基于信息熵的師級裝備保障機(jī)構(gòu)編配能力評價

王 帥， 李 婷， 崔 靜

(陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)信息工程系， 河北 石家莊 050003)

開展信息化條件下裝備保障機(jī)構(gòu)編配模式能力評估研究，是提高裝備保障效率和指揮質(zhì)量，確保裝備保障指揮模式成功轉(zhuǎn)型的重要保證[1]。蘇凡囤等[2]對工程裝備維修機(jī)構(gòu)能力評估進(jìn)行了研究，王琦等[3]對彈藥維修機(jī)構(gòu)維修能力評估進(jìn)行了研究，但有關(guān)裝備部門的機(jī)構(gòu)編配能力研究還較少。筆者以師級部隊為研究背景，以裝備保障機(jī)構(gòu)編配模式為研究對象，對裝備保障機(jī)構(gòu)層級進(jìn)行了劃分，并將實體及其相互之間的關(guān)系抽象為節(jié)點與邊，實現(xiàn)了裝備保障機(jī)構(gòu)編配模式的數(shù)學(xué)描述，應(yīng)用信息熵理論建立了裝備保障機(jī)構(gòu)編配模式能力評價模型，對不同編配模式下的裝備保障機(jī)構(gòu)的保障能力進(jìn)行了評估，為裝備保障機(jī)構(gòu)編配提供了量化依據(jù)。

1 裝備保障機(jī)構(gòu)編配模式及其數(shù)學(xué)描述

1.1 裝備保障機(jī)構(gòu)編配模式

目前，裝備保障機(jī)構(gòu)的編配模式主要有2種：按照裝備專業(yè)方式編配(模式1)和按照裝備保障行動方式編配(模式2)。當(dāng)按照模式1進(jìn)行編配時，師級裝備保障機(jī)構(gòu)可劃分為戰(zhàn)勤科、裝甲科、軍械科、工化科、輪式車輛科和直政科等，這是傳統(tǒng)部隊的編配模式。當(dāng)按照模式2進(jìn)行編配時，師級裝備保障機(jī)構(gòu)則劃分為戰(zhàn)勤科、管理科、儲供科和直政科等。

模式1的優(yōu)點是各科室之間分工明確，不同類型裝備的業(yè)務(wù)由對口的裝備科室來處理，各科室之間協(xié)調(diào)起來也很方便，相互之間和沖突和矛盾；缺點是各科室較為獨立，科室之間溝通不多。

模式2的優(yōu)點是各科室按職能分工，裝備保障關(guān)系順暢，便于提高相關(guān)業(yè)務(wù)的熟練程度，若部隊列裝新型武器裝備，則不需要成立新的科室；缺點是各科室間職責(zé)界線劃分困難，業(yè)務(wù)易重疊、沖突。

1.2 編配模式的數(shù)學(xué)描述

為簡化模型，首先，假設(shè)模式1、2中都編配了戰(zhàn)勤科和直政科，并視二者作用等同，因此建模時可同時略去，以降低保障機(jī)構(gòu)節(jié)點的關(guān)聯(lián)度，有助于簡化計算。其次，現(xiàn)有裝備保障機(jī)構(gòu)指揮的裝備保障分隊具有2種編配形式：按裝備種類編配和按裝備構(gòu)成編配，前者可編配各種類型的裝備保障分隊，如軍械、裝甲、工化、輪式車輛等分隊，后者可編配裝備各組成模塊的保障分隊，如履帶(輪式)底盤、上裝、特裝等分隊。本文中，裝備保障分隊的編配形式采取按裝備種類來編配，由此得出裝備保障機(jī)構(gòu)編配模式的組織結(jié)構(gòu)。

當(dāng)按模式1編配時，師裝備保障機(jī)構(gòu)各科室通過裝備管理、裝備維修、裝備儲供和信息管理職能來指揮各裝備保障分隊，此時裝備保障機(jī)構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。將各科室抽象為節(jié)點，各科室之間的聯(lián)系抽象為邊，則其組織結(jié)構(gòu)抽象圖如圖2所示。

當(dāng)按模式2編配時，師裝備保障機(jī)構(gòu)各科室直接指揮各個裝備保障分隊，此時裝備保障機(jī)構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)如圖3所示，其抽象圖如圖4所示。

