李 丹，于小紅

(裝備指揮技術(shù)學(xué)院 a.研究生管理大隊(duì);b.試驗(yàn)指揮系，北京 101416)

“新三論”是在20 個(gè)世紀(jì)60年代末、70年代初興起的新興的橫斷學(xué)科和思想方法，主要包括耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、突變論。它是以客觀自然系統(tǒng)為對(duì)象，在揭示對(duì)象本質(zhì)上更為深刻，應(yīng)用也更為廣泛，對(duì)認(rèn)識(shí)和解決問(wèn)題具有重要的實(shí)踐意義，同時(shí)它也是具有普適性、可移植性的理論。而作戰(zhàn)系統(tǒng)是一個(gè)“系統(tǒng)組成的系統(tǒng)”，要深入理解和研究作戰(zhàn)問(wèn)題必須從整體上綜合分析這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。本文將“新三論”引入到作戰(zhàn)系統(tǒng)研究中，從系統(tǒng)科學(xué)的角度出發(fā)，研究作戰(zhàn)系統(tǒng)這個(gè)非線性復(fù)雜系統(tǒng)，試圖更全面、系統(tǒng)地研究考察作戰(zhàn)系統(tǒng)，并為作戰(zhàn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模提供參考。

1 新三論

1.1 耗散結(jié)構(gòu)理論

耗散結(jié)構(gòu)論是一門研究耗散結(jié)構(gòu)的性質(zhì)、穩(wěn)定和演變的科學(xué)。具體地講，是研究系統(tǒng)由混沌向有序轉(zhuǎn)化的機(jī)理、條件和規(guī)律的學(xué)科［1］。耗散結(jié)構(gòu)論研究的對(duì)象是一個(gè)開放的系統(tǒng)，該系統(tǒng)與外界不斷有能量、物質(zhì)和信息等交換，并且系統(tǒng)是遠(yuǎn)離平衡態(tài)的。特別是耗散結(jié)構(gòu)解釋了諸如“整體不等于部分之和”等規(guī)律，可以為優(yōu)化作戰(zhàn)系統(tǒng)研究提供參考。

1.2 協(xié)同學(xué)

協(xié)同學(xué)是原聯(lián)邦德國(guó)著名理論物理學(xué)家赫爾曼·哈肯教授于20 世紀(jì)70年代創(chuàng)立的一門跨越自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的橫斷科學(xué)。它以系統(tǒng)論、突變論、信息論和控制論等現(xiàn)代科學(xué)理論為基礎(chǔ)，同時(shí)吸收了耗散結(jié)構(gòu)理論的精華，采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的綜合思維模式，揭示了各種系統(tǒng)和現(xiàn)象從無(wú)序到有序轉(zhuǎn)變的共同規(guī)律。協(xié)同學(xué)認(rèn)為，一個(gè)系統(tǒng)從無(wú)序到有序的轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵在于由一個(gè)大量子系統(tǒng)構(gòu)成的開放系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的“協(xié)同作用”。該理論強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)以及系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)要素間的互相配合與耦合。這一理論突出強(qiáng)調(diào)了協(xié)同作用是任何復(fù)雜大系統(tǒng)本身所固有的自組織能力，是形成系統(tǒng)有序結(jié)構(gòu)的內(nèi)部作用力［2］。

1.3 突變論

突變理論是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的一門新興分支學(xué)科。它是由法國(guó)巴黎高級(jí)科學(xué)院1958年國(guó)際菲爾茲(Fields)數(shù)學(xué)獎(jiǎng)獲得者雷內(nèi)·托姆(R·Thom)教授于1972年創(chuàng)立的?！巴蛔儭币辉~，法文原意是“災(zāi)變”，強(qiáng)調(diào)變化過(guò)程的間斷或突然轉(zhuǎn)換的意思。突變論是用拓?fù)鋵W(xué)、奇點(diǎn)、微分方程定性理論以及穩(wěn)定性數(shù)學(xué)理論來(lái)研究自然界各種形態(tài)、結(jié)構(gòu)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的非線性突然變化現(xiàn)象。它的主要特點(diǎn)是用形象而精確的數(shù)學(xué)模型描述和預(yù)測(cè)事物的連續(xù)性中斷的質(zhì)變過(guò)程。

