蒲 瑋， 李 雄， 劉中晅

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

針對(duì)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(duì)裝備保障方案決策分析進(jìn)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(zhǔn)則，從保障效益、保障代價(jià)和保障效率3個(gè)角度，構(gòu)建了可動(dòng)態(tài)仿真實(shí)測(cè)的決策分析指標(biāo)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(yàn)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(jī)關(guān)依據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)，對(duì)裝備保障力量體系結(jié)構(gòu)、組織運(yùn)用過(guò)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(duì)?wèi)?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(xué)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為指導(dǎo)[4]，以指揮信息系統(tǒng)為支撐，以戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)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(gè)有機(jī)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(dòng)、實(shí)時(shí)感知、自主協(xié)同、規(guī)則約束、整體聯(lián)動(dòng)、精確高效”的運(yùn)用原則，進(jìn)行整體聯(lián)動(dòng)保障[6]。網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的決策分析就是針對(duì)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(píng)價(jià)準(zhǔn)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(píng)價(jià)模型，對(duì)2個(gè)或2個(gè)以上的裝備保障備選方案的效能進(jìn)行評(píng)估，形成綜合評(píng)價(jià)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(jì)分析法、數(shù)學(xué)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(yàn)進(jìn)行判斷分析的方法。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)和工具平臺(tái)的要求較低，便于快速形成評(píng)價(jià)結(jié)論，是傳統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)條件下廣泛采用的決策分析方法；缺點(diǎn)是決策分析結(jié)果易受主觀因素的影響。2)統(tǒng)計(jì)分析法，是指通過(guò)對(duì)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(jì)分析，并根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律形成方案與結(jié)果的概率映射關(guān)系，對(duì)裝備保障方案的執(zhí)行預(yù)期進(jìn)行判斷的方法。其優(yōu)點(diǎn)是可信度高、說(shuō)服力強(qiáng)；缺點(diǎn)是由于我軍長(zhǎng)期以來(lái)缺乏戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)踐，對(duì)實(shí)戰(zhàn)過(guò)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(xué)解析法，是指通過(guò)建立保障方案評(píng)價(jià)指標(biāo)與給定條件之間的解析表達(dá)式(函數(shù)關(guān)系)，進(jìn)而綜合分析保障方案的方法，主要包括馬爾科夫隨機(jī)過(guò)程、層次分析法、模糊評(píng)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(diǎn)是定量精確、邏輯嚴(yán)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(wèn)題；缺點(diǎn)是對(duì)復(fù)雜保障系統(tǒng)構(gòu)建解析表達(dá)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(jì)算機(jī)仿真推演技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建反映裝備保障方案隨機(jī)變量和保障過(guò)程的模型體系，在實(shí)際作戰(zhàn)前進(jìn)行超實(shí)時(shí)的仿真推演，利用收集的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行保障方案的決策分析的方法[10]。其優(yōu)點(diǎn)是能較好地表述裝備保障過(guò)程中大量存在的隨機(jī)因素，較完整地描述保障行動(dòng)過(guò)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)；缺點(diǎn)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(shí)體之間基于規(guī)則的自組織和自同步關(guān)系。

近年來(lái)，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(xué)[11-16]。其中：由美國(guó)海軍分析中心、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室等單位發(fā)起，相關(guān)國(guó)家的科研院所參與，針對(duì)作戰(zhàn)仿真實(shí)際需要，基于多Agent建模方法和理論，相繼開(kāi)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(píng)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(píng)估優(yōu)選、裝備體系效能評(píng)估等領(lǐng)域成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，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(duì)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(duì)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析進(jìn)行形式化定義，提出并設(shè)計(jì)分析方法的總體框架和網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策準(zhǔn)則，構(gòu)建裝備保障方案決策分析指標(biāo)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(jìn)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(jìn)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(kāi)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(jì)

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(gè)3元組：DA={SESS，F(xiàn)DAM，SDAR}。其中：SESS={Si}，為需要進(jìn)行決策分析的保障方案集，Si為第i個(gè)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(gè)保障方案的決策分析結(jié)果。

由此可見(jiàn)：網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案的決策分析過(guò)程可視為一個(gè)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(guò)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(gè)決策分析函數(shù)。

