更新时间:2023-07-08 18:46
《军事系统工程》是2014年国防工业出版社出版的图书。运用系统科学的理论和定量与定性的方法,对军事系统实施合理的筹划、研究、设计、组织、指挥和控制,使各个组成部分和保障条件综合集成为一个协调的整体,以实现系统功能与组织最优化的技术。它是军事上应用的系统工程,是现代参谋组织、现代作战模拟、现代通信、计算机和网络等技术密切结合的体现。广泛用于国防工程、武器研制、军队作战、后勤保障、军事行政等领域。
运用系统科学的理论和定性到定量的系统分析方法,对军事系统实施合理的筹划、研究、设计、组织、指挥和控制,使各个组成部分和保障条件综合集成为一个协调的整体,以实现系统功能与组织最优化的技术。军事技术的重要组成部分。是在发展作战理论、部队编制、武器装备、部队训练、指挥自动化系统和一体化后勤保障系统等军事运筹活动中形成的,是现代作战模拟、现代参谋组织和现代军事信息技术综合集成的技术。
军事系统工程广泛用于国防工程、武器研制、技术作战训练、后勤保障、军事行政等领域。军事系统工程将众多学科的知识和技术综合起来,有效地实现预定的系统目标。重要的科学理论有系统学、运筹学、信息论、控制论、心理学和国防经济学等,重要的技术有预测技术、建模技术、优化技术、计算机仿真和信息技术等;常用的方法有系统分析、规划计划预算系统、网络管理技术、现代作战模拟、政治军事对抗模拟和技术对抗模拟等。
军事系统工程的实施步骤,并不都遵循完全相同的工作程序。武器研制系统工程遵循的一般程序是:武器系统概念研究,先期技术演示与验证,武器系统工程研制,武器系统生产与部署等阶段。国防系统分析则贯穿于实现军事系统的全过程。军事系统工程解决问题的方法可以从两个层次划分,即运用方法论的方法和具体技术方法。典型方法有三种:
①三维结构法。是1969年美国系统工程师A.D.霍尔提出的。具体方法是:将系统工程过程分为前后紧密相关的七个工作阶段,即开发规划、方案设计、试验研制、生产制造、安装实施、运行使用、更新改进,并将这七个工作阶段作为时间维;将上述的每个工作阶段又分为七个逻辑步骤,即明确问题、确定目标、系统综合、系统分析、优化评价、系统决策、实施,并将这七个逻辑步骤作为逻辑维;将完成上述各个阶段的各种步骤中所需要的各种专业知识和管理知识,即科学学、工程技术、经济学、法律、数学、计算机技术、环境科学、管理科学等作为知识维。考虑上述前后紧密联系的时间维的七个阶段和逻辑维的七个步骤,同时考虑在各种专业中需要运用的知识,就形成了系统工程的三维结构。
②并行工程法。其核心内容是:强调用户需求,并把用户需求转化为完整的产品要求;通过交互作用、互相协调的并行研制过程,运用系统工程方法将产品设计与产品的制造过程和保障过程综合在一起,从而在产品的整个研制过程中综合考虑其性能、可靠性、维修性、保障性和生产性等;建立多学科(多专业)的综合产品研制机制和计算机辅助工程环境。
③从定性到定量的综合集成方法。中国科学家钱学森在研究开放的复杂巨系统问题时,提出了从定性到定量的综合集成方法。其实质是将专家经验、统计数据和信息资料、计算机技术三者有机地结合起来,构成一个以人为主的高度智能化的人机系统。在这个系统中“集大成、得智慧”,产生新思想、新知识、新方法。体现了从定性判断到精确论证,从经验分析到定量分析的科学思想和方法。
军事系统工程的具体技术方法源于对军事对象和作战过程的描述和分析,包括定量描述战斗过程的武器效能、偶然因素影响、策略运用得失,以及其他可变因素对战斗过程的效应等。
1811年始,普鲁士的冯・莱斯维茨父子用沙盘表演战术,是最早实际应用的战场物理模型。
1914年,英国工程师F.W.兰彻斯特用微分方程描述经过简化的战斗格局,分析数量优势、火力优势与胜负的关系,是最早用于军事运筹活动的定量描述战斗过程的实用数学模型。在这一时期,美国发明家T.A.爱迪生根据统计数据,并用对策论的数学方法,研究出商船规避潜艇攻击的最佳航行方法。所有这些早期关于作战的定量分析工作,为军事系统工程的研究方法奠定了基础。具体技术方法是根据描述与分析,建立军事对抗活动的数学模型。
