王 媛，李 皓，李小軍，許 鵬

(船舶系統(tǒng)工程部，北京 100094)

1 概述

目前我國各類艦船仿真系統(tǒng)的建設(shè)由于缺乏標(biāo)準化技術(shù)指導(dǎo)而處于分散、獨立的狀態(tài)，迫切需要建立相關(guān)體系標(biāo)準，盡快實現(xiàn)我國艦船仿真系統(tǒng)之間互連互通互操作，實現(xiàn)聯(lián)合仿真作業(yè)。

1.1 國外仿真標(biāo)準現(xiàn)狀

以美國為首的西方國家一直很重視建模與仿真標(biāo)準的建立，通過對國外成熟的建模與仿真方法進行對比分析，并總結(jié)我國艦船仿真現(xiàn)狀，在如下幾個方面對國外仿真標(biāo)準進行借鑒吸收。

在基礎(chǔ)標(biāo)準方面，采用UML、XML等不同建模語言表示的模型具備平臺無關(guān)性，并有良好的擴展性。特別地，XML以結(jié)構(gòu)化的形式來表示數(shù)據(jù)，有利于仿真資源的共享和重用。

在仿真體系結(jié)構(gòu)方面，采用 DIS、HLA［1］、XMSF［2］等不同標(biāo)準所構(gòu)建的仿真系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，要從綜合和實際需求的角度上應(yīng)用仿真標(biāo)準。

在仿真概念模型方面，采用包含 EATI規(guī)范的CMMS方法［3］所開發(fā)出的概念模型有較好的重用性，是仿真系統(tǒng)互操作性的基礎(chǔ)。

在仿真想定技術(shù)方面，采用軍事想定定義語言MSDL［4］。

在仿真實體建模方面，基于BOM［5］等標(biāo)準所建立的仿真模型支持模型的重用，仿真可移植模型規(guī)范SMP．2提供一個模型開發(fā)框架以實現(xiàn)仿真模型的平臺獨立、跨仿真平臺互用和重用。

在仿真綜合環(huán)境數(shù)據(jù)建模方面，綜合環(huán)境數(shù)據(jù)表示與交換規(guī)范SEDRIS［6］是環(huán)境數(shù)據(jù)獲取與傳遞的手段和語義［7］。

在仿真驗?zāi)７矫?，采用IEEE 1278.4［8］國際標(biāo)準主要針對分布式仿真系統(tǒng)的VV＆A［9］。

在仿真試驗與運行方面，聯(lián)邦開發(fā)執(zhí)行過程模型(Federation Development and Execution Process，F(xiàn)EDEP)［10］提供了高層的概念框架，組織聯(lián)邦整個生命周期中從聯(lián)邦開發(fā)活動到聯(lián)邦執(zhí)行的全過程。

1.2 國內(nèi)仿真標(biāo)準現(xiàn)狀

在艦船綜合仿真方面，國內(nèi)現(xiàn)有的建模與仿真標(biāo)準很少，大多是直接采用國際上通用的標(biāo)準。隨著統(tǒng)一標(biāo)準越來越受到重視，目前也逐步建立了一些標(biāo)準，多集中在對仿真試驗方法的規(guī)定方面如《魚雷總體仿真試驗方法》、《魚雷聲自導(dǎo)與控制系統(tǒng)仿真試驗方法》等，另外，針對目標(biāo)與特性模型在建模過程中采用校核、驗證和確認方法的目的、過程以及產(chǎn)生的文件進行規(guī)定的《目標(biāo)與環(huán)境特性建模校核、驗證與確認通用要求》等，這些標(biāo)準均針對某個裝備仿真的某個具體階段，僅僅是建模與仿真活動中的一個部分。

雖然目前國內(nèi)有關(guān)建模與仿真的標(biāo)準較少，但隨著仿真系統(tǒng)的復(fù)雜化，以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，大家逐漸認識到必須在國際通用的標(biāo)準基礎(chǔ)上建立符合行業(yè)的統(tǒng)一建模、驗?zāi)！⒓傻葮?biāo)準，而且有些單位通過開發(fā)建模與仿真工具，提出了一些自定義的標(biāo)準，但并未正式提出，也沒有得到行業(yè)內(nèi)的一致認可，而且，有的標(biāo)準之間還無法兼容。因此，在建立這些具體標(biāo)準之前，需要首先解決的問題是需要哪些標(biāo)準，這些標(biāo)準的內(nèi)涵關(guān)聯(lián)又是什么，這樣對艦船綜合仿真標(biāo)準體系的研究顯得格外重要。

1.3 國內(nèi)仿真標(biāo)準不足與需求

1)系統(tǒng)集成度和資源重用度低，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準體系指導(dǎo)

