李 丹,于小紅

(裝備指揮技術(shù)學(xué)院,北京 101416)

“新三論”是繼信息論、系統(tǒng)論、控制論(“老三論”)之后發(fā)展起來的新興橫斷學(xué)科,主要包括耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同學(xué)和突變論?！靶氯摗迸c“老三論”相比,在揭示對象本質(zhì)上更為深刻,應(yīng)用也更為廣泛,在現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域起著不容忽視的作用。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)這個復(fù)雜的非線性系統(tǒng),指出作戰(zhàn)系統(tǒng)的序參量,建立序參量方程,分析序參量演化穩(wěn)定性與途徑,旨在探索作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展演變規(guī)律,為作戰(zhàn)系統(tǒng)建設(shè)提供理論依據(jù)和方法論支持。

1 作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展演化的序參量

根據(jù)協(xié)同學(xué)理論,在系統(tǒng)的演化過程中,并不是所有的參量對系統(tǒng)演化起一樣的作用,只有序參量才起決定性作用。序參量決定系統(tǒng)是否變化,以及變化的方向,是發(fā)展為一種新的更有序的態(tài),還是退化為無序的態(tài),甚至分岔、混沌、直到衰亡。序參量具有如下特征:序參量是一個宏觀參量,它是系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)集體運(yùn)動的產(chǎn)物,是合作效應(yīng)的表征和度量,同時序參量支配著子系統(tǒng)的行為,主宰著整個系統(tǒng)的演化過程[1-2]。影響作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展演化的變量有很多,作戰(zhàn)能力是其中從始至終都起作用,主宰整個系統(tǒng)發(fā)展演化過程的序參量。

首先,作戰(zhàn)能力是一個宏觀參量?！吨袊嗣窠夥跑娷娬Z》(1997年版)中作戰(zhàn)能力的定義是:武裝力量遂行作戰(zhàn)任務(wù)的能力。由人員和武器裝備的數(shù)質(zhì)量,編制體制的科學(xué)化程度,組織指揮和管理的水平,各種保障勤務(wù)的能力等因素綜合決定。也與地形、氣象及其他客觀條件有關(guān)?？梢?作戰(zhàn)能力并不為作戰(zhàn)系統(tǒng)中某個子系統(tǒng)所獨(dú)有,不是一個單個要素,并不是各作戰(zhàn)單元作戰(zhàn)能力的簡單疊加,而是各子系統(tǒng)能力和作用合成所表現(xiàn)出的綜合效能。

其次,作戰(zhàn)能力不是由系統(tǒng)外部指令或驅(qū)動而產(chǎn)生的,而是系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)相互作用、相互協(xié)同的而“涌現(xiàn)”出的整體功能,它是作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)集體運(yùn)動的產(chǎn)物,作戰(zhàn)能力表示作戰(zhàn)系統(tǒng)的有序結(jié)構(gòu)和類型,它是子系統(tǒng)介入?yún)f(xié)同運(yùn)動程度的集中表現(xiàn)。作戰(zhàn)能力的大小能夠用來衡量一個作戰(zhàn)系統(tǒng)的好壞,它是作戰(zhàn)系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)合作效應(yīng)的表征和度量。

最后,作戰(zhàn)能力支配著各個子系統(tǒng)的行為,主宰著整個系統(tǒng)的演化過程。作戰(zhàn)能力是使作戰(zhàn)系統(tǒng)喪失舊的穩(wěn)定性而向新的更高的穩(wěn)定有序結(jié)構(gòu)躍變的“不穩(wěn)定?！?是極其活躍、能夠支配作戰(zhàn)系統(tǒng)演化并主宰演化進(jìn)程和結(jié)局的重要參量。作戰(zhàn)能力發(fā)展的程度決定了系統(tǒng)的性質(zhì)和水平,它對作戰(zhàn)系統(tǒng)的要素都起著支配和決定的作用。作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展演化都是以提升其作戰(zhàn)能力為根本出發(fā)點(diǎn)的,比如,編制體制調(diào)整、武器裝備改進(jìn)與研發(fā)和人員培訓(xùn)等都是圍繞提升作戰(zhàn)能力而展開的。作戰(zhàn)能力起到促使作戰(zhàn)系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)向有序化和有結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展,子系統(tǒng)間互相協(xié)同,使系統(tǒng)喪失舊有的穩(wěn)定性,進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)域,最后達(dá)到新的穩(wěn)定。