1.2 決策分析方法的總體框架設(shè)計(jì)

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

1)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策過(guò)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(zhǔn)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(biāo)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(zhǔn)則為依據(jù)，構(gòu)建裝備保障方案決策分析指標(biāo)體系，并確保末級(jí)指標(biāo)均可通過(guò)仿真推演數(shù)據(jù)進(jìn)行直接計(jì)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(jí)指標(biāo)的計(jì)算要求，確定Agent模型分辨率，并針對(duì)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(biāo)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)，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(duì)保障Agent進(jìn)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(biāo)體系設(shè)置仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)需求；最后，當(dāng)完成所有仿真條件設(shè)置后，即進(jìn)行仿真推演，并迭代修正仿真模型和指標(biāo)體系模型。

5)按照決策分析指標(biāo)要求收集整理仿真推演的過(guò)程和結(jié)果數(shù)據(jù)，并依據(jù)指標(biāo)體系進(jìn)行決策分析，形成綜合評(píng)價(jià)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(zhǔn)則與決策分析指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 決策準(zhǔn)則

決策準(zhǔn)則是評(píng)價(jià)裝備保障方案優(yōu)劣的基本標(biāo)準(zhǔn)，也是構(gòu)建裝備保障決策分析指標(biāo)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(gè)基本準(zhǔn)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(duì)作戰(zhàn)能力提供裝備維修、彈藥補(bǔ)給等保障。衡量裝備保障方案的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，就是按照該方案所實(shí)施的裝備保障活動(dòng)為整個(gè)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(zhǔn)則。

2)提高裝備保障效率，降低裝備保障代價(jià)。在判斷保障方案的優(yōu)劣時(shí)，還應(yīng)考慮裝備保障效率(如裝備修復(fù)效率、彈藥補(bǔ)給效率等)和裝備保障代價(jià)(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(jià)越小越好。

3)整體性效果(體系效能涌現(xiàn))?！皠?dòng)態(tài)、整體、對(duì)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(jìn)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(diǎn)，從整體上動(dòng)態(tài)、對(duì)抗地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析，以提高決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

2.2 決策分析指標(biāo)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(gè)方案尋優(yōu)的過(guò)程，即依據(jù)決策準(zhǔn)則確立的基本原則，構(gòu)建定量可測(cè)的決策分析指標(biāo)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(píng)估指標(biāo)體系時(shí)，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(bǔ)給能力和器材補(bǔ)給能力等；然后，分別構(gòu)建各級(jí)指標(biāo)。這種構(gòu)建方法構(gòu)建的指標(biāo)體系層級(jí)多、指標(biāo)多，且需要進(jìn)行加權(quán)平均，才能對(duì)方案的總體情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，而加權(quán)平均可能會(huì)丟失對(duì)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(xiàng)能力評(píng)估。對(duì)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(jìn)行動(dòng)態(tài)綜合評(píng)估。筆者根據(jù)所確立的網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策準(zhǔn)則，從保障整體性效果的角度來(lái)構(gòu)建其決策分析指標(biāo)體系，如圖2所示，即從保障效益、保障代價(jià)和保障效率3個(gè)方面對(duì)保障方案進(jìn)行衡量[21]，盡可能地減少指標(biāo)層次和指標(biāo)數(shù)據(jù)。

圖2 裝備保障方案決策分析指標(biāo)體系

2.3 指標(biāo)分析

2.3.1 保障效益類(lèi)指標(biāo)

裝備保障效益類(lèi)指標(biāo)包括裝備參戰(zhàn)率、彈藥攜行率和裝備修復(fù)率3個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

1)裝備參戰(zhàn)率(P11)

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

2)彈藥攜行率(P12)

該指標(biāo)可有效反映彈藥儲(chǔ)供力量對(duì)參戰(zhàn)裝備的彈藥保障情況。

3)裝備修復(fù)率(P13)

該指標(biāo)可有效反映裝備搶修、搶救工作的有效性。

2.3.2 保障代價(jià)類(lèi)指標(biāo)

裝備保障代價(jià)類(lèi)指標(biāo)包括保障裝備損失率、器材損失率和彈藥損失率3個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