一般所講的突變理論實(shí)際上是初等突變理論，它的主要數(shù)學(xué)淵源是根據(jù)勢(shì)函數(shù)把臨界點(diǎn)分類，進(jìn)而研究各種臨界點(diǎn)附近非連續(xù)性態(tài)的特征，即有限個(gè)數(shù)的若干初等突變。把得到的結(jié)果與對(duì)不連續(xù)現(xiàn)象的理論分析和觀察資料相結(jié)合，就可以建立數(shù)學(xué)模型，能更深刻地認(rèn)識(shí)不連續(xù)現(xiàn)象的機(jī)理并作預(yù)測(cè)。

2 作戰(zhàn)系統(tǒng)的自組織特性分析

2.1 耗散結(jié)構(gòu)特性

“新三論”研究的對(duì)象是自組織系統(tǒng)，耗散結(jié)構(gòu)特征是系統(tǒng)進(jìn)行自組織演化的前提條件。根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論，系統(tǒng)要形成耗散結(jié)構(gòu)需要具備以下幾個(gè)基本條件:一是系統(tǒng)必須是開放系統(tǒng)，與外界不斷進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換;二是系統(tǒng)必須遠(yuǎn)離平衡態(tài)，其內(nèi)部存在著物質(zhì)能量分布的顯著差異，不斷進(jìn)行著物質(zhì)、能量的宏觀轉(zhuǎn)移和變換;三是系統(tǒng)各個(gè)組成部分之間存在非線性反饋的動(dòng)力學(xué)機(jī)制;四是系統(tǒng)中存在漲落。作戰(zhàn)作為一個(gè)系統(tǒng)，是一個(gè)典型的自組織系統(tǒng)，具備耗散結(jié)構(gòu)形成的基本條件。

1)動(dòng)態(tài)開放性是作戰(zhàn)系統(tǒng)生存和發(fā)展的必要條件。作戰(zhàn)系統(tǒng)是一個(gè)典型的開放系統(tǒng)，作戰(zhàn)雙方組成的作戰(zhàn)系統(tǒng)與作戰(zhàn)環(huán)境之間、雙方對(duì)抗子系統(tǒng)之間不間斷地進(jìn)行著能量、物質(zhì)和信息的交換。通過(guò)對(duì)外界信息、物質(zhì)、能量的引進(jìn)、吸收才能使系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)熵流，從而增強(qiáng)系統(tǒng)有序發(fā)展的可能性。例如，新的航天器發(fā)射入軌、航天器之間以及航天器與地面站之間的通信、指揮控制中心對(duì)航天器的指揮控制行為等，都是物質(zhì)、能量與信息交換的表現(xiàn)形式。在作戰(zhàn)過(guò)程中，作戰(zhàn)雙方都會(huì)采取一切措施，通過(guò)交換，增加自己的有序和穩(wěn)定，而造成對(duì)方的無(wú)序和混亂。

2)遠(yuǎn)離平衡是作戰(zhàn)系統(tǒng)有序演進(jìn)的內(nèi)在源泉。普利·高津指出:“非平衡是有序之源”。這里所說(shuō)的非平衡態(tài)是指系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)。作戰(zhàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)，是系統(tǒng)出現(xiàn)有序結(jié)構(gòu)的必要條件。作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)子系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行模式互不相同，各個(gè)部分是不可能均勻一致的，系統(tǒng)中的各個(gè)部分的差異越大，就會(huì)離平衡狀態(tài)越遠(yuǎn)，即作戰(zhàn)系統(tǒng)諸要素發(fā)展水平的不一致性促使作戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)展的不平衡態(tài)。另外，作戰(zhàn)系統(tǒng)存在于瞬息萬(wàn)變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，外界環(huán)境的變化會(huì)對(duì)空間作戰(zhàn)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的張力，而不同的系統(tǒng)所承受的張力是不同的。環(huán)境改變而引起的差異導(dǎo)致了系統(tǒng)與環(huán)境之間物質(zhì)、能量和信息的交換，也正是這種不平衡的存在才使得作戰(zhàn)系統(tǒng)不斷進(jìn)步、發(fā)展和演化。

3)非線性是作戰(zhàn)系統(tǒng)自我演化和完善的關(guān)鍵。作戰(zhàn)系統(tǒng)是一個(gè)典型的非線性系統(tǒng)。作戰(zhàn)是雙方或者多方的對(duì)抗，每一方都有很多子系統(tǒng)組成，子系統(tǒng)之間存在著大量非線性的交互作用。比如，作戰(zhàn)指揮控制中的反饋、指揮決策過(guò)程以及作戰(zhàn)過(guò)程中的偶然因素等，使得系統(tǒng)總體行為呈現(xiàn)強(qiáng)的非線性特性。正因?yàn)樽鲬?zhàn)系統(tǒng)中的許多小單元要素間存在著非線性相互作用和它們的協(xié)同效應(yīng)，使得作戰(zhàn)系統(tǒng)具有那些子系統(tǒng)的簡(jiǎn)單相加所沒(méi)有的性質(zhì)。作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)復(fù)雜的相互作用既可能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，形成良性循環(huán)，推動(dòng)作戰(zhàn)系統(tǒng)向有序方向發(fā)展，也可能產(chǎn)生消極效應(yīng)，互相牽制，形成惡性循環(huán)，甚至導(dǎo)致原來(lái)某些結(jié)構(gòu)的消失，使作戰(zhàn)系統(tǒng)后退到混亂的平衡態(tài)上。

