中国指挥与控制学会会刊 
随着科技发展,过去靠人多、装备多的战争已经逐步被淘汰,越来越多的无人化武器装备应用到战争中,实现了战场无人化[1],比如空中无人机、地面机器狗、水面无人艇及水下无人潜航器[2]等武器装备。武器装备无人化能力是指在不依赖人类直接操作或干预的情况下,武器装备能够代替战士实现日常维护、战前准备、战斗实施等工作。无人化能力代表了武器装备高度智能化和自动化的运行模式。影响因素主要包括人工智能控制技术、大数据处理、感知认知技术、协同导航与定位技术、通信与网络技术等。因无人化战场带来的人员损伤降到最低,所以武器装备无人化设计越来越受到各国武器装备制造商的青睐。
无人化武器装备的不断服役带来一个问题,即如何来评价武器装备无人化能力?目前,对武器装备无人化能力评价还只停留在定性评价上,缺少定量的评价方法,因此如何定量评价武器装备无人化能力是一个待研究的重要课题。本文提出了基于武器装备通用任务剖面定量评价无人化能力的方法,实现对武器装备的无人化能力定量评价。
1 武器装备无人化能力定量评价方法
本文提出的评价方法是在通用任务剖面架构基础上,根据每型武器装备特点进一步梳理下一层任务项,识别出评价因子;确认每个评价因子的无人化设计深度值,计算单个架构环节的无人化能力定量值,进而计算总无人化能力定量值,从而达到对武器装备无人化能力进行定量评价的目的。
武器装备通用任务剖面架构如图1所示,内容主要包括日常维护、任务准备、战斗准备、战斗实施和战斗结束环节。日常维护是指装备交付部队后,战士按照一定时间周期进行检查的过程;任务准备是指部队接到特定任务后,在出发前对装备进行的检查、补给等过程;战斗准备是指装备从出发到具备接收命令和信息的准备过程;战斗实施是指装备从目标探测到打击毁伤的过程;战斗结束是指装备从任务结束到回到营地的过程。
1.1 评价因子识别
武器装备无人化能力评价因子是指在武器装备整个任务剖面某一环节中需要完成的子任务项。
评价因子识别就是在武器装备日常维护、任务准备、战斗准备、战斗实施和战斗结束环节中,根据武器装备特点,梳理每个环节中的子任务项。
1.2 无人化深度值确定原则
无人化深度值是指武器装备子任务执行过程中,人参与其中的程度,子任务执行时人参与越多,深度值越小,无人化能力越低,反之,深度值越高,无人化能力越强。
对单个评价因子而言,我们可以根据该因子具体执行方式来进行无人化深度值的选择确认,执行方式主要分人在现场控制、人在远程控制、自动执行和智能执行四种,四种情况下无人化深度值逐步提高,无人化深度值详见表1。
表1 武器装备无人化深度值Tab.1 Depth value of unmanned weapons and equipment |
| 人在现场 控制 | 人在远程 控制 | 自动执行 | 智能执行 | |
|---|---|---|---|---|
| 无人化 深度值 | 0 | 0.5 | 0.8 | 1 |
1.3 评价方法
在识别评价因子和确认了各评价因子的无人化深度值后,按照定量评价方法计算无人化能力定量值。
定量评价方法:
PW= (Kj*(P0/i))
其中,Pw表示武器装备无人化能力定量值;P0表示武器装备单个评价因子的无人化深度值;i表示任务剖面架构中单个环节的评价因子数量; Kj表示武器装备无人化重要性权重参数;K1表示日常维护权重参数;K2表示任务准备权重参数;K3表示战斗准备权重参数;K4表示战斗实施权重参数;K5表示战斗结束权重参数。
1.4 任务剖面架构环节权重参数确定
武器装备通用任务剖面架构环节中,考虑武器装备设计复杂度、武器装备成本以及部队使用实际需求等因素,并不是所有环节均需要很高的无人化能力,且武器装备主要功能还是以战斗实施为主,因此各环节的无人化要求也侧重不同,在定量评价中,引入K参数,对任务剖面架构各环节无人化重要程度进行适应调配,各环节权重参数详见表2(可根据各武器装备功能特点对权重参数进行调整,比如核武器主要是威慑作用,一旦使用后果非常严重,日常维护中可以要求有无人化能力,但在战斗实施中肯定要有人参与,不能让武器装备无人化执行;而防空武器由于作战反应时间有限,在作战实施中更适合无人化,因此不同类型武器装备在不同任务剖面架构环节的权重参数就应不一样)。
