楊健康，李紅領(lǐng)，尚世鋒，楊新旺（裝甲兵工程學(xué)院 信息工程系，北京 100072）

基于超網(wǎng)絡(luò)的裝備保障信息化模型構(gòu)建及分析

楊健康，李紅領(lǐng)，尚世鋒，楊新旺
（裝甲兵工程學(xué)院 信息工程系，北京 100072）

裝備保障信息化是由信息、技術(shù)、物資、裝備和人員等諸多要素所構(gòu)成，為清晰呈現(xiàn)裝備保障信息化構(gòu)成要素之間的關(guān)系，將裝備保障信息化作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，利用超網(wǎng)絡(luò)相關(guān)理論進(jìn)行分析，構(gòu)建了裝備研制子網(wǎng)絡(luò)、裝備使用子網(wǎng)絡(luò)和裝備維修子網(wǎng)絡(luò)，描述各階段人、技術(shù)、裝備之間的相互關(guān)系；在此基礎(chǔ)上形成裝備保障信息化網(wǎng)絡(luò)，覆蓋裝備研制-使用-維護(hù)-報(bào)廢全壽命周期的過(guò)程，形象描述人、武器裝備和人與武器裝備結(jié)合的構(gòu)成關(guān)系，對(duì)裝備保障信息化的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究提供了基于超網(wǎng)絡(luò)的研究思路。

裝備保障；信息化；超網(wǎng)絡(luò)；模型

0　引　言

信息化是世界新軍事變革的本質(zhì)和核心，裝備信息化是軍隊(duì)信息化的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，裝備保障信息化已成為裝備保障發(fā)展的必由之路。相關(guān)研究人員從理論分析的角度對(duì)我軍裝備保障信息化提出了不同建議［1 - 6］，楊學(xué)強(qiáng)等編著的《裝備保障信息化建設(shè)概論》中提出了我軍裝備保障信息化的理論模型［7］。裝備保障信息化構(gòu)成要素包含信息、技術(shù)、人員、裝備等等，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的復(fù)雜系統(tǒng)，如何研究系統(tǒng)的內(nèi)在動(dòng)態(tài)機(jī)理，目前還是一個(gè)比較新的領(lǐng)域。

美國(guó)科學(xué)家 Nagurney 等在處理物流網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)、資金網(wǎng)絡(luò)相交織的問(wèn)題時(shí)，把高于而又超于現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)（“above and beyond” existing net-works）的網(wǎng)絡(luò)，稱為超網(wǎng)絡(luò)（supernetwork）。當(dāng)前的研究?jī)H是集中在利用超圖和變分不等式建立模型，提出解法。針對(duì)裝備保障信息化和超網(wǎng)絡(luò)理論的研究，不少研究者們?cè)诟髯匝芯款I(lǐng)域上提出了自己的觀點(diǎn)，但將裝備保障信息化抽象成為復(fù)雜系統(tǒng)并利用超網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)其進(jìn)行研究的參考文獻(xiàn)較少。

1　裝備保障信息化及其特點(diǎn)

裝備保障是指從事裝備工作的人員和組織，運(yùn)用保障裝備、設(shè)施和相關(guān)資源，通過(guò)物資保障和技術(shù)保障，保持或恢復(fù)裝備良好狀況，以確保軍隊(duì)作戰(zhàn)和建設(shè)等軍事需要的各項(xiàng)活動(dòng)的統(tǒng)稱［8，9］，通過(guò)以上對(duì)裝備保障信息化的定義可以看出裝備保障信息化是一個(gè)由信息、技術(shù)、物資、裝備和人員等諸多要素所構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，具有 2 個(gè)特點(diǎn)。

1）復(fù)雜性

將裝備保障信息化看做一個(gè)系統(tǒng)，那么這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)是由包含信息、技術(shù)、物資、裝備和人員等諸多要素、子系統(tǒng)所構(gòu)成的“巨大”系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)又有它們的子系統(tǒng)，且各個(gè)子系統(tǒng)的組成要素較多，各要素間聯(lián)系較為復(fù)雜。