建立数学模型的方法有四种:
①半经验半理论的定量方法。这是兰彻斯特把飞行理论发展过程中的半经验飞行理论方法引用到作战研究领域。在军事经验和观察的基础上,提出一种假想的数学表达式,用来说明战斗过程的主要变量是如何结合起来对战斗发生影响的。然后,从这一假想出发,经过严格的理论推演,得出种种说明战斗过程发展规律的结论。如果这些结论能为有代表性的战例所证实,这种半经验假想就可作为建立类似战斗过程数学模型的基础。
②经验的定量方法。美军退休陆军上校T.N.杜派在20世纪70年代对历史上不同武器的物理属性和杀伤力进行统计比较,仔细地分等定级,分别赋予特定的数值,然后通过检验、调整、再检验、再调整,把它们转换成武器战斗效能的计量尺度;再按照经验,把特定战斗条件(如疏散方式、机动特性、地形特征、天气情况、训练水平、指挥能力、士气等)对武器战斗效能影响予以定量化,从而对这个计量尺度进行修正,直到用它对各个战例定量描述的结果能与实际发生的情况相吻合为止。从这种经验的计算结果外推,就可得到一些有关现代和未来战争的启发。1975年,J.B.费恩用第二次世界大战中的60次陆战数据,说明了杜派方法和兰彻斯特方法的兼容性。
③统计实验的定量方法。1950年初,美国运筹学家E.A.约翰逊和物理学家G.伽莫夫,将蒙特卡罗法(即通过建立概率模型,并对它进行随机试验来解算数学问题的方法)引用到作战模拟研究,设计出能描述坦克战斗的蒙特卡罗作战模型。这种方法的实质是用随机数模拟战斗过程随机因素的波动,通过一系列统计实验,产生模型系统信息概率分布。统计实验的精度依赖于试验的次数,只要有足够的计算时间,统计实验的误差可以做到尽可能小。用统计实验获得的有关模型系统的信息与实际系统的结果相比较,可以检测出模型系统近似于实际系统的程度,与其他同一模型的解析值相比较,可以检验进行解析处理的各种假设及其近似的程度。由于蒙特卡罗统计实验定量法简单易行,所以这种方法在军事上的应用已取得很大成功。
④严格理论的定量方法。以J.冯・诺伊曼的对策论为代表。对策论研究有两个或两个以上对手的竞争系统,用定量形式表示选择对抗策略的得失,为选择最优策略提供一种算法。其中,两个局中人得失之和为零的竞争系统,称为二人零和对策。这种理论模型应用于描述坦克对坦克、飞机对飞机、军舰对军舰等简单格斗获得成功,推动了用严格理论定量描述更为复杂战斗活动的应用与发展。军事系统工程在武器系统研制中的应用,始于曼哈顿工程。
1945年,美国着手发展的“奈基”I型防空导弹系统是第二次世界大战后具有里程碑意义的军队作战系统。它运用系统工程的方法,探索导弹性能的各种不同组合,以获得导弹射程和其他战术性能的最佳方案。
20世纪60年代初,美国建成的“赛其”(SAGE)半自动化防空预警和指挥系统所处理的系统工程问题是:如何将分布在广阔地域的大量防空导弹、高射炮、歼击机和雷达等进行合理的配置和运用,并通过计算机把所有设备集成为一个有机的整体,以及怎样解决整个系统的设备研制和协调管理等问题。现代防空系统的战术决策行动,超出了人工组织所能作出的反应能力。“赛其”系统以后具有代表性的发展是“宙斯盾”舰空作战系统。
美国海军在研制“北极星”导弹过程中,成功地运用了系统工程方法――计划评审技术(PERT),将成千上万家与任务有关的厂商组织起来。“阿波罗”飞船计划运用了图解协调技术(GERT),则是军事系统工程在航天领域内应用的范例。60年代开始,美国国防部运用系统工程理论和方法指导武器装备采办管理工作,建立了规划计划预算系统(PPBS)和型号/项目管理制度。以后,为了保证PPBS体制的管理制度的实施,又全力推行全寿命周期管理(LCC)和限定费用设计(DTC)方法。
80年代,由于以计算机技术为核心的信息技术的发展,先进、复杂和大型武器系统不断涌现,使得军事系统工程的理论与方法、技术手段及其应用领域得到空前发展。苏联、法国、联邦德国等欧洲国家,也都成立了专门的军事系统工程研究和执行机构,军事系统工程的理论与方法在国防、军事领域中得到大力推广和应用。在武器装备采办管理中开始运用价值工程、综合保障工程(ILSE)和并行工程。军事系统工程的理论与方法在实现军队信息化过程中发挥着重要作用。这个时期形成的软件工程的子领域――需求工程,在军事领域也得到广泛应用并成为研究的热点问题之一。
