張 芹，南建設(shè)

（中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，成都 610036）

基于能力要素的系統(tǒng)指標(biāo)體系論證方法?

張 芹??，南建設(shè)

（中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，成都 610036）

在分析研究常用理論方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，提出了一種基于能力要素的指標(biāo)體系論證方法。該方法把系統(tǒng)指標(biāo)體系看作一個(gè)整體，從系統(tǒng)能力、指標(biāo)確定原則和系統(tǒng)運(yùn)行背景等多視角對(duì)其進(jìn)行綜合分析。給出了該方法的論證框架，結(jié)合實(shí)例描述了該方法的論證過(guò)程，可供相關(guān)人員進(jìn)行系統(tǒng)指標(biāo)論證時(shí)參考。

綜合電子信息系統(tǒng)；復(fù)雜系統(tǒng)；指標(biāo)體系；體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；能力要素

1 引言

指標(biāo)體系是系統(tǒng)研制建設(shè)的依據(jù)，是考核和評(píng)價(jià)系統(tǒng)能力的基礎(chǔ)。指標(biāo)體系的先進(jìn)性、完備性、準(zhǔn)確性、可行性等是確定指標(biāo)的重要原則［1］。指標(biāo)體系論證是遵循指標(biāo)確定原則，充分理解系統(tǒng)需求后對(duì)系統(tǒng)能力開(kāi)展定性和定量相結(jié)合、主觀和客觀相結(jié)合［2］的分析和描述過(guò)程。指標(biāo)體系論證是一個(gè)分析、綜合、權(quán)衡的過(guò)程，需要靈活掌握和運(yùn)用相關(guān)理論方法?？茖W(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展使得現(xiàn)在的綜合電子信息系統(tǒng)日趨復(fù)雜和開(kāi)放［3］，傳統(tǒng)理論方法很難直接應(yīng)用到大型復(fù)雜綜合電子信息系統(tǒng)的指標(biāo)體系分析論證過(guò)程中，迫切需要加強(qiáng)應(yīng)用方法研究，從以經(jīng)驗(yàn)主義為主走向以科學(xué)方法為主，使系統(tǒng)指標(biāo)體系論證更加科學(xué)、更趨規(guī)范。

體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用于描述和解決大型復(fù)雜綜合電子信息系統(tǒng)的總體論證問(wèn)題，其體系結(jié)構(gòu)框架是一種規(guī)范化的體系結(jié)構(gòu)描述方法，已成為體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要工具。最具影響力的體系結(jié)構(gòu)框架是美國(guó)國(guó)防部發(fā)布“國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架”（DoDAF），但其只提出設(shè)計(jì)符合該框架的若干指導(dǎo)原則，并未提供詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程［4］。本文通過(guò)分析系統(tǒng)論證中常用的德?tīng)柗品?、層次分析法、黑箱法等理論方法的特點(diǎn)，借鑒DoDAF2.0多視角的系統(tǒng)能力框架描述方法，提出了基于能力要素的系統(tǒng)指標(biāo)體系論證方法。

2 相關(guān)理論方法

目前，描述某類具體指標(biāo)體系的資料較多，但描述指標(biāo)體系分析論證理論方法的較少。指標(biāo)體系論證通常作為系統(tǒng)總體論證的重要內(nèi)容，主要采用系統(tǒng)論［5］的理論方法。系統(tǒng)論的方法就是把研究對(duì)象以系統(tǒng)的形式加以考慮的一種方法。具體來(lái)說(shuō)，就是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，著重從整體與部分（要素）之間，從整體與外部環(huán)境的相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的關(guān)系中綜合地、精確地考察對(duì)象，以達(dá)到最優(yōu)處理問(wèn)題的一種方法，其特點(diǎn)是整體性、綜合性和最優(yōu)化性。系統(tǒng)論方法的具體操作方法有德?tīng)柗品ê蛯哟畏治龇ǖ取?/p>