4)隨機(jī)漲落是作戰(zhàn)系統(tǒng)達(dá)到有序的誘因和觸發(fā)點(diǎn)。作戰(zhàn)系統(tǒng)是由大量的子系統(tǒng)組成，如指揮控制系統(tǒng)、攻防對(duì)抗武器系統(tǒng)、綜合保障系統(tǒng)和信息系統(tǒng)等。而信息系統(tǒng)由信息收集、信息處理和信息分發(fā)等組成。作戰(zhàn)系統(tǒng)的狀態(tài)不是各子系統(tǒng)狀態(tài)的簡(jiǎn)單疊加，而是一個(gè)綜合平均的效應(yīng)，因此，必然存在漲落現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，漲落相對(duì)于系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)影響不大。但當(dāng)系統(tǒng)處于臨界點(diǎn)時(shí)，漲落所起的作用就非常重要了。作戰(zhàn)系統(tǒng)的隨機(jī)漲落力來(lái)自系統(tǒng)的外部環(huán)境和系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行模式。作戰(zhàn)需求的變化、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的改變和新技術(shù)、裝備的引入都是影響系統(tǒng)成長(zhǎng)的外部漲落力;而系統(tǒng)調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)、提高作戰(zhàn)人員素質(zhì)、建立合理的作戰(zhàn)機(jī)制等，都是系統(tǒng)成長(zhǎng)的內(nèi)部漲落力。作戰(zhàn)系統(tǒng)的漲落力沒(méi)有確定的方向，它可能使系統(tǒng)獲得新的對(duì)抗優(yōu)勢(shì)，向更高層次的有序方向進(jìn)化，也可能不利于系統(tǒng)的成長(zhǎng)，導(dǎo)致走向衰亡。無(wú)論是來(lái)自外部的漲落力還是內(nèi)部的漲落力，都必須建立在作戰(zhàn)系統(tǒng)開放和遠(yuǎn)離平衡態(tài)的前提下，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部各作戰(zhàn)力量之間的非線性相互作用，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同形式的轉(zhuǎn)化。

可見(jiàn)，作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)既相互制約又相互聯(lián)系，系統(tǒng)與外界既進(jìn)行物質(zhì)交換又進(jìn)行信息交換，具有開放性特征，其有序性是隨著時(shí)間不斷變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，呈漲落現(xiàn)象，其特性符合耗散結(jié)構(gòu)。運(yùn)用“新三論”研究作戰(zhàn)系統(tǒng)，一方面有助于深刻理解作戰(zhàn)系統(tǒng)“動(dòng)態(tài)開放性”、“遠(yuǎn)離平衡性”以及整體功能的“集體涌現(xiàn)性”，正確認(rèn)識(shí)其作戰(zhàn)機(jī)理，并以此來(lái)創(chuàng)新作戰(zhàn)理論;另一方面，能揭示空間作戰(zhàn)系統(tǒng)的一般特征和規(guī)律，理清系統(tǒng)中各要素之間的相互聯(lián)系與相互作用，促進(jìn)空間作戰(zhàn)系統(tǒng)的進(jìn)一步完善和發(fā)展。

2.2 熵減機(jī)制

19 世紀(jì)60年代德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯首次運(yùn)用可逆熱力學(xué)系統(tǒng)中的狀態(tài)函數(shù)熵表示物質(zhì)系統(tǒng)中能量衰減程度，之后熵成為衡量系統(tǒng)有序性的重要工具。耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，在假設(shè)局域平衡條件下，任何一個(gè)開放系統(tǒng)熵變dS(總熵)由deS(外熵)與diS(內(nèi)熵)兩部分組成，如 式(1)所示。

