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通用仿真实验组织与实施方法研究

韩志军
摘 要：通过忽略不同实验的细微差别，抽象仿真实验组织与实施的通用模式，从实验者角度规定了实验的关键步骤，规范了实验组织实施过程，确保实验的成功实施。
关键词：仿真实验 组织与实施 实验方法
：TP391.9 ：A ：1672-3791（2017）01（b）-0207-02
仿真实验已广泛应用于开发作战概念、分析战争问题、评估作战方案、检验作战效能等作战研究和辅助决策各个方面。然而，仿真实验是一项复杂的系统工程，成功的进行仿真实验的组织与实施非常困难。因此，研究一般性仿真实验的组织与实施方法，保证实验活动规范高效的进行具有重要的意义。
1 仿真实验组织的基本过程
仿真实验组织的基本过程主要包括3个主要阶段：仿真实验准备、仿真实验实施和仿真实验评估分析。仿真实验准备阶段必须要明确提供已知什么、想要实验的新知识是什么和怎么实验，最终产品为数据、模型和实验计划。仿真实验实施阶段主要根据准备的数据和模型构设实验手段，并按仿真实验计划进行调控、观测和采集实验数据。仿真实验分析阶段主要对实验采集的数据进行整理、分析，得出相应结论以便为实验人员所用。
2 仿真实验准备阶段
仿真实验准备的目的是清晰地定义仿真实验的目标、环境、条件，并制订仿真实验实施的详细计划，以确保仿真实验的价值和意义，使实验过程始终运行在正确的轨道上。
2.1 仿真实验构想
仿真实验构想从军事角度，在概念层次对所要做的实验进行设想，明确在什么环境条件下进行实验，实验要发现或验证演示什么，需要对什么进行调节控制以及观测记录什么。实验构想的主要工作包括：（1）确定实验目标，即实验要发现或验证的关系；（2）确定实验的假设条件；（3）确定实验的自变量；（4）确定实验的因变量；（5）确定实验需要控制的自变量；（6）确定变量的约束值。
2.2 仿真实验规划
仿真实验目标和需要考察的变量及关系确定后，便要对仿真实验进行规划。
2.2.1 仿真实验规划设计
实验规划设计要考虑如何将各种变量引入到实验中。实验设计需要将实验构想中列出的变量进一步分解细化，转换为能够引入部署到实验中的变量，并将各种变量分为自变量、因变量和中间变量三类。因变量构成了实验分析的目标函数，因变量的选择必须能完整准确描述实验的目标，而且要确保因变量的有效性和可靠性指标。自变量是对能够影响因变量变化的各独立因素的度量。因变量通常与众多自变量有关，它们之间的因果关系错综复杂，需要基于实验构想中的假设将自变量分为控制变量和调节变量。中间变量是影响因变量和自变量之间关系的变量，直接决定实验结果的可信性，必须认真仔细确定中间变量。
2.2.2 仿真实验任务清单
仿真实验的任务清单描述实验所要完成的各项任务，包括如下内容：（1）任务：需要做的是什么；（2）资源：每项任务由哪些组织负责，这些组织有什么样的资源，哪些组织对各项工作提供支持；（3）时间表：每项任务和子任务应该在什么时间节点完成以及这些工作時间顺序是什么；（4）边界：各项工作如何保持足够的独立性，从而可以成功实施？对于互相依赖的工作，如何协调？（5）偶然性：任务、资源、时间表或边界在可预测的环境中可能需要怎么调整。
2.2.3 可行性审查
可行性审查目的是：在制订具体的仿真实验计划之前，尽可能地发现实验中可能出现的问题，并及早解决问题。可行性审查包括下面的工作：（1）确定实验规划的各项任务及其进度是否可行；（2）为实验规划开发一个可执行的模型进行仿真，确保用某种更具体的形式综合和表达假设中所表达的抽象思想，通过可执行模型进行逻辑检查。
2.3 仿真实验计划
可行性审查之后，实验团队需要为实验制订详细的实施计划。仿真实验计划的好坏将直接影响到仿真实验的成败。在前期的工作中已经基本确定了实验设施，实验计划工作重点将从相对抽象的问题转到实验中如何具体实施这些工作上来。
2.3.1 实验条件构建计划
由于仿真实验系统十分复杂，计划必须保证有足够的时间完成实验系统构建工作。技术人员应尽可能早地了解实验设计者的计划和目标，以便及早开发相关技术，同时还应从自身专业领域尽早识别出存在的风险，并在允许的时间内加以改正。此外，组成实验环境的各系统必须得到校验、测试与确认，以使实验环境能够满足实验的需要。
