董志明，郭齊勝

(裝甲兵工程學院裝備指揮與管理系，北京100072)

為了適應信息化武器裝備體系發(fā)展對裝備需求論證工作提出的新要求，筆者提出了裝備需求論證工程化的概念，其特征是規(guī)范化、模型化、工具化和資源化。裝備需求論證工具化就是在規(guī)范化和模型化的基礎上，將復雜的裝備需求論證工作在計算機上加以實現，形成面向全過程和重要環(huán)節(jié)(如需求建模)的工具集及支持平臺，以滿足裝備需求論證人員基于現代系統(tǒng)工程思想開展裝備需求論證工作的工具需要［1］。工具化是規(guī)范化和模型化的軟件實現，是工程化的落腳點，也是裝備需求論證工程化的重點工程。本文研究裝備需求論證工具化實現的基本方法，旨在為裝備需求論證工具設計與開發(fā)提供理論指導。

1 研究現狀分析

國外體系結構框架標準主要有美國國防部的DoDAF［2-4］、英國國防部的 MoDAF 和北約的 NAF。在這些體系結構標準的指導下，其軍用和民用體系結構分析、建模和仿真軟件具有較大發(fā)展，有很豐富的軟件體系作為支撐，主要軟件有:Ptech公司的Framework工具，IBM公司的SA(System Architect)、TAU G2等系列工具，Vitech公司的Core工具等。

國內體系結構方法研究和應用起步較晚，但有關科研單位一直在緊密跟蹤，在體系結構工具軟件應用方面已取得一些成果，但是軟件的自主開發(fā)還處于起步階段。目前國內裝備需求論證支撐軟件研究成果主要包括:1)以裝甲裝備需求論證為代表的基于定性分析的需求論證信息管理系統(tǒng);2)華迪計算機集團有限公司的業(yè)務流程結構建模工具;3)軍內相關單位仿制國外體系結構建模軟件的裝備體系需求描述與開發(fā)工具。

總體上看，國內裝備需求論證軟件及工程實踐與國外相比還有較大差距，關鍵在于現有標準與我軍實際相差較大，缺乏頂層規(guī)范和設計等。其存在的主要不足如下。

1)沒有頂層設計標準和規(guī)范指導。美國、英國和北約等體系結構軟件發(fā)展比較好的國家或地區(qū)，都有頂層的標準規(guī)范作為軟件設計的指南，目前國內還沒有一個統(tǒng)一的機構來開展這項工作，因此認識上難以達成一致，各類軟件均是各自為戰(zhàn)，很難有后續(xù)發(fā)展的支撐。

2)理解和描述不一致。由于國內外思維方法、文化理解的差異，對國外體系結構技術和需求生成理論方法存在認識上的差距，尤其是對軟件實現中某些細節(jié)描述問題的不規(guī)范，導致對同一設計對象的表現和理解不一致，使得體系結構理論方法難以有效指導系統(tǒng)設計實踐。

3)對需求變更、重用技術研究不夠。體系結構是針對系統(tǒng)需求而設計的建設藍圖。隨著武器裝備信息化、體系化的發(fā)展，裝備需求來自多個方面，組成和關系也越來越復雜，當作戰(zhàn)任務發(fā)生變化時，需求也將隨之發(fā)生變化，但是由于需求變更、重用技術的缺乏，須對體系結構進行重新設計來滿足新需求，這將極大地增加開發(fā)風險和成本，同時降低開發(fā)的效率。因此，要加大對需求設計模塊化、變更跟蹤的研究，使需求變得可擴展，核心模塊可重用，以適應裝備需求論證設計發(fā)展需要。

4)數據一致性問題?，F有的體系結構框架大多采用多視圖結構，各視圖產品代表了不同的關注點，但描述的對象是相同的，因此組成它們的體系結構數據要素應該唯一地被定義，以確保不同視圖之間數據的一致性。在需求分析過程中，對相同內容的描述產生了不同的數據，導致不同產品和視圖之間的數據不能正確反映體系結構的本質特性，使得體系結構數據難以有機地集成，反而增加了系統(tǒng)開發(fā)的復雜度，降低了效率。因此，要注重數據模型的研究，在需求開發(fā)過程中要有統(tǒng)一的數據模型和底層數據庫作為支撐，形成對體系結構數據完整的描述，以指導系統(tǒng)開發(fā)。

2 主要功能需求

裝備需求論證系列工具面向軍事院校、科研院所和軍工集團等裝備承研承制單位，主要任務是輔助實現從高層作戰(zhàn)概念到裝備系統(tǒng)方案間各個層次的概念描述、需求分析、需求驗證、數據挖掘管理、需求管理、動態(tài)跟蹤與變更等活動，為裝備需求論證工作人員提供系列化的以定量計算為主、定性分析為輔的需求論證工具，輔助完成裝備需求論證各個環(huán)節(jié)的工作。其主要功能包括以下6個方面。

