作战效能评估问题

分类号：页脚内容1暑期集训编号专用队编号：1119评分队号评分备注分类号：页脚内容2作战效能评估问题摘要信息化条件下，科学合理的作战效能综合评估模型与方法研究是科学决策的基础性工作，综合评估结果是评价作战方案优劣的重要依据。本文结合部队实际，建立数字化机步师的作战效能综合评估模型，并进行仿真计算和检验。本文在假定作战背景的基础上，通过分析确定评估的目的，在遵循效能指标选择原则的基础上，运用层次分析法确定效能指标；然后运用指数法建立指数-兰切斯特方程数学评估模型，将作战效能建立在部队编组的作战能力，编组之间的协同能力及的共同作用之上，引入作战损耗、协同系数等；利用用兰切斯特方程求解损耗系数，用主成分分析法确定各效能指标的权重；然后收集数据计算作战效能仿真结果；最后在基于置信区间的仿真模型置信度分析方法基础上，运用仿真模型置信度的决策分析方法对模型的置信度、置信区间、决策风险等进行分析。本文的亮点在于结构清晰，较好地运用多种方法进行模型的建立、求解和检验，较好地使用作战损耗、协同系数、决策风险等指标进行作战效能评估。关键词：作战效能评估，指数-兰切斯特方程，层次分析，主成分分析，作战损耗，决策风险分类号：页脚内容31问题重述在信息化条件下，师（旅）、团作战方案的制定与组织实施是至关重要的，科学合理的作战效能综合评估模型与方法研究是科学决策的基础性工作，综合评估结果是评价作战方案优劣的重要依据。因此，师（旅）、团级作战单位的作战效能综合评估模型和方法的研究是一个极具现实意义的重要问题。结合部队实际，针对师（旅）、团级作战单位的作战体系，或就指挥决策、兵力部署、战术使用等某个或几个侧面，建立作战效能综合评估模型，并对模型的正确性、适用性、可行性和有效性进行仿真检验。要求做到以下几个方面：（1）根据师的实际，想定一个作战（或演习）场景；（2）建立科学完整、实用可操作的作战效能综合评估指标体系，并对其内涵进行说明；（3）给出综合评估指标的数据获取及处理方法；（4）给出作战综合效能的度量方法，并建立合理的综合评估模型；（5）对你们的模型进行仿真检验，并将仿真程序源代码以附件形式提交；（6）如果引用现有文献的模型、方法或工具，要求注明其文献出处。如何评价数字化师的作战能力，如何让数字化师达到理想的作战效能，尤其是在数字化师作战指挥的各个阶段，如何量化评估不同的作战方案，如何使用战法、怎样预计作战效果，是一个需要迫切解决的问题。分类号：页脚内容4针对题目的要求，我们建立数字化机步师的作战效能综合评估模型，并进行仿真计算和模型检验研究。2模型假设（1）假设确定的效能指标能够比较全面地代表了作战部队的实际情况，其余未考虑到的对作战效能的评估影响不大；（2）假设抽样数据随机、具有代表性和普遍性。3名词解释作战效能：作战效能是一个内涵外延十分丰富、运用范围极广的概念，可以从不同角度，不同侧重点来描述，不同的人出于不同的目的对作战效能有不同的定义，但是各种不同的描述在本质上有着共同之处，通常是指完成指定战斗任务的能力。在我国军用标准《装备费用-效能分析》对作战效能的定义是：它是指在预定的最终使用环境以及考虑的组织、战略、战术、生存能力和威胁等条件下，由代表性人员使用武器装备完成规定任务的能力。效能指标：战争中充满了各种各样的不确定性，其中包括发生于否、清晰与否、确知与否等不确定性，针对评估对象的不确定性，便需要根据某种定量尺度加以描述，这种定量尺度称为效能指标或效能量。4模型的建立与求解一般情况下，作战效能评估过程可以概括如下：1、明确评估的条件，进行系统分析，从而确定评估对象的基本任务、影响要素及相互关系；2、依据评估对象的影响要素建立一套科学合理的最终效能评估体系；3、针对这种过程建立相应的评估模型，并用仿真软件进行仿真；分类号：页脚内容54、收集实验样本数据、并进行数据处理与分析；5、对仿真结果对作战效能进行综合评估、比较，对此可以对作战效能的预测评估，并为决策者提供决策信息。