2 編配模式能力評價模型

筆者采用信息熵理論[4-5]，以裝備保障機(jī)構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)中各種信息的流通和交互情況為研究重點，采用時效性來衡量指揮信息獲取和傳遞的不確定性，即流通時效維度的有序度,采用質(zhì)量性來衡量指揮信息在傳遞過程中出錯概率，即信息準(zhǔn)確維度的有序度，然后將二者綜合起來衡量裝備保障機(jī)構(gòu)的整體能力。引入信息熵來評價裝備保障機(jī)構(gòu)的整體能力，其時效性和質(zhì)量性分別采用裝備保障機(jī)構(gòu)的時效熵和質(zhì)量熵來度量。

2.1 裝備保障機(jī)構(gòu)的時效性評價模型

設(shè)Lij為節(jié)點i、j(i≠j,i,j=1,2,…，N,N為裝備保障機(jī)構(gòu)中節(jié)點的總數(shù))間的最小距離，且為數(shù)值，不具備方向性，則

(1)

式中：n為節(jié)點i、j間的中轉(zhuǎn)次數(shù)。

(2)

為組織結(jié)構(gòu)中關(guān)聯(lián)節(jié)點i、j間實現(xiàn)轉(zhuǎn)移的概率。則自上而下任意2個節(jié)點間的時效熵

(3)

裝備保障組織結(jié)構(gòu)的總時效熵

(4)

Ht越低，表明該組織結(jié)構(gòu)的有序化程度越高，結(jié)構(gòu)越合理。

根據(jù)文獻(xiàn)[4]，定義組織結(jié)構(gòu)的總時效熵達(dá)到最大時為該組織結(jié)構(gòu)的最大時效熵，即

(5)

式中：Ω為裝備保障機(jī)構(gòu)中所有可能的編配模式集合。

系統(tǒng)時效熵與最大時效熵的比值可反映組織結(jié)構(gòu)的無序程度，因此定義時效性

(6)

用以反映組織結(jié)構(gòu)的有序度。在實際應(yīng)用中，R越大，說明該組織結(jié)構(gòu)越合理。

2.2 裝備保障機(jī)構(gòu)的質(zhì)量性評價模型

(7)

其可從本質(zhì)上反映某一節(jié)點的出錯概率。

與時效熵類似，分別定義裝備保障機(jī)結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量熵與最大質(zhì)量熵如下:

總質(zhì)量熵為

(8)

Hm越低，表明該組織結(jié)構(gòu)的有序化程度越高，結(jié)構(gòu)越合理。

最大質(zhì)量熵為

(9)

系統(tǒng)質(zhì)量熵與最大質(zhì)量熵的比值也可反映組織結(jié)構(gòu)的無序程度，因此定義質(zhì)量性

(10)

用以反映組織結(jié)構(gòu)的有序度。在實際應(yīng)用中，Q越大，說明該組織結(jié)構(gòu)的有序度越高，結(jié)構(gòu)越合理。

2.3 裝備保障機(jī)構(gòu)的整體能力評價

裝備保障機(jī)構(gòu)的整體能力(E)由時效性和質(zhì)量性綜合決定，則E=ω1R+ω2Q，E越大，表明組織結(jié)構(gòu)的有序度越高，整體保障能力越強(qiáng)。其中ω1、ω2(ω1+ω2=1)分別表示系統(tǒng)內(nèi)部信息流通的時效性和質(zhì)量性對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有序性的影響程度：若時效性的影響更大，則ω1的取值就越大；若質(zhì)量性的影響更大，則ω2的取值就越大[6]。

3 實例分析

當(dāng)裝備保障機(jī)構(gòu)采用不同的編配模式時，其組織結(jié)構(gòu)亦不同，對系統(tǒng)內(nèi)部信息流通的時效性和質(zhì)量性要求也不同。本文中，設(shè)時效性和質(zhì)量性對裝備保障機(jī)構(gòu)編配模式整體能力的影響大致相當(dāng)，即E=(R+Q)/2。

