雷明剑，　于　淼，　鲁　赢

(1. 国防科技大学 指挥军官基础教育学院， 湖南 长沙 410073；　2. 96317部队)



作战任务协同过程形式化表达方法

雷明剑1,2，于淼1，鲁赢1

(1. 国防科技大学 指挥军官基础教育学院， 湖南 长沙 410073；2. 96317部队)

为实现联合作战条件下诸军兵种和各作战层级对作战任务的一致理解，更好组织和实施作战协同，从本体属性、相互间关系和所属行动3个方面对作战任务进行了形式化表达。基于形式化表达，提出了一种作战协同过程描述方法，该方法能够促进各级指挥员形成一致理解，有利于作战行动的组织实施。最后以美军伊拉克战争中的“5个同时攻击”为例，对作战任务协同过程形式化表达方法进行说明，验证了该方法的可行性和合理性。

任务形式化表达；作战协同；过程描述；联合作战

实现诸军兵种和各作战层级对任务的一致理解，高效组织和实施协同作战，是联合作战的必然要求。在任务形式化表达方面，国内外相关专家从军事仿真的需求出发，对此进行了深入研究，取得了一定的成果[1-6]。这些研究侧重于对任务的概念建模，对作战协同过程的形式化表达还不够规范，不利于指挥员和参谋人员对作战协同过程的直观认识。本文综合任务概念建模的相关研究，在作战任务形式化表达的基础上，提出了一种作战协同过程形式化表达方法。

1　任务形式化表达

任务形式化表达是作战协同过程表达的基础，对它的描述不仅要让信息系统能够识别并仿真，还要便于作战人员理解，并适应其对任务的描述习惯。任务就是为达成期望的目标，在一定时空条件和其他作战环境约束下，相关作战力量所执行的一系列行动的有序集合。任务来自作战构想，任务描述涉及作战力量、任务区域、任务目标、开始和结束的时间、任务的性质和任务所包含的行动，以及任务之间的关系等。从任务本体、任务间关系和任务所属的行动3个方面对任务形式化表达，将任务形式化为三元组T=(TN、TR、TA)，其中TN表示任务本体属性，TR表示任务间关系，TA表示任务所属的行动。

1.1任务本体属性的描述

将TN形式化为七元组：TN=(TN_Name，TN_Id，TN_Per，TN_Area，TN_Obj，TN_Begin，TN_End)，其中：

TN_Name表示任务名称；

TN_Id表示任务序号，它是任务的唯一标识；

TN_Per表示执行任务的主体，在同一个时间段，一个执行主体只执行一项任务，一项任务也只能由一个执行主体执行。当执行主体的多个任务存在时间重合时，表示这几个任务是该执行主体完成作战目的的几种不同“途径”，实际只选择其中一条执行；执行主体是相对本级而言不需要再细分的作战力量。TN_Per=(Per_name，Per_id，Per_hi，Per_cu)，Per_name表示执行主体名称，Per_id表示执行主体序号，Per_hi表示执行主体的上一级执行主体，Per_cu表示执行主体所拥有的作战资源，Per_cu={cu1，cu2，…，cun}，cu为作战资源类型及其数量等；

TN_Area表示执行主体执行任务时的控制空间，用于表示各执行主体之间的作战分界线，TN_Area=(Area_front，Area_behind，Area_left，Area_right，Area_high)，分别表示执行主体执行任务时与其他执行主体的前沿、后方、左翼、右翼和高度分界线，如果是海上作战，则还需加入水下分界线；

TN_Obj表示任务的作战目标集合，TN_Obj={TN_obj1，TN_obj2，…，TN_objm}，TN_obji表示任务需完成的子目标，TN_obji=(obj_namei，obj_poii，obj_effi)，obj_namei表示目标名称，obj_poii表示子目标的位置，obj_effi表示对该子目标期望达成的效果，根据需要还可增加对目标属性的其他描述；

TN_Begin表示任务的开始时间；

TN_End表示任务的结束时间，很显然TN_Begin

1.2任务间关系的描述

任务之间由于执行主体、作战资源、时间和空间的冲突，以及任务之间的因果和条件等关系而形成了复杂的关联，这种关联体现了各执行主体间的协同。任务是由不同执行主体执行的，综合相关文献研究成果，任务之间主要存在顺序、并发、与、同步、循环、条件和或7种关系[3-5]。