作戰(zhàn)系統(tǒng)同外界有著熵的交換。因?yàn)樵谶@里，熱力學(xué)第二定律仍然適用，只要求系統(tǒng)內(nèi)部的熵的產(chǎn)生非負(fù)，即diS≥0。然而外界給作戰(zhàn)系統(tǒng)不斷注入的熵流deS 則沒(méi)有確定的要求，deS 可以大于、等于或者小于零。如果deS ＜0，只要這個(gè)負(fù)熵流足夠強(qiáng)，它就除了抵消系統(tǒng)內(nèi)部的熵產(chǎn)生diS，還能使系統(tǒng)的總熵dS 減小，從而使系統(tǒng)進(jìn)入相對(duì)有序的狀態(tài)。如果外界流入作戰(zhàn)系統(tǒng)的是正熵流(deS ＞0)，它不僅不能形成有序的耗散結(jié)構(gòu)，反而更快趨于混亂。譬如，作戰(zhàn)系統(tǒng)中的信息系統(tǒng)遭到破壞，使注入系統(tǒng)的信息是錯(cuò)誤的，就會(huì)造成作戰(zhàn)系統(tǒng)運(yùn)行受阻。熵增定律表明，任何系統(tǒng)都存在著混亂度不斷增加的趨勢(shì)。因此，對(duì)于作戰(zhàn)系統(tǒng)一方面必須把熵增運(yùn)動(dòng)作為一個(gè)前提，承認(rèn)所有的系統(tǒng)中都存在著這種傾向，另一方面又必須考慮，在有些系統(tǒng)中有一種特殊的機(jī)制，它能夠在熵增過(guò)程中，克服其“阻力”，形成逆流而上的自組織運(yùn)用，即表現(xiàn)為熵減機(jī)制。

自組織運(yùn)動(dòng)的重要條件和途徑是從環(huán)境里去解決問(wèn)題。如果dS ＞0 表明系統(tǒng)從環(huán)境中吸取的負(fù)熵不足以抵消系統(tǒng)內(nèi)部形成的熵增，即系統(tǒng)處于無(wú)序狀態(tài)、系統(tǒng)協(xié)同度低。如果dS ＜0 這是負(fù)熵過(guò)程，能使開放狀態(tài)的作戰(zhàn)系統(tǒng)由無(wú)序變?yōu)橛行?，或協(xié)同度高。因此，在強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)開放的同時(shí)，也要對(duì)系統(tǒng)與環(huán)境的交流內(nèi)容進(jìn)行分析。一方面要加強(qiáng)系統(tǒng)的開放性。因?yàn)?，作?zhàn)系統(tǒng)的開放性意味著它與外界環(huán)境之間有著廣泛的聯(lián)系，只有加強(qiáng)系統(tǒng)的開放性，才能通過(guò)與外界的交流而引入負(fù)熵流，使系統(tǒng)走向有序。另一方面，要形成熵減機(jī)制。通過(guò)加強(qiáng)控制，使得流入的正熵流越少越好，克服熵增加的可能，形成系統(tǒng)內(nèi)熵減機(jī)制，從而使得作戰(zhàn)系統(tǒng)與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)與能量交換過(guò)程中，引入足夠的負(fù)熵，使系統(tǒng)的總熵值為負(fù)值，進(jìn)而減少系統(tǒng)總熵，使系統(tǒng)進(jìn)入相對(duì)有序的狀態(tài)。

3 作戰(zhàn)系統(tǒng)自組織動(dòng)力學(xué)模型

3.1 作戰(zhàn)系統(tǒng)的構(gòu)成

作戰(zhàn)系統(tǒng)是指由若干相互聯(lián)系和相互作用的要素按照一定結(jié)構(gòu)組成的，具有打擊及抗擊敵方軍事行動(dòng)功能的有機(jī)整體。按照協(xié)同學(xué)的觀點(diǎn)，系統(tǒng)通?？梢詣澐譃? 個(gè)層次即:宏觀、中觀、微觀。就作戰(zhàn)系統(tǒng)而言，宏觀是指整個(gè)系統(tǒng)，中觀是指構(gòu)成作戰(zhàn)系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)，而微觀則是組成系統(tǒng)的基本元素。顯然，這里只關(guān)心中觀層次到宏觀層次的過(guò)渡，而協(xié)同學(xué)恰恰提供了這樣的方法。作戰(zhàn)系統(tǒng)的中觀結(jié)構(gòu)包括指揮控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、對(duì)抗武器系統(tǒng)和綜合保障系統(tǒng)。

