基于ARIS軟件的航母編隊對海作戰流程仿真及優化?

梁鎮彬 李敬輝 姜 軍

（海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033）

1 引言

航母編隊作為艦載航空兵、水面艦艇、潛艇等兵力高度集成的海上機動作戰力量，具備強大的海上作戰能力［1］，極大改變了傳統水面艦艇編隊的作戰理論、行動方式和兵力編成，因此，急需對航母編隊對海作戰中的組織流程、戰位配置、裝備使用等進行設計和優化，以滿足未來信息化海戰的實戰需求，提升航母編隊對海作戰的整體效能［2］。

2 典型作戰流程分析

航母編隊對海作戰流程可大致分為對海警戒探測、目標跟蹤識別、確定突擊決心、組織戰斗協同、突擊效果評估、作戰兵力撤收等6個階段［3］，具體如圖1所示。

1）對海警戒探測階段：根據對海觀察組織，綜合使用各類情報信息，使用各類對海探測器材和手段組織對海觀察警戒，生成分發統一態勢。編隊內部主要通過預警機或警戒直升機進行目標探測，獲取海上目標信息。

2）目標跟蹤識別階段：對海指揮部位結合各種情報對目標性質加以跟蹤判別，必要時，組織艦載戰斗機、警戒直升機對重點不明海面目標進行近距離查證，根據目標判別查證情況，對海方面長提出突擊建議，各兵力組織戰斗準備。

3）確定突擊決心階段：根據打擊目標和戰斗指標，對海指揮部位進行一系列計算，確定作戰方案和打擊樣式，通常包括艦載戰斗機對海打擊、水面艦艇對海打擊、核潛艇對海打擊和對海合同打擊等4種樣式［4］。

圖1 航母編隊對海典型作戰流程示意圖

4）組織戰斗協同階段：根據作戰方案，各作戰兵力進入目標區后，在偵察兵力的指示引導和電子戰兵力的干擾支援下，迅速占領有利戰斗航路或陣位，采取獨立或合同攻擊的方式，發射反艦導彈對特定水面目標實施打擊［5］。

5）打擊效果評估階段：綜合使用各種探測器材和情報信息，評估打擊效果，必要時組織兵力抵近觀察、判別，綜合運用各種手段，評估前期打擊效果，視情組織兵力實施補充打擊。

6）作戰兵力撤收階段：對海作戰任務完成后，及時組織引導各作戰兵力迅速退出目標區，撤離敵空中攔截區或防空火力殺傷區。各作戰兵力指揮員應盡快向編隊對海作戰方面指揮員上報攻擊情況［6］。

本文采用定性與定量相結合的方式，借助ARIS Architect&Designer（阿里斯企業架構設計軟件）對航母編隊對海作戰流程進行可視化設計、建模、仿真、分析和管理，并通過對模型仿真結果的合理性和可行性分析，為作戰流程的進一步優化提供參考［7］。

3 作戰流程設計建模

3.1 作戰流程建模

根據上述典型對海作戰流程，模型以目標信息作為仿真觸發輸入，情報人員借助情報系統對情報信息進行分析，篩選識別敵艦目標信號；編指依據目標情報制定作戰計劃、實施指揮決策［8］；對海作戰方面指揮員借助編隊作戰指揮系統，指揮引導艦載戰斗機、水面艦艇、攻擊型核潛艇進行對海打擊［3］。突擊兵力對海實施打擊后，由情報人員對作戰效果進行評估，判斷任務是否完成，未完成的需重新組織兵力再次實施打擊，如果任務完成則由對海作戰方面指揮員組織兵力撤收及戰況總結。具體對海作戰流程模型如圖2所示。

圖2 航母編隊對海作戰流程流程圖

3.2 模型參數設置

由于本文提供的是一種對航母編隊對海作戰流程的仿真優化方法，其中涉及作戰情況、戰位人員、裝備性能、相關概率的等參數設置只是為模型提供的模擬數據輸入，便于下一步對作戰模型進行仿真分析［9］。