图1是以框图的形式表示作战效能评估模型建立的一般过程。图1评估模型建立的一般过程Step1：作战背景假设是否假设作战背景确定评估目的建立效能指标建立评估模型选择评估方法收集数据计算评估结果置信度分析提供决策信息分类号：页脚内容6机步师的一般组织结构如下：机步师防空团装甲团炮兵团3个机步团直属队3个火力支援营6个机步营24个机步连3个迫击炮连3个反坦克连3个榴弹发射连1个导弹连2个装甲营6个装甲连直升机中队通讯营电子对抗营工化营3个重机枪连155毫米加榴炮营122毫米榴弹炮营1个火箭炮营1个卫星通信连1个无线通信连1个保密通信连数字化处理中心分类号：页脚内容7图2机步师的一般组织结构作战情景模拟：红方攻坚战，机步师人员编制：约为11300人。假设：1、红方进攻蓝方阵地，兵力比为3比12、红方信息力，防护力，保障力满足条件且为常数3、排查特殊情况，蓝方不使用核生化武器红方进攻：第一阶段以优势远程火炮和武装直升机轰击蓝方阵地，消灭其防御工事，为第二梯队开辟道路；第二阶段第二批次以步坦协同为主，消灭蓝方有生力量，占领阵地。Step2：确定评估目的作战效能评估是利用一定的方法，在充分考虑战争系统或是武器装备系统的自身情况，同时也考虑到参战人员和外部战场的对抗环境信息等把个面的信息结合起来综合考虑来衡量作战效果的过程。作战效能评估为作战体系，装备体系的评价和优化提供定量依据，为决策者做出决策提供依据。是提高打赢战争可能性的重要途径。Step3：层次分析法确定效能指标战争中充满了各种各样的不确定性，其中包括发生于否、清晰与否、确知与否等不确定性，针对评估对象的不确定性，便需要根据某种定量尺度加以描述，这种定量尺度称为效能指标或效能量，因此选择合理的效能指标是作战效能评估工作的关键。分类号：页脚内容8要选择好的效能指标是比较困难的。效能指标不同与性能指标，除了要求满足一致性、可测性、完备性、敏感性、客观性等外，还具有独特的性质。因此选择恰当的效能指标需要建模人员与相关专业人员、决策者共同协商，反复推敲。效能指标的确定过程如图3所示：图3效能指标的确定过程一般情况下在进行性能指标选择是需要遵循以下几个原则【1】【2】：（1）科学性原则运用科学的方法，对所评估对象的功能、结构和个要素进行分析研究，并结合具体的实际情况来确定、检验评估指标体系，确保提出的指标是建立在科学分析的基础上的。（2）系统性原则开始目标分析特征属性分量系统结构分析指标体系结构确定信息来源分析权重分析归一化分析指标体系确定咨询专家，在实践中检验系统分析分类号：页脚内容9建立的指标体系要能全面系统地所评估对象的个方面特征，从中抓住主要因素，既能反映直接效果，又能体现间接效果，以保证综合评估的全面性与可信性。（3）简洁性原则应尽量选择具有代表性的重要指标作为评估对象的评估尺度，简明扼要。（4）客观性原则选取指标时要避免加入主观意愿，指标含义要明确，必要时广泛征集社会环境的意见。（5）时效性原则所选是的指标要随着时代的变化而不断变化，保证符合时代要求。（6）可测性原则选择的指标要能够数学公式、测量仪器或是统计等方法获得。（7）一致性原则选取的各指标之间要与评估的目标相一致，不能相互冲突。根据上面的效能指标选择原则Step1中假定的作战背景和机步师的编制体制，结合层次分析法，可以得到下面的效能评价指标，见图4:指标层次指标说明目标层机械化步兵师作战效能评估分类号：页脚内容10准则层打击力、机动力、信息力、保障力、防护力指标层打击力坦克数量重炮数量轻炮数量反坦克导弹数量突击步兵数量重机枪数量机动力车载武器数量直升机数量突击步兵数量信息力通信兵数量信息处理部队数量分类号：页脚内容11侦查部队数量保障力油料弹药修理防护力防空部队数量电子对抗部队数量防核防生化部队图4效能评价指标Step4：指数法建立评估模型由Step3中效能指标的确定可知，作战效能的评估指标包括打击力（提供摧毁敌作战能力的可能）、机动力（提供逃避敌摧毁或毁伤敌作战能力的可能）、信息力（提供信息处理作用）、防护力（提供抗击敌火力、电子攻击的可能）、保障力（提供持续作战、存在的可能）五个分量。