体系演化性

武器装备体系(以下简称体系)渐进成型过程中的演化和它应用过程中的演化，特别是有对抗和竞争的条件下的应用演化充满了复杂性和不确定性。

由此从发生演化时所属的状态上看，体系演化可以分为静态演化和动态演化两种。静态演化是体系没有在实施对抗的运行过程中发生的演化，主要包括体系建设过程中国家战略、高层使命任务等变化导致的演化；新需求出现、技术更新、部队使用改进等导致升级维护；体系成员中新平台、新武器出现导致的体系整体层面的更新等等。动态演化则是在体系对抗作战使用过程中，发生成员损毁故障退出、新武器平台加入或使命任务、战场环境等剧烈变化时，体系不停止作战活动的情况下实施的在线动态的结构重置、功能重组和流程重构等。

1演化性

系统科学将演化(Evolution)定义为系统的结构、状态、功能等随着时间的推移而发生的变化。从足够大的时间尺度上来看，任何系统都处于或快或慢的演化之中。演化性是系统的普遍特性，指的是系统的结构、状态、特性、行为和功能等随着时间的推移而发生的变化。系统产生、发展、繁荣、衰败和消亡是一个演化过程，导致系统演化的因素有内部因素和外部因素，内部各要素之间、各子系统之间以及各层次之间的相互作用和影响，是系统演化的内因；系统与环境的相互作用是系统演化的外因,系统生存发展必须同环境相适应，系统自身的变化，或环境的变化，或二者同时变化，总会导致系统对环境或大或小的不适应，这就要求系统进行演化，或者改变组分或结构，或者改变系统与环境相互作用的方式，以求同环境达成新的适应。

系统从产生到消亡是一个演化过程。系统产生方式是多种多样的，主要有：

(1)由许多要素汇聚和集成而产生。

(2)由原来的系统中选择一些要素按照一定结构组成新系统，或者原系统分裂成几个小系统。

(3)由原来几个系统集成成为一个新的大系统。

(4)原来的系统经过改造发生质变，成为新的系统。

系统一旦产生形成后，从系统科学的角度一直处于演化状态，直至消亡。其演化原因有以下几个方面：

(1)系统需求的变化。

a.系统目标和需求发生变化，有些需求的变化是出乎意料的；

b.系统的运用方式发生变化；

c.用户和操作人员没有按照规定的方式使用系统；

d.系统运行的物理环境发生变化；

e.相关法令和规则发生变化；

f.系统运行的环境发生变化。

(2)系统技术的更新；

(3)所依赖的外部环境发生变化；

(4)子系统的加入和退出。

对于人工系统来说，它演化方式主要包括如下两个方面：

(1)主要的升级演化

a.系统需要升级满足新版本的需求；

b.系统技术更新。

(2)系统的维持

a.适应性维持，调整系统以适应当前的变化，包括需求、环境、规程和法令等；

b.矫正性维持，在发现系统的缺陷后对系统进行维修和矫正；

c.完备性维持，对系统进行小幅的改进，以提升系统的有效性、可靠性和适用性；

d.预先准备性维持， 调整系统以应付未来的变化；

e.预防行维持，准备系统的预案应对可能的故障和失效。

体系的演化具有系统演化特性。体系的演化是对现有体系的改造或变革，是体系具备新的能力，适应新的环境，履行新的使命。体系在高层使命与任务的变更、能力的演化、底层组成体系成员的加入或退出，这些演化行为间存在互动的联系，高层演化驱动底层演化，如体系使命或任务的调整，可能需要加入新的系统成员或淘汰原有的系统成员；底层演化导致高层要素的变更，如体系中系统成员的加入或退出都会导致体系能力、任务或使命的变更。

体系的演化无时无刻不在进行着的，且存在多种演化方式。体系的组成系统也能够进行独立演化，不过首先要保持组成系统之间的接口标准。组成系统的独立演化一般会导致体系的功能、性能发生变化，但不会产生结构上的变化。更多的情况下，体系中组成系统呈现联合演化和涌现演化的方式。联合演化方式是指体系中两个或两个以上的、 协作关系的组成系统联合起来同时增强各自系统的互用性和功能，从而实现体系的整体演化。涌现演化主要是指在原有组成系统的基础上，通过引入新系统来增加体系的能力或提供新能力。联合演化和涌现演化方式通常会导致体系在结构上的变化。