1)保障裝備損失率(P21)

該指標(biāo)反映了裝備保障過(guò)程中由于保障力量部署和運(yùn)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(biāo)反映了裝備保障過(guò)程中由于器材儲(chǔ)供力量部署和運(yùn)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(biāo)反映了裝備保障過(guò)程中，由于彈藥儲(chǔ)供力量部署和運(yùn)用等原因造成的彈藥非使用性損耗。

2.3.3 保障效率類(lèi)指標(biāo)

裝備保障效率類(lèi)指標(biāo)包括裝備平均恢復(fù)時(shí)間和彈藥平均補(bǔ)給時(shí)間2個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

1)裝備平均恢復(fù)時(shí)間(P31)

該指標(biāo)可有效反映裝備搶救、搶修分隊(duì)對(duì)待救、待修裝備實(shí)施搶救、搶修的效率高低。

2)彈藥平均補(bǔ)給時(shí)間(P32)

該指標(biāo)可有效反映彈藥保障分隊(duì)對(duì)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(guò)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(duì)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(chǎng)部署、保障指揮交互關(guān)系和保障受控與自主行動(dòng)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(duì)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(duì)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案中的編成編組(G)進(jìn)行描述，對(duì)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(jìn)行描述，為其他模型提供組織結(jié)構(gòu)知識(shí)。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(gè)模型要素，某作戰(zhàn)部隊(duì)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(duì)編成編組結(jié)構(gòu)模型

該模型為一個(gè)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(pán)搶修、彈藥儲(chǔ)供、器材儲(chǔ)供和搶救保障單元，各單元在作戰(zhàn)部隊(duì)裝備保障指揮Agent的統(tǒng)一指揮下行動(dòng)。

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(duì)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案中的通信網(wǎng)絡(luò)(N)進(jìn)行描述。通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建?？蓪?duì)組織結(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(jìn)行描述，為保障仿真推演過(guò)程中保障Agent間交互通信提供信息可達(dá)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(gè)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(duì)級(jí)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(duì)保障指揮要素間的保障情報(bào)網(wǎng)，通過(guò)Agent內(nèi)部的不同信道設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息共享，所有網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的保障要素Agent均實(shí)現(xiàn)了信息互聯(lián)互通，為實(shí)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(duì)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案中的保障指揮規(guī)則變量(CR)進(jìn)行描述。通過(guò)指揮交互規(guī)則建模可對(duì)裝備保障Agent之間的指揮控制和協(xié)同交互等規(guī)則進(jìn)行描述，為保障多Agent之間根據(jù)保障任務(wù)目標(biāo)需要進(jìn)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(dòng)作、保障指揮決策動(dòng)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(guò)程6個(gè)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(guò)程中，當(dāng)某保障要素Agent根據(jù)保障需求情況判斷無(wú)法獨(dú)立完成任務(wù)時(shí)，即主動(dòng)向上級(jí)指揮Agent發(fā)出支援請(qǐng)求，并在獲得批準(zhǔn)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(duì)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案中的保障行動(dòng)規(guī)則(AR)和戰(zhàn)場(chǎng)部署(P)中的任務(wù)區(qū)域、保障對(duì)象的動(dòng)態(tài)調(diào)整分量進(jìn)行描述。通過(guò)狀態(tài)行為規(guī)則建模,可對(duì)裝備保障單個(gè)Agent在不同裝備保障需求信息驅(qū)動(dòng)和自身狀態(tài)情況判斷下的行為方式進(jìn)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(xì)狀態(tài)、動(dòng)作執(zhí)行和動(dòng)作分支9個(gè)模型要素，如圖6所示。該模型描述了一個(gè)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(jī)動(dòng)、展開(kāi)、維修和撤收5個(gè)1級(jí)狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移規(guī)則關(guān)系，以及多個(gè)2級(jí)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(gè)并行狀態(tài)；機(jī)動(dòng)執(zhí)行狀態(tài)包括詳細(xì)狀態(tài)描述，在詳細(xì)狀態(tài)描述中可對(duì)該狀態(tài)下的具體動(dòng)作執(zhí)行過(guò)程進(jìn)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(shí)驗(yàn)條件

