許 慶， 侯興明， 廖興禾， 楊 超， 秦海峰

(1. 航天工程大學(xué)航天保障系， 北京 102206； 2. 航天工程大學(xué)士官學(xué)校, 北京 102200)

實(shí)施軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略是習(xí)主席從落實(shí)“四個(gè)全面”戰(zhàn)略布局，站在開創(chuàng)富國(guó)強(qiáng)軍新局面的高度做出的重大戰(zhàn)略決策。習(xí)主席指出：“國(guó)防科技和武器裝備領(lǐng)域是軍民融合發(fā)展的重點(diǎn)，也是衡量軍民融合發(fā)展水平的重要標(biāo)志”[1]。伴隨航天技術(shù)特別是航天軍事技術(shù)的迅猛發(fā)展，太空作為新的戰(zhàn)略空間，已成為維護(hù)國(guó)家安全和利益的“高邊疆”和戰(zhàn)略制高點(diǎn)[2]。航天領(lǐng)域作為新興且軍地互通性較強(qiáng)的領(lǐng)域，為使航天裝備維修保障順暢運(yùn)行，通過軍民融合的形式開展各項(xiàng)維修保障是一條行之有效的途徑。筆者采用兼具定性分析和定量分析手段的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(System Dynamics，SD)方法，借助Vensim軟件構(gòu)建具有仿真功能的航天裝備軍民融合維修保障系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，探尋維修保障運(yùn)行過程中各因素之間的影響關(guān)系，查找各因素在維修保障過程中的輕重關(guān)系，對(duì)指導(dǎo)航天裝備軍民融合維修保障的高效運(yùn)行具有積極的作用。

1 基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行分析思路

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法是由美國(guó)麻省理工學(xué)院教授Forrester創(chuàng)立的一種研究動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的方法，它可以假設(shè)較高的抽象層級(jí)，代表人、產(chǎn)品、事件和其他數(shù)量表現(xiàn)的離散事物，采用“結(jié)構(gòu)-功能”模擬法，從系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)入手建模，通過構(gòu)造系統(tǒng)的基本運(yùn)行結(jié)構(gòu)，來模擬與分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，適用于研究行為已經(jīng)定義好的封閉系統(tǒng)，主要研究系統(tǒng)的反饋循環(huán)、平衡及鞏固，并明確影響它們的存量和流量[3]。航天裝備軍民融合維修保障可看作是一個(gè)結(jié)構(gòu)有序、對(duì)保障對(duì)象及維修換件產(chǎn)生響應(yīng)、在規(guī)定維修任務(wù)過程中有一定自我組織調(diào)節(jié)能力的復(fù)雜系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法為解決維修保障運(yùn)行問題提供了可能性[4]。具體設(shè)計(jì)步驟如下：

1) 系統(tǒng)分析。主要是對(duì)航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行分析。內(nèi)容主要包括：理解航天裝備軍民融合維修保障特點(diǎn)規(guī)律；分析收集軍民融合維修保障運(yùn)行的組成成分及其完成規(guī)定維修保障任務(wù)的環(huán)境、參數(shù)、效果等數(shù)據(jù)；分析影響航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行的基本矛盾與主要矛盾、變量與主要變量等；初步劃分軍民融合維修保障的界限，確定內(nèi)生變量、外生變量、輸入量和政策變量等；描述軍民融合維修保障狀態(tài)和期望保障狀態(tài)，觀測(cè)維修保障的特征。

2) 結(jié)構(gòu)分析。主要是處理體系信息，定義變量，并對(duì)體系內(nèi)部反饋回路進(jìn)行分析。內(nèi)容主要包括：劃分體系層次與子結(jié)構(gòu)，從上到下，由粗到細(xì)，逐步分解體系，重點(diǎn)分析體系總體與局部的反饋機(jī)制、反饋環(huán)路及其耦合，進(jìn)行因果關(guān)系分析，基于因果機(jī)制，畫出因果關(guān)系圖；分析體系變量以及變量間的關(guān)系，定義體系的主導(dǎo)回路及其性質(zhì)，分析主回路動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移的可能性。