1)作戰(zhàn)概念分析功能。針對以往作戰(zhàn)任務/能力難以量化描述、定量評估的問題，按照使命分析—軍事構想—影響任務/能力規(guī)劃的開發(fā)模式，采取結構化的規(guī)劃方法和體系結構技術研制任務/能力體系量化描述與生成軟件，并利用價值中心法評估和優(yōu)化任務/能力體系構成，為裝備需求論證提供可追溯、復用的任務/能力資源庫。

2)需求分析功能。采用統(tǒng)一的可視化系統(tǒng)描述和系統(tǒng)分析方法，由作戰(zhàn)體系結構導出武器裝備系統(tǒng)需求，實現自頂向下的系統(tǒng)工程開發(fā)流程。主要包括裝備型號需求分析、裝備體系需求分析及裝備發(fā)展戰(zhàn)略需求分析三大核心功能，它們可單獨或組合使用，以完成武器裝備體系需求分析。

3)需求評估功能。主要包括需求一致性驗證、作戰(zhàn)能力評估、作戰(zhàn)效能評估、費效評估、風險評估、可行性評估功能。這些基本驗證評估功能可單獨或組合使用，既可以對本系統(tǒng)論證的方案進行反饋驗證與優(yōu)化，也可以對其他系統(tǒng)生成的需求進行評估與擇優(yōu)，是裝備需求論證的重要環(huán)節(jié)，也是難點工程。

4)需求管理功能。主要包括需求工程項目管理、需求追蹤變更、需求報告生成和數據模型管理等功能，能夠使武器裝備需求按規(guī)定程序生成和運行，提高裝備需求論證的質量和效率。

5)數據管理功能。主要實現對核心數據模型和外部數據資源的管理功能，解決體系中多系統(tǒng)數據理解、相互支持等問題，確保體系內不同系統(tǒng)之間數據的一致性。

6)集成研討功能。主要包括人機交互、結構化分析、定量化描述等功能，集成研討采用結構化、定量化方法描述定性化思想、語言，其實質是專家經驗、數據資料和計算機技術三者有機結合，構成一個以人為主的高度智能化的“人-機”結合系統(tǒng)，發(fā)揮系統(tǒng)整體優(yōu)勢來解決問題。

3 體系結構設計

裝備需求論證工具以體系工程思想為指導，遵循新一代體系結構標準，融合IDEF0、UML和SysML等先進的系統(tǒng)工程開發(fā)標準、描述手段和方法，由軍事概念、規(guī)范、知識、數據、模型、方法和軟件系統(tǒng)等綜合集成，是裝備需求論證工程化的集中體現，是支撐武器裝備需求分析、評估和管理的主要環(huán)境。

裝備需求論證工具化軟件體系結構如圖1所示，主要分為基礎層、系統(tǒng)層、支撐層和應用層。其中:基礎層是平臺運行的環(huán)境基礎，主要包括硬件環(huán)境和軟件環(huán)境，該層軟硬件環(huán)境與平臺本身沒有隸屬關系，是必需的外部支持;系統(tǒng)層是平臺的系統(tǒng)級模塊和通用標準、規(guī)范和協(xié)議，主要包括平臺的總體框架，其他模塊都掛接到系統(tǒng)總聯(lián)框架上;支撐層主要包括基礎支撐、應用支撐和數據支撐，基礎支撐以系統(tǒng)集成應用的商用軟件為主，應用支撐是在商用軟件數據庫和自行設計的模型基礎上，通過集成開發(fā)形成的專用構件，數據支撐主要包括核心數據模型和外部資源數據;應用層直接面向用戶，是用戶直接使用的軟件模塊，要求界面友好。

這種基于模塊化思想的體系結構框架設計層次清晰，條理清楚，滿足了平臺綜合集成、柔性拓展、靈活組合的設計要求，為平臺的實現奠定了較好的基礎。

圖1 體系結構

4 關鍵支撐技術

裝備需求論證工具軟件開發(fā)采取選用、改進和自主研發(fā)等多條路徑，為使裝備需求論證各環(huán)節(jié)支撐工具做到功能有序銜接、數據無縫鏈接，軟件集成技術和數據模型技術在系列化工具軟件融合中起到了至關重要的作用。

4.1 軟件集成技術

由于目前的體系結構分析軟件大多不具備二次開發(fā)功能，因此，要在這些軟件基礎上進行綜合集成開發(fā)的難度很大。如果裝備需求論證系列化工具中選用SA作為體系結構生成工具，則解決與SA軟件的功能集成和數據通信是需要突破的主要關鍵點。