德?tīng)柗品ǎ―elphi）是20世紀(jì)40年代由赫爾姆和達(dá)爾克首創(chuàng)，經(jīng)過(guò)戈?duì)柕呛吞m德公司發(fā)展而成的一種規(guī)定程序的專家調(diào)查法。該方法的基本過(guò)程為：確定目標(biāo)-選擇專家-設(shè)計(jì)評(píng)估意見(jiàn)征詢表-專家間信息反饋。Delphi方法可充分發(fā)揮專家群體智慧，但由于具體操作時(shí)需要不斷集中、反饋和收斂專家意見(jiàn)，對(duì)于快速?zèng)Q策難于應(yīng)用。另外，在選擇合適的專家方面也較困難。

層次分析法（AHP）是20世紀(jì)70年代由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)薩第教授提出的一種系統(tǒng)分析方法，是一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)屬性決策分析方法。應(yīng)用這種方法，決策者通過(guò)將復(fù)雜問(wèn)題分解為若干層次和若干因素，通過(guò)在因素之間的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算和比較，得出不同方案間的權(quán)重，從而為選擇最佳的決策提供依據(jù)。AHP方法的核心是將系統(tǒng)劃分層次，且只考慮上層元素對(duì)下層元素的支配作用，同層元素被認(rèn)為是彼此獨(dú)立的。這種層次階遞結(jié)構(gòu)給處理決策問(wèn)題帶來(lái)了方便，但同時(shí)卻限制了它在復(fù)雜決策問(wèn)題中的應(yīng)用。

在復(fù)雜系統(tǒng)論證早期，系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)尚不清楚，或者系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜尚不能分解，控制論的黑箱理論提供的研究方法是非常有效的。所謂黑箱法，就是采用不打開(kāi)系統(tǒng)，僅從系統(tǒng)的整體聯(lián)系出發(fā)，通過(guò)系統(tǒng)的輸入控制和輸出結(jié)果關(guān)系的研究，從外部去認(rèn)識(shí)和把握系統(tǒng)的特性，探索其結(jié)構(gòu)和機(jī)理的研究方法。

3 基于能力要素指標(biāo)體系論證方法描述

3.1 系統(tǒng)指標(biāo)體系論證框架

我們定義系統(tǒng)指標(biāo)體系是表征系統(tǒng)能力的相互關(guān)聯(lián)或相互作用的一組要素。從這個(gè)定義出發(fā)，要真實(shí)反映系統(tǒng)能力，系統(tǒng)指標(biāo)體系論證需要考慮其表征系統(tǒng)所在領(lǐng)域的技術(shù)整體發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有水平，需要考慮其表征系統(tǒng)的個(gè)體任務(wù)特點(diǎn)、研制建設(shè)約束條件，需要考慮指標(biāo)體系自身要素的關(guān)聯(lián)性、相互作用等多個(gè)方面。參考體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)多視角的分析方法，我們提出了基于能力要素的系統(tǒng)指標(biāo)體系論證框架，如圖1所示。

圖1 基于能力要素的系統(tǒng)指標(biāo)體系論證框架Fig.1 The index system demonstration architecture framework based on capability factor

基于能力要素的系統(tǒng)指標(biāo)體系論證框架中，我們把系統(tǒng)指標(biāo)體系看作一個(gè)整體，從系統(tǒng)能力、指標(biāo)確定原則和系統(tǒng)運(yùn)行背景等3個(gè)視角綜合地考察論證對(duì)象。論證首先基于系統(tǒng)能力要素集抽取系統(tǒng)指標(biāo)要素集，在重點(diǎn)分析系統(tǒng)指標(biāo)體系中各指標(biāo)要素之煎以及整體與外部環(huán)境的相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的關(guān)系基礎(chǔ)上初步確定系統(tǒng)指標(biāo)要素集；然后遵循指標(biāo)確定原則，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行背景分析確定系統(tǒng)各層次指標(biāo)要素的可度量數(shù)據(jù)、驗(yàn)證方式等指標(biāo)內(nèi)容；最后用規(guī)范化的文檔對(duì)生成的系統(tǒng)指標(biāo)體系產(chǎn)品進(jìn)行描述，從而完成系統(tǒng)指標(biāo)體系的論證。