3) 建立模型。內(nèi)容主要包括：在因果關(guān)系圖的基礎(chǔ)上確定有關(guān)的狀態(tài)變量、流率變量以及其他輔助變量，繪制流圖；建立狀態(tài)變量、速率變量、輔助變量和常數(shù)的數(shù)學(xué)方程式，描述定性和半定性的變量關(guān)系，并確定方程參數(shù)；給所有計(jì)算初始值方程式、常數(shù)方程式與表函數(shù)賦值。在建模過程中要注意非線性、延遲性等一些問題的處理。

4) 模擬與分析研究。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是現(xiàn)實(shí)維修保障運(yùn)行的抽象化，代表了真實(shí)系統(tǒng)的某些斷面和側(cè)面，這一步是對(duì)程序賦予原始數(shù)據(jù)及政策變量。內(nèi)容主要包括：通過仿真軟件平臺(tái)對(duì)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，繪制結(jié)果曲線圖表；尋找解決問題的決策，獲取更豐富的信息，發(fā)現(xiàn)新的矛盾與問題；對(duì)模型結(jié)構(gòu)或參數(shù)進(jìn)行修改調(diào)整，反復(fù)模擬實(shí)驗(yàn)。

5) 模型檢驗(yàn)。對(duì)于航天裝備軍民融合維修保障的認(rèn)識(shí)是不斷變化發(fā)展的，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模也在實(shí)踐中不斷調(diào)整和修改，最終達(dá)到最優(yōu)的結(jié)果。模型檢驗(yàn)并不是一定要在最后一步進(jìn)行，部分內(nèi)容可以在前面的每一個(gè)步驟中分散進(jìn)行。主要內(nèi)容包括：對(duì)系統(tǒng)反饋回路的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)；對(duì)描述函數(shù)變量的方程式進(jìn)行檢驗(yàn)；對(duì)仿真運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證分析。

2 航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)分析

2.1 航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行系統(tǒng)特點(diǎn)

航天裝備軍民融合維修保障是指為保持、恢復(fù)航天裝備規(guī)定的技術(shù)狀態(tài)或改善航天裝備性能，采用軍民融合的途徑和方式對(duì)航天裝備進(jìn)行維護(hù)和修理的各項(xiàng)活動(dòng)[5]。航天裝備種類多樣、分布域廣、應(yīng)用環(huán)境特殊，航天裝備軍民融合維修保障的運(yùn)行涉及軍民商等多部門、多層次、多環(huán)節(jié)，受多種因素影響和制約，是一個(gè)涵蓋眾多要素的復(fù)雜系統(tǒng)工程，除軍民結(jié)合、融合共贏、共享節(jié)約[6]等一般特點(diǎn)外，以航天專用裝備和試驗(yàn)裝備為重點(diǎn)的維修保障還具有以下不同的特點(diǎn)：

1) 維修保障力量的融合性。由于航天專用裝備大部分臺(tái)套少、技術(shù)新，加上成建制維修力量弱，形成以研制廠所維修保障力量為主、建制力量為輔、社會(huì)力量為補(bǔ)充的維修保障力量構(gòu)成，要求融合多元力量，才能實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)行動(dòng)與維修保障行動(dòng)的一體聯(lián)動(dòng)。

2) 維修保障模式的多樣性。體現(xiàn)為不同類型航天裝備、不同使命任務(wù)單位保障模式的差異性，針對(duì)不同任務(wù)開展維修保障任務(wù)模式各不相同。

3) 維修保障手段的復(fù)雜性。航天裝備維修保障高度依賴維修設(shè)備和技術(shù)手段，而軍民融合維修保障技術(shù)層面則高度依賴信息支撐系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