表2 武器装备通用任务剖面架构环节权重参数Tab.2 Weight parameters of weapon and equipment general task profile architecture links |
| 日常维护 (K1) | 任务准备 (K2) | 战斗准备 (K3) | 战斗实施 (K4) | 战斗结束 (K5) | |
|---|---|---|---|---|---|
| 权重参数 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.5 | 0.1 |
1.5 综合评价
为了消除数据之间的量纲和取值范围差异,使不同特征值之间具有可比性,本方法在取值中采用了Min-Max归一化方法。根据评价公式计算武器装备无人化能力,再对照表3,得到武器装备无人化能力等级。
表3 武器装备无人化能力等级Tab.3 Unmanned capability level of weapon and equipment |
| 序号 | 能力等级 | 无人化定量评价值(%) | 备注 |
|---|---|---|---|
| 1 | 高 | ≥80 | |
| 2 | 中 | ≥60 | |
| 3 | 低 | 其他 |
2 某无人设备无人化能力定量评价应用
最近俄乌冲突中,乌克兰采用无人水面艇袭击了俄罗斯舰艇,此次无人化的袭击结果不明确也不重要,重要的是它代表一种新型的海上攻击方式的诞生,也是海上无人化作战的新起点,值得我们好好反思,因此,对某无人设备的无人化能力进行定量评价具有一定的代表意义。
2.1 无人设备任务流程
无人设备交付部队后,日常在码头进行维护,在接到作战任务后,完成弹药装填、油料补给等工作;按要求水下航行到指定海域,开展战斗值班,根据战场态势及上级指挥命令,无人设备上浮并开展战斗准备、战斗实施、战斗结束等工作;作战任务完成后,根据命令无人设备下潜航行返回基地[3]。
2.2 评价因子识别
根据无人设备任务流程,在通用任务剖面架构基础上梳理各环节需要完成的子任务,形成评价因子如下:
(1)日常维护评价因子:设备运行检查、作战流程检查;
(2)任务准备评价因子:任务仿真、航路规划、弹药装填、油料补给;
(3)战斗准备评价因子:自主航行、无人设备上浮、设备加电、状态确认、导航定位、时间同步;
(4)战斗实施评价因子:目标探测、目标分配、武器准备、武器发射、杀伤效果判断、二次拦截决策及执行;
(5)战斗结束评价因子:无人设备下浮、设备断电、自主航行。
2.3 无人化深度值确定
根据无人设备功能、无人化深度值确定原则,确定每个评价因子的无人化深度值,详见表4。
表4 无人设备无人化深度值Tab.4 Unmanned equipment unmanned depth value |
| 序号 | 剖面架构环节 | 评价因子 | 无人化设计深度分析 | 深度值 |
|---|---|---|---|---|
| 1. | 日常维护 | 设备运行检查 | 人在现场维护 | 0 |
| 2. | 作战流程检查 | 人在远程控制 | 0.5 | |
| 3. | 任务准备 | 任务仿真 | 人在远程控制 | 0.5 |
| 4. | 航路规划 | 人在远程控制 | 0.5 | |
| 5. | 弹药装填 | 人在现场装填 | 0 | |
| 6. | 油料补给 | 人在现场补给 | 0 | |
| 7. | 战斗准备 | 出发航行 | 智能执行(具备自主导航、规避障碍物等功能) | 1 |
| 8. | 无人设备上浮 | 智能执行(具备自主导航、规避障碍物、深度检测等功能) | 1 | |
| 9. | 设备加电 | 人在远程控制 | 0.5 | |
| 10. | 状态确认 | 智能执行(具备自动根据设备状态进行切换,启用冗余设备) | 1 | |
| 11. | 导航定位 | 自动执行 | 0.8 | |
| 12. | 时间同步 | 自动执行 | 0.8 | |
| 13. | 战斗实施 | 目标探测 | 智能执行(自动建航、敌我识别、类型识别、抗战场环境干扰) | 1 |
