基于聯合使命線程的裝備作戰效能度量指標構建

楊晨光,賈 貞,劉 志

(1.軍事科學院,北京 100091;2.江蘇自動化研究所,江蘇 連云港 222061)

根據GJB 1364-1992,武器裝備效能分為單項效能、系統效能和作戰效能。單項效能和系統效能是裝備本身所具備的基本效能,而作戰效能(也稱兵力效能)指在規定條件下,武器裝備由作戰兵力運用來執行作戰任務時達到目標的可能程度,即衡量部隊在一定戰場環境中完成指定作戰任務的程度[1]。由定義看出,作戰效能總是與作戰任務相關。執行作戰任務離不開武器裝備體系,完成作戰任務是為了實現使命目標,因此，作戰效能不能只聚焦于評估系統功能,還必須評估真實聯合環境中的使命效能和任務性能。但國內對武器裝備作戰效能的研究,大多數仍是響應特定服務的需求,論證系統的效能、適用性和生存力,很少有人強調系統對作戰任務和聯合使命的貢獻。

聯合使命線程(Joint Mission Thread,JMT)是指為有效履行聯合使命任務,對作戰活動和系統端對端的流程與技術描述[2-3]。本文在使命級和任務級將JMT分解成可測試的度量指標,評估系統對聯合能力和作戰人員效果的影響,從而有助于理解系統對體系、任務和使命的貢獻。

1 基于能力分析的聯合使命線程度量框架

2001年，美國國防部第一次提出了“基于能力的方法”。2003年，美國將防務戰略從過去的“基于威脅”模式轉變為“基于能力”模式。關于能力的定義,蘭德公司認為,能力是在給定的標準和條件下,通過一系列手段或方式的集合,具有完成一組任務,達到預期效果的本領。美國國防部指出,能力是在指定需求(條件和性能標準)下,通過不同手段和使用方式的組合來實施一組關鍵任務,達到預期目標或結果的持續本領[1]。分析定義發現,能力采用了“5W1H”分析法進行描述,即從原因(何因Why)、對象(何事What)、地點(何地Where)、時間(何時When)、人員(何人Who)、方法(何法How)這6個方面提出[4],如表1所示。同樣地,對能力的評估也需要從這些方面開展。

由于條件中的“何時”、“何地”一般會作為已知條件或者在其他方面體現,因此不需要進行評估,剩余的4個方面才是評估的對象。其中:使命預期效果由使命效能指標度量(Mission Measures of Effectiveness,MMOE);作戰任務由任務性能指標度量(Task Measures of Performance,TMOP);“何人”、“何法”共同體現了體系或系統具有的功能,則由系統屬性指標進行度量(Measure of System Attributes, MOSA)[5]。此外,體系是系統的系統,它除了擁有傳統的系統功能外,還要具備系統之間的互操作服務功能[6]。

表1 能力定義中的5W1H

基于這種“使命、任務、功能”的能力表達方法,構建出一種基于能力分析的聯合使命線程度量框架[7],如圖1所示。

圖1 基于能力分析的聯合使命線程度量框架

從圖1看出,聯合使命線程度量分為2層:第1層是作戰需求與度量,評估任務完成得如何好,度量聯合使命中作戰節點的使命效果和任務性能;第2層是功能需求與度量,評估系統如何發揮作用,度量完成任務的體系和系統的功能性。

2 聯合使命線程度量設計

聯合背景中,傳統的特定服務環境下采用的系統和體系度量指標同樣適用。因此,可重點聚焦第1層度量指標——使命效能指標和任務性能指標的構建,詳述使命和任務的分解過程。

2.1 使命分解

使命的分解流程如圖2所示,主要分為使命描述、使命預期效果、使命屬性和使命度量4個階段。

圖2 使命分解流程

2.1.1 使命描述

使命描述包含使命、使命陳述和使命目標3個要素。

1)使命:有目的地指派并明確指出所要采取的行動(Action)及其原因的任務[1]。使命是由上級首長指派給作戰指揮員的,指揮員把受領的使命分解成具體的作戰任務。

2)使命陳述:明確表達完成使命所要采取的一系列行動,以及這樣做的緣由。使命陳述的內容涵蓋何人(Who)、何事(What)、何時(When)、何地(Where)和何因(Why),很少說明何法(How)。例如，8月9日22:04:00前,第一旅在AO JACKBABBIT保護ROUTE SOUTH DAKOTA,使人道主義救援物資能夠運送。

