面向任务的指挥控制组织设计、建模与仿真方法

面向任务的指挥控制组织设计、建模与仿真方法


2024年4月28日发(作者:correlation)

VoI.36。NO.4 

Apr.2011 

火力与指挥控制 

Fire Control&Command Control 

第36卷第4期 

2011年4月 

文章编号;1002—0640(2011)04—0179—04 

面向任务的指挥控制组织设计、建模与仿真方法 

杨春辉,杨建军,胡

(海军工程大学,武汉

涛 

430033) 

摘要:面向任务的指挥控制组织(Task Oriented Command and Control Organization。TOC20)从使命任务出发对组织 

结构进行动态构建,以满足联合作战的任务需求,并且能够迅速地适应战场环境的动态变化。对TOC20的四种相关设计方法 

进行了简要论述。总结了对TOC20建模、仿真的主要研究机构、项目,对比分析了各自的优缺点,最后总结了当前研究的主要 

特点,提出了下一步研究的方向。 

关键词:面向任务的指挥控制组织,组织设计方法,指挥控制组织建模 

中圈分类号:TP273 文献标识码:A 

Design,Modelling and Simulation of Task Oriented Command 

and Control Organization 

YANG Chun-hui,YANG Jian—jun,HU Tao 

(Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China) 

Abstract:Task Oriented Command and Control Organization is a kind of C2 organiztion which can be 

reeonfigured dynamically with mission.This characteristic can adopt the changement of battle environment 

and satisfy the requiement of joint operations.Four kinds of design method of TOC2O are dissertated 

briefly.At the same time,the mainly research institutions and projects on modeling and simulating the 

TOC20 are be contrasted.Finally,the paper presents the point of current research and puts forward 

future work. 