通常，体系演化都是在以下三种情况时发生：

(1)体系重新设计、重新开发、修改或改进，如一个独立新体系的开发；

(2)两个或多个系统的集成为了更好地支持新的、不断提高的需求；

(3)新体系既有现有体系基础上增加了新的功能或者能力。

体系演化具有三种形式：

(1)自身演化。重新设计、重新开发或对某个现有体系进行改进。需求包括提升支撑某些业务活动功能、提升性能等，一般通过使用新的设计或先进技术，另外，还包括通过面向未来的开发和一些系统的组合集成而带来的体系结构的改进。

(2)联合演化。两个或多个现有体系的集成。需求包括系统、数据共享之间的交互操作，改进系统功能或服务及系统之间的工作流集成。

(3)涌现演化。在现有体系的基础上设计和开发一个新体系。需求包括基于一个现有体系基础的新能力的开发，新体系支持涌现的业务需求。

虽然体系和系统的组成要素似乎没有什么区别，但是可以发现体系的视角更多的是从一个横向的角度、联合的角度去观察问题，而且当观察方位发生变化时，体系的组成系统就会有较大差别，也就是所谓的体系动态性——构成体系的要素是不确定的，但这种不确定并不一定会导致体系不稳定，因为不同要素构成的体系可以完全胜任同样任务。相反，恰恰是体系构成要素的动态性为体系完成其使命带来了强大的鲁棒性。

2体系演化性

体系的演化是其组成要素和结构为具备新能力、适应新环境、履行新使命而发生的改变。它包括组成装备体系的各种武器系统的结构、状态、特性、行为、功能等随着时间的推移而发生的变化，以及由此而涌现出的装备体系的相关变化。

体系的演化过程由组成体系的装备系统、装备组件及其支撑技术的演化过程共同组成。与装备系统建设中的演化现象及演化过程相比，体系的演化除了具有更长的时间跨度、更为复杂的实体层次结构和演化规则以外，在以下三个方面也有所区别：

（1）涌现属性的更高等级带来了演化顶层性

按照系统论关于层次的定义，体系建立在系统之上的实体，两者之间的本质区别之一在于体系拥有系统所不具有的涌现属性，而且这些涌现属性是在系统各项属性的基础上产生的。这一涌现属性在更高等级体系演化过程中得以体现和实现，因此，两者之间的关注点有所不同，系统演化过程的研究以保证系统的顺利发展，获取具备既定性能和功能的装备系统，同时降低系统全寿命周期费用和风险为主要目标；体系演化过程的研究则将形成、保持并提高体系的整体作战能力作为目标，即体系演化具有更为顶层性的特征。

（2）时间跨度的增大带来了演化高不确定性

体系演化是在武器装备宏观论证、设计和使用过程的整体框架内实现的，而体系演化则是在武器装备发展战略、高层使命任务、作战概念和样式等的变化要求下形成与确定的。武器装备发展战略、高层使命任务、作战概念具备一定的时效性，其制定受到国家政治、经济、军事等外部环境的影响，会随着这些因素的变化而发生改变。对于体系演化过程而言，整个体系的建设则需要经过很长的一段时间，随着时间跨度的增大，外部战略环境及威胁也会发生不断的变化、存在更多的可能性，因此带来了体系演化的高不确定性。

（3）体系的多层次结构及演化规则使得体系演化的轨迹空间更加复杂

一方面，由于体系的层次结构较之系统更为复杂，因而体系演化轨迹空间的维数更高：如果用状态轨迹来描述组成体系的系统、组件以及关键技术的演化过程，那么体系的演化过程则可描述为由这些轨迹所组成的“轨迹簇”。在各维状态变量值域不发生变化的情况下，更高的维数就意味着更大的状态空间和轨迹空间。另一方面，由于体系的演化规则更为复杂，因而导致不满足演化规则的不可行状态在状态空间中的分布更广，使得可行演化轨迹空间的拓扑结构更加地复杂。

