裝備保障兵棋動態評估方法研究

熊先巍，陳 琳，王文忠

（海軍勤務學院戰勤指揮系，天津 300450）

0 引言

軍事建模仿真能夠模擬高風險、高成本、難以重復的問題，因而廣泛地運用于輔助決策、機關訓練、裁決評估、預測戰爭等領域。兵棋作為戰爭模擬的工具，采用棋子表示作戰單位、棋盤表示作戰環境、規則和數據支撐推演裁決，在西方國家得到廣泛應用［1］。近年來，兵棋推演正逐漸成為國內研究的熱點。隨著兵棋在裝備保障領域發揮的作用越來越大，針對裝備保障兵棋的研究日益增多，但相對作戰指揮領域而言，裝備保障兵棋的研究還較薄弱［2-6］。

裝備保障能力的發揮依賴于科學的裝備保障方案，對裝備保障方案進行客觀的評價是分析、改進和設計方案的基礎。裝備保障評估包括裝備保障決策、實施至結束的全過程中所開展的分析與評價活動，是裝備保障科學管理的重要組成部分，也是兵棋推演的重要功能之一。因此，結合兵棋推演開展對裝備保障評估的研究具有一定的理論意義和現實意義。本文重點對基于兵棋系統的裝備保障評估方法進行了研究。

1 裝備保障兵棋概述

兵棋是一類強調對抗性的作戰模擬工具。裝備保障兵棋是兵棋原理在裝備保障領域的應用，其功能包括對裝備保障備選方案進行過程推演和評估優化［4］。對裝備保障方案的評估優化通常需要在多個備選保障方案中進行評估和優選，判斷各方案滿足保障目標的程度，最終形成一個具備可行性、能達到預期目標，同時實現保障資源最佳配置的方案。

裝備保障兵棋的要素與常用的兵棋系統一樣，具備棋子、地圖和規則三要素。其中，地圖要素的作用是模擬戰場環境，是兵棋推演參與者展開作戰行動或保障行動的場所。在兵棋推演過程中，兵棋地圖通過可視化方式為兵棋推演人員提供戰場環境信息，同時為軍事模型提供戰場環境信息數據。從地理信息系統中能夠提取環境信息用于分析解決多準則決策問題［7］。兵棋地圖中存儲了海量環境信息數據，包括靜態環境信息和動態環境信息，如圖1 所示。

圖1 兵棋地圖信息類型

由于兵棋推演本身就是一個動態過程，加之建模精度較高的兵棋地圖中不僅包含靜態地理信息，還包括各類動態戰場環境信息，從上述信息中可以提取出對裝備保障行動影響較大的因素進行分析，并用于裝備保障方案的綜合評估。

本文的兵棋動態評估，就是基于兵棋動態推演過程中產生的動態地圖信息對裝備保障方案進行評估。

2 裝備保障兵棋動態評估方法

2.1 兵棋地圖動態評估模型

2.1.1 原理

為充分利用兵棋地圖中的信息對裝備保障方案進行評估，在裝備保障兵棋基礎上建立兵棋地圖動態評價模型。

裝備保障兵棋地圖動態評估法就是基于兵棋地圖動態評估模型，充分利用兵棋地圖中的靜態和動態信息對保障方案進行評估。兵棋地圖動態評估模型的基礎是兵棋地圖模型。地圖模型可分為環境要素模型和環境交互模型，要素模型和交互模型所描述的內容如圖2 所示。

圖2 兵棋地圖模型

為了降低建模難度同時提高計算效率，兵棋地圖采用網格化技術，將復雜的戰場環境進行適度,抽象簡化。網格化技術首先將戰場環境劃分為統一大小形狀的網格單元，網格單元可以采用三角形、正方形、六邊形等，目前主流兵棋通常采用六邊形網格［8］。將戰場環境劃分為大小形狀一致的網格后，選取各個網格范圍內具有代表性的環境屬性作為該網格的主特征，并在網格中存儲對應的戰場環境信息。

地圖網格中存儲的戰場環境信息，會對兵棋棋子的打擊能力、機動能力、偵查能力、防護能力等產生影響，因此，基于兵棋地圖模型能夠對多項效能進行分析評價。

2.1.2 方法

構建裝備保障兵棋地圖動態評估模型的重點是確定兵棋地圖中的戰場環境信息對裝備保障行動效能的影響。對裝備保障行動影響較大的環境因素包括地形地貌、天氣水文、建筑物和障礙物等，環境因素對裝備保障的影響包括：影響部隊的機動性，進而影響裝備保障任務的時效性和滿足率；影響部隊偵察能力、打擊能力和防衛能力，影響武器裝備的效能，進而影響裝備保障任務的傷亡率和戰損率等。考慮到兵棋建模實際，可根據具體問題建模，將影響因素進行篩選，選取重要的代表性因素，從而降低建模難度。