從圖1 可以看出，作戰(zhàn)系統(tǒng)的4 個(gè)子系統(tǒng)的關(guān)系并不是各自獨(dú)立，而是相互聯(lián)系、相互制約的。通過(guò)它們之間的協(xié)同合作與競(jìng)爭(zhēng)，使整個(gè)系統(tǒng)得以運(yùn)轉(zhuǎn)和發(fā)展。就作戰(zhàn)而言，一方面，這4 要素的作用缺一不可，另一方面它們的作用又有主次之分的。只有通過(guò)科學(xué)的指揮和協(xié)調(diào)，才能形成作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)各作戰(zhàn)單元的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，最大限度發(fā)揮作戰(zhàn)系統(tǒng)的綜合效能。

圖1 作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系

3.2 自組織動(dòng)力學(xué)模型

自組織系統(tǒng)是那些不需外界特定的干預(yù)，能夠通過(guò)內(nèi)部過(guò)程產(chǎn)生宏觀的空間、時(shí)間或時(shí)空結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。作戰(zhàn)系統(tǒng)就是這樣一個(gè)自組織系統(tǒng)，它不存在特定方式作用于系統(tǒng)的外力，結(jié)構(gòu)的形成和演化不能用狀態(tài)變量對(duì)外力的響應(yīng)過(guò)程來(lái)描述，而是一種內(nèi)部過(guò)程。如果把系統(tǒng)的外部作用力看作是恒定的，那么其變化是隨機(jī)的。作戰(zhàn)系統(tǒng)的形成被看作是系統(tǒng)內(nèi)部的自組織運(yùn)動(dòng)過(guò)程，其形成和演化是系統(tǒng)內(nèi)不同基本子系統(tǒng)之間相互作用的結(jié)果。構(gòu)成作戰(zhàn)系統(tǒng)的子系統(tǒng)的各自的狀態(tài)變化及它們間的相互作用可用自組織方程加以描述，并建立如下的動(dòng)力學(xué)模型:

式中:p1、p2、p3、p4分別是空間信息子系統(tǒng)、空間指揮控制子系統(tǒng)、對(duì)抗武器子系統(tǒng)和綜合保障子系統(tǒng);E 為作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力;k 為E 的變化率與原有狀態(tài)的關(guān)系;ki為pi的變化率與原有狀態(tài)的關(guān)系;g 為所有子系統(tǒng)的協(xié)同對(duì)作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)能力演化的影響;gi為各子系統(tǒng)的協(xié)同作用對(duì)pi演化的影響;F 為外部環(huán)境作用力。

模型中，式(2)表示作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)能力形成和演化的結(jié)果，它不僅受系統(tǒng)自身前期狀態(tài)和外部環(huán)境的作用，同時(shí)也受到內(nèi)部各子系統(tǒng)相互協(xié)同作用的影響。式(3)則分別表明各子系統(tǒng)的基本能力在系統(tǒng)內(nèi)部的演化過(guò)程，它描述了系統(tǒng)內(nèi)部的自組織作用機(jī)理，每個(gè)子系統(tǒng)不僅受到自身前期狀態(tài)的影響，也受到其他子系統(tǒng)協(xié)同作用的影響。作戰(zhàn)系統(tǒng)的自組織過(guò)程促進(jìn)內(nèi)部子系統(tǒng)基本能力的演化，也促使作戰(zhàn)能力的演化，并且每個(gè)子系統(tǒng)基本能力的演化又促進(jìn)了其他子系統(tǒng)基本能力的演化，形成了相互促進(jìn)、相互影響、互為因果的關(guān)系。作戰(zhàn)能力正是在這些相互影響、相互促進(jìn)中不斷形成和演化的?？梢?jiàn)，作戰(zhàn)系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的形成和演化，是作戰(zhàn)系統(tǒng)通過(guò)其內(nèi)部各子系統(tǒng)基本能力的自組織過(guò)程，是從原有的結(jié)構(gòu)功能改變?yōu)樾碌慕Y(jié)構(gòu)功能的結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)理論研究作戰(zhàn)問(wèn)題在國(guó)內(nèi)外得到了普遍重視。本文將耗散結(jié)構(gòu)理論、突變論、協(xié)同學(xué)(俗稱“新三論”)為代表的非平衡自組織理論引入到作戰(zhàn)系統(tǒng)研究中，分析作戰(zhàn)系統(tǒng)的自組織特性，建立其自組織動(dòng)力學(xué)模型，為下一步作戰(zhàn)系統(tǒng)研究提供了思路和參考。

［1］孫中一.耗散結(jié)構(gòu)·協(xié)同論·突變論［M］.北京:中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社，1989.

［2］曾鍵，張一方. 社會(huì)協(xié)同學(xué)［M］. 北京:科學(xué)出版社，2000:30-32.