| 14. | 目标分配 | 智能执行(武器类型自动选择、分配时机自动确认、打击顺序自动排序、可实时调整武器类型) | 1 | |
| 15. | 武器准备 | 自动执行 | 0.8 | |
| 16. | 武器发射 | 自动执行 | 0.8 | |
| 17. | 杀伤效果判断 | 具备自主学习功能,根据交汇信息优化判据,提高判断结果正确性和快速性 | 1 | |
| 18. | 二次拦截决策及执行 | 自动执行 | 0.8 | |
| 19. | 无人设备下浮 | 智能执行(具备自主导航、规避障碍物、深度检测等功能) | 1 | |
| 20. | 战斗结束 | 设备断电 | 人在远程控制 | 0.5 |
| 21. | 返航航行 | 智能执行(具备自主导航、规避障碍物等功能) | 1 |
2.4 无人化定量评价结果
表5 定量评价结果Tab.5 Quantitative evaluation results |
| 日常维护 | 任务准备 | 战斗准备 | 战斗实施 | 战斗结束 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 权重参数(K) | 0.1 | 0.1 | 0.2 | 0.5 | 0.1 |
| 深度值(P0) | 0.25 | 0.25 | 0.85 | 0.9 | 0.75 |
| 各环节定量值 | 0.025 | 0.025 | 0.17 | 0.45 | 0.075 |
| 总定量值 | 0.745 |
由于特殊原因,对无人设备进行定量评价时,识别的评价因子较粗,深度值也不能描述很细,该评价结果与无人设备真实无人化能力有一定差异,主要是诠释方法应用。
2.5 小结
通过定量评价方法对某无人设备进行无人化能力定量评价,评价结果为中级,评价结果不但可以给我们一个直观的感知,同时还可以给无人装备不断提升无人化能力作设计参考。
3 评价方法的优点和局限性
3.1 优点
该定量评价方法能够对武器装备无人化能力进行定量化评价,给出武器装备无人化定量值,实现在武器装备领域无人化定量评价的应用创新,使得武器装备无人化能力具备客观性、精确量化,降低了评价的主观性。通过定量评价我们可以准确找到武器装备无人化能力提升的环节,进而可以有针对性地进行优化设计,同时,可以进行武器装备间的定量比较,直观了解武器装备间的无人化差距,而非笼统的描述。
3.2 局限性
(1)评价结果因人而异
该定量评价方法评价结果会因人而异,主要原因为评价人员对武器装备的了解程度或认知不同,导致1)不同人梳理的评价因子不同,有粗有细;2)不同人对同一评价因子的无人化深度值确定不一样,有高有低。
为使评价结果更加贴近实际情况,在评价时,评价因子应尽可能细化,尽可能体现武器装备实际任务剖面的所有子任务;在无人化深度值确认时,防止因个人理解偏差导致确定的深度值不真实,可以采用专家打分法等手段来共同确认,使无人化深度值更可信。
(2)在研武器装备无法准确评价
由于在研武器装备状态未最终确认,交付部队后的使用情况未定,无法准确识别评价因子,该方法不适用于在研武器装备的无人化定量评价。
(3)武器间对比评价局限性
在对多型武器进行无人化能力对比时,为了使评价结果真实准确,武器装备选择和方法具体使用有一定约束,具体如下:
1)两型武器应属于同类型武器装备,功能和用途基本相同,这样可比性强;
2)两型武器的评价因子颗粒度要保持一致;
3)两型武器装备的评价因子的深度值要在同一评价尺度上进行;
4)在武器装备具有独有的评价因子时,可以通过邀请行业专家等手段来确认其深度值。
另外,如果需要对差异较大的两型武器装备进行无人化定量对比,就需要调整通用任务剖面架构各环节的重要性权重参数,这也是该方法的难点和未来发展方向,权重参数的设置合理性需要相关行业设计师共同进一步研究确认。
4 结束语
未来战争以无人化为主,武器装备的无人化能力尤为重要,采用基于武器装备通用任务剖面来评价无人化能力的方法可以对武器装备的无人化能力进行定量评价,随着评价因子不断细化,无人化深度值不断趋于准确,评价结果也更加真实。通过定量评价武器装备的无人化能力,可以有效推动武器装备无人化设计水平不断提高,从而适应未来无人化战场环境。