我國艦船仿真系統(tǒng)建設(shè)尚處于各自為戰(zhàn)的初級階段，各種建模、驗?zāi)！⑾到y(tǒng)集成問題還沒有很好地解決，致使模型或仿真系統(tǒng)只能在特定的需求中得到應(yīng)用，若需求發(fā)生了改變，哪怕是很小的變化，模型或仿真系統(tǒng)必須重頭開發(fā)，造成大量的浪費;而且，在大多數(shù)情況下，即使是不同應(yīng)用需求的同類仿真應(yīng)用系統(tǒng)進行集成時，需要進行大量的重新開發(fā)，有的甚至無法集成，因此，無法建立如JWARS、JSIMS之類的聯(lián)合仿真系統(tǒng)，也就無從開展聯(lián)合作戰(zhàn)仿真。

目前對仿真系統(tǒng)的重視程度日益提高、投入力度不斷加大、建設(shè)規(guī)模日益龐大等情況下，必須制定艦船綜合仿真系統(tǒng)統(tǒng)一的標(biāo)準體系，明確提出在建模與仿真的各個階段需要遵循的標(biāo)準和規(guī)范，以改變目前這種各自小規(guī)模發(fā)展、資源無法重用和共享、相互無法集成的混亂局面。

2)直接采用國外標(biāo)準多，自己制定的標(biāo)準少

在研制和建設(shè)艦船綜合仿真系統(tǒng)的過程中，不管是科研院所還是工業(yè)部門或其它行業(yè)，大多是直接采用國外已頒布的標(biāo)準，當(dāng)然，有些標(biāo)準確實可以直接使用，如DIS標(biāo)準、HLA標(biāo)準等;但有些標(biāo)準卻必須根據(jù)自己的特點進行裁剪或擴展，如模型校核、驗證和確認VV＆A規(guī)范，這類標(biāo)準因與管理有關(guān)，僅僅適用于國外的體制，并不能完全適合中國的國情，必須進行“國產(chǎn)化”的改造，另外，不同的專業(yè)對VV＆A的要求也不同，需要分別針對不同的專業(yè)進行制定，當(dāng)然前面提到的《目標(biāo)與環(huán)境特性建模校核、驗證與確認通用要求》就是針對目標(biāo)與環(huán)境特性模型VV＆A的詳細規(guī)定，但還遠遠未涵蓋艦船仿真系統(tǒng)涉及的所有模型的校核、驗證和確認問題;有些標(biāo)準國外并沒有成熟的標(biāo)準頒布，如系統(tǒng)層次的高層建模標(biāo)準，但這類標(biāo)準對于復(fù)雜仿真系統(tǒng)的建模卻非常重用。

總之，我們必須在國外成熟的已頒布的建模與仿真標(biāo)準基礎(chǔ)上，形成艦船綜合仿真特有的標(biāo)準體系，明確哪些可以直接采用國外標(biāo)準，哪些需要自己制定。

2 技術(shù)方法與研究思路

2.1 技術(shù)方法

在對艦船綜合仿真標(biāo)準體系研究的過程中，必須緊密結(jié)合艦船仿真領(lǐng)域的發(fā)展背景和技術(shù)要求，通過對國內(nèi)外該領(lǐng)域內(nèi)標(biāo)準的現(xiàn)狀與發(fā)展的分析論證，在對相關(guān)技術(shù)資料分析、研究的基礎(chǔ)上，從標(biāo)準規(guī)范、技術(shù)要求、手冊指南等方面進行對照分析、系統(tǒng)研究，運用以下技術(shù)方法進行研究。

2.1.1 類比參照法

該方法通過收集艦船仿真行業(yè)內(nèi)已有標(biāo)準及涉及的其他相關(guān)標(biāo)準并分類歸納，分析每個標(biāo)準的個性特征及其他標(biāo)準的共性特征，分析有關(guān)標(biāo)準間的相關(guān)性，進一步明確各標(biāo)準間存在的順序邏輯關(guān)系或并列邏輯關(guān)系。

2.1.2 系統(tǒng)分解法

艦船仿真系統(tǒng)是由各子系統(tǒng)組合而成，系統(tǒng)能夠組合也能夠分解。標(biāo)準體系同樣可以分解，并通過分解過程，進一步明確其結(jié)構(gòu)。運用過程分析法，準確記錄各部分發(fā)展變化過程中的各個要素、環(huán)節(jié)和措施等，還原到最底層，選出其中的標(biāo)準化對象，并確定相對應(yīng)的標(biāo)準。