2.2 航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行系統(tǒng)構(gòu)成

航天裝備軍民融合維修保障的運(yùn)行包括軍方建制維修保障作業(yè)活動(dòng)和民方高新技術(shù)力量動(dòng)員開展維修保障作業(yè)支援以及配合的組織籌劃、信息支撐、維修保障器材的籌措、儲(chǔ)備、供應(yīng)(籌儲(chǔ)供)等活動(dòng)，如圖1所示。

圖1 航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行結(jié)構(gòu)

指揮行為層面體現(xiàn)為軍民融合維修保障的組織籌劃水平，具體包括軍民混編組織指揮軍地維修保障力量、軍民統(tǒng)籌制定軍民融合維修保障計(jì)劃、軍民協(xié)同籌劃部署軍民融合維修保障任務(wù)等，反映了開展軍民融合維修保障運(yùn)行的指揮是否順暢與高效，體現(xiàn)了維修保障計(jì)劃的軍民統(tǒng)籌性和維修保障指揮力量的軍民混編性。

作業(yè)活動(dòng)層面分為維護(hù)修理作業(yè)活動(dòng)和維修保障器材籌、儲(chǔ)、供作業(yè)活動(dòng)。維修保障作業(yè)活動(dòng)中的軍方建制維修保障作業(yè)又可分為基地級(jí)和部隊(duì)級(jí)2級(jí)作業(yè)，其中：基地級(jí)維修保障包括基地級(jí)維修保障力量編組、部隊(duì)級(jí)維修準(zhǔn)備、維修保障力量的機(jī)動(dòng)前出以及現(xiàn)場(chǎng)搶修等活動(dòng)；部隊(duì)級(jí)維修保障包括部隊(duì)級(jí)力量編組、部隊(duì)級(jí)維修準(zhǔn)備以及應(yīng)急搶修等活動(dòng)。地方高新技術(shù)動(dòng)員力量的運(yùn)用是當(dāng)前階段開展軍民融合維修保障作業(yè)活動(dòng)的主要形式，具體包括高新技術(shù)力量動(dòng)員準(zhǔn)備、臨戰(zhàn)訓(xùn)練、編組運(yùn)用等活動(dòng)。軍民融合維修保障器材籌、儲(chǔ)、供應(yīng)作業(yè)活動(dòng)具體可分為軍地戰(zhàn)儲(chǔ)器材統(tǒng)籌運(yùn)用、軍地維修保障器材資源的儲(chǔ)備配置以及籌措供應(yīng)等內(nèi)容。作業(yè)活動(dòng)層面充分體現(xiàn)了維修保障任務(wù)的軍民互補(bǔ)性、維修保障模式的軍民多樣性以及維修保障手段的軍民協(xié)調(diào)性。

信息支援層面實(shí)現(xiàn)軍民融合維修保障信息的實(shí)時(shí)采集、傳輸、分析、處理，包括軍民協(xié)調(diào)信息處理、軍民互通信息分析、軍民共享信息實(shí)現(xiàn)。信息支援層面的軍地維修保障信息互聯(lián)互通程度是開展軍民融合維修保障的重要條件，體現(xiàn)了維修保障技術(shù)手段的軍民互用性、維修保障平臺(tái)的軍民通用性以及維修保障信息資源的軍民共享性。

3 航天裝備軍民融合維修保障系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)力學(xué)模型

3.1 模型假設(shè)和系統(tǒng)邊界

根據(jù)航天裝備軍民融合維修保障系統(tǒng)的具體活動(dòng)，規(guī)劃相應(yīng)的變量及影響因素，考慮到模型可操作性和定量化的需求，做出如下假設(shè)：