2.3.2 实验过程控制计划
由于存在大量的中间变量，实验团队必须确定如何控制它们的影响。其中应重点关注实验需求方对实验的影响。他们与实验主体之间的交互，会改变他们在实验中的工作进程。因此，精心计划的实验要事先考虑到这些因素，在向实验需求方提供了解实验过程的同时，尽量避免他们对实验结果造成影响。
2.3.3 数据采集和分析计划
虽然在实验中需要先收集数据再进行分析，但在考虑数据采集分析计划时，要首先考虑数据采集是否能全面、有效地支持数据分析的开展。
3 仿真实验实施阶段
对于复杂的仿真实验，无论计划多么周详，都有可能出现意想不到的情况，详细计划在实施过程中都可能要经过不断的调整、改进才能实现。在仿真实验实施过程中，需要做好以下3个方面的工作。
3.1 建立仿真实验环境
建立实验环境通常由实验技术支持人员构建完成，需要大量时间来搭建需要的系统并对各种设备进行检查，而且经常会超过预期估计的时间。经常遇到的情况是单个系统运转正常，但当系统进行协作、交换信息或访问同一个数据时就会出现问题。将测试良好的、可靠的系统集成在一起是一项困难的工作。因此，要保证所有系统正常工作和交互，并可以支持实验，需要提前精心准备。
3.2 仿真实验的预测试
实验预演或预测试是正式实验之前，对整个实验过程进行的预演或彩排，目的是发现实验计划中存在的漏洞，以便修改和充实实验计划；发现实验中可能出现的问题，提前制定解决预案；对没有实验经验的参与人员进行培训。对复杂仿真实验进行预测试是一个必需的先决条件，是实验实施的一个重要阶段，要给予特别重视，因为这是提前发现问题，确保实验高效、顺利进行的关键。
3.3 仿真实验实施
在实验实施工程中，仿真实验最主要的任务是：（1）质量控制，确保实验按计划和设计进行，排除外部因素干扰；（2）数据完整性，确保收集到正确的数据，在数据采集、聚合、存储或数据化简的过程中没有偏差；（3）听取所有参与者的反馈，确保高质量的数据采集，对可能影响数据或数据解释的问题都进行充分的收集了解。
4 仿真实验分析阶段
數据分析、对实验做出评估、撰写分析报告，以及报告、出版和发行实验结果，是仿真实验不可分割的一部分，也是实现实验目标、提高实验价值、扩展实验影响及应用的重要方式。
4.1 数据分析
数据分析的目的是对实验的问题，即实验的因果假设是否一致做出合理的解释。分析采用的形式通常有讨论会和工作组两种。如果实验得出的数据是线性关系，通常使用通用线性模型进行分析。如果实验数据是非线性关系，一般做法是使用各种转换工具，把非线性数据转换成线性关系。
4.2 实验评估
实验评估是对实验做出最后评价，将知识转化为能力的重要步骤。实验评估有时也称作实验分析，它与数据分析的区别在于：一是二者分析的内容不同。数据分析主要用于分析从实验中收集来的数据，其结果是形成数据分析报告。而实验评估是以数据分析结论为基础，对整个实验做出评价，其结果表现形式是实验报告；二是实施分析的人员不同。数据分析人员是专职从事分析的技术人员。而实验评估人员是实验设计人员，有很多军事人员参与，特别是实验报告要由军事人员撰写，而数据分析报告由数据分析人员撰写。
4.3 撰写报告
仿真实验通常要撰写两份实验报告，一份初步报告和一份详细的实验报告。初步报告通常以简短公文或简报两种形式撰写，目的是向实验需求方报告实验的初步结论。详细报告不仅要阐明实验的结论，而且要详细描述实验的细节，包括：一是仿真实验要回答哪些问题；二是仿真实验为什么能回答这些问题；三是参加仿真实验的人员、时间和地点，实验是如何组织实施的；四是实验中发生了什么情况，并详细描述每个情况；五是实验结论。
参考文献
[1] David S Alberts， Richard E hayes. Code of best practice for experimentation[M].CCRP USA：2002.
[2] McCue B. The Practice of Military Experimentation[EB/OL]. http：//a.org，2003.
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