基于能力的武器裝備體系方案權衡空間多維多粒度探索方法及應用.pdf

1、信息化戰(zhàn)爭時期，體系對抗特征日益凸顯。高新技術對作戰(zhàn)理論、軍事裝備以及作戰(zhàn)方法有著巨大的影響。高技術作戰(zhàn)非線性、非對稱性的特征要求所需要的武器裝備體系必須具備廣泛適應能力和快速反應能力。然而，武器裝備體系論證過程是一個裝備體系架構的設計和分析不斷迭代的過程。在裝備體系方案論證初期，由于約束并不是很多，因此架構方案空間一般非常大。同時，由于架構設計會影響后期的體系功能和形式，項目費用的多少也一般都會取決于這個階段，忽視了潛在的架構方案就可

2、能意味著裝備采辦的損失或者失敗。
　　能力是在給定的標準和條件下，通過一系列手段或方式的集合，完成一組任務從而達到預期效果的本領，能力生成機制不僅體現(xiàn)在具體的裝備體系配置中，也體現(xiàn)在裝備的使用方式上。在基于能力的采辦方案空間探索時，一是必須能夠在采辦和系統(tǒng)工程的初期描述可能的大量架構方案，二是必須有一種能夠對方案空間進行過濾和探索的機制，消除不現(xiàn)實的或者是不能滿足使命要求的方案，三是由于過濾后的方案仍然有大量的方案需要進行評估，必

3、須有一種方法能夠對方案進行快速和相對準確的評估。
　　論文在分析基于能力思想架構方案生成和評估問題特點和本質的基礎上，綜合考慮裝備體系架構方案形成、映射、評估的若干環(huán)節(jié)，從各個環(huán)節(jié)的解決思路和關鍵技術問題出發(fā)，提出基于能力的武器裝備體系方案權衡空間多維多粒度探索方法，以期科學決策與統(tǒng)籌推進武器裝備體系各類武器裝備的整體協(xié)調發(fā)展，從而達到體系架構組合方案的靈活性、適應性和魯棒性，確保最終構建的武器裝備體系能夠最大限度地提高總體質量和

4、發(fā)揮整體效能。
　　論文的主要工作及創(chuàng)新成果如下：
　?。?）提出了基于OPM的武器裝備體系方案空間概念推演與探索方法。
　　概念設計是裝備體系全壽命周期最重要的階段，基于能力需求的裝備體系架構方案的建模和探索，其本質是在提出能力需求以后，根據(jù)能力需求進行作戰(zhàn)方案和系統(tǒng)方案的開發(fā)和驗證，形成滿足能力需求的概念方案，形成能力方案空間的概念模型，并通過概念模型的推演和仿真，支撐概念方案評估。但是目前，裝備體系論證時，論證各

5、方對于裝備體系方案的認識一般停留在文檔中，鮮有從需求（requirements）到方案（solutions）遵從系統(tǒng)工程過程的體系方案形式化描述，對體系的概念設計評估方法也不是特別有效。本文提出用對象過程方法論（Object-Process Methodology，OPM）的方法進行架構方案概念設計和評估的思想，充分利用OPM語言的兩個重要優(yōu)勢：一是，把系統(tǒng)的結構和行為綜合到一類視圖，二是分層組織的模型圖。通過仿真推演有助于理解和探索體

6、系架構的行為，揭示其中的概念和邏輯問題，比如：不正確的控制流，邏輯錯誤，以及對象之間的結構關系丟失問題，在論證初期從概念層次上為裝備體系架構方案的探索提供有力支撐。
　　（2）提出了基于CCI的武器裝備體系方案權衡空間構造及其篩選方法。
　　在基于能力思想的基礎上，從能力定義和生成機制出發(fā)，立足于裝備體力能力評估，提出了以關鍵能力問題（Critical Capability Issue，CCI）為主線構建裝備體系的能力方案權