90年代,军事系统工程应用的深度和范围都得到迅速发展,特别是在海湾战争、波黑战争等高技术局部战争中得到了充分体现。作战方案评价、作战任务规划、兵力结构规划、武器系统效能评价等都是军事系统工程原理方法的具体应用。20世纪末,美国建成C4ISR系统,实现了军事指挥、控制、通信、情报、监视、侦察等多层次、大范围综合连接和信息共享。军事系统工程已广泛应用于国防和军事系统的战略分析、计划规划的预测、作战指挥的模拟、部队和院校的训练、武器装备的研制与使用、后勤保障和物资供应、军队思想政治工作、军队组织体制和管理,以及其他与军事活动有关问题的分析和优化。
公元前5世纪,中国古代军事学家孙武把战争作为研究对象,在《孙子》中提出要用政治、天时、地利、将帅、法制等因素来分析战争的全局,研究战争的胜负,这是最早的军事系统思想。
19世纪初,在普鲁士出现了现代参谋组织和现代参谋技术的萌芽,这标志着作战指挥不仅需要军事统帅的个人才能,而且需要参谋的集体智慧。
第一次世界大战期间,开始利用数学模型的方法,定量分析军事运筹的问题。第二次世界大战使现代参谋组织和现代参谋技术发展到一个新的里程碑。这次规模空前的战争,把一批有才干的科学工作者吸引到拟订与评估作战计划和改进作战技术装备的研究工作中。英国在战争初期为解决警戒雷达网对德国进行有效的防空作战问题,组织科学家和军事人员合作进行系统分析和战术评估,取得了明显的作战效果。
从1940年起,英国、美国和加拿大等国先后成立了若干专门的军事运筹学小组,如英国曼彻斯特大学P.M.S.布莱克特领导的军事运筹学小组和美国约翰斯・霍普金斯大学E.A.约翰逊领导的军事运筹学小组等。这些小组的活动为赢得战争的胜利作出了贡献,同时也形成了现代军事系统工程的雏形。
第二次世界大战以后,军事斗争的复杂程度又有了很大增加。对抗双方都需要对所采取的措施和反措施进行定量分析,以便在对抗中占据优势。军事机关对这种分析工作的强烈要求,成为参谋手段和参谋组织实现科学化的动力,促使了参谋机构的进一步发展。这类机构按不同的任务要求,由不同专业的科学家和工程师组成,研究战略、战役和战术;研究军事技术和经济的相互关系;研究战术和技术的相互作用等,从而解决国防建设、作战指挥、武器装备运用、后勤保障等方面的问题,同时,也促进了武器研制系统工程、军队作战系统工程、军事后勤保障系统工程和军事行政系统工程的产生和发展。
20世纪60年代,美国国防部长R.S.麦克纳马拉大力推广和运用军事系统工程的方法,如规划计划预算系统、关键线路法(CPM)和计划评审技术等。苏联和东欧、西欧各国,也都在国防、军事领域中推广和运用军事系统工程的方法。
中国于20世纪50年代在军事院校中着手进行军事系统工程的研究。60年代,中国科学家钱学森等倡导在武器装备发展和经济规划中运用系统分析,并首先在中国导弹研究部门设立的总体设计部采用计划评审技术。此后,相继成立了一些专门的研究机构,迅速推动了军事系统工程在武器系统方案论证、作战模拟及战略战术研究等方面的应用。
军事系统工程总的发展趋势是:将体系(systemofsystems)――由可以独立工作的系统组成的系统作为主要对象,研究其概念、规划计划、分析设计、建模仿真、试验鉴定、管理组织等方面的理论与方法,为基于能力的体系采办工程提供支持。随着军事斗争需求的变化,军事系统工程的理论方法、技术手段和应用方向都在不断变化,军事系统工程研究的对象将更加复杂,由单纯的军事问题发展到军事与社会、经济、技术相互交叉影响的复杂问题。研究的手段和方法将更加先进,复杂系统理论将为军事系统工程的发展提供理论支持,特别对于作战过程、指挥控制、作战模式等将会产生全新的思想;许多新的智能化方法和技术的发展,如神经网络、遗传算法、进化计算、模糊系统、数据挖掘等将为军事系统实现更有效的系统集成提供保障。军事系统工程的研究范围将更加扩展,由对军事现实问题研究发展到军事预测研究,将运用先进的分布式仿真、虚拟现实等技术,研究战略战术、部队编制、武器装备和军事训练等影响军队战斗力诸要素的协调发展,以提高军队作战的综合能力。
