武器装备体系的涌现是在它构成之后,产生了新的性质,形成了新的功能、性能,或性能上的跃升。这种只能在体系整体上得以体现和观察到,局部成员系统是不具备的。同时这种涌现既不能完全预测,也不能完全分解还原,而形成涌现的因果关系也很难追溯。
涌现是系统和体系的一个重要特性,也是系统工程和体系工程所追求的重要目标。涌现性的产生与描述一直都是难题。在涌现性的描述上,贝塔朗菲借用亚里士多德的著名命题“整体大于部分之和”来表述,已被系统科学界普遍接受。另外, W 记为系统整体,由 n 部分组成,令 p i 为第 i 个部分, i =1,2,…, n ,则亚里士多德命题可形式化表示为
有人更简洁地表述为
1+1>2
严格地说,上述并非涌现原理的科学表述,只能算一种形象的比喻。“整体大于部分之和”是一个量化命题,上述把涌现归结为一个单纯的定量问题。涌现首先是一个定性问题,实质指整体具有部分或部分之和所没有的性质、特性、行为、功能等,称为整体质或系统质,涌现性具有非加和性。涌现原理的正确表述应该是:整体局部部分及其总和所没有的新的属性或行为模式,用部分的性质或模式不可能全面解释整体的性质或模式 [1] 。
在涌现性的量化分析上,在有些情况下,整体与部分表现出同质的功能彼此具有可比性,涌现效应可以进行量化,这样的整体涌现性就是非加和性。事实上,在量方面的涌现正确表述应该是“整体不等于部分之和”,分为两个方面,一个是正非加和效应,即正面积极的涌现,整体大于部分之和,即
另一个是负非加和效应,即负面消极的涌现,整体小于部分之和,即
系统工程过程,追求的是系统的整体涌现性。收益是正效应,越大越好;代价是负效应,越小越好。
上述表述的特点是系统已经给定,不论它如何产生和演化,只考虑已产生和演化完毕后呈现出来的系统特征,通过比较整体与部分的异同,揭示整体涌现性。这种描述只是从整体上对涌现性进行了简单的形式化描述,表达了分则不见整体涌现、合则整体涌现可见的特性。
系统和体系的涌现产生机制,随着系统科学的兴起,提供了初步的答案 [2] :
(1)非线性相互作用。系统整体涌现性的来源,归根结底在于系统组分(要素和分系统)之间、层次之间、系统与环境之间的相互作用,涌现性是组分之间、层次之间、系统与环境之间互动互应所激发出来的系统整体效应。正因为如此,系统一旦被解构为组分,整体涌现性便不复存在。
(2)差异整合。涌现的前提是存在多样性和差异性,特别是系统内部的种种差异。只有一个组分不成为系统,组分多更有利于涌现出现。组分品种繁多、批次差异大的系统,即异质性显著的系统,能够涌现出更多的整体特性。多样性和差异性不会直接转变为涌现性,需经过必要的整合或组织而形成一定的系统,才能产生涌现性。涌现性是系统的整体效应,即结构效应或组织效应。组分之间互补互惠、协同行动、相互促进、和谐共生,将产生正面的涌现效应;组分之间相互阻碍、相互拆台,将产生负面的涌现效应。整合和组织需要对组分进行必要的限制和约束,这是系统产生涌现性的重要且必要条件。整合与组织的过程既给部分以激发和推动,也对部分施加约束和限制,约束和限制的效果是把部分的某些性质屏蔽起来,在整体中看不见它们,只有解构整体、还原为部分才能释放出来。
(3)等级层次结构。复杂系统从组分层次到整体层次的涌现不可能经过一次整合就完成,需要经过多次逐级整合、逐级涌现,才能完成从元素质到系统质的飞跃,获得系统的整体涌现性。
(4)信息运作。对于系统的生成、维护、运行和演化,信息起整合力和组织力的作用。无论是组分之间和层次之间的整合,还是系统与环境之间的整合,都是通过一定的信息运作实现的:组分之间凭借信息来表征自身和相互识别,系统与环境中的其他系统或非系统之间也凭借信息来表征自身和相互识别,差异的整合和组织过程是复杂的信息运作过程。所谓信息运作,指信息的采集、发送、传输(通信)、加工、存取、增值、积累、控制和作用等,系统的生成、维持、运行(发挥功能)和演化都包含大量的信息运作。所以研究系统的一个极为重要视角是考查有关的信息运作。
