績效導(dǎo)向下的武器裝備采購系統(tǒng)再投入比例控制

尹鐵紅, 謝文秀, 李忠光

(1. 裝備學(xué)院裝備采辦系, 北京 101416; 2. 中國人民解放軍96251部隊(duì),

河南 洛陽 471000; 3. 軍事交通學(xué)院裝備管理系, 天津 300000)

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績效導(dǎo)向下的武器裝備采購系統(tǒng)再投入比例控制

尹鐵紅1,2, 謝文秀1, 李忠光3

(1. 裝備學(xué)院裝備采辦系, 北京 101416; 2. 中國人民解放軍96251部隊(duì),

河南 洛陽 471000; 3. 軍事交通學(xué)院裝備管理系, 天津 300000)

摘要：以武器裝備采購系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新再投入比例控制為研究對象,綜合運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)、控制論等相關(guān)理論,采用模型推演、數(shù)據(jù)演算、仿真驗(yàn)證等方法,對技術(shù)創(chuàng)新再投入與系統(tǒng)發(fā)展績效的關(guān)系進(jìn)行了理論分析和實(shí)證檢驗(yàn)。區(qū)分單系統(tǒng)和全系統(tǒng),就技術(shù)創(chuàng)新再投入比例的優(yōu)化及實(shí)現(xiàn)路徑進(jìn)行了探討,為我軍武器裝備采購宏觀調(diào)控政策的制定完善提供依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：武器裝備采購; 發(fā)展績效; 技術(shù)創(chuàng)新投入; 比例控制

0引言

運(yùn)用全壽命周期理論分析,武器裝備采購系統(tǒng)包括科研、生產(chǎn)、購置、用戶和服務(wù)5個子系統(tǒng)。其中,科研、生產(chǎn)和服務(wù)3大供給系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展特性直接影響武器裝備采購系統(tǒng)的整體績效。在這3大系統(tǒng)中,技術(shù)創(chuàng)新能力是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展,提高武器裝備采購系統(tǒng)整體績效的重要影響因素,加大技術(shù)創(chuàng)新投入力度是提高系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展進(jìn)步的有效手段。適應(yīng)當(dāng)前國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式從數(shù)量規(guī)模型向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變的趨勢要求,武器裝備采購系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新再投入規(guī)模的大小及其合理性問題,成為武器裝備采購實(shí)踐中的一大難題,更是我軍采購領(lǐng)域需要探討和迫切需要解決的問題。因此,從經(jīng)濟(jì)理論、控制理論及技術(shù)方法等方面研究武器裝備采購系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新再投入比例的優(yōu)化問題具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義[1-4]。

1技術(shù)創(chuàng)新投入與采購系統(tǒng)發(fā)展作用機(jī)理分析

20世紀(jì),康德拉季耶夫、熊彼特、庫茲涅茨、門斯、弗里曼等多位經(jīng)濟(jì)學(xué)家系統(tǒng)研究了技術(shù)創(chuàng)新與宏觀經(jīng)濟(jì)增長之間的對應(yīng)關(guān)系,研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)濟(jì)繁榮的長波周期背后必然蘊(yùn)藏著新技術(shù)創(chuàng)新群的突發(fā)和轉(zhuǎn)移,技術(shù)創(chuàng)新與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間存在著因果關(guān)系,技術(shù)創(chuàng)新的高峰帶來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的繁榮,技術(shù)創(chuàng)新的低谷引起經(jīng)濟(jì)的蕭條。歷史和實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)證實(shí),技術(shù)創(chuàng)新不僅影響著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,而且決定著企業(yè)的興衰和產(chǎn)業(yè)的演變,國際、國家、區(qū)域以及產(chǎn)業(yè)、企業(yè)創(chuàng)新體系的構(gòu)筑越來越受到專家學(xué)者的關(guān)注。在當(dāng)今知識信息高度融合發(fā)展的時代,技術(shù)創(chuàng)新成為產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在動力和源泉。武器裝備采購系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制是指軍工科研、生產(chǎn)、服務(wù)等供應(yīng)系統(tǒng)與軍隊(duì)購置、用戶等需求系統(tǒng)相互作用形成的穩(wěn)定模式。它的主要功能是使供應(yīng)系統(tǒng)作為自組織系統(tǒng),與軍隊(duì)需求系統(tǒng)形成良性互動。技術(shù)創(chuàng)新型的武器裝備采購系統(tǒng)具有正反饋性,在這種模式下,供應(yīng)系統(tǒng)不斷通過技術(shù)創(chuàng)新向需求系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)武器裝備和服務(wù),從而獲得軍方提供的信息、資金等創(chuàng)新資源,這種正反饋運(yùn)行機(jī)制是供應(yīng)系統(tǒng)不斷發(fā)展的基礎(chǔ),一方面,軍方要通過采購體系建設(shè),為形成這種機(jī)制提供可能,另一方面,供應(yīng)系統(tǒng)要通過技術(shù)創(chuàng)新再投入建立自己的“可持續(xù)發(fā)展動態(tài)生態(tài)系統(tǒng)”。技術(shù)創(chuàng)新型供應(yīng)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展機(jī)制具有2個基本特點(diǎn):一是技術(shù)創(chuàng)新是武器裝備供應(yīng)系統(tǒng)取得利潤的源泉;二是技術(shù)創(chuàng)新再投入是持續(xù)獲利的基礎(chǔ)。有學(xué)者指出,成功企業(yè)的研發(fā)再投入比例占到總產(chǎn)值(銷售額)的10%~20%,高技術(shù)產(chǎn)業(yè)已占到30%以上[5-9]。