这五个分量是有部队各装备及人员力量有机结合而组成，为定量评估作战效能，首先要对武器及人员装备的作战能力进行指数量化，以武器装备作战效果的不确定性数量量化武器装备的作战能力。部队作战力量一般可分为：单件武器装备，平台武器装备。1、单件武器装备指数模型分类号：页脚内容121ln(1)nswiiiIpp式中swI表示单件武器装备的基本指数，n表示单件武器装备作战可能的效果总数，ip表示武器装备取得一种可能作战效果的作战概率。在单件武器装备的基本指数模型中，打击力、防护力、机动力、保障力、信息力的作战概率ip用能实现这方面效果的武器装备数量及各种装备的权重指数来来刻画。即：iiipKN式中K表示调整指数，i第i种武器装备在打击力、防护力、机动力、保障力、信息力等方面的权重指数，iN表示第i种武器装备的数量。2、平台式武器装备指数模型1mipwsiiiIKNI式中，pwI表示武器装备各标量指数，iI表示第i种武器装备指数，siN表示相同武器装备的数目，m表示武器装备种类数目，i表示幂指数权。3、基本作战单位指数模型本题中，假设基本作战单位为连，基本作战单位的标量指数计算模型为：TwINI分类号：页脚内容13式中，N表示基本作战单位内武器体系或系统的数目，wI表示基本作战单位内武器体系或系统的标量指数。4、基本作战编组指数模型所谓基本作战编组，就是由具有同类武器装备的基本作战单位按照一定的组成和规模构成的能执行一定作战任务的战斗部队。本题假设的基本作战编组为团。基本作战变组的作战能力指数可以通过基本作战单位的作战能力指数叠加得到，即基本编组的的基本作战单位作战能力满足幂指数法，基本作战编组的作战能力标量指数计算模型为：11111=K=K=K=K=KkkkkkmkkmkkmkkmkkmkkIIIIIIIIII打击打击防护防护机动机动信息信息保障保障其中IIIII打击防护保障机动信息，，，，分别表示基本作战编组的打击力、防护力、机动力、信息力、保障力，kkkkkIIIII打击防护保障机动信息，，，，分别表示第k个基本作战单位的打击力、防护力、机动力、信息力、保障力，k表示幂指数权。基本作战编组的整体作战能力的数学模型同基本作战单位的作战能力数学模型有关，第i个基本作战编组的整体作战能力数学模型为：iIKIIIII打击防护保障机动信息其中,,,,分别为打击力、防护力、机动力、信息力、保障力的幂指数权。分类号：页脚内容145、师作战指能力指数模型机步师的作战能力不是基本作战分组团的简单相加，制约师作战力量合成的主要因素是作战编组的兵力结构和4CISR两个因素。这两个因素与编组模式紧密相连，并直接影响师整体的作战能力。计算师的作战能力的关键是计算师内部各编组之间的协同度，定义协同系数【3】为：1211[()]mnjijimiijjijie其中表示协同系数，i表示第i个基本编组在师整体作战能力中的权重，jie表示i个基本编组中第j项性能参数（有关兵力结构和4CISR），jiji分别表示jie的最大值和最小值。因此师整体作战能力指数可表示为：1niiiIKI6、师作战效能评估模型指数-兰切斯特方程法的数学模型：用交战双方的综合战斗力指数作为基本变量来代替经典兰切斯特方程中的兵力或武器数量，并以综合战斗力指数的变化来描述部队战斗力的战斗损耗情况【4】，因此指数-兰切斯特方程法的数学模型如下：111,2,3....j1,2,3....nRijijiBijnBijijiRijdIIimdtdIIndt其中，()BiRiII表示蓝（红）方的第()ij种基本编组在t时刻的整体战斗力指数，jiji表示蓝（红）