3)使命目標:指完成使命所采取行動的特定目標,這些目標是明確、堅定和可實現的。例如:延誤、破壞、摧毀或削弱敵方作戰部隊/關鍵任務和設施;影響敵人的戰斗意愿等。本文中的使命目標源于使命陳述,是使命描述階段的輸出。

2.1.2 使命預期效果

效果是對目標的度量,它描述作戰環境中系統的行為。預期效果是實現目標所關聯的條件。例如:在聯合作戰區域(JOA)中消滅或壓制威脅兵力;使敵人抵觸打仗等。

生成預期效果的要點如下:

1)使用DoDAF體系架構中的全景視圖1(AV-1);

2)使用聯合條令、分析議程、作戰規劃/作戰概念等其他信息源;

3)確保效果描述作戰環境中系統的行為;

4)使效果映射到使命目標;

5)提問題——如果達到了這些預期效果,那么是否已經實現了使命目標?

使命目標與預期效果之間的映射關系使用矩陣呈現,能夠輔助分析人員回答要點5)中提出的問題。

2.1.3 使命屬性

屬性是指一個單元或其行動的定量/定性特征。對使命屬性而言,重在描述行動的特征。

生成使命屬性的要點如下:

1)解讀使命的每個預期效果;

2)從效果描述中篩選出關鍵的修飾性詞語,提煉效果具有的特征;

3)為這些詞語匹配可度量的屬性;

4)每個預期效果至少要匹配一種屬性。

2.1.4 使命度量

使命度量階段的輸出是使命效能指標,用于度量使命的預期效果。

構建使命效能指標的要點如下:

1)解讀使命的每個屬性;

2)提煉每個使命屬性的特征,為這些特征匹配潛在的度量指標;

3)盡量使用簡單的指標,并確定每個指標的度量尺度(時間、長度、質量等);

4)每種屬性至少識別出一個度量指標。

使命分解的實現過程如圖3所示。通過3個矩陣把使命描述最終轉化為可度量的使命效能指標。正是矩陣這種多對多映射的特點,使得使命度量的分解過程更加規范,指標分解更加科學。利用矩陣進行跟蹤映射關系,同時也保證了指標的充分性和科學性。

圖3 使命分解實現過程

本文以聯合人員救援使命為例,遵循JMT全視圖1(AV-1),使用其他所需信息源,如聯合條令、作戰規劃等,分析預期效果,確保效果能描述作戰環境中的系統行為,映射到使命目標,構建矩陣1,如圖4所示。

圖4 矩陣1

然后確定使命屬性,根據使命預期效果,使用修飾性語句描述活動,把該語句與可度量的屬性相匹配(Swarf、其他屬性列表),確保每個預期效果至少有一種屬性,構建矩陣2,如圖5所示。

圖5 矩陣2

根據使命屬性定義,保持度量簡單性,根據UJTL手冊中的指南填寫,確定度量單位(時間、長度、質量等),保證每種屬性至少有一個度量指標,形成矩陣3,如圖6所示。

圖6 矩陣3

2.2 任務分解

任務的分解流程如圖7所示,分為使命描述、作戰節點、作戰任務/活動、聯合/服務任務列表、任務列表度量、任務屬性和任務度量7個階段。其中,使命描述階段已在上一節完成,不再贅述。