Key words:TOC20,design method of organization,modeling of C2 organization 

引 言 

互与共享,从而也不能够实现决策优势、行动优势, 

难以适应联合作战的需求。信息技术的推动和联合 

不同的战争形态需要不同组织结构的军队,这 

作战需求的牵引,使指挥控制组织的网络化、扁平化 

既是战争发展的客观规律,也是军队建设的必然要 成为必然趋势和指挥控制领域的研究热点问题。面 

求[1]。从信息化军事变革和近期几场战争看,通过联 

向任务指挥控制组织(Task Oriented Command and 

合作战实现作战力量一体化,最关键要着眼优化作 

Control Organization,TOC20)就是一种灵活的组 

战力量的组织结构。而现有指挥控制组织是针对机 织结构,能够适应战场环境的动态变化,满足联合作 

械化战争而设立的。机械化战争时代,由于信息技术 

战任务的需求。 

的相对落后和军队的信息化程度相对较低,使得各 

指挥控制单元之间信息交流的能力十分有限,作战 

1 面向任务的指挥控制组织的概念 

的各个流程都以独立的武器平台为中心形成一个闭 

组织权变理论认为没有任何一种组织结构适应 

合的环路。这样的组织形式极大地阻碍了信息的交 所有的组织环境,组织设计就是构建与组织使命、环 

境匹配的组织[2]。联合作战条件下,面向特定作战使 

命构建的指挥控制组织是对各种作战系统、部队所 

收稿日期:2009—12—24 修回日期;2010—03—05 

作者简介;杨春辉(1980一),男,湖南娄底人,博士,讲师, 

对应的指控模块进行重组,形成新的指挥控制流程 

研究方向:C2组织评价、优化,舰船保障性工 

和指挥控制结构。其目的是为了更高效、迅速的对作 

程。 

战使命进行响应,达成作战目标。 

・180・ (总第36--772) 火力与指挥控制 2011年第4期 

为了给出TOC2O的概念,给出几个相关概念。 

定义1(使命环境):使命环境是TOC20所处的 

作战环境以及面临的作战任务,是构建TOC2O的 

依据。 

对使命环境的测度通常采用复杂性和稳定性度 

量,也有采用对环境观察的矢量描述环境的动态复 

杂特征,不同的使命环境复杂性对组织模式设计产 

生不同的需求[3]。同时,使命环境的不确定因素(如 

敌方可能行动或临时使命任务的发生等)将导致使 

命环境发生动态变化,将会影响TOC20的设计过 

程。TOC2O面临的作战任务称为使命,使命可以分 

解为一系列的使命任务。 

使命任务与指控系统或指控模块之间不能直接 

进行关联,通过引人指挥控制资源的概念,由指挥控 

制资源与使命任务之间进行关联和匹配。 

定义2(指挥控制资源):指挥控制资源是指挥 

控制系统或指挥控制模块的指挥控制对象。指挥控 

制资源应该是一个独立的实体,具备独立完成某种 

作战使命任务的能力,包括作战平台,如坦克、飞机、 

舰艇、雷达等;成建制的作战部队,如步兵连、导弹 

营、工兵连等。 

使命任务与指挥控制资源之间的匹配关系一般 

从使命任务对指挥控制资源能力需求和指挥控制资 

源所具备的能力的角度来分析建立。 

定义3(决策者):决策者是具有任务执行、决策 

和通信能力的Agent,决策者可以是具体的作战指 

挥人员,也可以是指挥控制模块。决策者管理一定数 

量的指挥控制资源,并利用指挥控制资源的能力完 

成所分配的使命任务。当自身所掌握的指挥控制资 

源无法满足使命任务的需求时,决策者利用通信能 

力、决策能力与其他决策者进行协调,从而获取完成 

使命任务所必需的其他指挥控制资源。 

定义4(面向任务指挥控制组织);联合作战条 

件下,为迅速响应动态变化的使命环境,将使命按照 

总的作战目标分解为相互关联的使命任务,并按照 

使命任务的需求,对地理上分散部署的指挥控制资 

源进行评价、选择,将与使命任务匹配的指挥控制资 

源聚类、动态组合成为具有使命任务执行、决策和通 

信能力的多个决策者,构建决策者之间的通信结构 

以及最优化使命执行过程中决策者之间的指挥控制 

流程,形成的一个新的指挥控制组织。 

从TOC20的定义中,可以分析出如下的几个 

特点: 

(1)TOC20的构建是使命驱动的。作战指挥人 

员根据战场态势的变化,确立作战目标与达到目标 

的作战使命;以使命为中心,将使命分解为使命任 

务,通过优化组合相关的指挥控制资源,并重新构建 

新的指挥控制流程,实现对战场态势的快速反应。 

(2)TOC20具有动态性。TOC20根据使命和 

具体战场环境进行构建,随着使命环境的变化,相应 

组成TOC2O的指挥控制资源以及组织结构都将发 

生变化;另一方面,TOC20具有一定的生命周期 

性,随着使命的产生而生成,使命完成后,也随之解 

散,指挥控制资源重新回到原有的指挥控制体系中。 

(3)ToC2O具有敏捷性。敏捷性是TOC2O自 

身能够进行调整以适应使命环境的动态变化的能 

力,敏捷性可以从时间、成本、鲁棒性和适应性范围 

四项综合度量指标进行评价[4]。 

2 TOC2O相关设计方法 

随着信息和网络技术的发展,现代组织正面临 

着前所未有的挑战,“面向任务”强调以“任务”为中 

心,迅速调整企业生产、服务流程并相应调配企业各 

方面资源,而不是采取传统的一成不变的生产、服务 

模式。虚拟企业、敏捷制造系统、以及动态组织和超 

链接组织等就是为了迅速响应市场机遇的任务而提 

出的新型组织形式。 

面向任务的企业结构及生产重组的研究工作对 

军事指挥控制理论有借鉴作用。实际上,正是商业领 

域的组织理论发展在一定程度上引发人们开始思考 

“面向任务”的军事指挥控制方式。 

自1995年以来,在美国海军研究办公室和联合 

作战分析协会支持下,Aptima公司、海军研究生院、 

卡耐基梅隆大学、康涅狄格大学和乔治梅森大学等 

研究单位开展了A2C2(Adaptive Architecture for 

Command and Contro1)项目的研究,并已取得较大 

进展。该项目着眼于作战使命,能够根据作战使命的 

调整对作战资源进行动态配置,并通过作战资源之 

间的指挥控制关系,获得适应作战使命的指挥控制 

组织。国防科技大学也在该领域取得了一定的进展。 

目前,主要有四种面向作战使命的指挥控制组织设 

计方法,分别是:三阶段组织设计法[4 ]、改进的三阶 

段组织设计法嘲、基于嵌套遗传算法的设计方法E ] 

和基于粒度计算的组织结构设计方法[8]。 

2.1三阶段组织设计法 

三阶段组织设计法是其他各组织设计法的基 

础。三阶段设计基本思想是组织包括三种基本实体: 

决策者、资源、使命任务及使命任务序列关系。三阶 

段组织设计法包括三个阶段: 

①根据组织所拥有的资源能力和使命任务的资 

源需求约束确立使命任务到资源的优化配置。本阶 

杨春辉,等:面向任务的指挥控制组织设计、建模与仿真方法 (总第36--773) ・181・ 

段的优化目标是在满足任务的资源需求的情况下提 

高资源的利用率、缩短完成任务过程的时间。 

②根据决策者的各种能力确立资源到决策者的 

聚类。组织的内部协作在很大程度上影响了组织运 

基于粒度计算的组织结构设计方法的设计过程 

包括了三个阶段,自顶向下地将组织结构设计问题 

分成了三个不同的优化子问题。 

作的效能,组织的内部协作是组织优化设计的主要 

目标参数之一。 

第三阶段,根据组织高效运作的协作需求确立 

组织内决策者间的层次关系和协作关系。 

③设计的前提包括两个方面:一是组织资源分 

类,建立组织资源模型,确立组织资源的度量方法; 