2 系統(tǒng)發(fā)展演化的序參量方程

序參量在作戰(zhàn)系統(tǒng)演化和發(fā)展過程中起著主導(dǎo)和支配作用,及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并把握作戰(zhàn)系統(tǒng)序參量的變化,是把握作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展演化的關(guān)鍵。為此,通過建立作戰(zhàn)系統(tǒng)序參量演化方程來分析作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展演化過程。協(xié)同學(xué)認(rèn)為,系統(tǒng)內(nèi)部的競爭和合作方式受控制參量的影響,控制參量的變化驅(qū)使系統(tǒng)經(jīng)歷一系列臨界點(diǎn),導(dǎo)致序參量的出現(xiàn)、競爭和合作,從而形成各類不穩(wěn)定模和有序結(jié)構(gòu)。由于作戰(zhàn)系統(tǒng)是一個有勢系統(tǒng),因此可以運(yùn)用突變論來建立序參量方程。

信息化條件下作戰(zhàn)是以信息網(wǎng)絡(luò)為支撐,將各種不同功能的武器子系統(tǒng),如目標(biāo)探測、跟蹤識別、指揮控制、態(tài)勢感知等合成一個整體系統(tǒng)。同時,將整個作戰(zhàn)空間的武器平臺、指揮控制、態(tài)勢感知等合成一個精干而密切協(xié)同的有機(jī)整體,表現(xiàn)在力量編成上就是通過信息的“耦合”作用,實(shí)現(xiàn)“單元個性優(yōu)勢與系統(tǒng)效能的完美結(jié)合”,呈現(xiàn)出信息主導(dǎo)下的不同作戰(zhàn)單元功能耦合的整體性?？梢?作戰(zhàn)系統(tǒng)的整體作戰(zhàn)能力取決于武器裝備自身的作戰(zhàn)能力和作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)力兩個因素。結(jié)構(gòu)力強(qiáng)則作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部各要素運(yùn)行協(xié)調(diào),能夠產(chǎn)生最大的結(jié)構(gòu)能?？梢?作戰(zhàn)能力的產(chǎn)生是作戰(zhàn)力量的作戰(zhàn)能力(本文稱之為作戰(zhàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)作戰(zhàn)能力)和作戰(zhàn)力量間的協(xié)調(diào)程度(本文稱之為作戰(zhàn)系統(tǒng)的協(xié)同力)共同作用的結(jié)果。為此,本文確定作戰(zhàn)系統(tǒng)的控制變量為作戰(zhàn)系統(tǒng)的協(xié)同力u和基礎(chǔ)作戰(zhàn)能力v為控制參量,而將作戰(zhàn)系統(tǒng)的序參量作戰(zhàn)能力定義為狀態(tài)變量x。另外,確定作戰(zhàn)系統(tǒng)的協(xié)同力u和基礎(chǔ)作戰(zhàn)能力v為控制參量的合理性也可以通過文獻(xiàn)[3]-[5]的相關(guān)內(nèi)容得到印證。

根據(jù)突變論可知,基本的突變數(shù)目取決于控制變量的數(shù)目,當(dāng)控制變量不大于4個時,最多有7種突變形式[6]。由于作戰(zhàn)系統(tǒng)的控制參量為2個,狀態(tài)參量為1個,因此,可以選擇尖點(diǎn)突變模型,其勢函數(shù)為

則作戰(zhàn)系統(tǒng)序參量方程為

式(2)表明,作戰(zhàn)系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)。在作戰(zhàn)系統(tǒng)的演化過程中,非線性發(fā)揮突出的作用,這種非線性作用是系統(tǒng)形成有序結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生復(fù)雜性的內(nèi)在動因。在非線性的相互作用下,作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間通過相互作用而相互關(guān)聯(lián)并形成協(xié)同,這種協(xié)同使作戰(zhàn)系統(tǒng)產(chǎn)生整體行為,使得系統(tǒng)局部的小漲落得到放大,從而引起系統(tǒng)從穩(wěn)定到非穩(wěn)定再到新的穩(wěn)定的躍遷式演化。

3 序參量演化穩(wěn)定性與途徑

根據(jù)自組織原理,穩(wěn)定性是系統(tǒng)的重要維生機(jī)制,穩(wěn)定性越強(qiáng),意味著系統(tǒng)的維生能力越強(qiáng)。從實(shí)際應(yīng)用角度看,只有滿足穩(wěn)定性要求的系統(tǒng),才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)并發(fā)揮功能。及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和把握作戰(zhàn)系統(tǒng)序參量的變化,是控制系統(tǒng)穩(wěn)定有序的關(guān)鍵。作為一種動力學(xué)特性,系統(tǒng)理論關(guān)心的首先是演化方程解的穩(wěn)定性。因此,本文通過分析作戰(zhàn)系統(tǒng)序參量演化方程的解的穩(wěn)定性,進(jìn)而分析其序參量演化不同途徑的形成原因。

