基于ABMS的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析方法

蒲 瑋， 李 雄， 劉中晅

(1. 裝甲兵工程學院裝備指揮與管理系， 北京 100072； 2. 裝甲兵工程學院信息工程系， 北京 100072)

基于ABMS的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析方法

蒲 瑋1， 李 雄1， 劉中晅2

(1. 裝甲兵工程學院裝備指揮與管理系， 北京 100072； 2. 裝甲兵工程學院信息工程系， 北京 100072)

針對網(wǎng)絡(luò)化裝備保障體系復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)特性，提出了一種基于Agent建模與仿真(Agent-Based Modeling and Simulation，ABMS)的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析方法。對裝備保障方案決策分析進行了形式化定義，構(gòu)建了其分析方法的總體框架；基于裝備保障方案決策準則，從保障效益、保障代價和保障效率3個角度，構(gòu)建了可動態(tài)仿真實測的決策分析指標體系；基于裝備保障方案變量分析，構(gòu)建了由編成編組結(jié)構(gòu)模型、通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型、指揮交互規(guī)則模型和狀態(tài)行為規(guī)則模型構(gòu)成的多Agent保障模型體系。以3種典型的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的決策分析為示例，驗證了方法的可行性與有效性。

網(wǎng)絡(luò)化裝備保障； 裝備保障方案； 決策分析； ABMS

裝備保障方案是指裝備保障指揮員及其指揮機關(guān)依據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)，對裝備保障力量體系結(jié)構(gòu)、組織運用過程和保障資源配置等裝備保障工作做出的基本安排和總體構(gòu)想[1]，是裝備保障指揮決策的核心內(nèi)容，決定著裝備保障效能的發(fā)揮，為保持和恢復(fù)部隊戰(zhàn)斗力提供基本的物質(zhì)支撐[2]。網(wǎng)絡(luò)化裝備保障[3]是以復(fù)雜性科學和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為指導[4]，以指揮信息系統(tǒng)為支撐，以戰(zhàn)場態(tài)勢共享為基礎(chǔ)，各種保障要素、保障單元和保障系統(tǒng)形成一個有機整體[5]，廣泛采取自組織、自適應(yīng)和自同步的協(xié)同方式，按照部署分散、效能聚焦的總體要求，以及“需求驅(qū)動、實時感知、自主協(xié)同、規(guī)則約束、整體聯(lián)動、精確高效”的運用原則，進行整體聯(lián)動保障[6]。網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的決策分析就是針對網(wǎng)絡(luò)化裝備保障的復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)特性，按照一定的評價準則，利用某種技術(shù)或方法建立網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案評價模型，對2個或2個以上的裝備保障備選方案的效能進行評估，形成綜合評價結(jié)果，從而優(yōu)選出裝備保障方案，為裝備保障指揮員最后定下決心提供決策依據(jù)。

目前，裝備保障方案決策分析方法主要有主觀判斷法、統(tǒng)計分析法、數(shù)學解析法和仿真模擬法。1)主觀判斷法，是指根據(jù)指揮員及其參謀人員的主觀經(jīng)驗進行判斷分析的方法。其優(yōu)點是操作簡便，對實際數(shù)據(jù)和工具平臺的要求較低，便于快速形成評價結(jié)論，是傳統(tǒng)戰(zhàn)爭條件下廣泛采用的決策分析方法；缺點是決策分析結(jié)果易受主觀因素的影響。2)統(tǒng)計分析法，是指通過對以往積累的裝備保障方案執(zhí)行結(jié)果數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，并根據(jù)概率統(tǒng)計規(guī)律形成方案與結(jié)果的概率映射關(guān)系，對裝備保障方案的執(zhí)行預(yù)期進行判斷的方法。其優(yōu)點是可信度高、說服力強；缺點是由于我軍長期以來缺乏戰(zhàn)爭實踐，對實戰(zhàn)過程中的裝備保障數(shù)據(jù)積累不多，因此限制了該方法的應(yīng)用。3)數(shù)學解析法，是指通過建立保障方案評價指標與給定條件之間的解析表達式(函數(shù)關(guān)系)，進而綜合分析保障方案的方法，主要包括馬爾科夫隨機過程、層次分析法、模糊評判法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和云模型等方法[7-9]。其優(yōu)點是定量精確、邏輯嚴密、可信度高，適于解決保障數(shù)據(jù)較為充分的局部具體的保障問題；缺點是對復(fù)雜保障系統(tǒng)構(gòu)建解析表達式較為困難，且假設(shè)約束較多。4)仿真模擬法，是指充分利用計算機仿真推演技術(shù)，通過構(gòu)建反映裝備保障方案隨機變量和保障過程的模型體系，在實際作戰(zhàn)前進行超實時的仿真推演，利用收集的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進行保障方案的決策分析的方法[10]。其優(yōu)點是能較好地表述裝備保障過程中大量存在的隨機因素，較完整地描述保障行動過程，方便與作戰(zhàn)任務(wù)相結(jié)合，且可作為輔助決策手段嵌入到指揮信息系統(tǒng)中構(gòu)建仿真實驗平臺；缺點是傳統(tǒng)的建模與仿真方法已難以適應(yīng)基于信息系統(tǒng)體系作戰(zhàn)的特性，難以有效地描述作戰(zhàn)實體之間基于規(guī)則的自組織和自同步關(guān)系。