7、衡空間的方法和流程。借助于基于Agent的仿真思想，通過多分辨率的析因設計以及分類回歸等方法對方案空間進行探索性分析。該方法為武器裝備采辦初期體系能力指標的篩選進行了很好的嘗試。
　　（3）提出了基于DM2和ABMS的特定武器裝備體系方案建模及仿真映射方法。建模仿真在武器裝備體系架構方案開發(fā)和評估各個階段尤為重要。然而，到目前
　　為止，對體系架構的研究多集中在架構可執(zhí)行范圍，鮮有從架構產品中抽取相關的數(shù)據(jù)應用于構造式仿真的

8、研究和案例，而體現(xiàn)數(shù)據(jù)為中心的思想的研究更少之又少。本文面向裝備采辦早期，借鑒DoDAF2.0標準，通過以數(shù)據(jù)為中心的思想和基于Agent的建模方法，實現(xiàn)裝備體系架構方案空間的探索和優(yōu)化。本文在分析體系架構方案描述方法以及體系架構可執(zhí)行和體系架構驅動仿真分析的基礎上，提出按照系統(tǒng)工程思維需求空間和方案空間的劃分，將體系架構數(shù)據(jù)組進行重新分組，提出基于能力的架構數(shù)據(jù)元模型組合（Capability Based Data Meta-mode

9、l，CBDM2），在CBDM2的基礎上，結合基于Agent的建模仿真（Agent Based Modeling and Simulation，ABMS）的仿真需求，探索CBDM2到ABMS的數(shù)據(jù)映射方法，該研究可以較好的促進實現(xiàn)體系架構師和分析師之間的協(xié)同和配合，使架構設計和架構分析融為一體。
　?。?）提出了基于RSBFNN的武器裝備體系方案元模型構建方法。
　　基于能力的武器裝備體系架構方案的探索和評估，需要建立裝備體系

10、作戰(zhàn)方案到武器裝備體系作戰(zhàn)效果的映射模型。本文結合近正交拉丁超立方（Nearly Orthogonal Latin Hypercube，NOLH）實驗設計和多Agent仿真技術，提出基于粗糙集的模糊神經網絡（Rough Set Based Fuzzy Neural Network，RSBFNN）方法用來對體系架構方案的不同配置所產生的相應效能進行評估。實驗結果表明，該方法對實際響應值的預測方面非常可靠，并表現(xiàn)出比其他模型更好的性能。該方

11、法適合體系架構設計人員在裝備體系架構設計探索時，做一系列的動態(tài)權衡和分析，從而對各種可能的架構方案進行快速比較和研究。
　　（5）提出了基于RST-SOM的武器裝備體系方案權衡空間雙層探索方法。
　　本文針對體系方案空間探索問題，在現(xiàn)有案例和運行數(shù)據(jù)基礎上，提出了一種方案空間的雙層映射和探索方法。通過粗糙集理論（Rough Sets Theory，RST）和自組織映射（Self-organized Mapping，SOM）相

12、結合的數(shù)據(jù)挖掘技術，對體系架構方案空間從性能空間到配置空間、配置空間到方案空間進行映射，最終實現(xiàn)了性能空間投影到相應的方案空間，初步完成了整個方案空間的探索和縮減。本文提出的雙層映射方法能夠有效的探索方案空間，達到減少方案空間范圍的目的，從裝備體系設計優(yōu)化的根本入手，在概念設計初級階段解決其計算量大、搜優(yōu)困難等問題，具有較高實際意義。
　?。?）提出了基于Agent仿真的武器裝備體系裝備/非裝備交互方案空間探索方法。基于能力的裝備

13、體系采辦過程需要同時考慮裝備本身的采辦以及裝備可能的使用
　　方式（條令方案）。但是在裝備采辦的早期，如何同時考慮裝備因素和非裝備的條令因素，在基于作戰(zhàn)能力最大化的目標下進行有效的體系方案決策是一個非常困難的事情，在此方面的相關研究也比較少，本章通過基于Agent的建模思想，對裝備技術方案和條令方案對能力的影響進行分析，定量化地探究能力生成要素中“方法”“手段”不同組合對體系能力生成的內在機理，為信息化作戰(zhàn)條件下基于能力的裝備采辦