體系隱秩序與有機性_風聞
Science_北京-不惧过往,不畏将来!2019-05-10 10:08
體系是系統尤其是複雜系統發展的必然產物,武器裝備體系是體系的一個重要部分。體系來源於系統並體現出與系統不同的本質特徵,與系統比較體系在複雜性和不確定性上有較大的區別。由於複雜性和不確定性的存在,要求體系具有很強的適應能力,使體系(尤其是武器裝備體系)具有生物體系所特有的有機性是一個有效的途徑。
1****體系
“體系”(System of Systems,SoS)的概念已經出現很長時間了,許多不同領域的學者和組織也從他們各自的領域背景和角度提出了體系的定義,然而目前沒有一個被普遍接受的定義。有人認為體系是系統的聯接,在系統聯接的體系中允許系統間進行相互協同與協作,如信息化戰場的C4I(Command, Control, Computers, Communications, and Information)與ISR(Intelligence, surveillance and Reconnaissance)系統。也有人定義為體系是系統的綜合,系統綜合以系統的演化發展、協同與優化為目的,最終達到提高整體效能的宗旨。有學者定義體系是相互協作的系統的集成,這些組成系統具備兩種附加特性,即運作的自主性與管理的自主性。美國防部認為:“互相依賴的系統組合鏈接,提供的能力遠大於這些系統的能力之和”。
武器裝備體系是在體系概念的基礎上發展起來的,是上世紀 90年代人們針對現代信息化條件下體系對抗的戰爭特點提出的概念。截止目前,據不完全統計,國內外學者關於武器裝備體系的定義有二十餘種。這裏列舉幾種常見的武器裝備體系的解釋。國外大量涉及武器裝備體系的文獻中分別使用武器組合(Weapons Mix)、軍事體系(Military System of Systems)、武器系統集合(Weapon Systems)、聯合系統(Joint Systems)等術語來表示武器裝備體系這一概念,相應地形成了眾多關於武器裝備體系的定義。
美國國防部提出,體系這一概念,廣泛地用於描述如何將大量武器平台、武器系統和通信系統有機地結合起來,以實現某一作戰,特別是聯合作戰目標的武器裝備集合,任何一個組分系統的損耗或喪失只是意味着整體能力或性能程度的降低。美軍已公佈的各類裝備建設任務中,具有代表性的武器裝備體系建設項目包括:未來作戰系統、彈道導彈防禦體系、海軍未來遠征作戰體系。
《中國軍事百科全書》中提到,現代武器裝備體系是武器裝備從機械化邁向信息化過程所出現的新形態,是武器裝備在高度機械化基礎上,通過數字化、系統集成及網絡化等高新技術的改造,整體結構與功能實現一體化的結果。裝備體系是由功能上相互關聯的各類武器裝備系統構成的有機整體。具有明顯信息化特徵的現代武器裝備體系,由戰鬥裝備、綜合電子信息系統、保障裝備三個部分構成。
從上述定義看出,武器裝備體系具有不同的分類標準。例如,從功能結構角度劃分,可分為偵察監視預警體系、指揮控制體系、火力打擊體系和綜合保障體系。根據研究對象層次的不同,可將武器裝備體系分為三類:一是基本體系,是指全體裝備的種類和型號,又稱體制系列,主要用於描述全軍或軍種、兵種武器裝備體系,面向軍兵種的裝備建設發展論證;二是編制體系,是一定建制的部隊編配的裝備的全體型號與數量,如一個集團軍編制內的全體武器裝備可看成一個體系;三是體系對抗的作戰使用角度,是為了完成一定規模的作戰任務而編配的全體裝備集合,如陸上區域防空武器裝備體系、登島作戰武器裝備體系、聯合戰役武器裝備體系。
通過上面的定義分析總結,發現對於武器裝備體系主要從兩個方面和視角進行界定:
**⑴從組成成分與整體性建設研發的視角來界定武器裝備體系。**主要從武器裝備體系的組成單元、層次結構、體系規模、生命週期等方面對其特性開展研究。
**⑵從完成使命任務及其體系對抗效果的視角界定武器裝備體系。**由於信息化條件下的體系對抗需要完成預設、既定的使命任務,並且需要根據國際形勢以及戰場態勢的變化導致使命任務發生改變,要求在這種狀態下能夠有效遂行體系對抗作戰,並確保達到預期作戰效果的視角來定義和研究武器裝備體系的相關特性。
對於武器裝備體系來説,應該從兩個方面和視角對其進行較為完整的研究,因此,我們對武器裝備體系進行綜合定義:武器裝備體系(Weapon System of Systems, WSoS)是在一定的戰略指導、作戰指揮和保障條件下,適應體系對抗作戰的特性和規律,由功能上相互支持、性能上相互協調的多種類型的武器裝備系統、平台,按照一定結構綜合而成的更高層次武器裝備系統,用以完成一組特定使命任務,並達到最佳的整體作戰效果。
武器裝備體系具有很大的複雜性和不確定性,然而武器裝備體系要達到它的最終目的,就要求它具有很強的應對能力。使武器裝備體系具有生物體系所特有的有機性是一個有效的途徑。