2.1.3 過程分析法

艦船綜合仿真標(biāo)準體系構(gòu)建的復(fù)雜程度高，各子體系間的關(guān)系錯綜復(fù)雜。在構(gòu)建過程中，按照各標(biāo)準子體系的發(fā)展演變過程，不斷對研究對象進行分析，恢復(fù)其最原始的狀態(tài)，化復(fù)雜為簡單。運用過程分析法，準確記錄各部分發(fā)展變化過程中的各個要素、環(huán)節(jié)和措施等，還原到最底層，選出其中的標(biāo)準化對象，并確定相對應(yīng)的標(biāo)準。

2.1.4 反饋驗證法

艦船綜合仿真標(biāo)準體系應(yīng)充分研究當(dāng)前該行業(yè)中需要統(tǒng)一協(xié)調(diào)的各種事物和概念，基本覆蓋目前及未來艦船綜合仿真相關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)準，力求在一定范圍內(nèi)做到全面。該標(biāo)準體系層次結(jié)構(gòu)初步形成后，將各專題研究小組提出的現(xiàn)有標(biāo)準、計劃制訂標(biāo)準，逐一納入到體系層次結(jié)構(gòu)中，在能納入的前提下，還必須滿足確定性和合理性要求，確保各項標(biāo)準的唯一性，并不斷修改調(diào)整，反復(fù)驗證，逐步完善。

2.2 研究思路

在標(biāo)準體系的研究過程中，針對艦船仿真領(lǐng)域已有一些國外成熟標(biāo)準，國內(nèi)有關(guān)單位已開展初步研究:針對性地運用文獻研究與現(xiàn)場調(diào)研相結(jié)合的研究方法;針對艦船仿真領(lǐng)域自身技術(shù)特點采取建立艦船仿真技術(shù)參考模型來指導(dǎo)標(biāo)準體系框架搭建的研究方法。

2.2.1 文獻研究與現(xiàn)場調(diào)研相結(jié)合

對有關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準文件進行梳理;對國家有關(guān)部門關(guān)于標(biāo)準體系構(gòu)建的最新進展進行全面、深入、系統(tǒng)的檢索和整理;對行業(yè)標(biāo)準化有關(guān)單位和專家開展現(xiàn)場調(diào)研和深度訪談，形成完整的文獻綜述，以期為科學(xué)有序開展研究工作提供高質(zhì)量的參考資料，確保研究成果既具有理論的前瞻性，又具有現(xiàn)實的可行性。

2.2 ．2 技術(shù)參考模型與總體框架搭建相結(jié)合

我們需要針對艦船綜合仿真自身特點，包括相關(guān)技術(shù)、針對對象、特定應(yīng)用等，建立其技術(shù)參考模型，據(jù)此搭建艦船綜合仿真標(biāo)準體系框架。通過對需求的分析，建立技術(shù)參考模型如圖1所示。它從系統(tǒng)工程的角度概括出其技術(shù)框架，一方面從技術(shù)角度規(guī)定了研究范圍及其對象，另一方面使得標(biāo)準研究人員能直觀了解具體標(biāo)準的應(yīng)用場景和相互關(guān)系。

圖1 艦船仿真系統(tǒng)技術(shù)參考模型

3 艦船綜合仿真標(biāo)準體系框架研究

3.1 標(biāo)準體系框架建立指導(dǎo)原則

由于艦船綜合仿真標(biāo)準體系的研究處于剛剛起步階段，必須明確標(biāo)準體系建立方法和指導(dǎo)原則，做到體系框架劃分合理、繼承性和擴展性強，才能有效促進艦船綜合仿真系統(tǒng)發(fā)展和規(guī)范行業(yè)管理。

系統(tǒng)性原則:以系統(tǒng)工程思想為指導(dǎo)，使標(biāo)準的分類能充分反映標(biāo)準文件的內(nèi)在聯(lián)系，使同類標(biāo)準能相對集中地存放并形成有機整體。

科學(xué)性原則:由于該系統(tǒng)覆蓋仿真的全周期及多種專業(yè)的存在，在構(gòu)建體系框架時保證證據(jù)充分，分類合理科學(xué)。

共識原則:最終確定的體系內(nèi)容要爭取得到專家的共同認可。

實用性原則:體系框架的搭建應(yīng)按照分層分類的模式逐層細化，體系內(nèi)容設(shè)置要符合實際需求，具有較強的可操作性。

可擴展性原則:體系框架的搭建應(yīng)充分考慮特定領(lǐng)域內(nèi)標(biāo)準化的發(fā)展，給標(biāo)準的發(fā)展留有充分的擴展空間。

3.2 框架搭建依據(jù)

