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基于自组织理论的航空装备维修信息共享体系的演化机制研究

时间:2016-09-05来源: 作者: 点击: 110次



(海军航空工程学院,山东  烟台  264001

  要:在对航空装备维修信息共享体系演化过程的逻辑分析基础之上,提出了航空装备维修信息共享体系演化机制的四维分析框架,阐述了四维子机制的内涵和功能,论述了四维子机制之间的耦合互动关系。

关键词:航空装备  信息共享  演化机制

 

Research on the Analytic Frame of Evolutive Mechanism of Aeronautic Equipment Maintenance Information Sharing System Based on Self-organization Theory

WANG Zhen-hua, ZHAO Yuan-li, TENG Ke-nan

(Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai, 264001, China)

Abstract: The four-dimensional evolutive mechanism system of aeronautic equipment maintenance support information sharing system was advanced, based on analyzing logically the evolutive course of the system. And then the definitions and function introductions of all the sub-mechanisms were explained. After that, the interaction of all the sub-mechanisms were dissertated.

Key words: aeronautic equipment; information sharing; evolutive mechanism


顺畅的军地信息交流是实现军民一体化航空装备维修保障发展的基本前提。为保障军民一体化航空装备维修保障组织指挥的畅通,更好地发挥工业部门、修理厂和院校对部队的支援保障作用,必须建立基于信息系统的航空装备维修信息共享体系。由于信息化战争对航空装备维修保障信息化建设一体化的要求越来越高,所以,航空装备维修信息共享体系本身组成或结构必须根据使命环境的动态变化进行构建,从而才能适应信息化战争的要求。目前,与军民一体化航空装备维修信息化建设的相关研究[1~9]大多是就目标提措施,就问题提建议,缺乏对问题的系统化研究。

自组织理论是20世纪60年代末期发展起来的一种系统理论。它的研究对象主要是复杂自组织系统的形成和发展机制问题,即在一定条件下,系统是如何自动地由无序走向有序,由低级走向高级有序的。因此,本文运用自组织理论,从系统演化的动态视角出发,以实现环境适应性的目标为立足点,对航空装备维修信息共享体系演化机制进行系统分析,有助于成功构建自我演化、具有自适应性的航空装备维修信息共享体系。

1 自组织理论概述

自组织理论告诉我们,在系统走向临界状态的过程中,接近临界点时,系统的稳定性己被破坏。此时,系统的变量常常分为两类:一类是随时间变化较慢,到达新的稳定态的豫驰时间较长的慢变量,也即序参量;一类是豫驰时间很短的快变量。支配原理认为,一个系统虽然由许多子系统构成,但是系统走向有序,到达临界点或临界态附近时,并不是所有的参量都起作用,而是出现少数慢变量支配多数快变量的情形,即系统的演化进程和方向受一个或几个序参量主宰。序参量支配系统内其他要素和子系统的运行模式,形成于组分之间,系统与环境之间的相互合作与竞争,反过来,系统的组分、要素又在这种模式的支配下相互合作与竞争,从而建立起系统有序结构[11]

2 航空装备维修信息共享体系的自组织演化过程

航空装备维修信息共享体系的演化过程分为适应性和探索性两个阶段,每个阶段系统内各要素通过自身的交互联系及相互作用实现系统的运行目标。

本研究通过对体系运行过程的分析,阐释航空装备维修信息共享体系动力机制和反馈机制的内容,如图1所示:

航空装备维修信息共享体系的演化过程

2.1 适应性阶段

航空装备维修信息共享体系在适应性阶段的运行特点表现为:当内外部环境变化不大时,体系只需进行行为和结构的微调即可适应环境的变化;当内外部环境变化较大时,微调无法适应环境变化,体系需要在要素和结构方面做出重大调整才能适应环境的变化。无论是微调还是重大调整,体系以适应环境变化为主,很少通过自身力量改变环境。因此,为时刻了解环境的变化情况,航空装备维修信息共享体系需要对内外部信息进行有效的监控,整合那些能够促进共享的有利信息,剔除那些阻碍共享进行的负面信息,也即对环境的变化有选择地放大,使维修主体能够做出更加有利于共享的决策。这个过程实质上就是信息的传导过程,对信息传导的有效控制是激发系统共享动力的关键。动力被激发,启动共享之后,体系需要对共享的所有环节进行全面的统筹协调,包括共享开展的程序、资源的调度等一系列对人、事、物的规划和安排,也即进行统筹协调。同时,从全局来看,各主体以利益为纽带联系在一起,航空装备维修主体进行信息共享的目标也是追求利益最大化。只有当各利益主体都实现了自身的利益追求时,共享价值才能够发挥支配作用,指导体系各要素和子系统演化,因此,体系需要具备一定的利益保障功能,维持共享的良性循环。

2.2 探索性阶段

航空装备维修信息共享体系在探索性阶段,试图以自己的存在来能动地改造与环境之间的相互关系,使之达到一种新的结合。探索性阶段是自组织的一个特殊阶段,原则上包括以下几个环节:

l)试错。试错的过程包括输出——获取反馈信息——比较反应结果与体系的生存价值并判定对错三个环节,试错效果的好坏取决于体系试错前是否有意识有目的,对试错的结果进行怎样的评价。

2)记忆。只试错不记忆会使体系不能发展,只有把试错的结果记录下来,才能不犯同样的错误。记忆总是以某种不可逆性为基础,但这种不可逆的记忆又总会被许多随机因素或微小的扰动所减退,这虽然对记忆不利,但却有利于腾出有限的记忆空间,以便记录新的探索结果。

3)学习。记忆的根本目的是为了将来碰到相似情况时无需重新探索,对记忆的材料进行处理,通过对以前经验的分析归纳,从中找出带规律性的东西正是学习中的发现过程。学习活动总是建立在对过去经验的基础之上,所以学习是对过去的反思,其目的却是面向未来的,它是连接过去与未来的纽带。

4)预测与决策。总的来讲,学习是面向过去而意在未来,学习的根本目的就是通过获得过去的知识来认识规律,以便用它来预测未来,进行决策。

5)预调节。只有预测和决策还不够,还要依此来知道自己的行动,特别是当后果尚未发生之前,就根据决策所选定的正确方向对自己的行为方式与内部结构进行预先的调节、改变,而这种永久性的改变本身就是体系自组织和进化的过程。

航空装备维修信息共享体系的探索性阶段是适应性阶段的复制与遗传,同样依赖于动力、信息传导、统筹协调和利益保障四个环节的协同。体系在不断的试错、记忆、学习、预测与决策、预调节的过程中逐渐形成积极的鼓励共享的内部文化。共享文化在信息传导过程中渗透到体系结构的各个部分,激发主体参与共享的动力,促使体系的核心管理部门进行共享工作的组织与协调,体系在主体利益得到充分保障的前提下不断自复制,向更高阶的有序发展。

3 航空装备维修信息共享体系演化机制的分析维度

3.1 航空装备维修信息共享体系演化机制的内涵

航空装备维修信息共享体系是一种特殊的社会经济系统,具备自组织运行的开放性、远离平衡态、非线性、整体性、层次性和目标性等特征,其运行机制是复杂的非线性作用关系的集合,这种复杂的非线性关系能够保证系统在遵循内部自组织规律的前提下按照系统预定目标运行和演化。因此,本文认为航空装备维修信息共享体系演化机制是系统内在运行机理指导下要素之间的交互方式,其中运行机理表现为系统自组织运行的内在规律,交互方式为系统自组织运行的路径和行为规范。如果以表示航空装备维修信息共享体系的演化机制,表示体系的演化机理,表示体系内要素之间的交互方式,则三者之间的关系可用公式(1-l)表示为:

                         1-1

从体系演化的角度来看,航空装备维修信息共享体系由大量相互作用的要素组成,自然会向自组织临界态发展,即使改变初始条件,体系最终也会达到这一临界态,当体系达到自组织临界态时,任何微小的干扰都会导致体系发生一系列变化。因此,航空装备维修信息共享体系演化机制的作用在于通过对体系微观层次各主体运动的控制、引导和激励加快体系进入临界态的速度,放大那些有利于构建航空装备维修信息共享体系的干扰因素,消除那些不利于共享形成的干扰因素,从而在遵循体系运行规律的前提下促进航空装备维修信息共享体系内部惯例化行为的形成,并通过惯例对行为的约束来影响体系运行方向。

3.2 航空装备维修信息共享体系演化机制的构成要素

机制是推动体系演化的内因之一,而机制的设计也必须遵循体系运行的内在机理。从系统科学的角度来看,航空装备维修信息共享体系的演化机制主要包括动力机制与反馈机制两个部分。动力机制是系统发展的力量来源,是系统的主机制;反馈机制是维系动力、保障运行的辅机制。由于体系运行目的和功能的差异性,反馈机制的内涵比较复杂。通过上述分析可以发现,航空装备维修信息共享体系的演化以激发体系共享动力为主,成熟有效的运行机制可以将体系内外部环境中的有效信息通过信息传导路径迅速传递至动力源,在航空装备维修信息共享体系管理机构的统筹协调下实现共享价值的创造,并在利益得以保障的前提下进一步自复制。因此,航空装备维修信息共享体系的反馈机制包括信息传导机制、统筹协调机制和利益保障机制三个部分,它们与运行动力机制一起构成系统演化机制的四维框架,如图2所示:

航空装备维修信息共享体系演化机制的逻辑框架

3.2.1 运行动力机制

航空装备维修信息共享体系演化的动力机制是指体系运行的动力源建设,也即寻找“自我否定”因素使体系从平衡态达到非平衡态的过程,动力机制的研究实际上回答了系统动力来源与路径的问题。运行动力子机制为体系的运行提供动力和能源,体系运行的动力源包括来自主体需求的主动力要素、来自航空装备维修信息价值属性的源动力要素和来自环境驱动的助动力要素,运行动力机制通过对动力源的刺激和引导,激发体系运行动力,实现体系运行第一步。

3.2.2 信息传导机制

航空装备维修信息共享体系演化的信息传导机制指体系从维持自身发展的目的出发,通过建立信宿与信源之间的某种形式的相互作用来主动接收和传递信息,以消除对环境认识的不确定性,进而消除行动不确定性的方法和途径。信息传导机制的作用贯穿于体系运行的每个环节,动力的激发、共享活动参与者之间的沟通协调以及利益保障等各种规章制度的传达等都需要通过信息传导的信息监测、信息整合、信息扩散与信息反馈功能进行反馈。

3.2.3 统筹协调机制

航空装备维修信息共享体系演化的统筹协调机制是以体系内共享管理部门的指导为前提,以科学规划和政策为保障,以相关沟通技术为支撑,实现航空装备维修信息共享主体成功对接的一系列流程和规章措施。统筹协调机制的主要作用是在体系活动中,通过军民一体化统筹协调机构使分散的各要素组合起来,共同为科技资源共享活动服务,保障体系运行的秩序,降低共享协调成本。

3.2.4 利益保障机制

航空装备维修信息共享体系演化的利益保障机制就是通过建立健全合理的利益实现流程与措施,保障利益相关者利益均衡的过程中形成的体系内部的一组特殊约束关系,这种关系基于个体追求利益最大化的特性控制、引导和激励其参与共享。利益保障机制的主要功能是保证共享参与各方的利益博弈完美均衡,保障共享价值的役使作用,并为体系利益保障提供流程和制度依据。

4 航空装备维修信息共享体系演化子机制之间的关系分析

4.1 四维子机制的耦合分析

航空装备维修信息共享体系的结构具有完整性与协同性,一个要素的变化必然引起其他要素的回应,而其他要素的变化反过来又影响该要素,使得体系处于不断的变化调整中。因此,航空装备维修信息共享体系的演化不是由单一演化机制决定的,而是由所有的子机制以及它们之间的相互作用关系与相互联系决定,从而形成航空装备维修信息共享体系四维子机制的耦合网络关系,如图3所示:

航空装备维修信息共享体系四维子机制的耦合网络

4.2 四维子机制的互动分析

根据航空装备维修信息共享体系四维子机制间的耦合关系,可用逻辑代数的概念和方法,建立机制之间相互作用的矩阵模型,来研究子机制互动的规律。

设运行动力机制、信息传导机制、统筹协调机制和利益保障机制的逻辑变量分别为,每个逻辑变量的取值遵循起作用时为1,不起作用时为0,则有:

定义1:设为航空装备维修信息共享体系上的二元逻辑关系,则有:

组成的矩阵称为的关系矩阵,记为

定义2:设项为阶关系矩阵,项为阶关系矩阵,则阶关系矩阵中的项为

由此,按假设建立下列形式的矩阵模型

其中,相互作用关系逻辑取值只有10,即当共享体系中的运行机制之间相互作用时,机制之间无作用时。由于输入变量的任何取值组合都可以构成相互作用关系矩阵,本文选用具有典型意义的四种类型的矩阵来寻找它们的相互作用关系,则有:

反映了共享体系内单一运行动力机制自相关作用的状态,反映了运行动力机制与其他各机制间的相互作用状态,反映了除运行动力机制自相关作用外其它机制的自相关作用的状态,反映了除去自相关作用的各机制交互作用的状态。此外,四个矩阵之和是一个满秩矩阵,即:

经逻辑运算,共享体系运行机制间的相互联系和相互作用关系结果如下:

1表明:航空装备维修信息共享体系运行机制间的相互联系和相互作用关系状态的焦点在于与相关作用网络,以为聚集的作用结果表现为运行动力机制对其它机制的“强作用”状态A。这种强作用状态可理解为信息传导机制、统筹协调机制和利益保障机制的作用都离不开共享动力机制,因为在体系运行过程中,动力机制是系统的“心脏”,为体系运行提供动力来源。体系失去动力能源,一切活动如信息传导、统筹协调和利益保障都失去了其存在的价值和意义,体系与外界环境的物质和信息交换也逐渐减少,体系趋于封闭状态,熵值增加。

2表明:以为聚集的作用结果表现为共享体系运行机制间的相互作用中各机制对运行动力机制的“强反馈作用”状态。这种“强反馈作用”结果可以解释为以为聚集焦点的相关作用中,信息传导机制、统筹协调机制和利益保障机制对共享动力机制作用的验证,也进一步说明其它运行机制发挥作用的基础在于运行动力机制的存在。

3表明:航空装备维修信息共享体系可能存在运行动力机制、信息传导机制、统筹协调机制和利益保障机制单独作用的单一机制状态,并进一步论证了若缺少为聚集焦点的机制间的作用,科技资源共享系统也就仅仅停留在空想的水平上,不可能演化。

4表明:航空装备维修信息共享体系各个机制的自相关作用状态的结果是体系无法运行,它们在自身范围内活动而无变化的发生。

5表明:自身的相互作用结果演化出之和的形式。说明除去自相关作用的机制间的相互作用最具有创造性,矩阵可以自适应地演化出原矩阵所没有的复杂性,而使航空装备维修信息共享体系演化具有自组织的特征。

5 结束语

通过航空装备维修信息共享体系演化子机制的耦合互动关系分析,可知:

l)运行动力机制是航空装备维修信息共享体系演化机制的核心,信息传导机制、统筹协调机制和利益保障机制围绕运行动力机制开展活动。

2)四维子机制相互耦合、共同作用,任意单独子机制的变化不会形成系统整体的突变,只有在与其他子机制的互动配合下才能产生推动体系演化的非线性作用。

3)四维子机制的相互作用可能演变出多种结果,对体系的影响结果不同,本文主要是围绕序参量的形成与演变原理,设计有利于体系要素自发共享的运行机制。

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作者简介:王振华(1984-),男,博士研究生.

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