近年來，基于Agent的建模與仿真(Agent-Based Modeling and Simulation，ABMS)方法已成為解決復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真分析應(yīng)用較為廣泛的方法學[11-16]。其中：由美國海軍分析中心、海軍陸戰(zhàn)隊作戰(zhàn)實驗室等單位發(fā)起，相關(guān)國家的科研院所參與，針對作戰(zhàn)仿真實際需要，基于多Agent建模方法和理論，相繼開發(fā)的EINSTein等作戰(zhàn)建模與仿真系統(tǒng)[17]最有代表性，該系統(tǒng)能完成包括網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)在內(nèi)的復(fù)雜自適應(yīng)作戰(zhàn)系統(tǒng)的建模與仿真分析，已在作戰(zhàn)效能評估[18]等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

為此，筆者借鑒吸收ABMS方法在作戰(zhàn)方案評估優(yōu)選、裝備體系效能評估等領(lǐng)域成功應(yīng)用的經(jīng)驗，探索研究網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析方法，充分利用ABMS方法對復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)的描述能力，基于網(wǎng)絡(luò)化裝備保障決策的軍事需求分析，對網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析進行形式化定義，提出并設(shè)計分析方法的總體框架和網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策準則，構(gòu)建裝備保障方案決策分析指標體系；基于網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案變量分析，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的多Agent模型體系，形成了一套較為完整的基于ABMS的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析方法，以期為裝備保障指揮員進行網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的決策分析提供有效手段，為進行網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析輔助決策系統(tǒng)的開發(fā)奠定良好的理論基礎(chǔ)。

1 網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析的定義和總體框架設(shè)計

1.1 形式化定義

網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析(Decision Analysis，DA)可以定義為一個3元組：DA={SESS，F(xiàn)DAM，SDAR}。其中：SESS={Si}，為需要進行決策分析的保障方案集，Si為第i個保障方案，i=1,2, …,n；FDAM=FDAM(Si)，為保障方案決策分析模型；SDAR={Ri}，為保障方案決策分析結(jié)果集，Ri=FDAM(Si)，為第i個保障方案的決策分析結(jié)果。

由此可見：網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的決策分析過程可視為一個以不同保障方案為自變量、以決策分析模型為函數(shù)、以決策分析結(jié)果為因變量的函數(shù)映射過程。筆者提出的基于ABMS的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析方法就是這樣一個決策分析函數(shù)。

1.2 決策分析方法的總體框架設(shè)計

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析的定義，設(shè)計了決策分析方法的總體框架，如圖1所示。具體決策分析過程如下：

1)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策過程的需求分析。即按照網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策的關(guān)鍵影響因素，確立網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策的準則；并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的內(nèi)容，確定網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的參數(shù)變量，為構(gòu)建決策分析指標體系和多Agent模型體系奠定基礎(chǔ)。

2)以網(wǎng)絡(luò)化裝備保障決策準則為依據(jù)，構(gòu)建裝備保障方案決策分析指標體系，并確保末級指標均可通過仿真推演數(shù)據(jù)進行直接計算。

3)根據(jù)軍事需求分析中確定的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的參數(shù)變量以及決策分析末級指標的計算要求，確定Agent模型分辨率，并針對不同變量分別構(gòu)建多Agent模型，形成網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的Agent仿真模型體系。