4.1.1 仿真實(shí)驗(yàn)作戰(zhàn)想定

為仿真驗(yàn)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(jī)步旅對(duì)機(jī)動(dòng)防御之?dāng)尺M(jìn)攻戰(zhàn)斗”的仿真實(shí)驗(yàn)作戰(zhàn)想定，主要內(nèi)容如下：

1)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境為中等起伏丘陵地；

2)作戰(zhàn)階段劃分為機(jī)動(dòng)接敵、立體突破、縱深戰(zhàn)斗和轉(zhuǎn)入防御4個(gè)階段；

3)作戰(zhàn)兵力規(guī)模紅方為1個(gè)數(shù)字化機(jī)步旅，藍(lán)方為1個(gè)數(shù)字化戰(zhàn)車(chē)營(yíng)特遣隊(duì)；

4)信息通聯(lián)情況為紅、藍(lán)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(tái)級(jí)。

4.1.2 裝備保障方案設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)字化機(jī)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(yùn)行特點(diǎn)與要求，設(shè)計(jì)3個(gè)方案對(duì)決策分析方法的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證。

方案1：保障力量集中部署。主要內(nèi)容為：將機(jī)步旅的本級(jí)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(duì)依托各自保障力量進(jìn)行伴隨保障；當(dāng)出現(xiàn)保障需求后，旅本級(jí)根據(jù)情況臨時(shí)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(jī)步旅的本級(jí)保障力量人員、裝備、器材等按照專(zhuān)業(yè)屬性編組為上裝修理、底盤(pán)修理、器材補(bǔ)給、彈藥補(bǔ)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(gè)作戰(zhàn)任務(wù)區(qū)域內(nèi)，根據(jù)保障需求自適應(yīng)地進(jìn)行現(xiàn)地?fù)尵?、搶修和補(bǔ)給等保障任務(wù)。

方案3：?jiǎn)卧K逐級(jí)部署。主要內(nèi)容為：在上一個(gè)要素模塊分散部署方案的基礎(chǔ)上，將編組的要素單元進(jìn)一步抽組為較為穩(wěn)定的基本保障單元、前進(jìn)保障單元和指揮單元等保障組織單元，分別部署于旅本級(jí)后方保障地域、各作戰(zhàn)分隊(duì)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(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一指揮與自主協(xié)同行動(dòng)的統(tǒng)一。

4.1.3 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)束條件

仿真推演的結(jié)束時(shí)刻為數(shù)字化機(jī)步旅完成作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)間點(diǎn)。由于作戰(zhàn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)性與不確定性，作戰(zhàn)任務(wù)完成時(shí)間往往難以確定，因此筆者從如下3個(gè)條件來(lái)確定戰(zhàn)斗結(jié)束時(shí)間。在仿真過(guò)程中，只要滿足其中任一條件，則仿真結(jié)束。

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

2)數(shù)字化機(jī)步旅實(shí)現(xiàn)了預(yù)定作戰(zhàn)目標(biāo)，占領(lǐng)了預(yù)定地域；

3)藍(lán)軍主要裝備戰(zhàn)損率達(dá)到65%，已不能有效地組織防御。

4.1.4 仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)

利用筆者所在實(shí)驗(yàn)室自主開(kāi)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(hào)為2014SR201727)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要包括6個(gè)功能模塊和2個(gè)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(jì)顯示等主要功能。

圖7 仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

4.2 仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程

仿真實(shí)驗(yàn)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(gè)階段。

4.2.1 作戰(zhàn)想定設(shè)置

通過(guò)戰(zhàn)場(chǎng)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(duì)仿真實(shí)驗(yàn)想定進(jìn)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(lái)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(chǔ)備設(shè)置和彈藥儲(chǔ)備設(shè)置，分別對(duì)裝備保障方案中使用的人員類(lèi)型與數(shù)量、裝備種類(lèi)與數(shù)量、器材種類(lèi)與數(shù)量、彈藥種類(lèi)與數(shù)量進(jìn)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(gè)保障方案；其次，對(duì)每一個(gè)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(jìn)行設(shè)置，保障方案中保障Agent的初始態(tài)勢(shì)部署設(shè)置如圖8所示。