1）作戰情況界定

結合航母編隊對海作戰特點，作戰總時間設置為2小時，目標出現頻率為100批/小時。

2）系統裝備配置

對海作戰中的系統裝備是任務處理的手段工具，由編隊對海作戰流程可知，目標探測和效果評估的完成需要情報系統的數據支撐，情報系統的數據來源主要由警戒直升機對海探測設備、遠程防空警戒艦對海探測設備和其它對海探測設備等提供；目標指示、指揮引導、對海攻擊、兵力撤收與作戰總結的完成需要編隊作戰指揮系統提供相應指令；艦載戰斗機、水面艦艇、攻擊型核潛艇等對海作戰兵力的組織需要艦載機作戰指揮系統、艦艇群作戰指揮系統、潛艇作戰指揮系統來實施輔助指揮引導［10］。

本模型信息裝備性能主要通過各作戰階段對目標信息平均傳輸處理時間來體現，由于對潛通信難度較大，故平均傳輸處理時間較長，具體參數擬定如表1所示。

表1 各作戰階段裝備對目標信息的平均傳輸和處理時間

3）戰位人員設置

戰位主要以作戰需求和裝備實際為依據進行設置，為簡化流程，本模型僅設置情報人員、對海作戰方面指揮員、艦載機指揮員、水面艦艇群指揮員、潛艇指揮員等5類戰位［3］，并由軟件導出RA（S）CI圖表，即模型的“戰位-能力”矩陣，具體如表2所示。

其中，情報人員暫定2人，包括警戒直升機對海搜索、遠程防空警戒艦對海搜索各1人，負責對搜集到的信息進行分析判情；對海作戰指揮員暫定2人，包括對海作戰長、對海作戰副長各1人，負責組織指揮參戰兵力對海作戰；艦載機指揮員暫定1人，負責指揮引導艦載戰斗機對海打擊；水面艦艇群指揮員暫定1人，負責指揮引導水面艦艇對海打擊；潛艇指揮員暫定1人，負責指揮引導攻擊型核潛艇對海打擊。

表2 “戰位-能力”矩陣

4）作戰概率擬定

各兵力參與作戰概率：根據各國艦載戰斗機、水面艦艇、攻擊型核潛艇在對海作戰中的普遍協同應用情況，編隊指揮決策中需要艦載戰斗機、水面艦艇、攻擊型核潛艇等兵力前出參與對海打擊的概率分別暫定為0.8、0.4和0.3。

各兵力打擊成功概率：根據各國艦載戰斗機、水面艦艇、攻擊型核潛艇對敵艦毀傷概率的數據統計情況，將一次對海打擊成功的概率暫定為0.8，則需實施二次打擊的概率為0.2。

4 作戰模型仿真優化

4.1 模型仿真分析

由于裝備性能在理想情況下保持不變，那么對作戰模型進行仿真分析，就主要通過各個戰位繁忙程度來體現作戰模型的可行性和合理性。各戰位既不能太繁忙，也不能太空閑，太繁忙容易造成作戰流程推進緩慢遲滯，影響整體作戰效能，太空閑又容易造成作戰資源浪費，因此，為使作戰模型更加合理可行，通常把各戰位繁忙率控制在60%～85%之間，這也是模型后續優化的一個標準。

通過對作戰模型進行仿真，可得到各戰位在該模型中的繁忙率如圖3所示。

從中可看出，對海作戰指揮戰位和情報人員戰位的繁忙率均超過85%，說明情報保障不力、指揮效率低下；另外，由于前期數據流通緩慢，指令下達不及時，導致艦艇群指揮員和潛艇指揮員過于空閑，空閑率均超過60%。由此證明，以現有戰位裝備配置執行大負荷任務時，導致部分戰位負擔過重、無法順利完成分配的作戰任務，部分戰位又過于空閑，長時間處于等待狀態。因此，下面將分別從戰位配置優化、裝備性能提升等不同的2個方面，對作戰模型加以調整優化。

4.2 戰位配置優化

1）一次優化

由于按現有戰位配置執行大負荷任務時，情報人員和對海作戰方面指揮員負擔過重，可通過增加戰位來削減這2類戰位的繁忙度，為對海作戰指揮戰位增加3個戰位，包括對空、對海、對潛指揮引導員各1名，以此來分擔對海作戰長和副長的指揮決策任務，使對海作戰能夠留有更多時間來進行指揮決策；為情報人員增加2個對海方面情報匯總分析戰位，以此來分擔警戒直升機、遠程防空警戒艦等預警探測兵力的情報分析任務，使情報分析更加快速，讓指揮員能更及時獲取情報信息。