4)在確定決策分析指標體系和網(wǎng)絡(luò)化裝備保障Agent模型體系的基礎(chǔ)上，基于Agent裝備保障仿真實驗平臺，按照待決策分析保障方案的內(nèi)容，設(shè)置保障Agent模型，并對保障Agent進行任務(wù)部署；然后，根據(jù)待決策分析保障方案將應(yīng)用的作戰(zhàn)方案，設(shè)置作戰(zhàn)想定，并根據(jù)指標體系設(shè)置仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計需求；最后，當完成所有仿真條件設(shè)置后，即進行仿真推演，并迭代修正仿真模型和指標體系模型。

5)按照決策分析指標要求收集整理仿真推演的過程和結(jié)果數(shù)據(jù)，并依據(jù)指標體系進行決策分析，形成綜合評價結(jié)果和優(yōu)選方案。

圖1 網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析方法總體框架

2 網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策準則與決策分析指標體系構(gòu)建

2.1 決策準則

決策準則是評價裝備保障方案優(yōu)劣的基本標準，也是構(gòu)建裝備保障決策分析指標體系的基本依據(jù)。根據(jù)裝備保障指揮的基本要求，網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析應(yīng)遵循如下3個基本準則：

1)提高裝備保障效益，更好地服務(wù)作戰(zhàn)需要。裝備保障的目的是為保持和恢復(fù)部隊作戰(zhàn)能力提供裝備維修、彈藥補給等保障。衡量裝備保障方案的出發(fā)點和落腳點，就是按照該方案所實施的裝備保障活動為整個作戰(zhàn)體系所提供的裝備保障服務(wù)是否滿足要求，以及滿足要求的程度。因此，提高保障效益是網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策的首要準則。

2)提高裝備保障效率，降低裝備保障代價。在判斷保障方案的優(yōu)劣時，還應(yīng)考慮裝備保障效率(如裝備修復(fù)效率、彈藥補給效率等)和裝備保障代價(如保障裝備的戰(zhàn)損、彈藥和器材的損失等)。一般而言，保障效率越高越好，保障代價越小越好。

3)整體性效果(體系效能涌現(xiàn))?！皠討B(tài)、整體、對抗”是復(fù)雜系統(tǒng)的重要特性，網(wǎng)絡(luò)化裝備保障決策分析必須體現(xiàn)其整體性效果或體系效能涌現(xiàn)特性。進行網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析應(yīng)根據(jù)復(fù)雜系統(tǒng)的特點，從整體上動態(tài)、對抗地進行網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析，以提高決策的科學性和準確性。

2.2 決策分析指標體系構(gòu)建

網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析在本質(zhì)上是一個方案尋優(yōu)的過程，即依據(jù)決策準則確立的基本原則，構(gòu)建定量可測的決策分析指標體系，確定保障方案的優(yōu)劣。

構(gòu)建傳統(tǒng)的基于能力[19-20]決策分析或效能評估指標體系時，首先，將保障能力分解為信息系統(tǒng)支撐能力、指揮控制能力、搶救能力、搶修能力、彈藥補給能力和器材補給能力等；然后，分別構(gòu)建各級指標。這種構(gòu)建方法構(gòu)建的指標體系層級多、指標多，且需要進行加權(quán)平均，才能對方案的總體情況進行評價，而加權(quán)平均可能會丟失對決策起關(guān)鍵作用的數(shù)據(jù)或信息。因此，該方法較適合于靜態(tài)的分項能力評估。對于網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析，由于其具有復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)特性，需要進行動態(tài)綜合評估。筆者根據(jù)所確立的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策準則，從保障整體性效果的角度來構(gòu)建其決策分析指標體系，如圖2所示，即從保障效益、保障代價和保障效率3個方面對保障方案進行衡量[21]，盡可能地減少指標層次和指標數(shù)據(jù)。

圖2 裝備保障方案決策分析指標體系

2.3 指標分析

2.3.1 保障效益類指標

裝備保障效益類指標包括裝備參戰(zhàn)率、彈藥攜行率和裝備修復(fù)率3個二級指標。

1)裝備參戰(zhàn)率(P11)

該指標可有效反映保障方案的總體內(nèi)容對保持和恢復(fù)部隊戰(zhàn)斗力的有效程度。

2)彈藥攜行率(P12)

該指標可有效反映彈藥儲供力量對參戰(zhàn)裝備的彈藥保障情況。

3)裝備修復(fù)率(P13)

該指標可有效反映裝備搶修、搶救工作的有效性。

2.3.2 保障代價類指標

裝備保障代價類指標包括保障裝備損失率、器材損失率和彈藥損失率3個二級指標。

1)保障裝備損失率(P21)

