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Risk Simulator软件案例研究:实物期权模型以及KVA在美国海军军事策略中的运用

教育装备采购网 2017-09-14 15:40 围观603次

  本文由中国科学软件网发布,有任何疑问,请联系我们。

  此案例由Cesar Rios中尉、Tom Housel博士以及Johnathan教授共同完成。Rios中尉是美国加州圣地亚哥第三远征军的情报官。Tom Housel博士是信息科学的教授,执教于美国加州蒙特瑞尔的海军研究生院(NPS)。对于本案例,如有问题,请联系Housel博士(tjhousel@nps.edu)。

  美国海军花费了数百万美元投资于信息技术(IT)的研究,以提供信息战争(IW)的快速反应能力以及情报收集系统。为了使政府获得最大的收益,我们需要用到适当的评估工具。本案例研究将KVA(Knowledge Value-Added)以及实物期权模型运用于情报收集过程中的海军密码升级系统(CCOP),为此美国政府着眼于人力资源以及信息传递的过程。此案例的目标是为IW系统建立合理的模型以辅助设计预算。模型必须提供可供测量的目标,从而能够评估现存的和未来的CCOP系统。

  面临的挑战

  海军运筹管理处的总监将2005财政年度的目标设置为如下三个:效率、衡量标准以及投资收益。鉴于此,CCOP的项目长官Brian Prevo发现在12个IW CCOP系统中分配资金是一件非常困难的事情。是否应该对每个项目都平分资金?是否有一个项目需要获得最多的资金以升级换代?使用者有哪些偏好?为了合理规划预算,Prevo必须度量每一个CCOP系统的投资收益。此外,他还必须使项目可以满足美国海军对全球信息的监管以及侦察(ISR)。Prevo与美国海军研究生院的研究人员进行了合作,同时也竭力帮助海军研究生院的Cesar Rios。当执行ISR任务时,Rios在各种平台(舰艇、飞机)负责对CCOP系统以及其他的IW系统进行管理控制。Rios是整个团队的领导也是这方面的专家,他与Housel博士以及Mun博士通力合作,共同完成了对CCOP资金分配的研究。

  背景

  在美国的安全战略中,信息至关重要。根据美国国家安全战略(NSS),信息是面对敌国威胁以及恐怖分子的第一道防线。“9·11”事件之后,美军意识到针对冷战而提出的信息战略已经无法适应新时代的复杂的美国国土安全问题。为了使美国的谍报能力与不断变化的安全威胁同步,美国采取了以下措施:

  为美国及其盟国提供全方位的信息预警。

  研发新的信息技术以维持信息优势。

  对未来的谍报能力加大投资力度。

  收集与恐怖分子有关的情报,并对其进行分析。

  美国情报活动每年要花费400亿美元,并且其中的大部分都花在了ISR活动上。ISR是一套收集、处理并且散步情报的系统。ISR为国家安全战略的决策者和军方提供了大部分的信息。ISR系统的组成部分中,小至数码相机,大至数十亿美元的卫星。有些ISR项目广泛收集信息,而有些则专门针对特定的武器收集信息;一些是“国家”系统,为政府当局提供信息,一些则是“战术”系统,为指挥官提供战地信息。ISR分为三种类型:国家信息项目(NIP)、军方联合信息项目(JMIP)以及战术信息和相关活动(TIARA)。

  军用的大多数情报来自于防御情报局(DIA),这个机构处理HUMINT、MASINT、大部分的国防部(DoD)战略以及长期分析结论;国家安全局(NSA)主要处理SIGINT;国家测绘局(NIMA)主要处理IMINT。在某种程度上说,军事情报体系还包括:中央情报局(CIA)、国务院、能源部、司法部以及财政部。

  海上ISR

  海军于2003年的路标转换需要重组海上ISR,从而将DoD的5000系列与联合战争理念结合起来。我们的目标是定义一套衡量标准,从而使信息需求者能够及时、低成本以及有效地获取信息。海上ISR位于海军运筹系统的核心,并且是提高运筹速度与效率的核心元素。面对当今的安全威胁,有必要扩充ISR的涵盖范围,从而使军方与NSS有同样的决策优先权。

  情报收集过程(ICP)是战术的海上ISR单位(舰艇、飞机以及其他平台)完成信息诉求的途径。一旦信息诉求得到满足,各种学科以及信息技术将被共同用于搜索、获取、处理以及反馈处理结果给战术使用者(例如,舰艇官兵以及攻击部队)和国家层次的使用者(例如NSA)。图1.1显示的是大致的过程。