3.2 系統(tǒng)指標(biāo)體系論證過(guò)程

經(jīng)過(guò)規(guī)范化設(shè)計(jì)，使用基于能力要素的系統(tǒng)指標(biāo)體系論證方法開(kāi)展論證主要分為系統(tǒng)指標(biāo)要素集分析、系統(tǒng)運(yùn)行背景分析、指標(biāo)數(shù)據(jù)論證、系統(tǒng)指標(biāo)體系檢查、系統(tǒng)指標(biāo)體系描述文檔生成等5個(gè)步驟，如圖2所示。這5個(gè)步驟是允許迭代和循環(huán)的，論證過(guò)程中并不強(qiáng)調(diào)必須順序地執(zhí)行這5個(gè)步驟。

圖2 基于能力要素的系統(tǒng)指標(biāo)體系論證過(guò)程示意圖Fig.2 Sketch map of index system demonstration process based on capability factor

3.2.1 系統(tǒng)指標(biāo)要素集分析

針對(duì)大型復(fù)雜綜合電子信息系統(tǒng)，在系統(tǒng)層面我們定義系統(tǒng)層次為工程級(jí)和系統(tǒng)級(jí)兩級(jí)，其系統(tǒng)指標(biāo)體系也據(jù)此建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)模型示意圖Fig.3 Sketch map of index system layered structure mode

在開(kāi)始論證系統(tǒng)指標(biāo)體系之前，需要認(rèn)真分析研究系統(tǒng)使命任務(wù)和戰(zhàn)術(shù)性能要求，了解用戶期望利用系統(tǒng)解決與回答的問(wèn)題，描述出預(yù)期的系統(tǒng)各組織部分的效能以及集成后的整體效能，構(gòu)建出包括工程級(jí)和系統(tǒng)級(jí)結(jié)構(gòu)完整的分層級(jí)系統(tǒng)能力要素集，基于能力要素的系統(tǒng)指標(biāo)體系論證將以此為基礎(chǔ)構(gòu)建包括工程級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的系統(tǒng)指標(biāo)要素集。

系統(tǒng)指標(biāo)按照指標(biāo)的特性分為恭能性能指標(biāo)和通用性指標(biāo)。系統(tǒng)指標(biāo)要素集分析分為功能性能指標(biāo)要素分析和通用性指標(biāo)要素分析兩部分展開(kāi)。

（1）功能性能指標(biāo)要素分析

從系統(tǒng)能力體系結(jié)構(gòu)的角度，系統(tǒng)能力來(lái)源于各層級(jí)組成部分的功能性能特性以及各層級(jí)組成部分之間的結(jié)構(gòu)組成。系統(tǒng)功能性能特性描述系統(tǒng)各層級(jí)具備的固有靜態(tài)特性。

功能性能指標(biāo)是指能直接反映系統(tǒng)功能和性能特性的指標(biāo)，它代表了系統(tǒng)的基本屬性。在一定意義上講，這類指標(biāo)決定了某一型號(hào)系統(tǒng)是否能夠發(fā)展和存在，如傳輸速率、信息處理時(shí)間等。