該指標反映了裝備保障過程中由于保障力量部署和運用等原因造成的保障裝備損失情況。

2)器材損失率(P22)

該指標反映了裝備保障過程中由于器材儲供力量部署和運用等原因造成的維修器材非使用性損耗。

3)彈藥損失率(P23)

該指標反映了裝備保障過程中，由于彈藥儲供力量部署和運用等原因造成的彈藥非使用性損耗。

2.3.3 保障效率類指標

裝備保障效率類指標包括裝備平均恢復(fù)時間和彈藥平均補給時間2個二級指標。

1)裝備平均恢復(fù)時間(P31)

該指標可有效反映裝備搶救、搶修分隊對待救、待修裝備實施搶救、搶修的效率高低。

2)彈藥平均補給時間(P32)

該指標可有效反映彈藥保障分隊對彈藥保障需求的響應(yīng)速度。

3 網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案變量分析與多Agent模型構(gòu)建

3.1 變量分析

網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的變量分析旨在使所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障多Agent模型體系能反映待決策保障方案的不同內(nèi)容，從而在仿真推演數(shù)據(jù)中反映不同保障方案的保障效果，為保障決策提供依據(jù)。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策過程的需求分析，網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的主要內(nèi)容包括：對現(xiàn)有裝備保障力量及資源的分配、通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)化裝備保障力量的戰(zhàn)場部署、保障指揮交互關(guān)系和保障受控與自主行動規(guī)則。據(jù)此，提出的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的主要變量如表1所示。根據(jù)保障方案的定義，其集合形式為Si={Gi,Ni,Pi,CRi,ARi}，網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的多Agent模型必須具備能夠反映出保障方案變量對決策分析結(jié)果產(chǎn)生影響的基本功能。

3.2 編成編組結(jié)構(gòu)建模

Agent編成編組結(jié)構(gòu)建模的主要目的是對網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案中的編成編組(G)進行描述，對裝備保障系統(tǒng)中各保障Agent及它們之間的指揮控制關(guān)系與組織單元進行描述，為其他模型提供組織結(jié)構(gòu)知識。編成編組結(jié)構(gòu)模型主要包括保障Agent、保障Agent組織單元和指揮控制關(guān)系3個模型要素，某作戰(zhàn)部隊編成編組結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

表1 網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的主要變量

圖3 某作戰(zhàn)部隊編成編組結(jié)構(gòu)模型

該模型為一個典型的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障編成編組模式，按照要素合成方式組建了上裝搶修、底盤搶修、彈藥儲供、器材儲供和搶救保障單元，各單元在作戰(zhàn)部隊裝備保障指揮Agent的統(tǒng)一指揮下行動。

3.3 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建模

Agent通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建模的主要目的是對網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案中的通信網(wǎng)絡(luò)(N)進行描述。通過通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建?？蓪M織結(jié)構(gòu)模型確定的保障Agent內(nèi)部的信道設(shè)備及其通信組網(wǎng)關(guān)系進行描述，為保障仿真推演過程中保障Agent間交互通信提供信息可達性判斷。通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型主要包括保障Agent、保障指揮信道設(shè)備、保障指揮通信網(wǎng)絡(luò)和保障指揮通信信道4個模型要素，如圖4所示。該模型描述了網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案中確定的指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，即依托保障Agent所具備的信道設(shè)備，構(gòu)建部隊級保障指揮網(wǎng)和各保障單元內(nèi)部的單元指揮網(wǎng)，以及技術(shù)偵察要素與部隊保障指揮要素間的保障情報網(wǎng)，通過Agent內(nèi)部的不同信道設(shè)備實現(xiàn)信息共享，所有網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的保障要素Agent均實現(xiàn)了信息互聯(lián)互通，為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障提供信息基礎(chǔ)環(huán)境。

3.4 指揮交互規(guī)則建模

Agent指揮交互規(guī)則建模的主要目的是對網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案中的保障指揮規(guī)則變量(CR)進行描述。通過指揮交互規(guī)則建模可對裝備保障Agent之間的指揮控制和協(xié)同交互等規(guī)則進行描述，為保障多Agent之間根據(jù)保障任務(wù)目標需要進行的交互行為提供協(xié)議支撐。指揮交互規(guī)則模型主要包括Agent保障角色、保障指揮交互動作、保障指揮決策動作、保障交互關(guān)系、保障分支交互關(guān)系和保障內(nèi)部執(zhí)行過程6個模型要素，如圖5所示。該模型描述了在網(wǎng)絡(luò)化裝備保障過程中，當某保障要素Agent根據(jù)保障需求情況判斷無法獨立完成任務(wù)時，即主動向上級指揮Agent發(fā)出支援請求，并在獲得批準后，協(xié)同和控制支援Agent共同完成保障任務(wù)的交互關(guān)系。