假定实现作战目的的任务集T={T1，T2，T3，…，Tn}，定义它们之间的关系集TR={T_Seq、T_Con、T_And、T_Syn、T_Cyc、T_Cnd、T_Or}。在关系的表示上，采用线、箭、实圈和空圈等基本形状，其中不同执行主体间关系用虚线关联，相同执行主体间关系用实线关联。

1) 顺序关系T_Seq：对于∀ Ti，Tj∈T(i，j=1，2，…，n且i≠j)，当存在T_Seq(Ti，Tj，Seq_flag，Seq_time)时，表示任务Ti和任务Tj存在顺序关系，其中Seq_flag表示任务间顺序关系类型，Seq_time表示任务间的时间间隔。由于任务的时间属性一开始并不明确，经分析主要有任务Ti开始与任务Tj开始、任务Ti开始与任务Tj结束之间，或是任务Ti结束和任务Tj开始，以及任务Ti结束和任务Tj结束之间这4种顺序类型，可依次用Seq_flag={1，2，3，4}表示；Seq_time则表示相应的时间间隔。如Seq_flag=1，则Seq_time=TN_Begini-TN_Beginj(TN_Begini≠TN_Beginj)，当Seq_time=null时，则表示任务Ti开始后任何时刻任务Tj都可以开始，其他的顺序关系类型的描述与此类似。顺序关系的表示如图1所示。显然，执行主体相同的任务间只存在Seq_flag=3这种类型的顺序关系。顺序关系是任务间其他关系的基础，在其基础上又可形成其他几种具体关系。

2) 并发关系T_Con：对于∀Ti∈T(i =1，2，…，n)，若∃T′={ Ti+1，Ti+2，…，Ti+m}⊂T，且m≥2，Ti∉T′，TN_Endi≤(TN_Begini+1，TN_Begini+2，…，TN_Begini+m)时，存在并发关系T_Con(Ti，T′)，表示当任务Ti结束后，任务集合T′中的任务才能执行，T′中的任务构成并发关系。其表示如图2所示。

3) 与关系T_And：若∃T′={ Ti+1，Ti+2，…，Ti+m}⊂T，且m≥2，有Ti∈T(i=1，2，…，n)，且Ti∉T′，TN_Endi≥(TN_Begini+1，TN_Begini+2，…，TN_Begini+m)时，存在与关系T_And(T′，Ti)，表示当任务集合T′中的任务结束后，任务Ti才能执行。与关系的表示如图3所示。

c) 不同执行主体任务间的顺序关系图1　顺序关系的表示

图2　并发关系的表示

图3　与关系的表示

a) 时间间隔确定的顺序关系

b) 时间间隔暂不确定的顺序关系

4) 同步关系T

_

Syn：若∃T′={T

1

，T

2

，…，T

m

}∈T，且2≤m≤n时，存在T

_

Syn(T′，Syn)，表示任务集合T′存在同步关系，Syn表示它们存在何种同步关系，Syn={0，1，2}，其中Syn=0表示T′同步开始并且同步结束执行；Syn=1表示T′仅同步开始执行；Syn=2表示T′仅同步结束执行。同步关系实质上是顺序关系的扩展和特殊表现。同步关系的表示如图4所示。

a) 同步开始和结束　　 b) 同步开始c) 同步结束图4　同步关系的表示

5) 循环关系T_Cyc：若∃ T′={T1，T2，…，Tm}∈T，且2≤m≤n，存在T_Cyc(T′，Cyc)时，表示在一定条件下，任务在T′之间循环执行。Cyc表示循环的条件，以任务实现的效果作为评价，当任务Tm所含目标的效果未达成时进行循环，目标效果达成时则结束循环。循环关系的表示如图5所示。

