the field of equipment integrated support， and analyses the existing problems of the existing methods， and looks forward to the follow-up simulation of equipment integrated support based on man-in-the-loop.

關鍵詞：一體化聯合保障;裝備綜合保障;人在環

Key words： integrated joint guarantee;integrated equipment support;man-in-the-loop

中圖分類號：E92 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）09-0181-04

0 ?引言

隨著時間的推移，世界各國的經濟實力以及國防科技實力的提升，現代戰爭的形勢已經發生了翻天覆地的變革。區別于以往的單一軍種甚至單一兵種的對抗，現代戰爭往往是陸、海、空、天、電磁五位一體的聯合作戰。這種變化的本質是由以往的單一軍兵種體系之間的對抗演變為多軍種聯合的體系對抗。在20世紀80年代以來，歷次戰爭的科技水平逐漸提升，高技術含量的作戰形勢越來越考驗部隊裝備綜合保障的實力，可以說，一個國家軍隊的裝備保障的實力的高低某種程度上可以決定其國防力量的強弱。因此為了充分發揮現有裝備的實力，就要做好裝備的保障工作。但軍事裝備區別于民用設備，有著價格昂貴、數量較少、不便于進行實際試驗等特點，所以多采用仿真的技術來對裝備保障的體系的結構組成、人員配比、資源配置進行研究，同時也可以用仿真推演的方法對保障體系中的各個崗位人員進行訓練。

文章簡要的總結了裝備綜合保障仿真以及其結合人在環方法的相關研究進展。首先回顧了裝備綜合保障仿真的國外研究情況，其次從裝備綜合保障和系統建模仿真兩個方面回顧了國內的研究進展，接著回顧了基于人在環方法的裝備綜合保障的運用現狀，從中提煉了研究中存在的問題，展望了未來的研究發展趨勢。

1 ?裝備綜合保障仿真的國內外研究現狀

裝備綜合保障仿真的研究，是基于裝備保障的領域，在信息化、一體化的實戰背景，對部隊的裝備保障中各個要素、各部門人員和各種裝備進行全面的、詳盡的數學和決策建模，對整個保障流程進行合理的描述，為后續業務推演程序的建立、新人員新裝備的訓練提供詳細的、可靠的參數。

1.1 國外研究現狀

在開展裝備保障仿真業務推演方面，以美國為代表的西方國家一直走在研究的前列。為適應新的作戰環境和作戰樣式對裝備保障的要求，減少保障負擔，降低保障費用，提高保障效率，提高裝備的完好性，美國國防部正在逐步實現后勤保障系統向反映敏捷性、系統可靠性等方面進行轉變[1]。

近些年來，美軍通過總結經驗，使裝備保障理論在宏觀和微觀上都有了重要進展。“以可靠性為中心”已經成為裝備綜合保障的理論核心，與此同時，仿真技術也隨之進入了裝備綜合保障的體系內[2][3]。現代戰爭中，裝備保障已經從“配角”逐漸演變成了“主角”。伊拉克戰爭的經驗告訴人們，裝備技術保障產生的作用是遠遠大于單純的部隊作戰[4]。

1970年，美國國會“藍絲帶國防小組報告”提出“聯合試驗與鑒定計劃”，在后續工作中被美軍順利的啟動。這個計劃中對聯合試驗中裝備保障仿真領域提出了概念上的定義。1994年10月，美國空軍主導，海軍和陸軍參與完成的“聯合先進分布仿真”（JADS[5]）的提出，確定了在未來美軍的裝備保障中計算機仿真建模技術的必要性以及可行性[6]。

在海灣戰爭中，美軍裝備保障體系模式尚且較為落后，反應速度較慢、指揮效益嚴重低下、仍采取老式的保障及訓練模式[7]。而到了在伊拉克戰爭中，美軍吸取了之前的教訓，提升了裝備保障的效率，使戰時的裝備保障具有了超前性、針對性、精確性、整體性和高效性的特點，為部隊完成作戰任務打下良好基礎[8]。

20世紀80年代，美國國防部提出了CALS（Continuous Acquisition & Life-cycle Support，持續采辦與全壽命周期保障）戰略，利用信息化技術實現美軍裝備技術保障能力，推動了信息技術在軍事領域的大面積應用[9]。