2）動(dòng)態(tài)演化

高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，裝備保障任務(wù)亦具有顯著的動(dòng)態(tài)性：一是裝備保障任務(wù)的實(shí)施會(huì)因?yàn)閼?zhàn)場(chǎng)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化而受到影響；二是裝備保障任務(wù)會(huì)因?yàn)樽鲬?zhàn)任務(wù)的動(dòng)態(tài)變化而產(chǎn)生變化；三是裝備保障任務(wù)會(huì)受到裝備保障時(shí)間和資源動(dòng)態(tài)變化的制約；四是裝備保障任務(wù)總量存在不確定性，這是由于裝備保障的新任務(wù)有可能在某時(shí)引入，且裝備保障執(zhí)行過(guò)程中存在迭代與反復(fù)現(xiàn)象；五是裝備保障過(guò)程有時(shí)可能會(huì)持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間，使得裝備保障實(shí)體的參與也存在不確定性［10］。

2　超網(wǎng)絡(luò)理論及其研究特點(diǎn)

Sheffi 最早提出了超網(wǎng)絡(luò)的概念，并將其用于運(yùn)輸系統(tǒng)。隨后，美國(guó)科學(xué)家 Nagurney 使超網(wǎng)絡(luò)的概念得以明確。Nagurney 等所研究的超網(wǎng)絡(luò)可用來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用與影響，它可以借助優(yōu)化理論、變分不等式等數(shù)學(xué)工具對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的變量進(jìn)行定量的計(jì)算分析。

超網(wǎng)絡(luò)具備一種或幾種特征：多層特征，例如交通運(yùn)輸網(wǎng)就有物理層、業(yè)務(wù)層和管理層；信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也是多層的。層內(nèi)和層間都有連接。多級(jí)特征，例如企業(yè)的信息網(wǎng)絡(luò)有部門、公司、總部等級(jí)別。同級(jí)和級(jí)間都有連接。它的流量可以是多維的，例如鐵路、公路、水運(yùn)和航空都是既有客運(yùn)又有貨運(yùn)。多屬性或多準(zhǔn)則的，例如在城市中出行不僅有路徑選擇，而且有方式（駕車、公交、步行）的選擇，運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)需要同時(shí)考慮時(shí)間、成本、安全舒適等。存在擁塞性，不僅交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，而且信息網(wǎng)絡(luò)也存在擁堵問(wèn)題。全局優(yōu)化和個(gè)體優(yōu)化需要協(xié)調(diào)［11 - 12］。

3　裝備保障信息化的超網(wǎng)絡(luò)模型

裝備保障信息化涉及到裝備從研制—使用—維護(hù)—報(bào)廢全壽命周期的過(guò)程，為了研究方面，作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，將該系統(tǒng)分為裝備研制、裝備使用和裝備維修 3 個(gè)子系統(tǒng)。利用超網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論進(jìn)行分析時(shí)，將整個(gè)裝備保障信息化網(wǎng)絡(luò)分為 3 個(gè)子網(wǎng)絡(luò)：裝備研制子網(wǎng)絡(luò)、裝備使用子網(wǎng)絡(luò)和裝備維修子網(wǎng)絡(luò)。

3.1裝備研制子網(wǎng)絡(luò)

裝備研制一般是由科研院所、企業(yè)來(lái)承擔(dān)，裝備研制網(wǎng)絡(luò)由不同的科研院所之間、同一個(gè)單位的不同項(xiàng)目組共同組成。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以表示研制過(guò)程中的一個(gè)個(gè)體，也可以是不同裝備研制的項(xiàng)目組，網(wǎng)絡(luò)的邊表示各個(gè)項(xiàng)目組之間的聯(lián)系。裝備研制網(wǎng)絡(luò)可由圖 1 表示。

圖 1　裝備研制子網(wǎng)絡(luò)Fig. 1　Equipment development sub-network

裝備研制網(wǎng)絡(luò)可以表示為：

3.2裝備使用子網(wǎng)絡(luò)

裝備使用網(wǎng)絡(luò)是由軍隊(duì)各級(jí)建制單位構(gòu)成，將網(wǎng)絡(luò)里的節(jié)點(diǎn)表示為人員符合現(xiàn)在軍隊(duì)實(shí)際情況。裝備使用網(wǎng)絡(luò)的邊表示不同人員的聯(lián)接關(guān)系，最直接的聯(lián)接關(guān)系就是軍隊(duì)的編制，這種編制關(guān)系將使用方人員網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)個(gè)體緊密聯(lián)系在一起。從裝備最優(yōu)戰(zhàn)斗力生成來(lái)看，不同武器裝備的配備會(huì)使一些武器的使用效果大大增強(qiáng)，從這個(gè)意義上來(lái)看，裝備使用網(wǎng)絡(luò)的邊可以由裝備自身性質(zhì)來(lái)表示。當(dāng)然，這 2 種表示方法有著一定共通性。裝備使用網(wǎng)絡(luò)如圖 2 所示。