图5循环关系的表示

6) 条件关系T

_

Cnd：对于∀T

i

∈T(i =1，2，…，n)，若∃T′={ T

i+1

，T

i+2

，…，T

i+m

}⊂T，且m≥2，T

i

∉T′，TN

_

End

i

≤(TN

_

Begin

i+1

，TN

_

Begin

i+2

，…，TN

_

Begin

i+m

)时，存在条件关系T

_

Cnd(T

i

，T′，Cnd)，表示当任务T

i

结束后，任务集合T′中的任务根据一定的条件判断，只选择其中一项任务执行，Cnd表示条件。条件关系的表示如图6所示，其中图6

b

)是并发和条件关系的复合表示。

a) 单一关系表示　　　　　b) 复合关系表示图6　条件关系的表示

7) “或”关系T_Or：若∃T′={ Ti+1，Ti+2，…，Ti+m}⊂T，且m≥2，有Ti∈T(i=1，2，…，n)，且Ti∉T′，TN_Endi≥(TN_Begini+1，TN_Begini+2，…，TN_Begini+m)时，存在“或”关系T_Or(Ti，T′)，表示当任务集合T′中的任何一项任务结束后，任务Ti都可以开始执行。或关系的表示如图7所示，其中图7b)是“与”和“或”关系的复合表示。

a) 单一关系表示　　　　　 b) 复合关系表示　　　　图7　“或”关系的表示

1.3作战行动的描述

TA表示任务所属行动的集合，是对任务的分解和细化，TAi={TAi1，TAi2，…，TAim}。“作战任务分解必须基于一定规模的作战力量进行，离开作战力量谈作战任务是没有意义的[7]。”行动同样可以形式化为三元组，即对行动的本体属性、行动与任务的关系、行动间的关系，对行动描述与任务类似，只是其具体属性是在所属任务确定的范围内，本文不再赘述。

2　作战协同过程描述

作战协同一般是指各执行主体按照统一的计划在任务和行动上的协调配合，它是对方案计划的进一步细化。虽然在任务形式化描述中已包含作战协同的相关内容，可以满足任务概念建模的需求，但从作战指挥的角度来看，这种描述方法还难以使作战指挥人员认识整个作战协同过程。如何以直观的方式，在提取任务形式化描述中与作战协同过程相关内容的基础上，进一步考虑有利于对作战行动过程的调控，是作战协同过程形式化表达必须考虑的内容。一般来说，在任务形式化描述基础上，时序和任务间逻辑关系是作战协同过程中两项十分重要的内容，对此提出采用时间图和逻辑图来综合描述作战协同过程。

图9　作战协同过程时间图

2.1作战协同过程时间图

作战协同过程时间图主要由执行主体的状态标识和任务时间标识两部分组成，一个泳道对应一个执行主体及其相应的任务，各执行主体所属任务通过泳道进行分割。状态标识主要表示执行主体在任务间隙的状态，用实箭线表示同一执行主体任务间的最短时间间隙，在实箭线上方用文字和/或战斗力百分比表示执行主体的能力状态，如待命、休整或战损等，下方标明任务间的预期时间间隔(如图8所示)。在计划实施前，执行主体状态标识表示对执行主体预期状态的分析结论；在计划实施过程中，则实时更新，以表示执行主体实际的状态，从而有利于指挥员掌握各执行主体的状态，实施作战调控。这样，既可以满足在后续分析中增加任务，又可以满足实际执行中在不影响后续任务的情况下方便指挥员实施临机协同的需要。

图8执行主体状态的表示

时间标识主要体现任务的开始时间和结束时间，以及任务间的并发和顺序关系，以任务块的位置和宽度来表示，它与执行主体的状态标识共同构成了作战协同过程时间图(如图9所示)。对于还无法准确确定时间的任务，如循环任务，则用预估的时间表示，并将任务框用斜线填充，表示此处任务时间还需继续评估确定或依据实际执行情况确定；同一执行主体的任务在执行时间上存在冲突的，表示该执行主体应对敌方对抗和其他未预知因素影响的可选分支任务，是完成作战的不同“路径”，可经过后期进一步排除，或执行中根据实际情况选择其中一条“路径”。

2.2作战协同过程逻辑图

作战协同过程逻辑图主要表示任务间的顺序、并发、与、循环、条件和或等逻辑关系，其中顺序关系只体现任务间先后，时间关系主要由时间图表示。在布局上，逻辑图也采用类似时间图的表现形式，将相同执行主体的任务按照先后用实箭线连接，而不同执行主体任务间关系用虚箭线表示。基于此，图9可对应形成如图10所示的作战协同过程逻辑图。