圖4 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

圖5 指揮交互規(guī)則模型

3.5 狀態(tài)行為規(guī)則建模

Agent狀態(tài)行為規(guī)則建模的主要目的是對網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案中的保障行動規(guī)則(AR)和戰(zhàn)場部署(P)中的任務(wù)區(qū)域、保障對象的動態(tài)調(diào)整分量進行描述。通過狀態(tài)行為規(guī)則建模,可對裝備保障單個Agent在不同裝備保障需求信息驅(qū)動和自身狀態(tài)情況判斷下的行為方式進行描述，為保障Agent的智能決策提供決策規(guī)則支撐。狀態(tài)行為規(guī)則模型主要包括保障工作狀態(tài)、初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移、狀態(tài)轉(zhuǎn)移、初始執(zhí)行流程、執(zhí)行流程、并行狀態(tài)、詳細狀態(tài)、動作執(zhí)行和動作分支9個模型要素，如圖6所示。該模型描述了一個裝備搶修要素Agent的狀態(tài)行為規(guī)則，主要包括了等待命令/自主決策、機動、展開、維修和撤收5個1級狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移規(guī)則關(guān)系，以及多個2級狀態(tài)。其中：等待命令/自主決策狀態(tài)包括接收命令和自主決策2個并行狀態(tài)；機動執(zhí)行狀態(tài)包括詳細狀態(tài)描述，在詳細狀態(tài)描述中可對該狀態(tài)下的具體動作執(zhí)行過程進行模型描述。

圖6 狀態(tài)行為規(guī)則模型

4 示例分析

4.1 仿真實驗條件

4.1.1 仿真實驗作戰(zhàn)想定

為仿真驗證基于ABMS的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析方法的可行性與有效性，構(gòu)設(shè)了“某數(shù)字化機步旅對機動防御之敵進攻戰(zhàn)斗”的仿真實驗作戰(zhàn)想定，主要內(nèi)容如下：

1)戰(zhàn)場環(huán)境為中等起伏丘陵地；

2)作戰(zhàn)階段劃分為機動接敵、立體突破、縱深戰(zhàn)斗和轉(zhuǎn)入防御4個階段；

3)作戰(zhàn)兵力規(guī)模紅方為1個數(shù)字化機步旅，藍方為1個數(shù)字化戰(zhàn)車營特遣隊；

4)信息通聯(lián)情況為紅、藍雙方分別組建戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)；

5)仿真粒度為單裝平臺級。

4.1.2 裝備保障方案設(shè)計

根據(jù)數(shù)字化機步旅裝備保障力量體系、保障能力和網(wǎng)絡(luò)化裝備保障的運行特點與要求，設(shè)計3個方案對決策分析方法的實際應(yīng)用效果進行驗證。

方案1：保障力量集中部署。主要內(nèi)容為：將機步旅的本級保障力量按照編制序列集中使用，集中配置于后方保障地域，戰(zhàn)斗分隊依托各自保障力量進行伴隨保障；當出現(xiàn)保障需求后，旅本級根據(jù)情況臨時組合保障力量，前出執(zhí)行保障任務(wù)。

方案2：要素模塊分散部署。主要內(nèi)容為：將機步旅的本級保障力量人員、裝備、器材等按照專業(yè)屬性編組為上裝修理、底盤修理、器材補給、彈藥補給和保障指揮等要素模塊，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)分散部署在整個作戰(zhàn)任務(wù)區(qū)域內(nèi)，根據(jù)保障需求自適應(yīng)地進行現(xiàn)地搶救、搶修和補給等保障任務(wù)。

方案3：單元模塊逐級部署。主要內(nèi)容為：在上一個要素模塊分散部署方案的基礎(chǔ)上，將編組的要素單元進一步抽組為較為穩(wěn)定的基本保障單元、前進保障單元和指揮單元等保障組織單元，分別部署于旅本級后方保障地域、各作戰(zhàn)分隊的后方保障地域，形成前后銜接的力量部署方式，并依托保障規(guī)則，實現(xiàn)集中統(tǒng)一指揮與自主協(xié)同行動的統(tǒng)一。