裝備使用網(wǎng)絡(luò)可以表示為如下形式：

圖 2　裝備使用子網(wǎng)絡(luò)Fig. 2　Equipment using sub-network

真實(shí)的裝備使用網(wǎng)絡(luò)存在上級(jí)節(jié)點(diǎn)和下級(jí)節(jié)點(diǎn)之分，高一級(jí)的裝備使用單位向低級(jí)別的裝備使用單位發(fā)出指令，而同級(jí)裝備使用單位只共享信息。表示 uj是 ui的直接下級(jí)單位。ui的所有直接下級(jí)使用單位可表示為：

除了直接的隸屬關(guān)系外，節(jié)點(diǎn)間還存在著間接的隸屬關(guān)系。所有直接和間接的隸屬關(guān)系統(tǒng)稱為包含關(guān)系，用布爾變量來(lái)表示。則 ui的所有下級(jí)裝備使用單位可表示為：

3.3裝備維修子網(wǎng)絡(luò)

裝備維修網(wǎng)絡(luò)是由軍隊(duì)的修理單位構(gòu)成的。裝備維修網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)可以簡(jiǎn)單的表示為維修部隊(duì)的人員個(gè)體，但從裝備中修時(shí)是按照流水作業(yè)的方式進(jìn)行修理這點(diǎn)來(lái)看，修理部隊(duì)中負(fù)責(zé)同一零部件修理的小組即可表示 1 個(gè)節(jié)點(diǎn)。

裝備維修網(wǎng)絡(luò)的邊表示不同人員的連接關(guān)系。雖然軍隊(duì)的現(xiàn)有編制體制劃分使得維修人員存在職務(wù)和級(jí)別上的不同，但事實(shí)上高一級(jí)的修理單位與低一級(jí)的修理單位之間的關(guān)系并不是上下級(jí)關(guān)系，而是指導(dǎo)與被指導(dǎo)的關(guān)系。裝備維修人員網(wǎng)絡(luò)的主體是由技術(shù)人員組成，因此裝備維修人員網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系并不是指揮與命令，而是合作與交流。裝備維修網(wǎng)絡(luò)如圖 3 所示。

圖 3　裝備維修子網(wǎng)絡(luò)Fig. 3　Equipment maintainence sub-network

裝備維修網(wǎng)絡(luò)可由下式表達(dá)：

在裝備保障的過(guò)程中，各維修單位或維修人員、小組實(shí)體之間并非都存在著信息的交互，例如對(duì)某型艦船進(jìn)行中修時(shí)，負(fù)責(zé)通信裝備或火力裝備部分維修任務(wù)的人員之間存在交流，但與負(fù)責(zé)維修機(jī)械部分的人員一般不會(huì)存在信息交互，也即在裝備維修網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間可不存在連接，各裝備維修節(jié)點(diǎn)關(guān)系可以由下式判別：

3.4基于超網(wǎng)絡(luò)的裝備保障信息化模型構(gòu)建

以上描述只限于各個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的相互聯(lián)系，同時(shí)在裝備維修網(wǎng)絡(luò)、裝備使用網(wǎng)絡(luò)和裝備研制網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間也存在著某種連接，這種連接可以表示為一種映射，這就構(gòu)成了不同屬性的超網(wǎng)絡(luò)，如圖 4 所示。

圖 4　基于超網(wǎng)絡(luò)的裝備保障信息化模型Fig. 4　Superwork-based model of equipment support informazation

1）裝備維修網(wǎng)絡(luò)到裝備使用網(wǎng)絡(luò)的映射：表示維修方對(duì)使用方提供裝備維修支援，表達(dá)式如下：

2）裝備研制網(wǎng)絡(luò)到裝備使用網(wǎng)絡(luò)的映射：負(fù)責(zé)裝備研制的院所、企業(yè)可以對(duì)裝備使用單位提供裝備操作使用及日常維護(hù)保養(yǎng)的守則，表達(dá)式如下：