1) 在仿真周期內(nèi)，外部環(huán)境的影響相對(duì)固定；

2) 航天裝備軍民融合維修保障建設(shè)是具有漸進(jìn)性的連續(xù)過程；

3) 不考慮重大政策調(diào)整等突發(fā)性因素影響[7]。

系統(tǒng)的邊界是一個(gè)想象的輪廓，把建模目的所考慮的內(nèi)容包括進(jìn)去，而與其他部分隔開，在邊界內(nèi)部，凡涉及與所研究問題有重要關(guān)系的概念與變量均應(yīng)考慮進(jìn)模型，反之應(yīng)排除在模型之外。據(jù)此，根據(jù)上述系統(tǒng)分析，從軍民協(xié)同組織籌劃、建制基地級(jí)維修保障、建制部隊(duì)級(jí)維修保障、地方高新技術(shù)動(dòng)員力量運(yùn)用、軍民共享信息支撐、軍民融合維修保障器材籌儲(chǔ)供、軍民融合風(fēng)險(xiǎn)干擾等7個(gè)方面考察維修保障系統(tǒng)運(yùn)行。

3.2 因果關(guān)系分析

通過分析航天裝備軍民融合維修保障各要素之間的關(guān)系，可以得到如圖2所示的因果關(guān)系圖。圖中：實(shí)線代表負(fù)反饋，表示由管理風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、信息風(fēng)險(xiǎn)等影響因子所構(gòu)成的軍民融合風(fēng)險(xiǎn)干擾所造成的消極影響[8]，外部環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)越復(fù)雜，內(nèi)部經(jīng)濟(jì)、管理與技術(shù)阻力越大，航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行效果就越低；虛線代表正反饋，表示對(duì)航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行起積極作用。

3.3 存量流圖模型

根據(jù)航天裝備軍民融合維修保障效能影響因素因果關(guān)系分析，從航天裝備軍民融合維修保障建設(shè)水平、軍民融合維修保障組織籌劃水平、軍民融合維修保障信息支撐水平、軍民融合維修保障器材籌措、儲(chǔ)、供水平、建制基地級(jí)維修保障作業(yè)活動(dòng)水平、建制部隊(duì)級(jí)維修保障作業(yè)活動(dòng)水平、地方高新技術(shù)動(dòng)員力量運(yùn)用水平、軍民融合風(fēng)險(xiǎn)干擾8個(gè)狀態(tài)變量、12個(gè)速率變量以及其他輔助變量入手，引入維修周期時(shí)間作為時(shí)間變量，構(gòu)建航天裝備軍民融合維修保障存量流圖模型，如圖3所示。

圖2 航天裝備軍民融合維修保障因果關(guān)系圖

圖3 航天裝備軍民融合維修保障存量流圖模型

該存量流圖模型中涉及到的主要變量關(guān)系及方程如下:

1) 航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行水平=INTEG(總變化率，航天裝備軍民融合維修保障建設(shè)水平初始值)。其中：INTEG為積分運(yùn)算符，代表積分函數(shù)，下同。

2) 總變化率=(權(quán)重×軍民融合維修保障組織籌劃水平+權(quán)重×建制部隊(duì)級(jí)維修保障作業(yè)活動(dòng)+權(quán)重×建制基地級(jí)維修保障作業(yè)活動(dòng)+權(quán)重×地方高新技術(shù)動(dòng)員力量運(yùn)用水平+權(quán)重×軍民融合維修保障器材籌措供應(yīng)水平+權(quán)重×軍民融合維修保障信息支撐水平)/軍民融合維修保障周期。

3) 風(fēng)險(xiǎn)干擾變化率=SMOOTH(-風(fēng)險(xiǎn)影響因子/TIMESTEP,敵方干擾時(shí)間)。其中：SMOOTH為延遲運(yùn)算符，代表延遲函數(shù)[9]；風(fēng)險(xiǎn)影響因子是指斜率一定的線性增長(zhǎng)函數(shù)，其變量方程為RAMP({slope}，start}，{finish})；TIMESTEP為仿真時(shí)間步長(zhǎng)。