二是对组织使命有效分解,建立组织设计的使命任 

务模型,其模型包括了使命任务的资源需求、完成时 

间以及使命任务完成的先后顺序关系。 

2.2改进的三阶段组织设计法 

针对三阶段组织设计法的MDLS算法在优化 

过程中难以获得优化分配方案的缺点,提出了多优 

先级的列表动态规划(MultiPRI List Dynamic 

Scheduling,MPLDS)算法。MPLDS算法中定义了 

平台能力与任务资源需求间的矢量距离,并采用了 

新的搜索策略:任务对平台资源的选择、平台资源对 

任务的自主选择和两者选择冲突消除,以弥补 

MDLS算法的缺陷。 

2.3基于嵌套遗传算法的设计方法 

基于嵌套遗传算法(Nested Genetic 

Algorithm,NGA)的设计方法认为组织设计过程从 

使命任务一资源分配,决策者一资源分配以及决策者 

之间的协调关系构建是同一个问题的三个不同的优 

化目标,之间并不存在相互独立性。因此人为的将组 

织设计分为三个阶段来解决会存在着许多的问题。 

基于嵌套遗传算法的设计方法应用成组技术的 

概念将使命任务和资源进行聚类,形成一个一个的 

分组,即决策者。在聚类的过程中,考虑优化各个决 

策者总的负载。通过嵌套遗传算法,可以同时获得使 

命任务一资源分配、决策者一资源分配和决策者一使命 

任务分配。 

但基于嵌套遗传算法的设计方法没有考虑使命 

任务之间的先后顺序关系,当决策者有多个并行使 

命任务时,同时执行多个并行使命任务的资源将可 

能出现过载的情况。 

2.4基于粒度计算的组织结构设计方法 

基于粒度计算的组织结构设计方法在组织设计 

过程中引入粒度原理,即根据资源和任务的特点,可 

以将平台集和任务集进行粒化,通过粒化可以使一 

个平台粒有效的处理一个任务粒,实际是在新的粒 

度层次上求解原问题,简化了问题求解的复杂度。 

3 TOC20的建模与仿真研究 

传统的古典组织理论、新古典组织理论主要研 

究组织的静态特征,对组织分析评价主要采用定性 

分析的方法。计算和数学组织理论以及组织权变理 

论是当前研究组织建模与评价方面的热点。计算和 

数学组织理论主要是通过形式化模型来发展和验证 

组织理论。这类研究可以归纳为四类:组织设计、组 

织学习、组织和信息技术、组织进化[9]。 

指挥控制组织几个具有代表性的指挥控制组织 

仿真评价的机构和项目包括:乔治梅森大学基于 

Petri网的指挥控制组织建模与仿真[10-12]、斯坦福大 

学的VDT(Virtual Design Team)项目[13,14]、A2C2 

项目的组织仿真平台[1副、CASOS的组织建模与仿 

真评价[1 "]以及DSTO对指挥控制组织的建模与 

评价[18,19]。 

乔治梅森大学系统体系结构实验室的 

Alexander H.Levis领导的研究团队从2O世纪8O 

年代开始就采用Petri网模型对指挥控制组织、C。I 

系统进行建模与仿真分析。他们认为组织由决策者 

组成,因此决策者是组织研究的核心决策者模型的 

五级分别为态势评价、信息融合、任务处理、命令解 

释和响应选择。组织的构建是为了执行一系列单个 

决策者不能完成的任务 因此组织结构可以通过决 

策者之间的交互关系来定义。早期基于结构化方法 

的建立了固定结构的模型模型;随后又提出了准静 

态组织、准静态适应性组织、可变结构决策组织和固 

定结构决策组织概念。但他们的Petri网模型仅从 

信息流和信息处理的角度对组织进行分析和建模, 

忽略了组织中其他因素,如指挥控制组织中决策者 

与资源之间的配置关系,决策者对资源的管理等,具 

有一定的局限性。 

VDT的基本假设是基于组织的信息处理观点。 

按照Galbraith的观点,组织是由人和团队组成的, 

目的是通过劳动分工以及基于信息的决策过程协调 

分工来达到组织共同的目的。组织设计的目标是找 

到组织策略、组织方法和个体决策者统一的匹配关 

系。采用VDT进行指挥控制组织建模和评价,存在 

着下述的问题:首先,VDT中只有任务和决策者两 

类实体,缺少资源实体,这样就无法考虑资源与决策 

者之间的关系;其次,VDT中的任务只能有单个技 

能需求;再次,当任务具有优先级关系,无法进行仿 

・182・(总第36—774) 火力与指挥控制 2011年第4期 

真;最后,VDT的输出数据当中,没有包括与任务相 

关的代价。A2C2项目主要研究在复杂战场环境下, 

实现快速构建指挥控制组织的理论、方法和技术,同 

时对各种理论进行实验验证,以发现问题为理论上 

间匹配程度; 