4.1.3 仿真實驗結(jié)束條件

仿真推演的結(jié)束時刻為數(shù)字化機步旅完成作戰(zhàn)任務(wù)時間點。由于作戰(zhàn)過程的動態(tài)性與不確定性，作戰(zhàn)任務(wù)完成時間往往難以確定，因此筆者從如下3個條件來確定戰(zhàn)斗結(jié)束時間。在仿真過程中，只要滿足其中任一條件，則仿真結(jié)束。

1)數(shù)字化機步旅主要裝備戰(zhàn)損率達到50%，已不能有效地組織進攻作戰(zhàn)；

2)數(shù)字化機步旅實現(xiàn)了預(yù)定作戰(zhàn)目標，占領(lǐng)了預(yù)定地域；

3)藍軍主要裝備戰(zhàn)損率達到65%，已不能有效地組織防御。

4.1.4 仿真實驗平臺系統(tǒng)

利用筆者所在實驗室自主開發(fā)的“通用裝備保障編組智能推演系統(tǒng)”(軟件著作權(quán)登記號為2014SR201727)進行仿真實驗。該實驗平臺的體系結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要包括6個功能模塊和2個工具，可完成作戰(zhàn)想定輸入、保障力量輸入、保障方案輸入、仿真推演、顯示控制和仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示等主要功能。

圖7 仿真實驗平臺體系結(jié)構(gòu)

4.2 仿真實驗過程

仿真實驗主要包括作戰(zhàn)想定設(shè)置、保障力量設(shè)置、保障方案設(shè)置和仿真推演4個階段。

4.2.1 作戰(zhàn)想定設(shè)置

通過戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)編輯工具和作戰(zhàn)任務(wù)數(shù)據(jù)編輯工具對仿真實驗想定進行編輯，生成想定數(shù)據(jù)文件。然后利用系統(tǒng)的作戰(zhàn)想定讀取模塊加載作戰(zhàn)想定數(shù)據(jù)，為保障方案的推演提供作戰(zhàn)背景和裝備保障需求來源。

4.2.2 保障力量設(shè)置

保障力量設(shè)置包括人員編制設(shè)置、裝備編配設(shè)置、器材儲備設(shè)置和彈藥儲備設(shè)置，分別對裝備保障方案中使用的人員類型與數(shù)量、裝備種類與數(shù)量、器材種類與數(shù)量、彈藥種類與數(shù)量進行設(shè)置。

4.2.3 保障方案設(shè)置

保障方案設(shè)置是仿真條件設(shè)置的核心。首先，確定需要決策分析的多個保障方案；其次，對每一個保障方案的裝備保障力量編成編組、保障力量到Agent的映射關(guān)系、保障Agent的任務(wù)和部署以及保障Agent的仿真模型進行設(shè)置，保障方案中保障Agent的初始態(tài)勢部署設(shè)置如圖8所示。

圖8 保障Agent初始態(tài)勢部署設(shè)置

4.2.4 仿真推演

啟動仿真運行，仿真系統(tǒng)會按照預(yù)先指定的作戰(zhàn)方案和裝備保障方案，在一定的規(guī)則驅(qū)動下進行自動智能推演。仿真運行態(tài)勢及其實時Agent交互監(jiān)控界面如圖9所示。

圖9 仿真運行態(tài)勢及實時Agent交互監(jiān)控界面

4.3 仿真結(jié)果及決策分析

在相同作戰(zhàn)背景下，對每個保障方案進行10次仿真實驗，以盡可能地減少仿真實驗中隨機性和不確定性問題的影響。仿真結(jié)果取10次仿真實驗結(jié)果的算術(shù)平均值。

4.3.1 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)

根據(jù)仿真結(jié)果，按照決策分析指標的計算公式，得到各指標值按作戰(zhàn)階段時間的分布情況，如圖10所示。將各指標作戰(zhàn)階段的時間分布值求平均，得到各決策分析指標作戰(zhàn)全過程的平均值，如表2所示。

圖10 決策分析指標值的作戰(zhàn)階段時間分布

表2 決策分析指標的平均值

保障方案決策分析指標 P11/%P12/%P13/%P21/%P22/%P23/%P31/minP32/min170．972．525．910．110．320．9130．8951．64279．880．134．229．920．535．187．1225．73386．284．340．117．85．815．159．1819．26