体系演化从激烈程度上可分为渐进演化和激进演化。渐进演化是体系应对使命环境某种程度的变化而进行的调适行为。这种调适行为是不改变原有体系的要素、结构的根本框架基础上进行的体系调整。通常体系的鲁棒性使得体系能够承受环境一定程度的变化，体系能承受多大程度上的变化是体系渐进演化行为的触发问题。体系渐进演化的触发也是对体系环境变化程度的测度，这种触发条件的研究是体系渐进演化问题的难点。体系在面临危机或者使命环境剧烈变化情况下需要进行根本上的重组与重构，这种改变体系根本特征的演化行为即为体系的激进演化，体系的激进演化体系了体系的灵活性。由于战场环境的快速激烈变化，激进演化是作战体系研究的关键问题之一。通常，激进演化行为是在快速与有效之间平衡，快速适应新的环境就牺牲了其最佳有效性，而获取最佳有效性又需要一个时间过程。在激烈变化的对抗环境中，体系的演化行为是一种风险行为，这一点尤其以信息化作战体系演化行为最为突出。

体系的演化行为包括体系的要素演化和体系结构演化两类。要素演化主要是指组成体系的系统独立演化，演化的主要方式有迭代和增量，对应系统的改进型和新型。组成系统的独立演化一般会导致体系功能、特性发生变化，但体系整体不会产生结构上的变化。在演化过程中，需要保持组成系统之间的接口标准。引起要素演化的原因主要有组成系统的升级换代、新技术新系统替代就系统等。

从系统科学观点上，体系结构包括了一个系统中各组成部分的连接关系和层次关系。体系的体系结构(简称体系结构)是体系各组成部分、各组成部分的层次结构、各组成部分之间的关系以及制约体系设计、发展和应用的技术与指导原则。体系结构演化是体系中多个组成系统联合演化，或者引入新系统来增加体系的能力或提供新能力等导致体系结构的变化，包括联合演化方式和涌现演化方式。联合演化方式是指体系中两个或两个以上的、 协作关系的组成系统联合起来同时增强各自系统的互用性和功能，从而实现体系的整体演化。涌现演化主要是指在原有组成系统的基础上，通过引入新系统来增加体系的能力或提供新能力。

从发生对象上看，体系结构演化包括三类演化行为：

(1)运作体系结构的演化，是体系执行其使命任务过程中发生作战任务变化、作战态势变化、兵力加入退出等，导致的成员组成、资源配置、连接关系、功能结构、行动协作、作战流程等的变化，是体系对抗使用过程中发生的演化；

(2)系统体系结构的演化，是用于实现体系成员之间连接交互的层次架构，以及体系组成成员层次结构的变化。一般多指网络架构发生了变化，例如从成员之间的点对点的连接交互结构演变为SOA。

(3)技术体系结构的演化，是支持体系设计、发展和使用的技术体系发生了变化，新技术和新方法加入，以及老技术和老方法的退出，形成体系技术体系结构的演化。

从发生演化时所属的状态上看，体系结构演化可以分为静态演化和动态演化两种。

(1)体系结构静态演化，这类演化主要包括体系建设过程中国家战略、高层使命任务等变化导致的演化；新需求出现、技术更新、部队使用改进等导致升级维护；体系成员中新平台、新武器出现导致的体系整体层面的更新等等。这些都不是在体系实施对抗过程发生的演化，与渐进式演化具有十分相似的特性。

(2)体系结构动态演化，这种演化是体系对抗作战使用过程中，发生成员损毁故障退出、新武器平台加入或使命任务、战场环境等剧烈变化时，要求体系必须进行自身的快速调整以适应变化，确保体系具有持续对抗的生命力，并达到所需要的作战效能。这需要体系不停止作战活动的情况下能够实现在线动态的结构重置、功能重组和流程重构等支持。它是根据使命任务和环境的变化，在体系运行使用时刻修改其体系结构、组成系统的过程定义，并将过程定义的变化动态地传播到正在运行的其他正在运行的组成系统的过程。

体系的演化具有一般系统的演化特性，同时体系在设计开放阶段和作战使用阶段的一些独有特征，体系演化也独具特性。体系演化的分类如下图所示。

图1 体系演化分类

体系与系统最大不同点在于，体系在使用过程中，不仅具有高对抗环境下使命任务频繁变更、成员快速加入或退出，或者新武器、平台和系统的加入；而且体系的网络结构与连接、体系成员之间的交互关系可能会发生剧烈变化，体系内部功能组成、流程重构和结构重置不断发生；同时体系的外部边界、与作战环境之间的交互、与敌方之间的博弈策略等方面具有极大的伸缩性和不确定性。因此对于体系的演化性分析，需要从体系的对抗使用和非对抗使用两个方面，对体系结构静态演化和动态演化进行分析。

