武器装备体系分布式协同设计方法研究

摘要

随着世界新军事变革的不断深入，战争的表现形态和运行规律发生了巨大的变化，冷战时期基于兵力、以武器装备系统为中心的作战模式逐渐转变为当前基于能力、以武器装备体系为中心的作战模式。武器装备体系是在国家安全和军事战略指导下，为了完成特定的作战使命，由功能上相互联系、性能上相互补充的武器装备系统按照一定结构综合集成的更高层次的系统。
　　武器装备体系分布式协同设计是指在基于网络技术的分布式协同工作环境中，根据联合作战条件下的能力需求，对目前已经拥有的武器装备系统资源和正在设计、开发、研制的武器装备系统资源进行合理的配置与集成，实现武器装备体系在性能、成本和风险等方面的整体优化。其目的是为武器装备体系的建设发展提供科学合理的决策手段与量化依据，以掌握未来战争的先机。考虑到庞大的系统规模、频繁的系统交互以及长时间的跨度规划等复杂性特征，武器装备体系分布式协同设计的关键在于寻求有效的决策建模、方案评价和仿真优化等方法，显著地降低体系问题求解的组织复杂性和计算复杂性。
　　本文的主要工作和创新研究成果如下：
　　首先，明确了武器装备体系协同设计的问题特征和方法框架。提出了武器装备体系分布式协同设计的基本概念，阐述了武器装备体系分布式协同设计中组分系统与组分系统之间的耦合冲突问题以及组分系统与体系总体之间的目标冲突问题，探讨了武器装备体系的协同设计环境、系统建模技术、优化求解策略和不确定性处理方法等关键技术的特征、要求，给出了武器装备体系分布式协同设计的方法流程与研究框架。
　　其次，提出了武器装备体系分布式协同设计的决策建模方法。针对武器装备体系分布式协同设计中常见的两类决策问题给出了两种结构化的决策模板，即折衷决策模板和选择决策模板。以这两种决策模板为基础，提出了一种适用于武器装备体系分布式协同设计问题的柔性建模方法，给出了具体的建模流程。以超地平线登陆作战装备体系的组合设计问题和全新设计问题为例，验证了所提方法的有效性。
　　第三，提出了武器装备体系分布式协同设计的综合优化方法。分析了武器装备体系分布式协同设计的决策过程。基于两种不同的解耦策略提出了求解武器装备体系分布式协同设计问题的两种优化算法，即基于近似解耦的并行优化算法和基于博弈解耦的协同优化算法。以超地平线登陆作战装备体系的全新设计问题为例，验证了所提方法的有效性。
　　最后，提出了武器装备体系分布式协同设计的稳健优化方法。分析了武器装备体系分布式协同设计中不确定性因素的主要来源、传递过程及其潜在的耦合风险。针对武器装备体系分布式协同设计中不确定性的交叉影响，提出了一种适用于协同设计博弈的多目标稳健决策模型，并给出了具体的构造方法与流程。在此基础上，提出了武器装备体系分布式协同设计的多目标稳健优化方法。以超地平线登陆作战装备体系的全新设计问题为例，验证了所提方法的有效性。
　　本文提出的框架和方法充分依靠并行工程、软件工程、系统工程、军事运筹学和多学科设计优化等理论方法，同时结合了数学规划和建模仿真两类主要手段，能够为武器装备体系的优化设计和论证评估提供定性和定量相结合的分析计算工具，进而为武器装备发展战略的制定提供综合性的技术支持。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究工作

第二章 武器装备体系协同设计的问题特征与方法框架

2.1 武器装备体系分布式协同设计的基本概念

2.2 武器装备体系分布式协同设计的问题描述

2.3 武器装备体系分布式协同设计的关键技术

2.4 武器装备体系分布式协同设计的方法与流程

2.5 本章小结

第三章 武器装备体系分布式协同设计的决策建模方法

3.1 武器装备体系设计的两类决策问题

3.2 武器装备体系设计的两类决策模板

3.3 武器装备体系分布式协同设计的建模思路

3.4 武器装备体系分布式协同设计的建模方法

3.5 案例应用：超地平线登陆作战装备体系设计问题的建模

3.6 本章小结

第四章 武器装备体系分布式协同设计的综合优化方法

4.1 武器装备体系分布式协同设计的决策过程

4.2 武器装备体系分布式协同设计问题的解耦策略

4.3 武器装备体系分布式协同设计问题的优化算法

4.4 案例应用：超地平线登陆作战装备体系的综合优化设计

4.5 本章小结

第五章 武器装备体系分布式协同设计的稳健优化方法

5.1 武器装备体系分布式协同设计的不确定性分析

5.2 武器装备体系分布式协同设计的稳健决策模型

5.3 武器装备体系稳健优化设计的思路与组织流程

5.4 案例应用：超地平线登陆作战装备体系的稳健优化设计

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 论文主要工作

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果