圖7 任務分解流程

2.2.1 作戰節點

根據使命描述階段產生的使命陳述和使命目標,繪制高級作戰概念圖(OV-1),從圖中獲得作戰節點。作戰節點是指那些完成使命的核心功能節點。例如，可用一架攻擊機表示作戰節點,但不指明攻擊機的具體型號(F/A-18)。

獲得作戰節點的要點如下:

1)根據使命描述的要素繪制作戰視圖OV-1;

2)使用通用的功能名稱命名作戰節點,不用某個特定的系統名稱;

3)若作戰節點是某個聯合組織,則可以使用組織的名稱。

獲得全部作戰節點后,還需進一步核查是否都具備完成使命陳述中指定任務的能力,達到使命的預期效果,從而實現使命目標。

2.2.2 作戰任務/活動

任務是使一個使命或功能得以由個人或組織完成的離散事件或行動[1]。在DoDAF2.0中使用“活動”這一術語表示任務。根據聯合作戰需要,任務可分解成多個層級。在作戰視圖OV-1中已經體現出第一級任務,使用作戰資源流描述(OV-2)和作戰活動分解樹(OV-5)能夠獲得低層級任務。

分解作戰任務的要點如下:

1)使用作戰視圖OV-2和OV-5;

2)可使用其他資源輔助任務分解;

3)OV-2中使用的是作戰節點,不是某個特定系統;

4)在映射到下一級任務時,若執行所有子任務的作戰節點相同,則結束映射。

2.2.3 聯合/服務任務列表

通用聯合任務清單(UJTL)是一個在戰略級、戰役級和戰術級戰斗層面最完整的軍事任務清單。按照功能,UJTL又分為部署和調遣、情報、兵力使用、保障、指揮與控制、動員/兵力防護、兵力開發/準備情況/反核生化和高爆、多國/多機構、核生化和高爆威懾9大類。服務任務屬于戰術級任務,服務任務清單由陸軍通用任務清單(AUTL)、海軍陸戰隊任務清單(MCTL)、海軍任務清單(NTL)和空軍通用任務清單(AFUTL)組成[8]。聯合任務清單和服務任務清單是現有任務描述和度量標準的一個權威來源。

本文所涉及的聯合/服務任務列表是由從聯合任務清單和服務任務清單挑選出來的任務組成的。生成聯合/服務任務列表的要點如下:

1)檢索聯合使命線程在聯合任務清單中對應的初級聯合任務;

2)在初級聯合任務中,確定哪些支撐聯合任務和服務任務能映射到JMT的子任務;

3)重點關注戰役級任務和戰術級任務,它們有助于識別JMT任務性能指標;

4)把其他相關的聯合任務中的支撐任務也放入矩陣,作為潛在的任務;

5)對某個任務作為潛在任務不確定時,原則是先放入矩陣,可能會產生好的度量指標。

2.2.4 任務列表度量

聯合任務清單和服務任務清單為每個任務提供度量標準。這些度量標準雖然支持任務度量指標分解,但是它們并不是完整、足夠的,只是識別和羅列了JMT中可能用到的一些任務度量指標。

實現任務列表度量的要點如下:

1)羅列任務列表中聯合任務和服務任務對應的全部度量指標;

2)刪除重復的度量指標,但確保每個指標均映射到相應的任務。

2.2.5 任務屬性

對于任務屬性,它仍描述單元的行動特征。每個任務都擁有多個可觀察的性能維度,以及為每個維度規定一個可接受的性能水平的準則。

生成任務屬性的要點如下:

1)研究作戰人員的任務性能屬性需求;

2)研究列表中聯合任務和服務任務相關屬性;

3)考慮一些常用的任務屬性,例如時效性、效能、完成度、致死率、精確性;

4)詳細設計每個任務的描述,識別出潛在的任務屬性;

5)提問題——該任務是否需要嵌入這個屬性?驗證該屬性用于評估任務的適合性;

6)至少為每個任務匹配一種屬性;