4.3.2 保障方案的決策分析

為增強保障方案決策分析的客觀性，減少主觀因素的干擾，采用逼近理想解排序法對保障方案進行綜合排序，并采用熵值法確定決策分析指標的權(quán)重[22]。

1)對指標數(shù)據(jù)進行歸一化處理，構(gòu)建標準矩陣

根據(jù)表2，對各指標的數(shù)據(jù)進行歸一化處理，構(gòu)建標準矩陣

式中：行為指標；列為方案。

2)基于熵值法確定指標權(quán)重，構(gòu)建加權(quán)矩陣

熵值法確定指標權(quán)重的基本原理是根據(jù)指標值的分散程度來確定指標的價值(權(quán)重)，指標值越分散，指標價值越大；熵值越大，指標值越分散。指標熵值及其權(quán)重的計算公式為

式中：ei為第i個指標的熵值；n為保障方案數(shù)；yij為第j個保障方案的第i個指標的值；hi為第i個指標的信息效用價值；m為指標數(shù)；wi為第i個指標的權(quán)重。

則各指標的權(quán)重向量為

W= (0.03，0.02，0.08，0.18，0.22，

0.15，0.14，0.18)。

對標準矩陣Y進行加權(quán)，可得到加權(quán)標準矩陣V為

3)正負指標理想值向量與正負距離向量計算

根據(jù)逼近理想解排序法的基本原理，確定指標矩陣的正、負指標理想值向量分別為

根據(jù)確定的正、負指標理想值向量，可計算出各保障方案指標值與理想值的歐式距離，得到正、負距離向量為

S+=(0.184 7，0.225 4，0.025 2)；

S-=(0.120 8，0.080 1，0.280 3)。

4)相對接近度計算及保障方案優(yōu)選

C=(0.395，0.262，0.918)。

由此可見：保障方案3為最優(yōu)保障方案。在具體的保障決策中，可在保障方案3的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他2個方案的優(yōu)點進行充實完善，形成最終的保障方案。

5 結(jié)論

網(wǎng)絡(luò)化裝備保障具有典型的復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)特性，傳統(tǒng)的靜態(tài)能力評估方法已難以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析的需要。筆者針對網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案缺乏整體、動態(tài)、對抗性的決策分析方法的問題，首先，在網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析形式化定義的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于ABMS的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析方法的總體框架，針對該方法框架的主要內(nèi)容和實施步驟，基于需求分析結(jié)果，從保障效益、保障代價和保障效率3個方面，構(gòu)建了可動態(tài)仿真實測的決策分析指標體系。然后，基于保障方案變量分析，構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)化裝備保障多Agent保障模型體系，形成了一套較為完整的基于ABMS的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析方法。最后，構(gòu)設(shè)了一個數(shù)字化機步旅進攻戰(zhàn)斗的作戰(zhàn)想定，基于通用裝備保障編組智能推演系統(tǒng)，對保障力量集中部署、要素模塊分散部署和單元模塊逐級部署3個保障方案進行了決策分析，驗證了方法的可行性與有效性。下一步，一方面，將加強網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析專用平臺的建設(shè)，進一步提高仿真模型的精度；另一方面，將開展基于分析結(jié)果的最優(yōu)方案充實完善方法的研究，為裝備保障指揮機構(gòu)提供科學可靠的決策輔助手段。

[1] 毛德軍, 李慶民, 張志華. 以裝備可用度為中心的保障方案優(yōu)化方法[J]. 兵工學報, 2011, 32(5): 636-640.

[2] 毛德軍, 李慶民, 阮旻智, 等. 編隊防空系統(tǒng)任務(wù)可用度評估與保障方案優(yōu)化[J]. 系統(tǒng)工程理論與實踐, 2011, 31(7): 1394-1402.

[3] 劉亞東, 張愛民. 網(wǎng)絡(luò)化裝備保障體系構(gòu)建問題研究[J]. 陸軍軍官學院學報, 2015, 35(5): 56-58.

[4] 張勇, 孫棟, 劉亞東, 等. 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的裝備保障網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)脆弱性分析[J]. 火力與指揮控制, 2015, 40(1): 92-95.

[5] 張勇, 楊宏偉, 楊學強, 等. 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的裝備保障網(wǎng)絡(luò)模型研究[J]. 上海理工大學學報, 2012, 34(5): 429-434.

[6] 周芬, 丁建江, 張翼. 以耗散結(jié)構(gòu)理論指導裝備保障網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展[J]. 裝備指揮技術(shù)學院學報,2011,22(1):49-52.