4) 軍民融合維修保障周期=搶修時(shí)間+數(shù)據(jù)處理時(shí)間+籌儲(chǔ)供時(shí)間+組織籌劃時(shí)間+維修時(shí)間。

5) 軍民融合維修保障組織籌劃水平=INTEG(組織籌劃增加速率-組織籌劃降低速率，組織籌劃水平初始值)。

6) 組織籌劃增加速率=(權(quán)重×制定計(jì)劃準(zhǔn)確度+權(quán)重×籌劃部署能力+權(quán)重×組織指揮能力)/組織籌劃時(shí)間。

7) 組織籌劃降低速率=敵方干擾水平/組織籌劃時(shí)間。

8) 籌劃部署能力=lookup1(Time1籌劃部署投入時(shí)間)。其中：lookup函數(shù)為表函數(shù)[3]，用以表示2個(gè)變量之間的非線性關(guān)系,下同。

9) 建制基地級(jí)維修保障作業(yè)活動(dòng)水平=INTEG(基地級(jí)維修保障增加速率-基地級(jí)維修保障降低速率，基地級(jí)維修保障作業(yè)活動(dòng)水平初始值)。

10) 基地級(jí)維修保障增加速率= (權(quán)重×基地級(jí)維修準(zhǔn)備程度+權(quán)重×基地級(jí)力量編組能力+權(quán)重×現(xiàn)地?fù)屝弈芰?權(quán)重×機(jī)動(dòng)前出能力+權(quán)重×組織籌劃水平)/維修時(shí)間。

11) 基地級(jí)維修保障降低速率=敵方干擾水平/維修時(shí)間。

12) 基地級(jí)力量編組能力=lookup2(Time2基地級(jí)力量編組時(shí)間)。

13) 現(xiàn)地?fù)屝弈芰?lookup3(Time3現(xiàn)地?fù)屝迺r(shí)間)。

14) 建制部隊(duì)級(jí)維修保障作業(yè)活動(dòng)水平=INTEG(部隊(duì)級(jí)維修保障增加速率-部隊(duì)級(jí)維修保障降低速率，部隊(duì)級(jí)維修保障作業(yè)活動(dòng)水平初始值)。

15) 部隊(duì)級(jí)維修保障增加速率=(權(quán)重×部隊(duì)級(jí)維修準(zhǔn)備程度+權(quán)重×部隊(duì)級(jí)力量編組能力+權(quán)重×應(yīng)急搶修能力+權(quán)重×組織籌劃水平)/搶修時(shí)間。

16) 部隊(duì)級(jí)維修保障降低速率=敵方干擾水平/搶修時(shí)間。

17) 部隊(duì)級(jí)力量編組能力=lookup4(Time4部隊(duì)級(jí)力量編組時(shí)間)。

18) 應(yīng)急搶修能力=lookup5(Time5應(yīng)急搶修時(shí)間)。

19) 地方高新技術(shù)動(dòng)員力量變化率=(權(quán)重×動(dòng)員準(zhǔn)備程度+權(quán)重×編組運(yùn)用效率+權(quán)重×臨戰(zhàn)訓(xùn)練程度)/維修時(shí)間。

20) 編組運(yùn)用效率=lookup6(Time6編組運(yùn)用時(shí)間)。

21) 軍民融合維修保障器材籌儲(chǔ)供水平=INTEG(器材籌儲(chǔ)供增加速率-器材籌儲(chǔ)供降低速率，器材籌措儲(chǔ)備供應(yīng)水平初始值)。

22) 器材籌儲(chǔ)供增加速率=(權(quán)重×戰(zhàn)儲(chǔ)器材運(yùn)用程度+權(quán)重×儲(chǔ)備配置程度+權(quán)重×籌措供應(yīng)能力)/籌儲(chǔ)供時(shí)間。