(5)环境的选择和塑造。系统生成、发展、演化中的整合不限于组分之间,还包含系统与环境的整合,使系统和环境建立稳定有序的互动互应关系。既然环境提供系统生存发展的资源和条件,并施加一定的限制和压力,环境就具有对系统的生成、运行、演化进行评价和选择作用,适者生存,不适者淘汰。多样性、差异性、复杂性的环境塑造出来的系统必定呈现丰富、多样、复杂的整体涌现性。
系统科学对涌现产生机制的描述能够对武器装备体系的涌现产生机制适用。武器装备体系不仅具有一般复杂系统的特征,更具有复杂性与不确定性、动态演化性、可变伸缩性和网络交互性等整体特征,同时组成武器装备的系统具有自主性、支配性、异构性和分布性等,并且在武器装备体系中,具备智能的人具有非常大的作用。因此,武器装备体系与一般复杂系统、体系相比,其涌现特征具有以下一些独特的性质。
(1)武器装备体系的创造性活动与决策产生涌现。武器装备体系的主体是具备智能的人和由人与系统结合实施作战行动。因此在武器装备体系的对抗使用过程中,会涌现出创造性的活动行为和创造性的决策行为,这种独特的过程是武器装备体系独有,并且是在武器装备体系建设与实施过程中重点支持、追求和保护的,这也是武器装备体系对抗作战中获得胜利的重要因素。
(2)武器装备体系的一致性目标产生涌现。武器装备体系要求集中调动它所有的资源,并将所有的成员快速组成一体实施体系对抗的作战。为了能够赢得体系对抗的作战,需要把所有可用的成员同时统一组织起来,最大限度地获得对战场环境和对方行动策略的理解,并集中所有的力量开展作战行动,并及时对对方的行动做出行之有效的反应。这种一致的目标和行为能够促使很多潜在的涌现产生。
(3)最优动态化与复杂化产生涌现。对于武器装备体系来说,有两种极端情况。第一种是每一个成员都独立行动,没有协作。这种为数众多的没有协作与合作的独立作战行为,对整个体系并无好处,不能形成合力来共同应对复杂的战场环境。第二种是所有成员都受到事先确定方案、策略的约束与限制,整个体系是一个固化的结构和程序化的流程,所有作战行动都受到严格的限制,这样也不能够应对战场环境的剧烈变化。所以武器装备体系需要在这两个极端的中间快速形成复杂动态的最优选择,这就是复杂性和动态性的优化。快速最优动态复杂性是武器装备体系积极和消极涌现的重要前提。
(4)模糊博弈选择的涌现性。武器装备体系在建设过程中,会收到大量的数据、信息和知识。怎样选择、接受并在统一与变异、灵活性与程序性、稳定性和扩展性之间保持平衡,这是一个模糊的选择过程。在武器装备体系的对抗使用过程中,如何应对当前对方的行动策略,并根据过去的行为策略,进行怎样的决策,选择怎样的行动策略极具模糊博弈性。而这种基于极为模糊的博弈决策与选择,使得武器装备体系的涌现性更具不确定性。
(5)知识向心聚合性产生涌现。在武器装备体系的对抗使用过程中,知识共享是获得战争胜利的重要因素。武器装备体系将分布在不同位置的成员对战场环境的感知、对态势的理解和对形势的判断等知识,都在武器装备体系中心(数据中心与指挥中心)汇聚,并将适宜的知识在适当的时候传递给合适的人用于进行指挥决策并实施行动,这非常有利于产生积极的涌现。
(6)不断变化的边界产生涌现。武器装备体系在对抗使用过程,与环境之间的交互不断进行,导致武器装备体系与战场环境、与敌方之间的界限是不断变化的。这种变化都会导致武器装备体系时常面临全新的不确定情况,产生意想不到的涌现。
武器装备体系的涌现性只能在体系整体上得以观察到,局部成员系统是不具备的。体系的涌现性可以分为两种类型,一种是在体系形成后,产生了新的性质,形成了新的功能,这种涌现是体系出现了新的性能(能力)指标项,称为体系能力指标项涌现性;另一种是使原有的功能或属性产生了突变式的变化,这种涌现是体系性能(能力)指标项及其结构不发生改变,而性能(能力)指标的值发生突变,称为整体性能突变型涌现性。体系涌现性难以预测、还原和追溯,从体系构建完成后表现出来的涌现性是可以进行度量的,通过对体系涌现性的度量,能够反向分析和追溯体系涌现性的产生机理,可以为体系的设计、集成与验证提供方向指导。