3）裝備研制網(wǎng)絡(luò)到裝備維修網(wǎng)絡(luò)的映射：裝備研制單位可以向哪些裝備維修單位提供維修技術(shù)上的支持，表達(dá)式如下：

利用上述映射關(guān)系，對(duì)裝備維修網(wǎng)絡(luò)、裝備使用網(wǎng)絡(luò)和裝備研制網(wǎng)絡(luò)集成，可得裝備保障信息化的超網(wǎng)絡(luò)模型。

3.5模型分析

裝備保障信息化構(gòu)成要素是由人、武器裝備以及人與武器裝備結(jié)合組成，超網(wǎng)絡(luò)模型的各子網(wǎng)絡(luò)可以形象的描述裝備保障這種人、武器裝備和人與武器裝備結(jié)合的構(gòu)成關(guān)系，而且可以將最難描述的不同裝備保障實(shí)體相互關(guān)系很清晰呈現(xiàn)出來(lái)：如裝備維修子網(wǎng)絡(luò)中，參與的維修實(shí)體是由不同維修單位、人員或小組構(gòu)成，各裝備使用人員將待修理的信息傳遞給不同的維修人員，表現(xiàn)了裝備保障信息化網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)相互之間的信息流動(dòng)。同時(shí)，縱向的研究 3 個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的映射關(guān)系也可以表示維修、研制和使用的相互關(guān)系，信息流動(dòng)亦得以充分的表現(xiàn)。

4　結(jié)　語(yǔ)

超網(wǎng)絡(luò)具備一個(gè)平衡態(tài)即最優(yōu)狀態(tài)，整個(gè)裝備保障信息化超網(wǎng)絡(luò)的平衡態(tài)（最優(yōu)化狀態(tài)）是在同一個(gè)層次參與其中的人、武器裝備都有效運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，信息流、指控流和能量流滿足某種優(yōu)化條件的一種狀態(tài)，單個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化狀態(tài)并不一定能夠達(dá)到整個(gè)超網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化，即裝備保障的最優(yōu)化。如裝備使用網(wǎng)絡(luò)中，某裝備的損毀信息能夠得以迅速傳遞到裝備維修網(wǎng)絡(luò)，這是裝備使用網(wǎng)絡(luò)與裝備維修網(wǎng)絡(luò)之間的映射得到最優(yōu)化的表現(xiàn)之一。但如果損壞信息傳遞的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于裝備維修本身的速度，裝備損壞的情況不能得到及時(shí)處理，戰(zhàn)斗力仍會(huì)大打折扣。而如果是僅僅提高裝備維修的速度，而不提高裝備損毀信息的傳輸速度，戰(zhàn)斗力亦會(huì)大打折扣。因此，研究裝備保障信息化的超網(wǎng)絡(luò)模型是為了尋找整個(gè)保障網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化狀態(tài)，而不是簡(jiǎn)單的針對(duì)某一或全部的子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，相關(guān)研究還有待于進(jìn)一步深入。

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The model construction and analysis based-on supernetwork of equipment support informatization

YANG Jian-kang，LI Hong-ling，SHANG Shi-feng，YANG Xin-wang
（Department of Information Engineering，Academy of Armored Forces Engineering，Beijing 100072，China）

Equipment support informatization is made up of information，technology，materials，equipment and humen. Build up a complex system of equipment support informatization to show the clear relation between each element. Make use of the thesis of supernetwork to analyze and construct equipment study，equipment utility，and equipment maintenance subnetwork，each sub-network describe the relationship about humen，technology and equipment for each phases. Based on the three sub-network，we build a equipment support informatization network that cover the cycle of equipment developement，using，maintainence，and we could depict the relations between human，weapon，and combination of them，and provide ideas of supernetwork for system dynamics research of equipment support informatization.

equipment support；informatization；supernetwork；model

O157.6；E91

A

1672 - 7619（2016）08 - 0124 - 04

10.3404/j.issn.1672 - 7619.2016.08.026

2016 - 06 - 25；

2016 - 07 - 09

楊健康（1978 - ），男，碩士，講師，研究方向裝備保障信息化技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)通信。