《军事系统工程》结合军事问题及武器装备论证、研制、试验、监造、管理及使用的全寿命过程,为有关的复杂系统性问题的最优决策提供了进行定性定量分析的科学方法。《军事系统工程》共分7章,内容包括系统工程的一般原理、系统分析、系统预测、系统建模与仿真、系统优化技术、系统管理的网络技术和系统决策,主要围绕导弹武器系统,具体分析系统工程的有关原理和方法,以及在导弹武器系统及有关军事问题上的应用,军事特色鲜明。每章后配有适量的思考题。本书可作为武器装备管理、军内外系统工程有关专业本科生教材。
由于系统工程的知识面非常广泛,编者水平有限,书中的不妥和错误之处在所难免,恳请读者批评指正。
第1章 系统工程的基本原理
1.1 引言
1.2 系统的基本概念
1.2.1 系统思想的起源和发展
1.2.2 系统的定义
1.2.3 系统的特征
1.3 系统工程的基本概念
1.3.1 系统工程的定义
1.3.2 系统工程的基本原则
1.3.3 系统工程的特点
1.3.4 系统工程与传统工程技术的区别
1.3.5 系统工程的意义
1.4 系统工程方法论
1.4.1 系统工程的观念
1.4.2 系统工程的程序
1.5 系统工程的发展历史
1.5.1 系统工程的形成和发展
1.5.2 系统工程的学科基础
1.6 系统工程的应用实例
1.7 思考题
第2章 系统分析
2.1 系统分析概述
2.1.1 系统分析的概念
2.1.2 系统分析的基本原则
2.1.3 系统分析的特点
2.1.4 系统分析的应用范围
2.2 系统分析内容
2.2.1 系统分析的方法和工具
2.2.2 系统分析的要素及內容
2.2.3 系统分析的步骤
2.2.4 武器系统分析
2.2.5 导弹武器系统分析
2.3 可行性研究
2.3.1 引言
2.3.2 武器装备必要性研究
2.3.3 武器系统方案可行性研究
2.3.4 风险估计
2.4 系统评价
2.4.1 系统评价的概念
2.4.2 系统评价的原则
2.4.3 系统评价的步骤
2.4.4 建立系统评价指标体系
2.5 综合评价方法
2.5.1 目标综合评价方法
2.5.2 模糊综合评价方法
2.6 系统的“效能一费用”分析
2.6.1 目的和意义
2.6.2 分析的方法
2.6.3 系统“效能一费用”分析及其模型
2.7 系统分析应用实例
2.7.1 美军F-10B型飞机武器选型的系统分析
2.7.2 三峡工程系统分析
2.7.3 阿拉斯加原油输送方案的系统分析
2.8 思考题
第3章 系统预测
3.1 系统预测概述
3.1.1 预测的概念
3.1.2 预测的原理
3.1.3 预测方法分类
3.1.4 系统预测的步骤
3.1.5 预测在武器装备管理中的地位
3.2 定性预测方法
3.2.1 预测过程
3.2.2 德尔菲法预测的原则
3.2.3 预测问题调查表的拟订
3.2.4 专家的选择
3.2.5 向专家调查咨询
3.2.6 专家调查意见的处理
3.2.7 德尔菲法的特点
3.2.8 德尔菲法实例
3.3 回归分析预测法
3.3.1 线性回归模型
3.3.2 线性回归模型的参数估计
3.3.3 相关系数与相关关系
3.3.4 回归模型的统计检验
3.4 趋势外推预测法
3.4.1 常用的趋势曲线
3.4.2 趋势预测模型的选择
3.4.3 趋势模型的参数辨识
3.5 灰色系统预测
3.5.1 概述
3.5.2 灰色系统建模
3.5.3 模型的检验
3.5.4 灰色系统预测实例
3.6 思考题
第4章 系统建模与仿真
4.1 系统模型概述
4.1.1 系统模型的定义与特征
4.1.2 系统模型的分类
4.1.3 使用系统模型的必要性
4.2 系统建模方法
4.2.1 构成模型的要素
4.2.2 对系统模型的要求
4.2.3 系统建模的原则
4.2.4 系统建模的信息源
4.2.5 系统建模的基本步骤
4.2.6 系统建模的主要方法
4.2.7 模型的优化
4.2.8 系统建模者应具备的素质.
