基于體系工程的軍事模擬訓練中心效費分析研究?

（海軍工程大學 武漢 430033）

1 引言

隨著科學技術的飛速發展，戰爭形態日益體系化、信息化，推動武器裝備朝著復雜化、大型化、信息化的方向發展。但同時武器裝備的造價不斷提高，操作難度不斷增加，用實裝來訓練士兵消耗巨大且形成戰斗力的時間更長。因此，世界各國都開始大力發展軍用軍事模擬訓練器械。據預測，北美地區軍用模擬仿真市場在2019年～2025年之間將達到606億美元，亞太地區預計為426億美元。中國在2018年模擬仿真產業規模達到了3000多億元。

軍事模擬訓練不僅僅可以用于士兵軍事技能訓練，在軍事領域的各個方面都能有所應用，因此建設軍事模擬訓練體系工程的需求日益迫切。體系工程源于系統工程，但高于系統工程，是實現系統最優化的科學，重在項目的規劃和實施，追求不同系統網絡集成的最優化，集成這些系統以滿足某一項目（即體系問題）的目標，具有能力集成、需求復雜、學科交叉、系統交互與平衡工程的特點［1］。

軍事模擬訓練體系工程由軍事訓練系統、武器試驗系統、定期考核系統、軍地技術融合系統、軍事模擬訓練五個系統構成，如圖1所示。其中，軍事模擬訓練中心是軍事模擬訓練體系工程的核心系統，通過與其他四個系統的集成與平衡，形成了從論證試驗到武器升級、從掌握各型裝備操作技能到模擬體系作戰、從軍用到民用、從民用到軍用的四維一體的立體訓練模擬體系，能夠滿足體系作戰指揮模擬、復雜裝備操作培訓、武器研發測試等多目標的需要。

圖1 軍事模擬訓練體系構成

2 效費分析研究現狀

本文主要探究的是基于體系工程的軍事模擬訓練中心的效費分析和綜合評價。在軍事模擬訓練效能評估方面，孫青虎［2］從軍事效益和經濟與社會收益兩個監督建立評價指標，運用綜合評價方法對模擬訓練中心建設的管理效能進行了評估。曾洪祥［3］通過構建系統對抗和戰術場景下的效能評估目標，運用解析法、仿真法和實物外場實驗等方法對雷達電子戰仿真模擬進行了效能評估。高彬［4］提出將在電子對抗模擬系統中加入作戰效能模塊從定量和定性兩個方面對整個模擬電子戰效果進行評估。趙軍倉［5］應用WSEIAC武器系統效能評估原理，對仿真作戰環境中無人攻擊雷達的作戰效果進行了評估。林圣琳［6］提出了一種基于復雜昂貴仿真的體系效能優化算法，并利用某防控體系模擬系統驗證了算法的有效性與可行性。

在費用分析方面，美國國防部最早于20世紀60年代提出了全壽命周期費用概念。目前，在全壽命周期費用估算方法上，國內外學者進行了大量研究。如，Kleyner提出了參數法［7］，Verlinden研究利用人工神經網對費用進行估算研究［8］，陸中等研究了基于著色Petri網法的費用估算方法［9］。

在效費分析上，目前使用較為廣泛的三個準則是最小費用準則、最大效能準則和費效比準則。張堅毅［10］分析了飛行模擬器的效能和和費用影響因素，并在其基礎上分別探究了運用關聯矩陣法和比例法對其進行效費分析。范揚洲［11］提出了二重效費分析模型，即在分析獨立的效能后再結合費用分析進行效費分析。王劍［12］利用可拓學理論模型對大型復雜航空飛行器的效費權衡進行了研究。

本文基于以上研究，探討運用可拓學理論對基于體系工程的軍事模擬訓練中心進行效費分析和綜合評價。在效費分析實例分析中，結合軍事模擬訓練中心效能和費用影響因素的特點，構建了基于改進ADC方法的效能影響因素指標體系和全壽命周期費用影響因素指標體系，通過實證對構建模型的可行性和有效性進行了檢驗。

3 效費分析可拓模型的構建

3.1 可拓學理論的概念

效費分析是對系統費用和效能的綜合研究，是系統費用與效能的權衡，追求裝備效能最大化和最小化是一個相對矛盾、相互對立的多目標決策問題［13］?？赏貙W作為一種解決矛盾的有效方法，可以被用以研究軍事模擬訓練中心的效費權衡問題。

可拓學理論最早由中國學者蔡文提出，它以形式化的模型，探討事物拓展的可能性以及開拓創新的規律和方法，并用于解決矛盾問題［14］?？赏貙W主要包括基元理論、可拓集和可拓邏輯三部分內容?；鳛榭赏貙W的邏輯細胞，是指物元、事元和關系元的集合，通過基元可以從物、事、關系三維角度形式化描述各種復雜問題，并建立相應的可拓模型?？赏丶窃诨幕A上對各種復雜問題進行定性與定量相結合的分析，通過建立關聯函數定量研究復雜問題量變和質變的范圍，并得到相應的穩定域和可拓域。可拓邏輯結合了辯證邏輯和形式邏輯，是可以用計算機表達的基元和可拓集外拓的變換關系。