2.2 裝備保障兵棋地圖動態評估流程

基于裝備保障兵棋地圖中的戰場環境信息能夠輔助實現裝備保障動態評估，流程如下頁圖3 所示。

2.2.1 建立兵棋地圖動態模型

首先，建立兵棋地圖環境要素模型。環境要素模型的基礎是地理環境信息數據庫。根據評估目的和需求明確需要考慮的環境要素，并確定模型的精度。然后，在環境要素模型基礎上，結合戰場動態信息，建立環境交互模型，交互模型重點分析環境要素之間、戰場環境與戰場行動之間的相互影響。環境要素模型可以是靜態的，但交互模型應當是動態的。

圖3 裝備保障兵棋地圖動態評估流程

2.2.2 構建裝備保障評估指標體系

裝備保障方案的評估主要是對方案的可行性、效益性以及風險性進行評價。合理的評估指標體系是科學評價的基礎。因此，基于眾多指標構建恰當的指標體系是裝備保障評估的基礎問題之一。

針對不同的目標可以建立不同的評價指標體系結構形式。對于簡單系統通常采用層次結構評價指標體系，如圖4（a）所示，層次結構指標體系中的指標之間相互關系較為簡單，同層次指標之間獨立不相關［9］。對于復雜系統而言，評估指標往往難以分離或評估模型本身尚未確定，此時應采用網絡結構評價指標體系，如圖4（b）所示［10］。網絡型評價指標體系中，各層次指標相互之間存在復雜的關系，某一層次的指標可影響同層次或其他層次的指標，同時又可能直接或間接地受到同層或其他層指標的影響［9-10］。

如圖4 所示，網絡型結構指標體系可以分為控制層和網絡層兩部分：控制層包括系統目標及決策準則；網絡層由所有受控制層支配的、相互作用的元素組成。由圖4 可知，層次型結構指標體系實際上是網絡型結構指標體系的簡化。

2.2.3 實施裝備保障綜合評價

圖4 指標體系類型

利用建立的兵棋地圖動態模型進行裝備保障評估，分析兵棋地圖中靜態環境信息和動態戰場信息與裝備保障評估指標之間的關系，并對上述因素之間的關系進行定性或定量描述，在量化過程中，需要注意對不同類型指標和數據的規范化處理。針對具體的裝備保障方案，首先，確定兵棋地圖各網格內任務部隊單元的屬性和保障需求量，提取保障方案所涉及地圖網格塊中的數據信息。根據評估指標體系中的指標，依照戰場環境信息與指標之間的對應關系，將地圖網格中的戰場環境數據換算為指標值。最后，選取合適的綜合評價方法對各保障方案進行評估并擇優排序。對于層次型指標體系可以采用Saaty 創立的層次分析法（AHP），對于較復雜的網絡型指標體系可使用Saaty 改進的網絡分析法（ANP）解決［9-10］。

3 裝備保障兵棋動態評估應用實例

以裝備保障路徑優選為例，構建兵棋地圖動態評估模型并對備選保障方案進行分析。在裝備保障兵棋演練中，當任務部隊的某裝備物資出現短缺時，向保障部隊提交保障申請，保障部隊接收到指令后，根據補給供應模型計算，確定物資滿足保障需求、運輸工具滿足輸送需求后，確定可行的路線，如下頁圖5 所示。

如圖5 所示，保障部隊（A）向任務部隊（B）提供裝備保障，給出了3 種可行的保障路徑備選方案。裝備保障路徑的選擇將會影響整個戰爭保障的效率，為了擇優選出高效的保障方案，可以按照以下步驟構建兵棋動態評估模型，基于模型對保障方案進行評價。

圖5 裝備保障方案路徑示意圖

第1 步，依據具體問題建立地圖動態模型。對于上述裝備保障問題，決策者需要考慮裝備物資和運輸工具是否滿足需求、輸送途中和卸載地域可能遇到的各種情況等。針對上述問題選取相關的靜態和動態地理環境要素和戰場動態要素進行建模，例如：考慮機動能力，就需要重點對地形和天氣等因素進行建模；考慮運輸能力，就需要對道路橋梁等信息進行建模；考慮防護能力，就需要重點對戰場動態因素進行建模。

第2 步，針對保障目標構建裝備保障評價指標體系。上述裝備保障路徑優選的問題本質上是選擇一個最優方案，使其能夠實現裝備保障效能最大化和資源配置最優化，同時確保風險盡可能小。圍繞裝備保障的系統目標，可以設定保障效能、成本、風險3 個一級指標，然后進一步細化指標準則。指標之間存在較復雜的相互作用，例如，機動性不僅受地形和氣候、道路通行性的影響，還會受到敵情影響。鑒于上述指標之間的復雜關系，選擇網絡型結構指標體系對其進行分析，建立保障方案路徑優選的ANP（網絡分析法）評價模型，如圖6 所示。