2單系統(tǒng)再投入比例控制

2.1最佳再投入比例控制的基本思想

武器裝備供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行的目的是為軍方需求系統(tǒng)提供符合性能指標(biāo)要求的武器裝備,同時也為供應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展贏得利潤收入,收入的一部分用于積累,滿足供應(yīng)系統(tǒng)資金運(yùn)轉(zhuǎn)和設(shè)備折舊,另一部分則用于技術(shù)創(chuàng)新投資,從而保證系統(tǒng)再發(fā)展、再生產(chǎn)的順利進(jìn)行。如果積累偏低,就會影響到供應(yīng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn);相反,如果積累偏高,技術(shù)創(chuàng)新投入偏低,就會影響供應(yīng)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展能力,從而導(dǎo)致武器裝備技術(shù)性能和生產(chǎn)效率降低。因此,技術(shù)創(chuàng)新再投入和資金積累之間應(yīng)當(dāng)建立一個合適的比例,也就是解決供應(yīng)系統(tǒng)收入合理分配問題。柯布·道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)可以設(shè)定技術(shù)水平一定的條件下,使積累率達(dá)到最大,但不能滿足在收入一定的條件下使技術(shù)創(chuàng)新投入達(dá)到最大。為解決上述問題,本文以勞動力數(shù)量一定條件下的道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)和技術(shù)力增長函數(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建狀態(tài)方程,建立單位技術(shù)創(chuàng)新力再投入累積量最大的目標(biāo)函數(shù),并應(yīng)用龐特立亞金極大值理論,對技術(shù)創(chuàng)新再投入比例進(jìn)行最優(yōu)化求解[10-13]。

2.2狀態(tài)方程和目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建

設(shè)t時刻某一供應(yīng)系統(tǒng)的利潤收入為Z(t),用于積累的資金為J(t),技術(shù)創(chuàng)新再投入為T(t),則3變量的經(jīng)濟(jì)關(guān)系式為

(1)

設(shè)定s為積累率,(1-s)為技術(shù)創(chuàng)新再投入率,且0≤s≤1,則

(2)

(3)

設(shè)Q(t)為系統(tǒng)用于運(yùn)作和設(shè)備更新的資金量,則積累量可表示為

(4)

式中,γ表示折舊率。

設(shè)G(t)為t時刻系統(tǒng)的技術(shù)力,并且系統(tǒng)的勞動力保持不變,A為固定比例系數(shù),則道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)可表示為

(5)

將式(5)兩邊同時除以G(t)得

(6)

(7)

將式(4)兩邊同時除以G(t)得

(8)

由式(2)、式(7)可得

(9)

由式(9)可得

(10)

設(shè)系統(tǒng)技術(shù)力增長函數(shù)為

(11)