这种形式化表达，能够方便各级作战人员在对任务一致理解的基础上，就作战协同过程中的关键路径和关键任务进行直观的识别和聚焦。如在图10中，完成任务T14有6条可选“路径”，而完成任务T23由有36条“路径”，将执行主体3中的循环关系视为无分支，则完成任务T34的可行“路径”只有1条。这样既便于作战人员在战前了解整个作战过程预期，在作战实施前调整作战方案和计划，使其更加灵活，更具适应性；又可以在作战实施过程中掌控作战进程和部队状态，甚至直接组织作战行动，并依据任务间的关系，根据战况发展，选择不同的“路径”，及时实施临机调控，从而实现作战目的。

图10　作战协同过程逻辑图

3　案　例

为验证本文作战协同过程形式化表达方法的可行性，以美军在伊拉克战争中的“5个同时攻击[8]”行动为例，主要从第5军视角，对其所属部队主要作战协同过程进行描述。在进攻卡尔巴拉谷地之前，美军第5军华莱士中将命令第101空降师和第82空降师，与将担负行动主力的第3机械化步兵师交接防区，以继续保护后勤供给线，并努力恢复部队战斗力，完成相关战斗准备。2003年3月31日“5个同时攻击”正式实施，第5军按照计划佯攻伊军5个目标，以诱使伊军暴露主力并协调火力予以打击，确保部队顺利通过卡尔巴拉谷地。伊军由于对美军作战企图判断错误，在调整防御过程中暴露了主力部队，美第5军随即通过“火力效果协调中心”调动火力对暴露的伊军主力予以毁灭性打击，最终使第3机械化步兵师顺利攻入卡尔巴拉谷地，实现了直捣巴格达的目的。在此仅给出其主要的作战协同过程逻辑图，如图11所示。

图11　“5个同时攻击”作战协同过程逻辑图

4　结 束 语

本文在作战任务形式化表达的基础上，形成了对作战协同过程的形式化表达，最后的实例也说明了该方法的可行性和合理性，便于理解和调控作战行动。下一步计划在此基础上，设计一套有效的作业流程，研究在各种冲突下得到这种作战任务协同过程的形式化描述结果，并进一步形成作战任务和协同工作标准化清单，为快速拟制文书和推演命令提供可能。

References)

[1]李建军,刘翔,任彦,等.作战任务高层本体描述及规划[J].火力与指挥控制,2008,33(1):53-55.

[2]LEE T D,YOO S H,JEONG C S.HLA based object-oriented modeling/simulation for military system[J].Lecture Notes in Computer Science,2005 (1):122-130.

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[4]潘明聪,贺毅辉,徐伟,等.不确定性作战任务形式化描述方法[J].指挥控制与仿真,2014,36(3):28-31.

[5]程凯,车军辉,张宏军,等.作战任务的形式化描述及其过程表示方法[J].指挥控制与仿真,2012,34(1):15-19.

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[8]CAMMONS D,TISSERAND J B Ⅲ.美军网络中心战案例研究3:网络中心战透视[M].沐俭,译.北京:航空工业出版社,2012:57-63.

(编辑：李江涛)

FormalizationDescriptionMethodsforOperationalCoordinationProcess

LEIMingjian1, 2，YUMiao1，LUYing1

(1．CollegeofBasicEducationforCommandingOfficers，NationalUniversityofDefenseTechnology，ChangshaHunan410073，China；2． 96317Troops，China)

Toallowallarmiesofserviceandalloperationallevelstounderstandtheoperationalmissionsconsistentlyandbetterorganizeandimplementtheoperationalcoordination,underthejointoperationalconditions,thepapermakesformalizedexpressionontheoperationaltasksinthreerespectsincludingontologicalattributes,mutualrelationshipandsubordinateactions.Basedontheformalizedexpression,thepaperproposesanapproachtodescribetheoperationalcoordinationprocess,whichhelpscommandersofalllevelsreachaconsensusandthusfacilitatetheoperationandimplementationofoperationalactions.TakingUSArmy’s“5simultaneousattacks”intheIraqWarasanexample,thepaperillustratestheformalizedexpressionmethodofoperationaltaskcoordinationprocessandverifiesthefeasibilityandreasonabilityofthemethod.

formalrepresentationofcombatmissions;operationalcoordination;processdescription;jointoperation

2016-04-19

国家社会科学基金资助项目(13GJ003-202)

雷明剑(1982-)，男，硕士研究生，主要研究方向为作战指挥理论与方法。lei198231@163.com

E917;TP315

2095-3828(2016)04-0096-06

ADOI10.3783/j.issn.2095-3828.2016.04.020

于淼，男，教授，硕士生导师。