20世紀90年代初，美軍等世界發達國家軍隊為適應高技術化下的聯合作戰要求，均紛紛加強裝備保障信息化建設，推動了傳統機械化保障的更新換代升級。到現在，經過近30多年的發展，美軍裝備保障在信息化領域已經成型，大量的諸如仿真建模等信息化技術均得到了長足的發展[10]。

美國聯合部隊司令部的JESPP項目已經采取了用計算機仿真技術來識別、定義和分析建模和仿真。超級計算機引入部隊作戰以后，提供了強大的信息化技術硬件支持，將數據分析技術向前有了大幅度的飛躍，為裝備保障仿真推演系統的建立提出了硬件設備的支持[11]。

2004年，斯羅普·格魯門公司為美國航空兵武器系統部開發“全球作戰保障系統”（ARGCS）。該系統涵蓋了美國所有軍種、部分NATO（North Atlantic Treaty Organization，北大西洋公約組織）盟國和部分平臺的數據。同時，ARGCS[12][13]系統可以為美國大量海陸空裝備提供實際保障和模擬保障訓練，這極大的提高了美軍在裝備保障方面的效率，也大大促進了美軍在裝備保障人員培訓的速度[14]。

1.2 國內研究現狀

1.2.1 裝備綜合保障方面

我國于80年代開始在裝備研制中開展綜合保障方面的研究。原國防科工委1991年下發了《關于進一步加強武器裝備可靠性與維修性工作的通知》文件中強調了裝備保障性的重要性 [15][16]。自此，作為一項強制性要求，綜合保障工作在型號研制工作中得到了初步的體現。維修性通用規范（GJB368.6）對裝備在研制過程中建立保障系統提出了明確要求[17]。之后，我國先后編制了多本國家軍用標準，如《裝備保障性分析》[18][19]、《裝備保障性記錄》[20][21]和《裝備綜合保障通用要求》[22][23]。

徐東[24]認為我軍裝備保障領域存在著諸如設計階段缺乏保障型設計、使用階段保障費用居高不下和新裝備形成保障能力周期長等問題，并研究并分析了基于GIS[25]（geo-information system，地理信息系統）的裝備保障輔助優化決策。

錢潛[26]針對一體化裝備保障中保障設備分配不合理的問題，用MATLAB軟件建立并解析了基于排隊論的裝備保障設備數量選取模型，為裝備一體化建設與發展提供了理論支持。

陳守華[27]通過利用MATLAB軟件，建立了基于廣義元胞自動機的保障力量配置模型，為裝備保障中的保障力量配置提供一種新的解決方案。

劉福勝[28]通過討論裝備預防性與修復性維修，利用RCMA[29]（以可靠性為中心的維修分析），科學合理的解決了備品備件數量確定的問題。

1.2.2 系統建模仿真方面

郭霖瀚[30]對基本作戰單元層次的復雜裝備系統進行了分析，為評估作戰單元的任務持續能力提供理論依據。

尚柏林[31]根據Petri網[32]模型描述的系統結構來構造基地級備件供應保障的仿真系統。

段寶君[33]是使用模型對離散事件建模進行分析，將對象的仿真建模框架作為研究基礎，分析和研究了當前航空備件供應中存在的問題及其原因。

楊宇航[34]根據不同的系統狀態把系統備件的保障過程劃分為多種不一樣的事件鏈，建立了兩級備件管理模式優化仿真的模型和算法，由于系統狀態的變化、仿真時間的推進，作者在仿真的過程中選擇不同狀態中不同的事件鏈，若仿真結束條件經過判斷為真，則對所得到的數據進行分析，就可以獲得系統平均意義上的特征參量。

邢彪[35]和白憲陣[36]采用多Agent[37]和基于UML的體系建模方法，建立了裝備保障體系模型，對模型進行仿真試驗，為提出新型保障模式、加強綜合保障的能力提供了理論與數據支持。

曹軍海[38]采用HLA方法對裝備綜合保障進行協同建模與仿真平臺構架的搭建，給出了一定的工具來進行支持，描述了平臺搭建過程中的關鍵技術，并給出了一定的應用實例。

杜海東 [39]通過對效能模型的解析、權衡模型的設計和運用Anylogic軟件進行仿真設計，定義了系統效能與RMS指標的關系，為建立獲取最佳RMS的仿真模型提供了技術支持。

2 ?基于人在環的裝備綜合保障的發展現狀

21世紀初期，美國空軍研究實驗室在綜合了前兩代兵棋系統（Mind-on-Mind Wargames和Force-on-Force Wargames）之后，開發了第三代的兵棋系統，System-on-System Wargames。新一代的兵棋系統在保留上兩代的一些關鍵技術后，通過增加了一些諸如可變人為影響因素的模塊，使新一代的兵棋系統在人在環領域中向前邁進了一大步[40][41]。