  

  图1.1 智能收集流程

  每一个过程被进一步分解为个体行动,这些行动或许需要在ICP中执行次级过程。例如:次级过程(Target Data Processing)可以被分解为以下任务:

  1.基于人工的(非自动)

  a.人工复制并直接汇报。

  b.人工翻译并处理。

  2.基于IT的

  a.直接转换为报告

  (1)解码

  (a)所有基于IT的信息。

  (b)人工可以完成的。

  (2)解密

  (a)所有基于IT的信息。

  (b)人工可以完成的。

  b.引导发现

  (1)自动的——局域方位(LOB)。

  (2)人工完成——LOB。

  (3)人工完成——B-rep要求。

  c.地理定位

  (1)特殊处理

  CCOP于1994年建立,它已经发展出了能够对来自海陆空的情报进行快速反应的情报系统。有大约100艘能够破译密码的舰艇已经进入了海军编制。它们中的每一个都是便携设备、地下以及空中平台的潜在使用者。CCOP系统的功能广泛,它的基本功能如下:

  战术侦察、定位。

  在扩展的范围被动引导、分类、追踪敌军意图。

  解释并汇报被截取数据的潜在或已知的含义。

  相关性追踪。

  CCOP是一套高级的解密系统,它利用了商用现货供应技术(COTS)、政府现货供应技术(GOTS)、模块以及开放体系。把COTS以及GOTS系统运用于ISR系统时,需要进行各种层面的融合,从而为系统以及任务管理者提供结论报告和数据分析。COTS以及GOTS系统需要在某些层面进行修改才能满足舰艇的需求。在投入实际运营前,这套体系必须接受系统化的测试,从而确保实用性以及可靠性。它们同样也需要接受网络攻击的测试(如果它们被连接到海军的网络的话)以及协同工作能力的测试。

  评估技术

  对信息评估技术的投资是一项令人畏惧的挑战。尽管我们有许多方法评估对IT的投资,投资收益(ROI)仍然是在衡量过去、未来以及潜在的成绩时使用得最广泛的。其他的技术被用于在一个组织的法人层次和次级法人层次评估IT的影响。尽管方法不同,但是它们的目标是一致的,即为管理层提供度量有形的IT投资和无形的智力资产的方法。公司层面的分析可以判定组织内部IT和智力资产的业绩。子公司层次的分析着眼于与组织产出有关的次级过程,并且试图建立一套在次级过程内部衡量智力资产和IT资产的度量标准。

  ROI在公共领域中的运用

  ROI能够帮助经理和投资者做出有效的决策,但是如果一个组织向美国的DoD那样不能产生可测量的收益,这怎么办呢?传统的ROI衡量标准不能度量公共部门的IT系统的收益。当针对公共部门运用ROI分析时,需要注意以下几点:

  缺乏有效衡量收益和利润的标准,这为度量整个组织产生的总收益带来了巨大的挑战。

  在一堆棘手的数据中很难有效找出实实在在的数据。

  ROI依赖于成本与收益;我们难于区分利益接受者与股权持有者,因为潜在的利益相关者是项目的参与者、参与者的经理、项目的赞助者或纳税人。

  不论义务与代价如何,政府都必须为社会提供服务。

  公共预算部门受到越来越高的关注,因为股权持有者、经理以及纳税人不断对政府的义务和公共投资的透明度提出越来越高的要求。这使得管制的加强,正如1993年的政府业绩法案(GPRA),它出于义务与成本的考虑,要求建立度量策略性计划与业绩的标准。这些挑战迫使公共部门找出定量的方法以度量公共服务与公共品的总产值。

  ROI在DoD项目中的运用

  对许多情报项目的资助来源于DoD,这要求所有的IT项目被当作投资(而非赠与品)来管理。为了达到这个目标、满足政府管制措施和遵守GPRA、信息技术管理与业绩法案(ITMRA)等法规的要求、DoD必须有效度量投资过程。尽管盈利能力并非DoD和非营利组织的主要目标,但是政府必须确保纳税人的钱得到有效利用并且使市民以及社会获得最大的利益。