[7] 周偉祝, 宦婧, 孫媛, 等. 一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的裝備保障方案評估模型[J]. 計算機仿真, 2013, 30(2): 303-307.

[8] 徐永成, 宋昆, 楊擁民. 基于改進型隨機Petri網(wǎng)的維修保障方案評估方法[J]. 系統(tǒng)仿真學報, 2010, 22(6): 1516-1519.

[9] 徐延學, 余仁波, 魏勇. Vague集的飛航導彈保障方案早期評價[J]. 火力與指揮控制, 2011, 36(12): 202-204.

[10] 何國良, 蒲瑋, 樊延平, 等. 基于效能仿真的數(shù)字化部隊裝備保障方案多層次評價[J]. 裝甲兵工程學院學報, 2016, 30(1): 14-20.

[11] 史忠植. 智能主體及其應(yīng)用[M]. 北京: 科學出版社, 2000: 2-3.

[12] Kuiper D M, Wenkstern R Z. Agent Vision in Multi-agent Based Simulation Systems[J]. Autonomous Agents and Multi-Agent Systems, 2015, 29(2): 161-191.

[13] Li X, Dong Z M. Platform-level Distributed Warfare Model Based on Multi-Agent System Framework[J].Defence Science Journal, 2012, 62(3): 180-186.

[14] 李雄, 高世峰, 崔巔博, 等. 復(fù)雜戰(zhàn)爭系統(tǒng)建模與仿真需求及ABMS方法[J]. 裝甲兵工程學院學報, 2008, 22(6): 33-38.

[15] Chen D, Wang L Z, Albert Y, et al. Parallel Simulation of Complex Evacuation Scenarious with Adaptive Agent Models[J]. Para-llel and Distributed Systems, 2015, 26(3): 847-857.

[16] Pablo W, Michel Q F, Diana F A, et al. Multi-Agent-Based Simulation of Mycobacterium Tuberculosis Growth[J]. Lecture Notes in Computer Science, 2014, 8235(1): 131-142.

[17] 李雄. 基于Agent的作戰(zhàn)建模[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2013: 132-133 .

[18] 黃建新, 李群, 賈全, 等. 基于ABMS的體系效能評估框架研究[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù), 2011, 33(8): 1794-1798.

[19] 衣冠琛, 李軍亮, 李楠, 等. 基于AHP和模糊綜合評判的飛行保障方案評估[J]. 船舶電子工程， 2014, 34(12): 136-139.

[20] 彭紹雄, 王海濤, 鄒強. 潛空導彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估模型[J]. 系統(tǒng)工程理論與實踐, 2015, 35(1): 267-272.

[21] 羅小明, 朱延雷, 何榕. 基于SEM的武器裝備作戰(zhàn)體系貢獻度評估方法[J]．裝備學院學報,2015, 26(5): 1-6．

[22] 胡軍, 余文芳, 陳云南. 基于TOPSIS理論的企業(yè)供應(yīng)商選擇應(yīng)用[J]. 統(tǒng)計與信息論壇, 2008, 23(11): 65-70.

(責任編輯: 王生鳳)

Method of Networked Equipment Support Scheme Decision Analysis Based on ABMS

PU Wei1, LI Xiong1, LIU Zhong-xuan2

(1. Department of Equipment Command and Administration, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China; 2. Department of Information Engineering, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072,China)

Aiming at complex adaptive system character of networked equipment support system, the method of networked equipment support scheme decision analysis based on ABMS (Agent-Based Modeling and Simulation) is proposed. Networked equipment support scheme decision analysis is defined formally, and the overall method framework is constructed. The decision analysis index system which can be dynamically simulated and tested is built from three angles of support effect, support cost and support efficiency based on equipment support scheme decision criterion. The multi-Agent model system is built that includes group structure model, communication net structure model, command interaction rule model and state action rule model based on analysis of equipment support scheme variable. Finally, an instance of decision analysis of three typical networked equipment support schemes is used to verify the feasibility and effectiveness of the method.

networked equipment support; equipment support scheme; decision analysis; Agent-Based Modeling and Simulation (ABMS)

1672-1497(2016)05-0005-11

2016-04-25

國家自然科學基金資助項目(61473311)； 北京市自然科學基金資助項目(9142017)； 軍隊科研計劃項目

蒲 瑋(1983-)，男，講師，博士研究生。

TP391.9； E23

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2016.05.002