式(3)是由系統(tǒng)所有的臨界點(diǎn)集合而成的平衡曲面M。由于式(3)是一個三次式,它或者有一個實(shí)根,或者有三個實(shí)根,實(shí)根的數(shù)目由判別式Δ=8u3+27v2決定[7]。如果Δ≤0,則有三個實(shí)根,否則只有一個實(shí)根。除非Δ=0,根各不相同,而Δ=0時,如果u和v均為非零,則所有兩個根相同,如果u和v均為零,則所有的根都相同。這說明Δ＜0時,V有兩個極小值,一個極大值,即兩個穩(wěn)定的平衡點(diǎn)。Δ＞0時,V只有一個平衡點(diǎn)。而Δ=0時,就是狀態(tài)發(fā)生變化的地方。也就是說,如果控制變量滿足Δ＞0時,作戰(zhàn)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài);如果控制變量滿足Δ≤0,則作戰(zhàn)系統(tǒng)會發(fā)生突變現(xiàn)象,即作戰(zhàn)系統(tǒng)由穩(wěn)定趨向振蕩、錯位、混亂直至陷于崩潰。

令V''(x)=0,得該平衡曲面的奇點(diǎn)集:

由式(3)和式(4),消去x,可得突變模型的分歧集方程:

序參量方程演化的尖點(diǎn)突變的平衡曲面和分歧點(diǎn)集如圖1所示。圖1中曲面ABCD是一個折疊的曲面,OL為基礎(chǔ)能力水平軸,OX為協(xié)同能力水平軸。假若系統(tǒng)的狀態(tài)是以x,u,v為坐標(biāo)的三維空間的一個點(diǎn)來代表的,則相點(diǎn)必定總是位于曲面上,事實(shí)上,它必定總是位于曲面的頂葉或低葉。因為中葉對應(yīng)于不穩(wěn)定平衡。如果相點(diǎn)恰好在曲面終止的邊緣上,則它必定跳躍到另一葉上,這引起x的突變。

圖1 尖點(diǎn)突變的平衡曲面和分歧點(diǎn)集

從突變模型上來看,如果基礎(chǔ)作戰(zhàn)能力和協(xié)同力都達(dá)不到閾值,截距對應(yīng)于OL軸和OX軸的M點(diǎn)和N點(diǎn),與底平面上小四邊形MONV相對應(yīng)的曲面,就是不發(fā)生折疊的部分。同樣地,協(xié)同能力再強(qiáng),如果基礎(chǔ)能力在閾值以下也不能具有良好的作戰(zhàn)能力。只有當(dāng)二者都超過閾值點(diǎn)時,作戰(zhàn)系統(tǒng)才可能有良好的作戰(zhàn)能力,即有作戰(zhàn)能力突變的可能。UVW 三角區(qū)表明作戰(zhàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)作戰(zhàn)能力和協(xié)同能力及作戰(zhàn)能力的最佳比例。

下面將突變理論引入到作戰(zhàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中,用突變理論研究其不連續(xù)現(xiàn)象。

1)作戰(zhàn)系統(tǒng)中存在著漲落和隨機(jī)變量,當(dāng)系統(tǒng)漲落時各種元素相互競爭,通常的作用結(jié)果是此消彼長,千變?nèi)f化,雜亂無章,瞬息即逝。但是其中的某些因素有意或無意地協(xié)同作用時,如果具備基本的條件,系統(tǒng)的漲落就會趨于某個方向,作用結(jié)果就會不斷放大,達(dá)到一定閾值,就可能出現(xiàn)躍遷,產(chǎn)生新的有序的系統(tǒng)。閾值聯(lián)系于臨界狀態(tài)的相變點(diǎn),它是一個可能產(chǎn)生不同結(jié)果的分岔點(diǎn)。漲落對達(dá)到閾值有一個放大作用。這是必然性(基本條件、一定閾值)和偶然性(漲落、分岔點(diǎn))的統(tǒng)一。

可見,序參量的形成動因來自于系統(tǒng)內(nèi)部,當(dāng)眾多子系統(tǒng)構(gòu)成的系統(tǒng)處于無序初始狀態(tài)時,各子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)動,各行其是,不存在合作關(guān)系,不能成為序參量。只有當(dāng)系統(tǒng)接近臨近點(diǎn)時,子系統(tǒng)間產(chǎn)生關(guān)聯(lián),形成協(xié)同關(guān)系,這時序參量形成,它標(biāo)志著系統(tǒng)進(jìn)入一個新的有序態(tài)。作戰(zhàn)系統(tǒng)序參量穩(wěn)定態(tài)依賴于系統(tǒng)內(nèi)部控制量,系統(tǒng)內(nèi)的控制參量對系統(tǒng)序參量的演化起著決定作用。