  在用ISR度量总收益以及风险时,存在着许多问题。技术的复杂性(这来源于使用COT/GOTS系统、开放建筑系统、不断演变的软件标准、缩短的时间限制以及资金供给的不稳定性)对海上ISR系统造成了威胁。尽管DoD对所有的项目和工程实施了严格的测试和评估(T&E)以减小风险,但是仍然缺乏对IT系统进行精确度量的标准。能否发展具有可测性的关键业绩参数(KPP)以及有效性的度量标准(MOE),从而在各种环境中对业绩进行度量,这决定了T&E的成败。

  此案例的另一个困难是将输出结果转换成货币利益。在商业案例中,输出结果被表示成每个单位的价格,然而对于DoD和非营利性案例,这样的方法却不起作用。在运用经验的财务分析,尤其是在寻找制定财政决策的底线时,这种问题将会产生。DoD采用的评估方法必须包括通用的框架,从而能够从美国国家安全的全局角度来理解、评价以及证实政府对IT投资的影响力。针对这种目的,KVA方法是一种可行的评估技术。

  智力增值方法论

  智力增值方法论(KVA)由Thomas Housel博士和Valery Kanevsky博士在15年前创立,其目的是评估智力资产(人工和IT)的增值情况。该理论基于如下假设:商业组织和其他所有组织通过一系列过程和次级过程生产出产品(例如:物质产品和劳务),而这些过程和次级过程正是把原始投入品转化为产出品的过程(例如:把劳动转化为服务,把信息转化为报告)。组织生产过程中,投入品发生的改变正如熵的改变。在《美国传统词典》中,熵被定义为“度量一个封闭的系统中发生的变化的标准”。在商业领域中,熵可以被用来衡量在获得产出品过程中投入品发生的改变程度。

  如果我们能够描述所有过程的单位产出,那么经理们就可以在任意一个时点对成本和收益进行度量。在次级组织层次,我们可以对获取的信息、传统的会计账目、财务业绩以及盈利能力进行度量。KVA与其他财务模型有如下两个重要的不同点:KVA可以分析次级组织层次的度量标准;出于会计记账的考虑,它可以在所有次级过程中对成本与收益进行配置。

  KVA以智力资产作为基础,主要是对熵与价值增值之间的关系进行控制。生产过程引起的变化的单位由引起这些变化所需的智力资产进行衡量。更具体地说,就是用工人接受培训所需的平均时间去衡量熵的变化。

  本案例将KVA、Monte Carlo模拟以及实物期权模型运用于USS Readiness,从而我们可以知道项目的管理者是如何在每一个CCOP系统的过程和次级过程中对财务进行度量的。

  USS Readiness

  本案例的目标是评估海上ISR中CCOP系统的效率。运用KVA方法,我们可以制定出度量标准并且可以用现存的和将来的项目对CCOP进行比较。在这个部分,我们将回顾如何将KVA运用于CCOP项目的两个次级过程:研发/收集过程(P4)、数据格式和报告总结(P8)。

  USS Readiness是执行ISR任务的假想的美国海军舰艇。该舰艇除了乘务员之外,还有利用CCOP系统执行情报收集过程的IW操作员;其装配有可维持6个月的常规补给,在国家和战术层次负责每日的ISR收集任务。USS Readiness上的两队人马(ISR队员和IW人员)包括:分区指挥官、分区的次级指挥官、信号操作员以及公共操作员。每一个IW指挥官在ICP中执行某个特殊的过程。接到请求后,ISR队员将提供一系列报告,包括:原始情报的报告、技术报告、分析师之间的交流以及每日的总结报告。USS Readiness装配了4套CCOP系统(A、B、C以及D)。

  见表1.1,在某个带有基础设施的特定平台上,CCOP系统可以运用于单一次级过程或者复合次级过程。此外,某些系统诸如CCOP A系统,非常复杂,其包含多个次级系统。借助于KVA,我们可以度量成本和收益(见表1.2)。显然,对于一家公司,成本与收益可以很快获得,但KVA的真正用途在于公共领域。

  表1.1 USS准备就绪的CCOP系统

  次级过程名称

  CCOP A

  CCOP B

  CCOP C

  CCOP D

  P1

  返回请求/任务

  X

  P2

  判定最优化/设备组合

  X

  P3

  生产函数研究/计划方案

  X

  P4

  研发/收集过程

  X

  X

  P5

  目标数据获取/捕获

  X

  X

  P6

  目标数据处理

  X

  X

  X

  X

  P7

  目标数据分析

  X

  X

  X

  P8

  数据格式和报告总结

  X

  P9

  QC报告

  X

  P10

  传送报告

  X

  表1.2 CCOP C,D和固定的IT基础设施的P4和P8成本配置

  指派给CCOP C的代理收入($US)