A Naseem[42]在2017年6月提出，認為基于實時人在環路的威脅評估系統可以使指揮官在訓練中盡可能的貼近實際，有利于更好的鍛煉受訓人員與實際結合的能力，避免受訓人員由于實際與系統不符合而產生對實際整體系統的決策失誤。

宋靜婧[43]通過基于VxWorks實時操作系統，對某型無人飛艇進行在人在環條件下的飛行仿真試驗，表明了人在回路方法可以提高受培訓者的訓練強度，能夠實現在突發緊急情況和偶發故障的條件下做出準確的判斷與及時的指令。

張文閣[44]對人在環指控系統進行深入分析，描述了基于外掛信息自動采集系統的具體使用方法，并在此基礎上提出一種新型的、不干擾原系統的信息自動采集系統，為系統總體定量實驗分析提供重要支撐。

張偉[45]認為不同情況下，不同的人在環路系統中注重的結果也不盡相同。通過研究“人”的仿真可信度影響因素，提出了在三個環節可以提高“人”的仿真可信度的措施：操作人員選擇、培訓以及試驗組織。這是保證仿真系統能夠科學得出準確數據的必要條件。

C Yun[46]根據飛行控制系統的特點和人在回路仿真的要求，提出了一種基于MATLAB/SIMULINK的人在環無人機飛行仿真器的設計方案。與傳統的手動編程相比，基于人在環的建模設計具有靈活、快速、高效、更貼近真實的特點。

Z Song[47]重點闡述了運用了人在環技術以后的指揮控制系統在生產制造、決策制定等方面與傳統仿真系統的區別與先進之處。

劉嵩[48]認為，現階段來說，兵棋作為一種基于人在環的業務仿真系統，已經變成了對作戰進行對抗推演的重要工具。鑒于信息化技術具有快速的計算能力，對戰場態勢實施表達的較為友好的操作方式，所以利用計算機系統進行兵棋推演已經變成兵棋的一項重要形式。

潘長鵬[49]在進行人在環仿真推演系統研究時提出，雖然近幾年很多部隊院校均紛紛引入或開發新一代兵棋系統（例如裝甲兵工程學院、石家莊陸軍指揮學院引入“火力戰”系統;原第二炮兵工程大學與華中科技大學等單位研發了“第二炮兵戰役、戰術級兵棋推演系統”;海軍工程大學研發了“海軍未來指揮官兵棋推演系統”），但我國部隊應用廣泛的幾款主流兵棋推演系統均在裝備保障方面并無太大的進展。

余華鴻[50]認為虛擬現實（VR）技術實質是一種先進的人在環系統接口。它能提供給用戶直觀而自然的實時感知人機交互手段。由于這項技術具有多感知性、存在感、交互性以及自主性，所以VR技術可以大大提高用戶的體驗度和系統效率，并且這項技術已經廣泛應用于娛樂、藝術、教育、軍事、航天工業、醫學和管理工程等領域。

3 ?結論

當前人在環裝備綜合保障仿真在軍事上的應用多用于進行戰場模擬、戰役推演，只是應用于戰斗情況下的人機交互仿真，而在裝備保障經常是簡化甚至進行忽略不做考慮內容。這對于推進一體化裝備保障沒有產生有效的積極意義。在平時仿真訓練中，如果過分的忽略掉裝備保障這一重要組成部分，這會使陸軍裝甲部隊在仿真訓練推演中與實際有一定的偏差，而且不利于保障力量與作戰力量的一體化訓練。

綜上所述，基于人在環的裝備綜合保障仿真推演技術是解決新形勢下一體化聯合作戰裝備保障的較為有效的措施。針對裝備保障業務流程仿真推演技術的應用要求，通過系統研究，以此來明確人在環的保障業務流程以及推演的各種工作模式，通過數據來構建仿真推演的技術方案，并對其中人在環仿真等重點技術進行研究，為建立一套能對部隊保障力量進行基于信息化一體化條件下的虛擬仿真模擬訓練、對指揮管理人員提供逼真的戰場環境、評估部隊原有裝備保障體系以及對新建立的保障系統進行配置合理性評估的人在環裝備保障業務仿真推演系統提供重要的理論支持。

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