因此,必須充分發(fā)揮序參量在系統(tǒng)轉(zhuǎn)化和發(fā)展過程中的主導(dǎo)和支配作用,從而把握系統(tǒng)發(fā)展的方向。要發(fā)揮“序參量”在作戰(zhàn)系統(tǒng)主導(dǎo)要素的積極作用,而且不斷向該系統(tǒng)內(nèi)注入新鮮活力,使整個作戰(zhàn)系統(tǒng)始終保持鮮活、旺盛的發(fā)展勢頭,并形成良性循環(huán)。在具體作戰(zhàn)行動中,要求作戰(zhàn)指揮員必須做到:一方面,當(dāng)作戰(zhàn)系統(tǒng)處于無序狀態(tài)時,要周密分析,準(zhǔn)確把握并捕捉“序參量”,使其在關(guān)鍵時刻發(fā)揮關(guān)鍵作用,以扭轉(zhuǎn)局面,實(shí)現(xiàn)無序狀態(tài)向有序狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。另一方面,當(dāng)作戰(zhàn)協(xié)同系統(tǒng)處于有序狀態(tài)時,指揮員要保持清醒的頭腦,對當(dāng)前的戰(zhàn)場情況要有高度的警覺性,時刻觀察和發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)場情況的變化,不要被表面現(xiàn)象所迷惑。

2)作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展存在兩種演化方式即漸變和突變。在系統(tǒng)自組織演化過程中,突變和漸變是互相聯(lián)系的。根據(jù)突變論,相變過程既有可能是突變也有可能是漸變。事物的漸變或突變與事物本身所處的狀態(tài)密切相關(guān)。在嚴(yán)格控制條件下,如果質(zhì)變經(jīng)歷的中間過渡態(tài)不穩(wěn)定,那么它就是一種突變過程;如果中間過渡態(tài)穩(wěn)定,那么它就是一種漸變過程。從圖1可知,在大多數(shù)情況下,作戰(zhàn)能力是漸變的過程,而在特定情況下,作戰(zhàn)能力會發(fā)生突變。作戰(zhàn)能力發(fā)生突變嚴(yán)重受到協(xié)同力的影響,作戰(zhàn)系統(tǒng)的“協(xié)同力”一方面有助于維持作戰(zhàn)系統(tǒng)與外部環(huán)境進(jìn)行有序地物質(zhì)、能量和信息交換,并促使作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間形成功能上的互耦、空間上的互倚和效能上的互補(bǔ)關(guān)系,從而使得作戰(zhàn)系統(tǒng)呈現(xiàn)出明顯的整體性,產(chǎn)生出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出各組成要素單獨(dú)作戰(zhàn)能力之和的作戰(zhàn)能力,也就是作戰(zhàn)能力呈現(xiàn)出“涌現(xiàn)性”。但另一方面,協(xié)同力太強(qiáng)的話,也會帶來一些副作用,它可能給作戰(zhàn)系統(tǒng)帶來整體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型或坍塌的風(fēng)險。在作戰(zhàn)雙方對抗的過程中,當(dāng)作戰(zhàn)力量結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷,信息鏈?zhǔn)竭\(yùn)動遭受破壞等等,作戰(zhàn)系統(tǒng)的構(gòu)成要素就可能發(fā)生突變。為此,我們把突變區(qū)分為不利的災(zāi)難性突變(即災(zāi)變)和積極的建設(shè)性的突變(即建變)兩種。可見,將突變理論引入到作戰(zhàn)系統(tǒng)研究中,對于指導(dǎo)我們引導(dǎo)建變,防止災(zāi)變,做出最優(yōu)化的決策,無疑具有很大的意義。

4 結(jié)束語

近年來,運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)理論研究作戰(zhàn)問題在國內(nèi)外得到了普遍重視。為了探討作戰(zhàn)要素之間的協(xié)同問題,從作戰(zhàn)系統(tǒng)的自組織特性出發(fā),本文運(yùn)用“新三論”研究作戰(zhàn)系統(tǒng)的序參量及其演化方程。通過引入作戰(zhàn)系統(tǒng)序參量的概念,建立序參量方程,可以用來分析作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展演化過程,探索作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展演化規(guī)律。運(yùn)用該方法可以定量地分析作戰(zhàn)系統(tǒng)在什么情況下會發(fā)生突變,從而引導(dǎo)漸變,防止突變,這對于指導(dǎo)作戰(zhàn)系統(tǒng)建設(shè)和優(yōu)化無疑具有重要意義。但是,作戰(zhàn)系統(tǒng)相對于其他作戰(zhàn)系統(tǒng)還存在對抗性、相對性等特點(diǎn),應(yīng)深入開展對抗條件下作戰(zhàn)演化機(jī)理的研究。

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