3体系静态演化

体系结构静态演化是分析考察体系在非执行任务条件下，也就是在体系需求论证、顶层设计、开发研制、集成研制和整体维护过程中，组成体系的成员更新换代、旧成员退出、新成员加入以及体系结构的变化等。体系结构描述了体系的主要组成成员、成员相对其它部分的可见行为，以及为了达到体系预定的功能，节点之间所采取的交互和协作关系。

体系结构静态演化可以是一种组成成员更正错误的简单变更，也可以是更正设计方案的重大调整，可以是对纠正错误所作的较大范围的修改，还可以是针对新需求所作的重大完善。体系结构静态演化过程如图2所示，其步骤包括：

(1)体系理解：查阅相关文档，分析体系内部结构，识别体系组成成员及其之间的相互关系，提取体系的抽象表示形式。

(2)变更分析：体系的静态演化往往是由于上层需求变化、新技术发展、体系运行出错和外部环境发生改变所导致的。

(3)演化规划：根据演化需求对原体系结构进行分析，确定更新范围和所花费的代价，制定更新成本和演化规划。

(4)演化集成：根据演化规划对原体系结构以及相关成员实施演化操作，并对体系结构进行集成与重构，使之能够适应当前的新需求。

(5)演化后测试：对演化更新后的组成成员、体系结构和整个体系进行综合测试，以验证演化过程是否正确实施。

图2  静态演化的过程

由于需求、技术、环境和应用等因素的变化，将导致体系按照一定的方式来变动，形成了体系结构演化方式，需要从宏观的角度来刻画体系的演化问题，从而更好把握整个体系的更新问题。从宏观层面上看，体系结构演化的基本方式有：成员退出、成员加入和成员修改等。但是，实质上这种变化蕴涵着一系列的连带和波及效应，更多的表现为变化的成员与其它相关联的成员的重新关联、组合与调整。因此，体系结构的静态演化方式可以归结为3类：

(1)局部更新是指修改单个组成成员，包括：成员退出、成员加入和成员修改。局部更新是体系演化最经常发生的，也是最容易实现的。

(2)非局部更新则是指对几个成员进行关联修改，但不影响整个体系结构，包括：成员功能合并或分解、若干个成员协同关联修改。在体系整体功能发生调整时，会出现非局部更新，其处理过程要相对复杂。

(3)体系结构级更新则会影响到体系各组成成员之间的相互关系，甚至要改动整个体系结构框架。当体系功能发生重大变化时，会发生体系结构级更新。

4体系动态演化

体系结构的动态演化发生在激烈的体系对抗作战使用过程中，由于战场环境的剧烈变化、使命任务的快速应变以及发生成员损毁故障退出、新武器平台加入等所导致，要求体系在运行过程中进行自身的快速调整以适应变化，实现不停止作战活动的在线动态结构重置、功能重组和流程重构，确保体系具有持续对抗的生命力，并达到所需要的作战效果。

体系动态演化是在体系对抗的执行过程中进行的，这种变化大多发生在正在执行特定使命任务的作战流程中，要求其体系结构能够具有足够的健壮性和适应性支持这种变化。从具体的动态演化模式上，可以分为三类：

(1) 发生演化时体系停止当前正在执行的作战流程，等待演化完成后，根据演化后的流程模型从头开始执行。这类处理方式不仅仅丢弃了已执行作战流程部分的数据、状态与结果，而且造成正在执行作战任务中断，使体系面临巨大的风险。

(2) 将体系演化前的作战流程模型继续执行，等到一个完整的作战流程执行结束后，再进行演化。这种模式或者不能将新加入的武器装备纳入到当前作战流程中，或者不能满足新的作战使命任务的执行要求。

(3) 在不停止作战活动的情况下，尽可能地将当前的运行作战流程动态地迁移或切换到演化后的作战流程过程模型下继续执行，并且保持当前运行作战流程中已执行活动的相关数据、状态、关系和结果能够在目标模式下继承或延续，并在后续的活动执行中得到应用。这种模式避免了上述两类处理方式的缺点。