SA軟件通過使用腳本語言擴展元數據定義文件達成擴展和定制功能，SA中提供了元模型，由元數據負責存儲模型庫，SA的對象模型是建立在其元模型基礎之上的，對元數據進行擴展，就能對SA的模型庫進行擴展［5］。SA提供的2個元模型數據文件為:系統(tǒng)文件saprops.cfg和用戶擴展定義文件usrprops.txt，均存儲在SA可執(zhí)行文件夾中。當SA載入某個體系結構產品時，首先讀入saprops.cfg文件，然后讀入usrprops.txt，兩者結合生成saprops.bin文件，按照載入順序，usrprops.txt文件將對saprops.cfg文件進行覆蓋，從而實現用戶定制與擴展SA元模型模板功能。對usrprops.txt文件進行編輯控制時，每個條目必須以 LIST、RENAME、DIAGRAM、SYMBOL或 DEFINITION等描述語句開頭。usrprops.txt文件覆蓋到saprops.cfg文件時，其條目都附加在saprops.cfg文件相關條目的末尾，但是包含CHAPTER命令時，usrprops.txt各條目附加在相關對話框的末尾。如果saprops.cfg文件中已有相同的CHAPTER或GROUP命令段，則 usrprops.txt文件中相同的命令段下的條目將附加于末尾。按照以上方法對usrprops.txt文件進行控制，即可完成對SA元數據模型的擴展和定制，從而實現裝備需求論證工具對SA視圖產品的無縫鏈接。

4.2 數據模型技術

裝備需求論證是一項復雜的系統(tǒng)工程，包括需求分解、參數計算、目標優(yōu)化、方案權衡等內容，工作量巨大，涉及 DoDAF、SysML、SA等不同的標準、語言和軟件，協(xié)調復雜，通信困難。建立統(tǒng)一的數據模型，從根本上解決數據通信、二義性等問題，是裝備需求論證工具化最重要的工作之一。

美國國防部體系結構框架DoDAF2.0中采用的DoDAF元模型(DoDAF Meta-Model，DM2)取代支持早期版本的核心體系結構數據模型(Core Architecture Data Model，CADM)，DM2 在體系結構中和跨體系結構之間建立了語義一致性的基礎，并且支持體系結構信息的交換與重用。DM2包括概念數據模型(Concept Data Model，CDM)、邏輯數據模型(Logic Data Model，LDM)和物理交換規(guī)范(Physics Exchange Standard，PES)3個級別。每個級別都是重要的，分別適應決策過程中不同級別決策人員的需求。其中:CDM定義了高級數據結構，采用易于理解的語言和非技術術語建立體系結構，描述數據結構間的關系，能使各個級別的主管和管理人員理解體系結構的數據;LDM是在CDM上增加技術信息，它使用體系結構的數據定義，而無需考慮執(zhí)行細節(jié)和產品細節(jié)問題，其另一目的是提供一種通用數據定義詞典，確保邏輯層數據無論處于結構的何處，都能始終如一地表示同一概念;PES也稱為物理數據模型，它是在邏輯數據模型上增加特定的一般數據類型和執(zhí)行屬性而形成的［4］。

按照DM2的組織原則，不管采用何款體系結構開發(fā)工具(支持DoDAF2.0)開發(fā)視圖模型，如果交換體系結構數據，PES就是交換的規(guī)范。PES提供了一種有效、標準的方法，以確保在一個與工具集、方法無關的環(huán)境中能夠共享數據。裝備需求論證工具開發(fā)中使用可擴展標記語言(eXtensible Markup Language，XML)范式定義(XML Schema Definition，XSD)，通過電子數據表或其他方法記錄體系結構數據和信息，并且將數據和經過組織的信息存儲到數據庫，這些均由于采用了PES所達成的共識而變得更加容易。裝備需求論證系列工具與其他配套軟件之間的數據關系如圖2所示。

圖2 裝備需求論證系列工具與其他軟件數據關系

5 結論

研制科學實用的裝備需求論證工具軟件是一件復雜而艱巨的系統(tǒng)工程，需要清晰明確的功能需求、合理優(yōu)化的體系結構，并突破軟件集成中關鍵核心技術。本文采用體系結構技術研究解決裝備需求論證工具化問題是一個新的嘗試，對實現裝備需求論證工程化具有開拓意義，但相關理論、方法和技術還有待深入研究。

［1］ 郭齊勝，董志明，穆歌.裝備需求論證工程化基本理論研究［J］.裝甲兵工程學院學報，2012，26(1):1-4.

［2］ DoD Architecture Framework Working Group.DoD Architecture Framework Version 1.0［EB/OL］.(2003-08-30)［2012-05-20］.http://acqnotes.com/Attachments/DoDAF_V1_Volume_II.pdf

［3］ DoD Architecture Framework Working Group.DoD Architecture Framework Version 1.5［EB/OL］.(2007-04-23)［2012-05-20］.http://dodcio.defense.gov/Portals/0/Documents/DODAF/DoDAF_Volume_II.pdf

［4］ DoD Architecture Framework Working Group.DoD Architecture Framework Version 2.0［EB/OL］.(2009-05-08)［2012-05-20］.http://acqnotes. com/Attachments/DoD% 20Architecture%20Framework%20Version%202.0.pdf

［5］ 陳鑫，黃力，羅雪山.體系結構建模工具SA分析與研究［J］.電子設計工程，2011，19(13):19-22.