  指派给CCOP C的成本($US)

  指派给CCOP D的代理收入($US)

  指派给CCOP D的成本($US)

  指派给固定设施的代理收入($US)

  指派给固定设施的成本($US)

  $-

  $-

  $28156

  $10250

  $-

  $-

  $13868

  $10250

  $58253

  $12000

  $19906

  $63462

  $241667

  $102500

  表1.3列举了主要结果,其中ROK是智力的收益(生产率)、ROKA是智力资产的收益(利润率)、ROKI智力投资的收益(价值方程)。

  表1.3 P4和P8 KVA矩阵

  总额的KVA矩阵

  次级过程名称

  ROK(比例)

  ROK(百分比)

  ROKA

  ROKA

  P4

  研发/收集过程

  3.39

  339.01%

  70.50%

  239.01%

  P8

  数据格式和报告总结

  0.80

  79.63%

  -25.59%

  -20.37%

  总额的矩阵

  14.10

  1410.20%

  157.31%

  410.20%

  KVA可以提供结构化的数据从而进行不同的风险分析以及其他分析(例如实物期权分析)。将KVA历史业绩的度量标准、模拟以及实物期权模型结合起来,可以使CCOP的管理层以及美国海军对人力资产、系统以及配置和雇用的选择权的未来价值增值进行评估、比较。

  对实物期权模型的分析

  如图1.2所示,实物期权模型被用于判定三种基本期权的未来价值。带有KVA数据的实物期权模型(此模型步长为8)被用于估计本书曾经提到过的期权的价值。

  

  

图1.2 CCOPs的三个路径依赖的实物期权战略

  第一个期权(A—远离海岸)使用了多个不同的CCOP系统,这些系统使得所有产生的数据可以被远程监控中心分析。之所以这样处理,是出于如下考虑:如果情报的收集过程可以被远程统一的监控中心完成,那么舰艇上就只需要配备更少的情报人员。现在军方比较青睐这种运用远程统一的控制中心的思路,因为这样可以消减开支并且提高岸基作战能力。这正如同商业领域中统一的客服控制中心,例如:规模更大但数量更少的呼叫中心。

  第二个期权(B—直接支持)着眼于如何在舰艇之间实现CCOP设备与操作人员的转移。其思路是,当一艘舰艇靠岸进行维护、维修或升级时,我们就把该舰艇的CCOP设备和操作人员转移到即将出航的舰艇上。这样,舰艇的情报收集工作就只需要更少的CCOP设备和操作人员。

  第三个期权(C—永久SSES)使舰艇上的CCOP设备和操作人员不发生转移。此方法需要更多的CCOP设备和操作人员,这会提高潜在的成本,但却会为舰艇指挥官提供更强大的情报控制能力。

  对这些结果的分析(如图1.3所示)表明期权C的价值最大。这个结果会让我们产生疑问,既然期权B和期权C都可以节省成本,那么为什么它们的价值反而不如期权A呢?然而,因为KVA提供了货币化的度量标准,这使我们有可能看清期权C有着更高的收益。舰艇的指挥官都选择期权C,因为它能为情报资产提供更高的控制能力。所以按照直觉,指挥官们都会选择期权C,但是如果没有KVA,那么我们就不能为指挥官的直觉提供科学的依据。

  

  图1.3 实物期权分析结果汇总

  随着时间和经验的增长,远程期权可能会比数据收集技术提供更高单位成本的收益,因为远程控制可以为舰艇平台提供更强有力的运筹控制。但是,当前海军运筹控制环境的带宽限制制约了远程控制系统,因为远程控制系统对带宽有较高的要求。

  CCOP项目管理层要求使用KVA和实物期权模型对此做进一步的分析。海军战斗群目前正在装配可以运用KVA、模拟以及实物期权模型的软件,从而可以实时监控数据收集过程和CCOP系统的性能。下一步,我们将使软件能够为指挥官和项目管理者找出针对CCOP系统配置方案的最优期权,从而满足海军指挥官以及其他联邦政府从事情报收集和分析的机构的需要。

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