基于可拓學理論的軍事模擬訓練中心效費權衡正是將效能和費用影響因素作為基元，通過分析效能和費用之間關系不斷外拓更佳方案的過程。

3.2 效費物元可拓模型的構建

步驟1建立高階物元模型

式中，P是指軍事模擬訓練中心方案；E是指效能；E(P)為效能度量值；C為全壽命周期費用；C(P)為費用度量值。

步驟2建立低階物元模型

式中，Ph為對應的第h個方案；X為效費分析影響因素；X(Ph)為效費分析影響因素量值。Ei，Cj（i，j=1，2且i+j=n）分別代表效能影響因素指標和費用影響因素指標；Ei(Ph)，Cj(Ph)分別代表效能指標和費用指標量值。

步驟3確定低階物元模型經典域和節域

對效費的影響因素指標劃分評價等級，并規定相應取值范圍，得到經典域Q3：

式中，Ot為設定的相應的評價等級；Y(Ot)代表各個等級對應指標的取值范圍；，（i，j=1，2且i+j=n）分別代表各個等級對應效能和費用影響因素指標的取值范圍。

根據各個影響因素指標在所有等級內的量值值域，得到基元模型的節域Q4：

式中，Z(Ph)為各方案對應效費分析影響因素指標的規定量值范圍。，（i，j=1，2且i+j=n）對應效能和費用影響因素指標的規定量值范圍。

步驟4利用熵權法確定各指標權重

1）對各指標進行歸一化處理，得到無量綱值。

式中，y為處理后的無量綱值，x為某具體指標評價分值，θ為量值平均數；σ為量值標準差。

2）構造決策矩陣Ruv=Rn×h，h為方案數量，（i+j）為指標數量。

3）計算各個指標的熵值

4）計算各指標熵權權重

根據式（5）～（8）得到各個指標的熵權權重q=（q1，q2…qn）。

步驟5計算每個方案關于各等級的關聯度

計算評價指標X(Ph)所對應的值與的距為ρ（X(Ph)，Y(Ot)），則待評對象第h個方案與評價等級Ot的關聯度Mt表達式為

得到h個方案中每個方案關于各個等級的綜合關聯度Mt(Ph)=(tx1，tx2...txn)。

Max(tx1，tx2...txn)對應的評價等級即為該方案的評價等級。

通過比較各方案的等級確定效費最優的方案，并對效能和費用影響因素中權重值最大相對應的指標進行調整以優化方案。

4 實例分析

4.1 建立軍事模擬訓練中心效能影響因素指標體系

軍事模擬訓練中心是軍事模擬訓練體系工程的核心單元，其效能影響因素不僅包括自身系統的功能實現還包括對軍事模擬訓練體系工程的貢獻程度?？紤]到基于體系工程的軍事模擬訓練中心的特點，因此改進ADC模型建立的效能影響因素指標。在原有可用性、可信性和能力的基礎上加入兼容性和開放性兩項指標。如圖2所示。

圖2 軍事模擬訓練中心效能影響因素指標體系

兼容性是指硬件之間、軟件之間或是軟硬件組合系統之間的相互協調工作的程度；開放性是指包括軟件系統、硬件模塊、分析數據等所有組成部分的開放程度。

4.2 建立軍事模擬訓練中心費用影響因素指標體系

為計算軍事模擬訓練中心全壽命周期費用，按照全壽命周期費用計算公式對軍事模擬訓練中心的不同壽命階段進行分解。

并通過分析各階段費用的構成構建影響因素指標體系。如圖3所示。

圖3 軍事模擬訓練中心全壽命周期費用影響因素指標體系

依照相關數據和資料，確定方案P1、P2和P3，并得到效能和費用影響因素指標的量值如表1所示。

表1 效能和費用影響因素指標量值

4.3 根據效能和費用影響因素指標體系確定物元模型的經典域Q3和節域Q4

根據式（5）～（8）得各指標熵權權重q=（0.1357，0.1336，0.1381，0.1313，0.1313，0.0637，0.099，0.1144，0.0519）。

根據式（9）得到三個方案關于好、較好、一般、差四個等級對應的的關聯度：

由此可知，三個方案評價等級依次為一般，好和較好，因此方案二為效費比最優方案。同時根據各指標熵權重系數，可知在效能層面著重提高能力和可用性、在費用層面著重降低使用保障和建設費用可以更有效的優化方案。

5 結語

本文針對基于體系工程的軍事模擬訓練中的特點，在文獻研究和專家調研的基礎上提出了軍事模擬訓練中心的效能和費用影響因素指標體系，并通過運用可拓學理論建立了效費分析物元模型，最后通過算例驗證了模型的適用性。上述指標體系和模型對科學建設軍事模擬訓練中心、有效評價模擬訓練中心綜合實力、完善模擬訓練體系工程有一定的借鑒意義和應用價值。