目前，綜合電子信息系統(tǒng)的系統(tǒng)固有能力主要包括信息獲取能力、信息處理能力、信息傳輸能力、信息服務(wù)能力、信息管理能力、信息保護(hù)能力和共用基礎(chǔ)設(shè)施能力等，系統(tǒng)功能性能指標(biāo)要素分析需要圍繞這幾個(gè)方面分層級(jí)展開(kāi)。例如，某大型復(fù)雜綜合電子信息系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)描述出的信息處理能力是“能對(duì)多源目標(biāo)信息進(jìn)行分類綜合處理”的能力要素，該能力要素由一個(gè)空目標(biāo)信息處理系統(tǒng)和一個(gè)海目標(biāo)信息處理系統(tǒng)共同完成。針對(duì)某系統(tǒng)的這一能力要素我們定義出功能指標(biāo)A1（多源目標(biāo)信息分類綜合處理功能）反映其功能特性，并定義出性能指標(biāo)A2（多源目標(biāo)信息綜合處理時(shí)間）和A3（同時(shí)處理多源目標(biāo)數(shù)量）共同反映其性能特性。分解到兩個(gè)信息處理系統(tǒng)的功能指標(biāo)分別為BA11（多源空目標(biāo)信息綜合處理功能）和BA12（多源海目標(biāo)信息綜合處理功能），兩個(gè)信息處理系統(tǒng)的性能指標(biāo)分別為BA21（多源空目標(biāo)信息綜合處理時(shí)間）、BA31（同時(shí)處理多源空目標(biāo)數(shù)量）和BA22（多源海目標(biāo)信息綜合處理時(shí)間）、BA32（同時(shí)處理多源海目標(biāo)數(shù)量）。

（2）通用性指標(biāo)要素分析

通用指標(biāo)是系統(tǒng)各層級(jí)組成部分都應(yīng)具備的指標(biāo)，它代表了系統(tǒng)的使用特性。在一定意義上講，這類指標(biāo)決定了某一型號(hào)系統(tǒng)是否可用和可信，如工作溫度、平均故障間隔時(shí)間等。

影響系統(tǒng)使用特性的因素主要包括可靠性、維修性、測(cè)試性、安全性、保障性、環(huán)境適應(yīng)性、電磁兼容性、互用性、運(yùn)輸性等。系統(tǒng)通用指標(biāo)要素分析需要圍繞這幾個(gè)方面分層級(jí)展開(kāi)。

3.2.2 系統(tǒng)運(yùn)行背景分析

初步形成系統(tǒng)指標(biāo)要素集后，需要從時(shí)間進(jìn)度、研制經(jīng)費(fèi)、技術(shù)成熟度、可利用資源、配套建設(shè)、使用人員等諸多運(yùn)行背景因素進(jìn)行綜合考慮，遵循既不能過(guò)也不能欠的原則，對(duì)初步形成的系統(tǒng)指標(biāo)要素集進(jìn)行優(yōu)化剪裁，從而確定系統(tǒng)指標(biāo)要素集。

3.2.3 指標(biāo)數(shù)據(jù)論證

基本確定系統(tǒng)指標(biāo)要素集后，需要對(duì)每一個(gè)指標(biāo)要素進(jìn)行指標(biāo)數(shù)據(jù)論證和分配，從而形成系統(tǒng)指標(biāo)體系的數(shù)據(jù)集。

指標(biāo)數(shù)據(jù)論證的核心是結(jié)合現(xiàn)有能力水平確定滿足要求的指標(biāo)要素的可度量數(shù)據(jù)并根據(jù)相關(guān)指標(biāo)分配準(zhǔn)則將工程級(jí)指標(biāo)數(shù)據(jù)分解到系統(tǒng)級(jí)。指標(biāo)要素的可度量數(shù)據(jù)可以是定量的也可以是定性的。

指標(biāo)數(shù)據(jù)論證還需確定每一個(gè)指標(biāo)要素的驗(yàn)證方式和考核方法。指標(biāo)的驗(yàn)證方式定義為測(cè)試、計(jì)算和評(píng)估3類。測(cè)試驗(yàn)證方式是指通過(guò)直接測(cè)試獲得指標(biāo)確定值，如工作頻率、網(wǎng)絡(luò)傳輸速率等。計(jì)算驗(yàn)證方式是指不能通過(guò)測(cè)試直接獲得指標(biāo)確定值，但可以根據(jù)采集有關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)一定的算法計(jì)算獲得，如測(cè)向精度、系統(tǒng)處理時(shí)間等。評(píng)估驗(yàn)證方式是指不能通過(guò)測(cè)試或計(jì)算獲得，只能用特征量或程度來(lái)表示，如系統(tǒng)安全性、可擴(kuò)展能力等。