該函數(shù)是表征所研究系統(tǒng)技術(shù)力變化規(guī)律的函數(shù),G0表示技術(shù)力初始值,G表示該系統(tǒng)經(jīng)過t時間后的技術(shù)力值,其值大小直接影響系統(tǒng)的利潤值。ω為技術(shù)力增長指數(shù),其值大小與系統(tǒng)技術(shù)力增長速度密切相關(guān),系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展越快,ω越大;反之越小。

由式(11)得

(12)

將式(12)帶入式(10)得

(13)

式(13)即為系統(tǒng)的狀態(tài)方程。

技術(shù)創(chuàng)新再投入比例(1-s)最優(yōu)控制問題可歸結(jié)為:確定控制變量s,使0到t時間段的系統(tǒng)平均技術(shù)創(chuàng)新資金投入的累積量達(dá)到最大,即

(14)

式中,δ代表平均利率。

由于

(15)

將式(15)帶入式(14),目標(biāo)函數(shù)化為

(16)

狀態(tài)方程為

(17)

邊界條件為

2.3最優(yōu)控制比例求解

運(yùn)用龐特里亞金極大值理論求解上述問題,構(gòu)造哈密爾頓函數(shù):

(18)

將式(18)化解為

(19)

由式(19)可知,求解H函數(shù)最大值,等價于求解下式極大值,即

(20)

令φ=me-δ t,則

(21)

由式(21)可知,求L最大值可轉(zhuǎn)化為求[1+(m-1)]最大值。因此,m與s有如下對應(yīng)關(guān)系：

(22)

又

(23)

(24)

由式(23)、式(24)得

(25)

由于s取值為0、1的兩種情況與實(shí)際不符,s取值只能在0、1之間,由式(22)可知,m=1,將m=1帶入式(25),則有

(26)

(27)

又

(28)

由式(27)、式(28)得

(29)

所以

(30)

由式(17)可知

(31)

由式(7)、式(31)得

(32)

將式(30)帶入式(32)可得

(33)

由式(33)可得技術(shù)創(chuàng)新再投入比例為(1-s),即

(34)

2.4應(yīng)用示例

以某科研系統(tǒng)為例,依據(jù)其2007~2013年間的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),確定該系統(tǒng)2014年的技術(shù)創(chuàng)新再投入最優(yōu)控制比例。

(1) 根據(jù)其2007~2013年的技術(shù)創(chuàng)新力統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建立GM(1,1)模型,代入技術(shù)力增長函數(shù),可求得技術(shù)創(chuàng)新力增長指數(shù)為:ω=0.0618。

(2) 依據(jù)銀行7年的平均利率計(jì)算,可得平均利息率為:δ=0.03。

(3) 依據(jù)式(2)~式(5)道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬,可求得彈性系數(shù)的取值范圍為:α=0.66-0.78。

(4) 根據(jù)式(2)~式(4),經(jīng)過模擬計(jì)算可得折舊率為:γ=0.017 8。

(5) 將各參數(shù)代入式(34),可得該系統(tǒng)術(shù)創(chuàng)新再投入最優(yōu)控制比例為:τ=0.43-0.52。

此最優(yōu)化比例取值是指技術(shù)創(chuàng)新投入占系統(tǒng)利潤收入的比值,若換算為系統(tǒng)總產(chǎn)出的比值,其取值相應(yīng)會變小。由于最優(yōu)再投入比例是通過理論推導(dǎo)求出的,在實(shí)際情況下,隨著系統(tǒng)內(nèi)各種費(fèi)用消耗的增加,實(shí)際投入可能低于這個值。另外,科研系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相比,其技術(shù)創(chuàng)新投入對系統(tǒng)利潤的影響更加明顯,對應(yīng)求得的再投入比例值相對較高。

