指挥和控制(C2)理论:控制科学面临的挑战

在军用指挥控制系统领域中,控制科学和系统工程学科的研究者有很多机会遇到各种挑战性的研究课题,这正是这篇展望性文章的前提所在。事实上,只有在不确定性分布动态决策领域中取得新的进展,才谈得上分析和设计各种复杂的、生存力强和响应快速的C2系统。而描述、分解和分析这类系统还需要系统工程工具的进步。因此,为了迎接C2系统提出的多学科性挑战,为了提高相应的C2理论开发的科学技术水平,为了促进未来军用C2系统的开发,理所当然地要求扩展控制科学的研究范围。因为未来军用C2系统必须满足苛刻的工作性能、生存性能和响应性能的要求,所以这一任务无疑是艰巨的,也只有控制科学家和工程师才能够胜任。作者坚信,军用C2系统中出现的方法论、理论、算法和结构等方面的问题具有普遍意义。在许多民用C2系统中,例如空中交通管制、自动运输系统、制造系统、核电站等等,在改善系统可靠性的研究中也提出了十分类似的问题。所有这些军用和民用C2系统都有着如下的共同特点:系统高度的复杂程度、普遍地具有多个决策站的分布决策过程、要求出现多重故障仍能可靠运行,人与计算机决策支持系统以及斗算机辅机的相互交联,等等。此外,它们都要求开发出新型的组织形式和系统结构,这些形式和结构能够为C2过程的任务目标与物理硬件之间提供协调的接口。这里所谓的物理硬件泛指传感器、通讯设备,计算机硬件与软件,作用硬件——武器与机械等等,用来执行整个支持全局C2过程的指挥、控制和通讯(C3)系统。军用C3系统的重点是开发出一整套全新的控制/估计/决策的科学技术方法。这些方法不仅遍及控制科学研究的各种理性本源,而且经进一步发展后,还能适用于很大一部分民用复杂系统。另外,军用C3系统给出了一类日益复杂的问题的例子,而这类问题是控制科学家和工程师不得不频繁地遇到并寻求方法解决的。这些军用C2过程和C3系统提出了最苛刻的工作性能要求,指出了量化其工作性能度量(MOP,measures ofperfmance)和有效性度量(MOE,meausresof effectiveness)的迫切性,并且还要求全新的分布结构和组织形式。由于作者近十多年来一直从事军用C3系统的研究,对这些研究的中心论点是说,定量的方法论对于改善复杂系统的工作性能将会产生重大的影响,因此这里的讨论无疑反映了作者个人的倾向。这里我们面临的挑战是,如何开发出所要求的系统的理论手段和算法工具,供未来的系统分析和设计使用。