3.1 2種編配模式下裝備保障機(jī)構(gòu)的時效性

以模式1為例，由圖2可知，其組織結(jié)構(gòu)中關(guān)聯(lián)長度為1的節(jié)點有36個，對應(yīng)的節(jié)點序號為：1-2、1-3、1-4、1-5、2-6、2-7、2-8、2-9、3-10、3-11、3-12、3-13、4-14、4-15、4-16、4-17、5-18、5-19、5-20、5-21、6-22、7-22、8-22、9-22、10-23、11-23、12-23、13-23、14-24、15-24、16-24、17-24、18-25、19-25、20-25、21-25，時效關(guān)聯(lián)總長度為36。關(guān)聯(lián)長度為2的節(jié)點有32個，對應(yīng)的節(jié)點序號為：1-2-6、1-2-7、1-2-8、1-2-9、1-3-10、1-3-11、1-3-12、1-3-13、1-4-14、1-4-15、1-4-16、1-4-17、1-5-18、1-5-19、1-5-20、1-5-21、2-6-22、2-7-22、2-8-22、2-9-22、3-10-23、3-11-23、3-12-23、3-13-23、4-14-24、4-15-24、4-16-24、4-17-24、5-18-25、5-19-25、5-20-25、5-21-25，時效關(guān)聯(lián)總長度為64。關(guān)聯(lián)長度為3的節(jié)點有16個，對應(yīng)的節(jié)點序號為：1-2-6-22、1-2-7-22、1-2-8-22、1-2-9-22、1-3-10-23、1-3-11-23、1-3-12-23、1-3-13-23、1-4-14-24、1-4-15-24、1-4-16-24、1-4-17-24、1-5-18-25、1-5-19-25、1-5-20-25、1-5-21-25，時效關(guān)聯(lián)總長度為48。因此，模式1下裝備保障機(jī)構(gòu)的時效關(guān)聯(lián)總長度At=36+64+48=148，關(guān)聯(lián)長度為1的pij=1/148；關(guān)聯(lián)長度為2的pij=2/148；關(guān)聯(lián)長度為3的pij=3/148。

3.2 2種編配模式下裝備保障機(jī)構(gòu)的質(zhì)量性

在模式1下，不存在關(guān)聯(lián)數(shù)為1和3的節(jié)點；關(guān)聯(lián)數(shù)為2的節(jié)點有16個，對應(yīng)的節(jié)點序號為6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21，質(zhì)量聯(lián)系總數(shù)=32；關(guān)聯(lián)數(shù)為4的節(jié)點有5個，對應(yīng)的節(jié)點序號為1、22、23、24、25，質(zhì)量聯(lián)系總數(shù)=20;關(guān)聯(lián)數(shù)為5的節(jié)點有4個，對應(yīng)的節(jié)點序號為2、3、4、5，質(zhì)量聯(lián)系總數(shù)=20。因此，模式1下裝備保障機(jī)構(gòu)的質(zhì)量關(guān)聯(lián)總長度Am=32+20+20=72，關(guān)聯(lián)數(shù)為1對應(yīng)的pi=2/72；關(guān)聯(lián)數(shù)為4對應(yīng)的pi=4/72；關(guān)聯(lián)數(shù)為5對應(yīng)的pi=5/72。

3.3 2種編配模式下裝備保障機(jī)構(gòu)的整體能力

綜合模式1和模式2的時效性及質(zhì)量性計算結(jié)果，得出2種編配模式下裝備保障機(jī)構(gòu)的整體能力評價結(jié)果，如表1所示。

表1 2種編配模式下裝備保障機(jī)構(gòu)整體能力評價結(jié)果

由表1可知：裝備保障機(jī)構(gòu)按模式1編配時，其時效性更優(yōu)；按模式2編配時，其質(zhì)量性更優(yōu)；當(dāng)時效性和質(zhì)量性取相同權(quán)值進(jìn)行整體能力評估時，模式2更優(yōu)。由此可見：按裝備保障行動編配機(jī)構(gòu)所得整體能力更優(yōu)，該種編配模式下每個機(jī)構(gòu)對所有裝備保障分隊履行相應(yīng)的保障職能，業(yè)務(wù)熟練、節(jié)約資源、效率更高，符合數(shù)字化部隊模塊化編組的思想，便于完成信息化條件下部隊裝備保障任務(wù)，可以作為部隊裝備保障機(jī)構(gòu)編配的參考依據(jù)。

4 結(jié)論

針對當(dāng)前缺乏部隊裝備保障機(jī)構(gòu)編配模式研究的現(xiàn)狀，筆者引入信息熵理論，從定量化的角度對裝備保障機(jī)構(gòu)編配模式進(jìn)行了研究,建立了2種師級裝備保障機(jī)構(gòu)編配模式能力評價模型，并進(jìn)行了比較，結(jié)果表明：裝備保障機(jī)構(gòu)按保障行動來設(shè)置，所得機(jī)構(gòu)整體能力更高。需要指出的是，本文的研究是建立在時效性和質(zhì)量性同等重要的基礎(chǔ)上，而在實際應(yīng)用中，二者的影響應(yīng)該根據(jù)具體情況有所不同，下一步將對合理量化二者的影響因子展開深入研究。