23) 器材籌儲(chǔ)供降低速率=敵方干擾水平/籌儲(chǔ)供時(shí)間。

24) 軍民融合維修保障信息支撐水平=INTEG(信息支撐增加速率-信息支撐降低速率，信息支撐水平初始值)。

25) 信息支撐增加速率=(權(quán)重×信息處理能力+權(quán)重×信息分析能力+權(quán)重×信息實(shí)現(xiàn)能力)/信息處理時(shí)間。

26) 信息支撐降低速率=敵方干擾水平/信息處理時(shí)間。

27) 信息分析能力=lookup7(Time7數(shù)據(jù)分析時(shí)間)。

4 仿真實(shí)例與分析

為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行?，以某型空間態(tài)勢(shì)感知雷達(dá)的軍民融合維修保障運(yùn)行為例，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件Vensim對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行構(gòu)思、模擬、分析。Vensim軟件是一個(gè)基于視窗界面的可視化建模工具，提供了圖形編輯環(huán)境，該軟件的優(yōu)勢(shì)在于可實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)系統(tǒng)的概念具象化和文件可視化，且仿真結(jié)果展示直觀、函數(shù)方程式編程錄入便捷。

某型空間態(tài)勢(shì)感知雷達(dá)的軍民融合維修保障仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M時(shí)間為12個(gè)月，仿真步長(zhǎng)為1，單位為月。通過前期調(diào)研獲取該套裝備運(yùn)行情況完成仿真初始數(shù)據(jù)采集，并運(yùn)用專家組進(jìn)行匿名問卷調(diào)查得到專家意見，通過多次反饋再征求意見的過程，最終得到專家組給出的權(quán)重值[10]，如表1所示。

仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)置2種情況：情況1，地方高新技術(shù)動(dòng)員力量運(yùn)用充分，仿真結(jié)果如圖4所示；情況2，地方高新技術(shù)動(dòng)員力量運(yùn)用不足，仿真結(jié)果如圖5所示。

由圖4可知：通過調(diào)整增加地方高新技術(shù)動(dòng)員力量運(yùn)用水平，將會(huì)帶動(dòng)建制基地級(jí)和部隊(duì)級(jí)兩級(jí)維修保障作業(yè)活動(dòng)水平的增長(zhǎng)，進(jìn)而使航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行水平得到提升；在引入軍民融合風(fēng)險(xiǎn)干擾影響后，航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行水平增長(zhǎng)速率放緩，并且逐步趨于穩(wěn)定。

表1 航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行變量及其權(quán)重

圖4 高新技術(shù)動(dòng)員力量運(yùn)用充分情況仿真結(jié)果

圖5 高新技術(shù)動(dòng)員力量運(yùn)用不足情況仿真結(jié)果

由圖5可知：通過調(diào)整降低地方高新技術(shù)動(dòng)員力量運(yùn)用水平，將會(huì)導(dǎo)致航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行水平的下降；軍民融合維修保障器材籌儲(chǔ)供水平、軍民融合維修保障信息支撐水平以及軍民融合維修保障組織籌劃水平也都有相應(yīng)程度的降低，其中影響最大的是軍民融合維修保障器材籌儲(chǔ)供水平，其次是軍民融合維修保障信息支撐水平，影響最小的是軍民融合維修保障組織籌劃水平。

5 結(jié)論

針對(duì)航天裝備軍民融合維修保障建設(shè)難以準(zhǔn)確把握的問題，本文在分析航天裝備軍民融合維修保障影響因素因果關(guān)系的基礎(chǔ)上，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法建立了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真流圖，并以維修周期為邊界對(duì)維修保障建設(shè)問題進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。該研究思路和方法為難以定量的航天裝備軍民融合維修保障運(yùn)行問題提供了一定的借鑒。下一步，將更加全面地分析總結(jié)航天裝備維修保障的影響因素，并在實(shí)踐中進(jìn)一步驗(yàn)證方法的合理性和科學(xué)性。