4.3 系统仿真
4.3.1 系统仿真的基本概念
4.3.2 系统仿真的步骤
4.3.3 系统仿真的作用
4.3.4.系统仿真校核、验证与确认
4.3.5 军用仿真技术
4.4 作战模拟及其发展
4.4.1 作战模拟概述
4.4.2 作战模拟的作用
4.4.3 作战模拟的发展
4.4.4 “2002千年挑战”军演概况
4.4.5 “海上联合-2012”中俄海上联合军事演习
4.5 思考题
第5章 系统优化技术
5.1 线性规划
5.1.1 线性规划概述
5.1.2 线性规划的数学模型
5.1.3 图解法
5.2 单纯形法
5.2.1 等效模型
5.2.2 解的概念
5.2.3 解题方法
5.2.4 表格形式的单纯形法
5.2.5 人工变量技术
5.2.6 两阶段法
5.2.7 目标函数的极小值问题
5.2.8 单纯形法的进一步讨论
5.2.9 单纯形法小结
5.3 对偶理论
5.3.1 问題的提出
5.3.2 对偶理论
5.3.3 对偶问题的解释
5.4 整数规划
5.4.1 问题的提出
5.4.2 分枝定界解法
5.5 分配问题
5.5.1 问题的提出
5.5.2 匈牙利法
5.6 动态规划
5.6.1 动态规划的基本方法
5.6.2 动态规划的基本概念
5.6.3 动态规划的基本思想和基本方程
5.6.4 动态规划的解法
5.6.5 动态规划的实例
5.7 思考题
第6章 系统管理的网络技术
6.1 图的基本概念
6.1.1 图的几个名词
6.1.2 树
6.2 网络分析
6.2.1 有向图
6.2.2 最短路径问题
6.2.3 图与网络分析在军事上的应用
6.3 系统网络技术
6.3.1 网络图绘制
6.3.2 关键路线和时间参数
6.4 任务按期完成的概率分析与计算
6.4.1 任务完成时间近似符合正态分布规律
6.4.2 任务按期完成的概率计算
6.5 制定最优计划方案——网络图的调整与优化
6.5.1 时间优化
6.5.2 时间—资源优化
6.5.3 时间—费用优化
6.6 系统网络技术在工程组织管理中的应用
6.7 思考题
第7章 系统决策
7.1 系统决策概述
7.1.1 系统决策的特点
7.1.2 系统决策的程序
7.1.3 系统决策问题及其分类
7.2 风险型决策方法
7.2.1 决策表法
7.2.2 决策矩阵法
7.2.3 决策树法
7.3 不确定型决策
7.3.1 悲观主义准则
7.3.2 乐观主义准则
7.3.3 等可能准則
7.3.4 最小遗憾准则
7.3.5 折中主义准则
7.3.6 应用举例
7.3.7 贝叶斯决策
7.4 序列决策
7.5 多目标决策
7.5.1 多目标决策的基本概念
7.5.2 多目标决策的分析方法
7.5.3 化多为少法
7.5.4 分层序列法
7.5.5 直接求非劣解法
7.5.6 多目标线性规划的解法
7.5.7 可能度与满意度决策方法
7.6 层次分析法
7.6.1 层次分析法的基本原理
7.6.2 层次分析法的计算方法
7.6.3 层次分析法的应用
7.7 系统决策在军事上的应用
7.7.1 层次分析法在反舰导弹威胁等级的判定中的应用
7.7.2 层次分析法在武器装备规划与决策方法中的应用
7.7.3 层次分析法在水下目标威胁度评估中的应用
7.8 思考题
附录
附表1 标准正态分布
附表2 相关系数检验表(k=1)
附表3 t分布检验临界值表
附表4.1 F分布表(α=0。10)
附表4.2 F分布表(α=O.05)
附表4.3 F分布表(α=O.01)
参考文献