7)為子任務匹配的屬性應是父任務的屬性。

2.2.6 任務度量

每個任務都有相關聯的度量標準,用于評估該任務的屬性。這些任務度量標準將為滿足作戰人員執行任務的需求提供基礎。

實現任務度量的要點如下:

1)利用UJTL手冊中通用指南寫出度量指標;

2)只在合適時才使用任務列表已有的度量指標;

3)至少為每種屬性識別出一種度量指標;

4)確定每種度量指標的尺度和描述;

5)度量指標可適用多個任務層級,如子任務的時效性指標也可能要求父任務具有;

6)控制度量指標數量,盡量使用簡短指標列表。

圖8是任務分解的實現過程,通過繪制1個作戰視圖OV-1和使用5個矩陣對使命描述和任務度量進行關聯,生成一系列可度量的任務性能指標。

圖8 任務分解實現過程

3 智能化作戰效能度量指標體系構建平臺

本文借鑒聯合使命線程度量框架思路,設計智能化作戰效能度量指標體系構建平臺,把生成DoDAF視圖產品的頂層設計-協作論證平臺(TD-CAP)和體系建模與仿真平臺銜接起來。平臺采用“瀏覽器和服務器(B/S)”架構,可作為一個功能模塊集成到未來作戰效能評估的主頁上。界面左側的系統導航欄羅列了使命效能度量(MMOE)、任務性能度量(TMOP)、體系屬性度量(MOSA-1)和系統屬性度量(MOSA-2)4個層次。在每一層中,除了實現度量的各個階段外,還置頂增加了度量指標的分解流程框圖,如圖9所示。它的作用是為了展示各個階段前后順序和交互關系,還可通過點擊流程圖中的每個方框跳轉到相應階段。

圖9 使命分解流程界面

圖10 使命度量界面

度量指標構建界面如圖10所示,它是一個典型的使命度量界面。根據使命度量的分析過程,界面右側自上而下依次顯示使命屬性的特征、使命屬性潛在的度量指標和使命屬性-使命效能度量矩陣,其中，特征、度量和矩陣均以表格形式呈現。矩陣中使命屬性和使命效能度量的映射關系是由作戰指揮員、軍事主題專家(Subject Matter Expert,SME)等專業人士經過反復討論確定,即基于專家經驗完成。為了固化這些專家經驗,矩陣中的映射關系將作為初始訓練樣本保存下來,再構造粗糙集-神經網絡對這些樣本進行訓練,進而，提高度量指標體系構建的效率。訓練流程如圖11所示,具體實現步驟是:首先，使用粗糙集集中降低初始樣本集的維度,在保留原數據集中有用信息的條件下,剔除掉樣本集中的重復對象和冗余條件屬性,生成約簡后的“新樣本”;然后，采用BP神經網絡對這些“新樣本”進行學習和訓練,訓練結果將用于快速確定矩陣中的映射關系,輸出作戰效能度量指標[9-10]。

圖11 粗糙集-神經網絡訓練流程

4 結束語

本文首先分析了基于能力定義的聯合使命線程度量框架,提出從使命效能度量、任務性能度量和系統屬性度量3個指標層級評估作戰效能;然后，建立了聯合使命線程度量指標,重點是對使命和任務進行分解,并詳細闡述它們各自的分解流程;最后，根據度量指標的建立過程,設計了智能化作戰效能度量指標體系構建平臺,通過采用粗糙集-神經網絡訓練和學習各個矩陣中的映射關系,減少指標構建人員工作量。

研究美軍基于聯合使命線程的度量框架,使命級和任務級度量指標的建立過程,可以幫助我軍從使命任務角度理解作戰效能,對我軍作戰效能評估方法研究的流程化、規范化具有很好的借鑒意義。隨著我軍聯合作戰任務清單、各軍種任務清單、作戰能力指標庫的建立,也將為基于聯合使命線程的度量指標分解提供必要的資源基礎。