3.2.4 系統(tǒng)指標(biāo)體系檢查

系統(tǒng)指標(biāo)體系的數(shù)據(jù)集基本形成后，需要從先進(jìn)性、完備性、準(zhǔn)確性、獨(dú)立性和可行性等指標(biāo)確定原則的角度進(jìn)行檢查分析。

（1）先進(jìn)性檢查分析

綜合考慮反映系統(tǒng)組成的諸多因素，結(jié)合系統(tǒng)總體架構(gòu)分析和組成部分關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)研究，并與類似系統(tǒng)進(jìn)行縱向和橫向比較，檢查分析提出的系統(tǒng)指標(biāo)體系能否反映出系統(tǒng)建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)和當(dāng)前新技術(shù)新方法的應(yīng)用情況。

（2）完備性檢查分析

綜合考慮反映系統(tǒng)能力的諸多要素，結(jié)合靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)發(fā)展研究，檢查分析提出的系統(tǒng)指標(biāo)體系能否反映出系統(tǒng)建設(shè)的總體效能。

（3）準(zhǔn)確性檢查分析

綜合考慮反映系統(tǒng)建設(shè)的諸多因素，結(jié)合系統(tǒng)使命任務(wù)分析和建設(shè)費(fèi)效比研究，檢查分析提出的系統(tǒng)指標(biāo)體系與系統(tǒng)研制建設(shè)要求的覆蓋性，使得指標(biāo)體系設(shè)計(jì)既不能過(guò)也不能欠。

（4）獨(dú)立性檢查分析

綜合考慮反映系統(tǒng)層次關(guān)系的諸多因素，結(jié)合分解后系統(tǒng)級(jí)指標(biāo)重新集成與分解前工程級(jí)指標(biāo)的比對(duì)，檢查分析提出的系統(tǒng)指標(biāo)體系是否層次分明（上層次指標(biāo)是否分解到下層次、下層次指標(biāo)是否與上層次保持一致等），每個(gè)指標(biāo)要素能否獨(dú)立反映系統(tǒng)的不同能力要素，指標(biāo)間相互獨(dú)立，可獨(dú)立評(píng)估系統(tǒng)某項(xiàng)內(nèi)容。

（5）可行性檢查分析

綜合考慮系統(tǒng)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的諸多因素，結(jié)合指標(biāo)考核方法分析，檢查分析提出的系統(tǒng)指標(biāo)體系每個(gè)指標(biāo)是否可達(dá)，是否便于度量，能否通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)手段進(jìn)行測(cè)試、計(jì)算或評(píng)估等。

3.2.5 系統(tǒng)指標(biāo)體系描述文檔生成

論證步驟的最后是對(duì)確定的系統(tǒng)指標(biāo)體系按照規(guī)范的圖表和文字表現(xiàn)形式進(jìn)行準(zhǔn)確描述，生成系統(tǒng)指標(biāo)體系描述文檔。

系統(tǒng)指標(biāo)體系描述應(yīng)包括確定的各項(xiàng)指標(biāo)要素的指標(biāo)名稱、指標(biāo)類型、指標(biāo)內(nèi)容、指標(biāo)數(shù)據(jù)單位、指標(biāo)驗(yàn)證方式和考核方法等?；凇澳軐?duì)多源目標(biāo)信息進(jìn)行分類綜合處理”這一系統(tǒng)能力要素的系統(tǒng)指標(biāo)描述的表格表達(dá)形式示例如表1所示。