3全系統(tǒng)再投入比例控制

3.1系統(tǒng)模型建立

武器裝備采購供應(yīng)系統(tǒng)主要由科研、生產(chǎn)、服務(wù)等3個子系統(tǒng)構(gòu)成,各系統(tǒng)2007~2013年的投入、產(chǎn)出值如表1所示,依據(jù)系統(tǒng)控制相關(guān)理論,武器裝備采購供應(yīng)系統(tǒng)若要保持持續(xù)的發(fā)展態(tài)勢,必然要求其產(chǎn)出值按照一定的比例正反饋至系統(tǒng)的投入,用于技術(shù)創(chuàng)新投資。確定全系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新再投入比例是本模型構(gòu)建的目標(biāo),遵循的原理是通過構(gòu)建系統(tǒng)正反饋模型(見圖1),求解使系統(tǒng)具有發(fā)散特性的再投入比例的臨界值(比例值太大,造成過度投入,浪費(fèi)資源;比例值太小,系統(tǒng)不能保持發(fā)散特性,影響持續(xù)發(fā)展),即為全系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新再投入的最優(yōu)控制比例[14-17]。

表1　武器裝備采購供應(yīng)系統(tǒng)投入、產(chǎn)出值

圖1　供應(yīng)系統(tǒng)再投入比例控制模型

3.2系統(tǒng)動態(tài)特性分析

依據(jù)表1武器裝備采購供應(yīng)系統(tǒng)各子系統(tǒng)的投入、產(chǎn)出數(shù)據(jù),運(yùn)用灰色建模軟件,分別建立科研、生產(chǎn)、服務(wù)系統(tǒng)的投入、產(chǎn)出GM(1,2)模型為

(35)

(36)

(37)

由式(35)~式(37)建立該控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程為

由此可得,該系統(tǒng)的系數(shù)矩陣為

根據(jù)系統(tǒng)的系數(shù)矩陣,對系統(tǒng)可控性和可觀性進(jìn)行判斷如下:

由于系統(tǒng)的可控性、可觀性判斷矩陣均滿秩,可得出結(jié)論,該系統(tǒng)可控并且可觀。

由科研、生產(chǎn)、服務(wù)系統(tǒng)的GM(1,2)模型推導(dǎo)出3個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為

(38)

(39)

(40)

設(shè)定武器裝備采購供應(yīng)系統(tǒng)總投入按照0.2、0.4、0.4的比例在科研、生產(chǎn)、服務(wù)系統(tǒng)之間進(jìn)行分配,則系統(tǒng)的總傳遞函數(shù)為

(41)

由式(41)可知,系統(tǒng)的特征方程為

F(s)=1.235 s3+(5.796-20.41τ)s2+

(7.126-53.93τ)s+(1-15.32τ)

(42)

根據(jù)系統(tǒng)特征方程,運(yùn)用勞斯判據(jù)或赫爾維茨判據(jù)可以對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行判定。同樣,根據(jù)上述2個判據(jù)也可對系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)散判定,在進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)散判定時,無須構(gòu)造勞斯判斷矩陣或赫爾維茨判斷矩陣,根據(jù)特征方程系數(shù)的正負(fù)取向直接可以對系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)散判定。若系統(tǒng)發(fā)散,特征方程系數(shù)符號相反,并交替出現(xiàn)。因此,系統(tǒng)發(fā)散的條件由下述方程組確定:

(43)

解方程組,求得系統(tǒng)發(fā)散的條件為

τ>0.28或τ<0.132 1或τ>0.065

3.3系統(tǒng)仿真驗(yàn)證

運(yùn)用Simulink仿真工具對上述系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真,驗(yàn)證其計(jì)算結(jié)果是否能夠使系統(tǒng)保持持續(xù)發(fā)展的特性。

根據(jù)武器裝備采購供應(yīng)系統(tǒng)的比例控制模型和科研、生產(chǎn)、服務(wù)3個子系統(tǒng)的傳遞函數(shù),設(shè)計(jì)系統(tǒng)的仿真模型如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)再投入比例控制仿真模型

運(yùn)用上述模型,通過調(diào)整反饋比例參數(shù)τ的數(shù)值,觀察系統(tǒng)的輸出變化,最終確定τ的最合理取值。

當(dāng)τ=0.65時,系統(tǒng)輸出如圖3所示。

圖3　τ=0.65時系統(tǒng)輸出曲線

當(dāng)τ=0.07時,系統(tǒng)輸出如圖4所示。

圖4　τ=0.07時系統(tǒng)輸出曲線

當(dāng)τ=0.06時,系統(tǒng)輸出如圖5所示。

圖5　τ=0.06時系統(tǒng)輸出曲線

當(dāng)τ=0.15時,系統(tǒng)輸出如圖6所示。

圖6　τ=0.15時系統(tǒng)輸出曲線

當(dāng)τ=0.2時,系統(tǒng)輸出如圖7所示。

圖7　τ=0.2時系統(tǒng)輸出曲線

分析上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,當(dāng)τ=0.15>0.132 1時,系統(tǒng)仍然呈發(fā)散態(tài)勢,τ<0.132 1的取值結(jié)果不可取。同理,當(dāng)τ=0.2>0.28時,系統(tǒng)也呈現(xiàn)出發(fā)散態(tài)勢,τ>0.28的取值結(jié)果也不可取。