圖6 保障路徑方案效能評估的網絡分析評價模型

第3 步，基于動態評估模型和評估指標體系對備選方案進行綜合評價。根據裝備保障兵棋動態評估法的原理，分析地圖模型中的信息與評估指標之間的關系，對各項指標進行解析量化。首先，對圖5中的3 種可行保障方案展開定性分析：

1）保障方案1：方案1 的保障路徑經過10 個兵棋地圖網格，其中包括1 個城鎮居民點網格，9 個平原網格，路徑中無明顯坡度變化；保障路徑經過的網格中無明顯植被覆蓋，防護性能略差，且路徑中距離居民和湖泊等顯著標記物較近，存在一定遭遇敵軍空襲的風險。

2）保障方案2：方案2 的保障路徑途經8 個兵棋地圖網格，其中包括1 個山林地的網格，其余7個平原網格，不經過居民點；保障路徑中包括一段山地公路，如果保障單元是采用貨運卡車進行輸送，可忽略網格坡度起伏的影響；保障路徑中的起伏地形和植被覆蓋可提高防護性，遭遇敵軍的風險較低。

3）保障方案3：方案3 的保障路徑經過10 個兵棋地圖網格，包括2 個灌木草叢和1 個森林地塊，經過1 座跨河流的公路橋梁，不經過山地和居民點；保障路徑中經過2 個灌木草叢和森林地塊的植被覆蓋可提高一定隱蔽性，遭遇敵軍的風險較低，但是由于路徑中途徑一座跨河橋梁，屬于較明顯的標志物，遭遇敵軍空襲的風險較大。

在上述定性分析基礎上，分別對各指標參數進行定量分析和數學建模。文獻［11］中研究了作戰仿真系統中的數據量化問題，對包括機動要素、防護要素、保障要素等作戰要素進行了分析。針對本例中的兵棋地圖動態評估模型，下頁表1 中給出了一組可行的模型參數量化方法。

基于圖6 中網絡型指標體系，采用網絡分析法（ANP）對保障點備選方案進行綜合評價。Saaty 提出的網絡分析法是對他本人創立的層次分析法（AHP）的改進，兩種方法的理論基礎都是基于對定量和定性指標在絕對標度上的相對度量，區別主要在于指標體系不一樣：層次分析法的指標體系是圖4（a）所示的層次型結構；網絡分析法的指標體系是圖4（b）所示的網絡型結構［10］。對于復雜的裝備保障問題而言，采用網絡型結構指標體系能夠更全面地考慮各類因素相互作用對保障全局目標的影響，能夠構建一個比層次型結構指標體系更接近客觀現實的指標體系。由于網絡分析法涉及超矩陣運算，計算非常復雜，手工運算難度極大，通常需要借助計算機軟件求解。目前用于超矩陣運算的軟件主要是Super Decision（SD 超級決策）軟件，該免費軟件由Saaty 教授參與研發，能夠用于求解AHP 和ANP 問題。

依據專家對模型中的指標要素進行兩兩判斷打分，由ANP 法可計算得到如表2 所示的指標權重。

表1 兵棋地圖動態評估模型參數表

表2 指標權重

基于表1 對各指標參數的分析計算和表2 的權重，結合采集的專家成對比較信息，構造超矩陣并通過Super Decisions 軟件計算極限超矩陣，匯總綜合評價，得到各方案的綜合評價值如表3 所示。

表3 保障方案綜合評價值

上述評價過程和結果表明：方案1 和方案2 的綜合評價值相差不大，前者路徑多平原具有較好機動性和通行性，后者路徑總距離較短但途徑地形復雜，兩個方案在效能與風險方面各有優勢。由于專家賦予效能指標的權重比風險指標更高，方案1 的綜合評分略高于方案2。相比之下，方案3 在效能、成本和風險方面均不占優勢，因此，在備選方案中得分最低。從而可以確定方案1 為最優的保障路徑方案，方案2 為次優，評估結束。

4 結論

裝備保障效能的高低對作戰進程和結果有著重要影響，應當站在全局的角度，綜合分析，總體謀劃，運用科學方法和手段進行評估論證，科學運用保障方式方法，避免決策失誤造成的不良后果。本文就裝備保障兵棋動態評估方法進行了初步研究，構建了兵棋地圖動態評估模型，模型能夠在動態的兵棋推演中利用動態戰場環境信息，對裝備保障方案的保障效能進行評估，為選擇、優化和制定科學合理的保障方案提供有效手段，有助于充分利用保障資源，實現高效保障。