圖8 保障Agent初始態(tài)勢(shì)部署設(shè)置

4.2.4 仿真推演

啟動(dòng)仿真運(yùn)行，仿真系統(tǒng)會(huì)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(dòng)下進(jìn)行自動(dòng)智能推演。仿真運(yùn)行態(tài)勢(shì)及其實(shí)時(shí)Agent交互監(jiān)控界面如圖9所示。

圖9 仿真運(yùn)行態(tài)勢(shì)及實(shí)時(shí)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(duì)每個(gè)保障方案進(jìn)行10次仿真實(shí)驗(yàn)，以盡可能地減少仿真實(shí)驗(yàn)中隨機(jī)性和不確定性問(wèn)題的影響。仿真結(jié)果取10次仿真實(shí)驗(yàn)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(biāo)的計(jì)算公式，得到各指標(biāo)值按作戰(zhàn)階段時(shí)間的分布情況，如圖10所示。將各指標(biāo)作戰(zhàn)階段的時(shí)間分布值求平均，得到各決策分析指標(biāo)作戰(zhàn)全過(guò)程的平均值，如表2所示。

圖10 決策分析指標(biāo)值的作戰(zhàn)階段時(shí)間分布

表2 決策分析指標(biāo)的平均值

保障方案決策分析指標(biāo) 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(qiáng)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(duì)保障方案進(jìn)行綜合排序，并采用熵值法確定決策分析指標(biāo)的權(quán)重[22]。

1)對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)矩陣

根據(jù)表2，對(duì)各指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)矩陣

式中：行為指標(biāo)；列為方案。

2)基于熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建加權(quán)矩陣

熵值法確定指標(biāo)權(quán)重的基本原理是根據(jù)指標(biāo)值的分散程度來(lái)確定指標(biāo)的價(jià)值(權(quán)重)，指標(biāo)值越分散，指標(biāo)價(jià)值越大；熵值越大，指標(biāo)值越分散。指標(biāo)熵值及其權(quán)重的計(jì)算公式為

式中：ei為第i個(gè)指標(biāo)的熵值；n為保障方案數(shù)；yij為第j個(gè)保障方案的第i個(gè)指標(biāo)的值；hi為第i個(gè)指標(biāo)的信息效用價(jià)值；m為指標(biāo)數(shù)；wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

則各指標(biāo)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)矩陣Y進(jìn)行加權(quán)，可得到加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)矩陣V為

3)正負(fù)指標(biāo)理想值向量與正負(fù)距離向量計(jì)算

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

根據(jù)確定的正、負(fù)指標(biāo)理想值向量，可計(jì)算出各保障方案指標(biāo)值與理想值的歐式距離，得到正、負(fù)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(duì)接近度計(jì)算及保障方案優(yōu)選

C=(0.395，0.262，0.918)。

由此可見(jiàn)：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(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行充實(shí)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(píng)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(duì)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案缺乏整體、動(dòng)態(tài)、對(duì)抗性的決策分析方法的問(wèn)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(jì)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(duì)該方法框架的主要內(nèi)容和實(shí)施步驟，基于需求分析結(jié)果，從保障效益、保障代價(jià)和保障效率3個(gè)方面，構(gòu)建了可動(dòng)態(tài)仿真實(shí)測(cè)的決策分析指標(biāo)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(gè)數(shù)字化機(jī)步旅進(jìn)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(duì)保障力量集中部署、要素模塊分散部署和單元模塊逐級(jí)部署3個(gè)保障方案進(jìn)行了決策分析，驗(yàn)證了方法的可行性與有效性。下一步，一方面，將加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)化裝備保障方案決策分析專(zhuān)用平臺(tái)的建設(shè)，進(jìn)一步提高仿真模型的精度；另一方面，將開(kāi)展基于分析結(jié)果的最優(yōu)方案充實(shí)完善方法的研究，為裝備保障指揮機(jī)構(gòu)提供科學(xué)可靠的決策輔助手段。

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(責(zé)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(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61473311)； 北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(9142017)； 軍隊(duì)科研計(jì)劃項(xiàng)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