當(dāng)τ=0.065時,系統(tǒng)輸出呈現(xiàn)出趨近于直線的增長方式;當(dāng)τ=0.07時,系統(tǒng)輸出呈現(xiàn)出較緩的發(fā)散趨勢;當(dāng)τ=0.06時,系統(tǒng)輸出呈現(xiàn)出較緩的趨近穩(wěn)定的趨勢。因此,可以判斷τ=0.065是系統(tǒng)輸出由穩(wěn)定變?yōu)榘l(fā)散的臨界值,此值即為武器裝備采購供應(yīng)系統(tǒng)再投入最優(yōu)控制比例。

綜合上述分析可見,系統(tǒng)特性不僅與特征方程系數(shù)的符號有關(guān),而且階數(shù)越低的系數(shù)對系統(tǒng)特性的影響越大。所以,此系統(tǒng)的發(fā)散特性最終由特征方程的0階常數(shù)項(xiàng)決定,即τ>0.065。

4結(jié)論

本文以技術(shù)力增長函數(shù)、道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)為基礎(chǔ),以單位技術(shù)力累積投入量最大化為目標(biāo),運(yùn)用龐特里亞金極大值理論構(gòu)建哈密爾頓函數(shù),推導(dǎo)出武器裝備采購供應(yīng)單系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新再投入最優(yōu)控制比例。運(yùn)用控制理論對武器裝備采購供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行投入、產(chǎn)出特性分析,以系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo),求解全系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新再投入比例,通過構(gòu)建系統(tǒng)仿真模型對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證,確定最終合理控制比例。運(yùn)用本文研究結(jié)果,可以從宏觀上對武器裝備采購系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展績效進(jìn)行調(diào)控,使武器裝備采購績效管控從項(xiàng)目控制拓展至系統(tǒng)控制,在理論上可促進(jìn)武器裝備采購績效理論的豐富完善,在實(shí)踐中可為武器裝備采購系統(tǒng)宏觀決策提供借鑒和參考。

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尹鐵紅(1977-),男,博士研究生,主要研究方向?yàn)檠b備采辦。

E-mail:YTH13264073731@163.com

謝文秀(1963-),女,博士,主要研究方向?yàn)檠b備采辦。

E-mail:13611099291@139.com

李忠光(1974-),男,博士研究生,主要研究方向?yàn)檠b備保障。

E-mail:18622135927@163.com

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20150817.1821.016.html

Feedback proportional control under the guide of performance in

the system of weapons and equipment acquisition

YIN Tie-hong1,2, XIE Wen-xiu1, LI Zhong-guang3

(1.DepartmentofEquipmentAcquisition,EquipmentAcademy,Beijing101416,China; 2.Unit96251ofthePLA,

Luoyang471000,China; 3.DepartmentofEquipmentManagement,MilitaryTransportationAcademy,Tianjin300000,China)

Abstract:How to control the proportion of technological innovation investment in the system of weapons and equipment acquisition is researched. The relationship between technology investment and system development performance has carried on the theoretical analysis and empirical test using the methods of model deduction, data calculation and simulation experiment based on the theories of economics and cybernetics. The single system and the whole system are distinguished, and the optimization and realization of the feedback proportion of technological innovation investment are discussed. Research results provide reference for the establishment and development of weapons and equipment procurement macro-control policies.

Keywords:weapons and equipment acquisition; development performance; technological innovation investment; proportional control

作者簡介：

中圖分類號：E 917

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.01.16

基金項(xiàng)目：軍隊(duì)研究生資助課題

收稿日期：2014-12-26；修回日期：2015-03-13；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期：2015-08-17。