表1 基于能力要素的系統(tǒng)指標(biāo)體系產(chǎn)品描述示例表Table 1 The demonstration products form of the index system based on capability factor

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于系統(tǒng)指標(biāo)體系的論證，單獨(dú)使用某一類或某一種理論方法都存在一定的局限性。我們嘗試提出了基于能力要素的多角度的系統(tǒng)指標(biāo)體系綜合論證方法，初步形成了一套通用的指標(biāo)體系論證規(guī)范，并在一些信息系統(tǒng)總體論證中進(jìn)行了應(yīng)用，取得了較好的效果。下一步我們將在細(xì)化優(yōu)化論證流程、建立系統(tǒng)指標(biāo)體系產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)模板等方面對(duì)基于能力要素的系統(tǒng)指標(biāo)體系論證方法進(jìn)行改進(jìn)和提升，使得該方法具有更好的操作性和適用范圍，為系統(tǒng)頂層規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供更加有力的理論和技術(shù)支撐。

［1］南建設(shè)，繆彩練，唐詩(shī)余.聯(lián)合戰(zhàn)場(chǎng)信息感知系統(tǒng)指標(biāo)體系初探［J］.中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2007，2（1）：8-13. NAN Jian-she，MIAO Cai-lian，TANG Shi-yu.Discussion of Intelligence Sensing System of Combined Battlefield［J］.Journal of China Academy of Electronics and Information Technology，2007，2（1）：8-13.（in Chinese）

［2］曹晨，高遐.大型電子信息系統(tǒng)指標(biāo)體系的初步研究［J］.中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2008，3（4）：393-397. CAO Chen，GAO Xia.Research on the Architecture of the Specification Parameters of Integrated Information System Based on Platform［J］.Journal of China Academy of Electronics and Information Technology，2008，3（4）：393-397.（in Chinese）

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［4］高昂，王增福，趙慧波，等.DoDAF體系結(jié)構(gòu)分析［J］.中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2011，6（5）：461-466. GAO Ang，WANG Zeng-fu，ZHAO Hui-bo，et al.Review of the Research on DoDAF Architecture［J］.Journal of China A-cademy of Electronics and Information Technology，2011，6（5）：461-466.（in Chinese）

［5］魏宏森，曾國(guó)屏.系統(tǒng)論：系統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)［M］.北京：世界圖書出版公司，2009. WEI Hong-sen，ZENG Guo-ping.Systems Theory：The system of Philosophy of science［M］.Beijing：World Book Inc，2009.（in Chinese）

張芹（1973—），女，安徽壽縣人，1996年于電子科技大學(xué)電子工程系獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)總體設(shè)計(jì)；

ZHANG Qin was born in Shouxian，Anhui Province，in 1973.She received the B.S.degree from University of Electronic Science and Technology of China in 1996.She is now a senior engineer.Her research concerns system design.

Email：18980768932＠189.cn

南建設(shè)（1954—），男，山東沂南人，研究員，主要從事系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。

NAN Jian-she was born in Yinan，Shangdong Province，in 1954.He is now a senior engineer of professor.His research concerns system design.

Email：nanjsh＠sina.com

Index System Demonstration M ethod Based on Capability Factor

ZHANG Qin，NAN Jian-she
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

Based on analysis and research on the common theory and methodology of index system design，in consideration of architecture design techniques，an index system demonstration method based on capability factor is proposed in this paper.In the method，the index system is thinked as a whole and is analyzed synthetically from the views of system capability，index determined principle and system operating background.The demonstration architecture framework of applying this method is presented.In combination with some examples，the analysis process of index system is illustrated，which provides references for system top-level design.

integrated electronic information system；complex system；index system；architecture design；capability factor

18980768932＠189.cn

TN801；N94

A

1001-893X（2013）05-0533-05

10.3969/j.issn.1001-893x.2013.05.001

2013-03-28；

2013-04-23 Received date：2013-03-28；Revised date：2013-04-23

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