(3)从静态的组织模型到组织模型的适应性变 

化的过程。由于外界环境具有高度的不确定性,组织 

需要不断调整才能够适应环境的变化,因此组织模 

型也必须能够描述出这样一个动态的过程; 

(4)从实例研究到新理论的仿真验证。以往组织 

研究都是从历史数据中去寻找组织的规律,而计算 

的进一步深入研究奠定基础。A2C2项目的主要仿 

真平台是第三代分布式动态决策仿真系统 

(Distributed Dynamic Decision—making,DDD—n1)。 

DDD一Ⅲ具有很强的灵活性,可以允许实验人员改变 

组织结构、信息获取和资源控制,能够实现态势评 

估、响应行动规划、信息收集、信息共享和转换、任务 

与数学组织理论采用仿真、试验的方法来验证新的 

组织理论与观点,A2C2项目就是一个典型的例子。 

对TOC20的建模、仿真分析,目前已有的方法 

平台匹配、行动协调以及资源共享等指挥控制组织 

的任务功能。 

CASOS(Center for the Computational 

Analysis of Social and Organizational Systems)的 

组织研究主要采用社会网络分析的观点,即主要从 

组织内各实体之间的关系进行研究。在他们的组织 

模型——PCANS模型中,组织由主体(agent)、任务 

(task)、资源(resource)、知识(knowledge)等实体和 

各实体问的关系组成。组织作为一个复合Agent 

(composite agent),其智能不仅存在于各个成员而 

且也反映在各实体间的关系上。基于PCANS模型, 

Kathleen开发了0RA(Organization Risk 

Analyzer)、OrgAhead(Organization Ahead)、 

Construct一0、OrgSim等一系列组织分析仿真工具。 

其中OrgAhead对A2C2实验的组织模型进行了分 

析。 

澳大利亚的Anthony l ̄ekker采用社会网络分 

析的方法对指挥控制组织进行评价。 

Dekker提出了FINC(Force,Intelligence, 

Networking and C2)模型。FINC模型将组织描述为 

信息处理结构以及组织与环境的交互。组织从环境 

中接收信息(intelligence),做出决策,并通过兵力 

(force)对环境产生一定的影响。从这个角度来说, 

类似于生态组织模型。最终组织的性能依赖于对环 

境的响应。 

4 结论及今后工作 

综合上述对TOC2O建模与仿真评价的方法, 

可以总结出如下的几个发展趋势: 

(1)从定性分析为主到定性与定量结合的研究; 

(2)从单独的组织结构模型研究到组织结构与 

使命环境相结合进行评价。以往的组织结构建模过 

程中,很少结合组织所面临的环境,仅关注组织内部 

过程。组织权变理论认为组织结构本身并没有优劣 

之分,组织性能的高低在于组织结构与任务环境之 

大都仅从指挥控制组织结构本身进行建模,缺少结 

合指挥控制组织与所面临的作战使命的分析。而 

DDD一Ⅲ仿真系统将人的作用引入到系统中,实验的 

成本非常高昂,难以实现实时的指挥控制组织方案 

的仿真评价。 

从ToC2O所面临的环境来看,它是随着战场 

态势动态变化的,不断有新的使命任务产生,或者使 

命任务之间的关系发生了变化;指挥控制组织内部, 

随着作战过程也在不断的改变,如增加新的作战资 

源,组织的层次结构的变化等,因此需要TOC2O模 

型能够适用这种动态变化。 

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(下转第190页) 

・190・ (总第36—782) 火力与指挥控制 2011年第4期 

它作战分析或训练仿真应用系统具有一定的指导意 

义。如利用该系统模型框架,适当简化或细化即可应 

用到其它仿真系统;想定设计、二维三维显示集成技 

术等可直接应用到其它仿真系统。 

然而海战作战样式繁多、涉及的兵种多种多样, 

系统要适用这样广泛的虚拟训练,必须要有全面的 

图6二维态势与三维场景一体化设计结构图 

数据和模型支撑;同时在辅助指挥、作战方案评估、 

人机交互等方面仍存在不足,需要逐步丰富和完善, 

全面提高系统对海战虚拟训练支持能力。 

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(上接第182页) 

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(因版面所限,参考文献[16—19]略,有需要者请与编辑 

[12]Zaidi S A K,Levis A H.Algorithmic Design of 

部联系) 


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