通過對優化后模型進行仿真，可得到各戰位在該模型中的繁忙率如圖4所示。

圖4 一次優化后各戰位繁忙率示意圖

從中可看出，情報人員和對海作戰方面指揮員的繁忙率均變成85%以下，基本滿足模型可行性標準。另一方面，由于模型未優化前數據傳輸緩慢，艦載機指揮員尚有足夠時間應付80%的對海打擊任務，當模型優化后數據傳輸變快，加之艦載機指揮員執行對海打擊任務量要遠大于艦艇群指揮員的40%和潛艇指揮員30%，此時僅配置1名艦載機指揮員明顯負擔過重，繁忙率遠超90%，無法順利完成分配的作戰任務。因此，下面將從艦載機指揮員配置進行優化，以滿足作戰需求。

2）二次優化

為艦載機指揮員增加1個戰位，以此來分擔艦載戰斗機大量的對海作戰任務，使艦載戰斗機對海打擊更加流暢。

通過對優化后模型進行仿真，可得到各戰位在該模型中的繁忙率如圖5所示。

圖5 二次優化后各戰位繁忙率示意圖

從中可看出，經過戰位調整后，戰位繁忙率均在60%～85%之間，基本滿足設定的模型可行性要求。

4.3 裝備性能優化

1）一次優化

由于現有戰位配置執行大負荷任務時，情報人員和對海作戰方面指揮員負擔過重。若保持原有戰位配置不變，可通過提高系統裝備對數據傳輸和處理能力，降低各個戰位等待和處理數據的時間，從而使情報人員和對海作戰方面指揮員不過于繁忙。下面將相應系統裝備傳輸和處理數據平均時間均降低15s。

通過對優化后模型進行仿真，可得到各戰位在該模型中的繁忙率如圖6所示。

圖6 一次優化后各戰位繁忙率示意圖

從中可看出，將情報人員戰位和對海作戰方面指揮員戰位相應系統裝備性能進行優化后，情報人員繁忙率低于85%，達到要求，但由于對海作戰方面指揮員承擔任務量比情報人員要大得多，其繁忙率仍然居高不下；另外，由于模型未優化前數據傳輸緩慢，艦載機指揮員尚能應付80%的對海打擊任務，但當模型優化后數據傳輸變快，加之艦載機指揮員執行對海打擊任務量要遠大于艦艇群指揮員的40%和潛艇指揮員30%，此時僅配置1名艦載機指揮員明顯負擔過重，繁忙率遠超85%，無法順利完成分配的作戰任務。因此，下面將對艦載機指揮員戰位和對海作戰方面指揮員戰位相應的系統裝備性能進行優化，以滿足作戰需求［6］。

2）二次優化

對對海作戰方面指揮員戰位相應的目標指示指揮引導、對海打擊、兵力撤收與作戰總結等階段裝備性能繼續優化，數據處理時間再降低5s，以此來提升對海作戰方面指揮員指揮決策的速度；對艦載機指揮員戰位對應的組織艦載戰斗機攻擊階段的裝備性能繼續優化，數據等待和處理時間均降低10s，以此來加快艦載戰斗機接收和處理數據能力，使艦載戰斗機對海打擊更加流暢。

通過對優化后模型進行仿真，可得到各戰位在該模型中的繁忙率如圖7所示。

圖7 二次優化后各戰位繁忙率示意圖

從中可看出，經過裝備性能提升后，各戰位繁忙率均在60%～85%之間，基本滿足設定的模型可行性要求。

5 結語

通過上述對作戰模型的仿真及優化可以看出，本文所提供的優化設計方法具有一定操作性、合理性，能夠為航母編隊對海作戰流程的優化設計提供參考。另一方面，由于航母編隊對海作戰流程涵蓋的系統裝備、戰位人員、情報信息數量眾多，本文為便于建模、仿真和分析，對航母編隊對海作戰流程進行了一定程度的簡化，后續將進一步細化作戰流程設計和裝備戰位配置，使所提供方法更貼近實戰需求。