2****體系的隱秩序
霍蘭在《Hidder order:How Adaptation Builds Complexity》一書中,將隱秩序作為可進化的、適應性的、柔性的複雜適應系統(Complex Adaptive Systems,CAS)的內在決定因素。霍蘭認為,CAS由大量的主動元素(active element)組成,這些元素都具有適應性,把系統中的成員稱為具有適應性的主體(Adaptive Agent),簡稱為主體,這些主體能夠與環境以及其它主體進行交互作用,並在此過程中不斷地“學習”或“積累經驗”,並且根據學到的經驗改變自身的結構和行為方式,這樣整個宏觀系統的演變或進化,包括新層次的產生、分化和多樣性的出現,新的、聚合而成的、更大的主體的出現等等,都是在這個基礎上逐步派生出來的。在霍蘭的複雜適應系統理論中,複雜適應系統被看成是由用規則描述的、相互作用的適應性主體組成,這些主體不斷地學習或積累經驗, 並根據學到的經驗不斷變換其規則,改變自身的結構和行為方式,從而體現了主體不斷適應環境變化的能力,隱秩序是實現CAS具有的內在隱藏因素。
事實上霍蘭的理論,藉助了生物適應性的概念。因此,武器裝備體系要具有適用性,同樣需要將生物適應性引入到武器裝備體系中,定義了武器裝備體系的隱秩序。假設武器裝備體系具有CAS適用性特性,則將其可觀察到的動作、行為等稱為外部模式(external schema);將其內部遵循的原則、規律等稱為內部模式(internal schema),內部模式分為兩類,隱式的(tacit)和顯式的(overt),隱式的內部模式,在體系對一些期望的未來狀態的隱式(implicit)預測下,僅僅能表現出是一種當前的行為;而顯式的內部模式,在體系做其他行為或動作選擇時進行明顯的(explicit)、內部的探索。體系的這種隱式和顯式的內部模式,使得體系實現具有內在的聚合性、趨同性、持存性和協同性,共同決定其的外部結構與行為,使得體系具有適應性,那麼可以將這種隱式和顯式的內部模式統稱為隱秩序。
3****體系的有機性
有機性的概念最早來源於有機化學和生物學的領域。在有機化學中,有機物質是指含碳元素的化合物 (除碳氧化物和碳酸鹽類)或碳氫化合物及其衍生物總稱。《生態文明建設大詞典》描述生物有機體是指有生命的個體,一個由細胞緊密結合而構成的各個部分按照一定的結構和一定的層次有機地排列在一起的結構體,它可以指一個系統,一個羣落等。事物的有機性特徵主要表現為整體性、結構性、聯繫性和系統性。
有機性、有機體是與生物緊密相連的兩個相近的概念。生物有機體表現出其他物體所不具有的一系列特徵:有機體是一個系統,它把系統內和環境分開;有機體是一個自發生長的過程,不斷地進行自我更新;有機體的生長是一個從低級到高級、從簡單到複雜的過程;有機體還呈現整體性、系統性、複雜性等特徵。
武器裝備體系有機性概念借用生物學有機性概念,是指武器裝備體系具有生物有機體的特徵。武器裝備體系的有機性主要體現在“自學習、自組織、自適應和自修復”四個方面。“自學習”是模仿生物的學習功能,它能在體系運行過程中通過評估已有行為的正確性或優良度,自動修改系統結構或參數以改進自身品質,經學習而得到的改進可以保存並固定在體系結構之中。“自組織”是體系能按照相互默契的某種規則,各盡其責而又協調地自動地形成有序結構,能自行組織或改進其行為、狀態和結構,並在與環境相互作用條件下,通過自身的演化而形成新的結構和功能。“自修復”就像生物有機體的某個部位被損傷後能自我修復一樣,武器裝備體系有機體也具有這樣的功能,具有自身不斷更新和再生的能力,當然這種修復能力是有限的,當受到損傷達到致命的程度,超出修復能力範圍時,武器裝備體系將會無法遂行任務。
鳥羣
無人機羣
武器裝備體系的有機性分為干預式有機性、半自主有機性和全自主有機性三個層次10個等級(Organic Level)。干預性有機性是指武器裝備體系需要在有人操作(人在迴路)的情況下的有機性,這是低級別有機性(OL-1~4)。半自主有機性是指武器裝備體系在有限人工干預情況下,通過預設規則或動作下實現有機性,這是中級別有機性(OL-5~7);全自主有機性則強調不需要人工干預,武器裝備體系能夠完全自動實現有機性,這是高級別有機性(OL-8~10)。武器裝備體系有機性等級劃分見表。
從武器裝備體系的隱秩序與有機性的概念和內涵上看,目前武器裝備體系的有機性還處於低級別,要實現武器裝備體系的全自主有機性,大量的技術還有待發展。目前,隨着人工智能的快速發展,借鑑生物集羣(魚羣、鳥羣、蜂羣等)的隱秩序與有機性,實現無人集羣、無人戰車羣高有機性是一個主要的可行突破點。
作者:張宏軍 韋正規 鞠鴻彬
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創新體系工程基礎理論和方法
推動系統工程理論再發展