艦船綜合仿真標(biāo)準體系是仿真系統(tǒng)建立的過程中所涉及的標(biāo)準按其內(nèi)在聯(lián)系形成的多種類、多層次的有機整體，是標(biāo)準制訂工作的基礎(chǔ)依據(jù)。以技術(shù)參考模型為基礎(chǔ)，從行業(yè)應(yīng)用需求及標(biāo)準化現(xiàn)狀的角度出發(fā)，進行標(biāo)準分類研究。艦船綜合仿真標(biāo)準體系框架主要分為四個部分:仿真基礎(chǔ)標(biāo)準、仿真技術(shù)標(biāo)準、仿真對象標(biāo)準、仿真應(yīng)用標(biāo)準。如圖2所示。

圖2 艦船綜合仿真標(biāo)準體系基本分類

對照技術(shù)參考模型，信息基礎(chǔ)、產(chǎn)品和過程管理、質(zhì)量與安全保障等方面的的標(biāo)準規(guī)范歸類于仿真基礎(chǔ)標(biāo)準，包括:信息基礎(chǔ)標(biāo)準、仿真工程化標(biāo)準、仿真術(shù)語標(biāo)準、仿真資源管理標(biāo)準、仿真過程管理標(biāo)準等，其中信息基礎(chǔ)標(biāo)準和仿真工程化標(biāo)準在這里不做深入研究。

仿真技術(shù)的標(biāo)準規(guī)范歸類于仿真技術(shù)標(biāo)準，主要包括仿真技術(shù)人員如何構(gòu)建仿真系統(tǒng)而制定的標(biāo)準規(guī)范。這一部分主要依照仿真階段來進行劃分，包括仿真體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準、仿真概念模型標(biāo)準、仿真想定技術(shù)標(biāo)準、仿真建模技術(shù)標(biāo)準、仿真驗?zāi)＜夹g(shù)標(biāo)準、仿真試驗與運行技術(shù)標(biāo)準、仿真評估技術(shù)標(biāo)準。

艦船系統(tǒng)各組成子系統(tǒng)具體專業(yè)仿真對象的標(biāo)準規(guī)范歸類于仿真對象標(biāo)準，主要包括仿真應(yīng)用人員在相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域如何進行建模與仿真而制定的標(biāo)準規(guī)范。這一部分主要依照艦船專業(yè)進行劃分，劃分方法參考GJB832A《軍用標(biāo)準文件分類》。

應(yīng)用系統(tǒng)的標(biāo)準規(guī)范歸類于應(yīng)用標(biāo)準，主要包括針對裝備人員如何使用幾類仿真應(yīng)用系統(tǒng)而制定的標(biāo)準規(guī)范。

艦船綜合仿真標(biāo)準體系是仿真系統(tǒng)建立的過程中所涉及的標(biāo)準按其內(nèi)在聯(lián)系形成的多種類、多層次的有機整體，是標(biāo)準制訂工作的基礎(chǔ)依據(jù)。以建立的技術(shù)參考模型為基礎(chǔ)，從行業(yè)應(yīng)用需求及標(biāo)準化現(xiàn)狀的角度出發(fā)，進行標(biāo)準分類研究，目前所建立的艦船綜合仿真標(biāo)準體系框架為3個層次，隨著研究的深入，具體需要進行更多更細層次的劃分。

3.3 仿真基礎(chǔ)標(biāo)準

仿真基礎(chǔ)標(biāo)準是艦船綜合仿真的基礎(chǔ)，主要包括信息基礎(chǔ)標(biāo)準、仿真工程化標(biāo)準、仿真術(shù)語標(biāo)準、仿真資源管理標(biāo)準、仿真過程管理標(biāo)準等。

本文對信息基礎(chǔ)標(biāo)準、仿真工程化標(biāo)準不做深入研究，可直接引用現(xiàn)有標(biāo)準。首先需要建立的是仿真術(shù)語標(biāo)準，統(tǒng)一仿真術(shù)語和符號等;同時仿真資源管理標(biāo)準和過程管理標(biāo)準也是急需制定的，規(guī)范管理方法，不斷積累資源才能更好得實現(xiàn)仿真重用。如圖3所示。

圖3 仿真基礎(chǔ)標(biāo)準

3.4 仿真技術(shù)類標(biāo)準

艦船綜合仿真的仿真過程部分是仿真系統(tǒng)開發(fā)過程的核心，包含建模與仿真的主要技術(shù)標(biāo)準，涉及仿真體系結(jié)構(gòu)、仿真概念模型、仿真想定、仿真建模、仿真驗?zāi)！⒎抡嬖囼炁c運行、仿真評估等7個部分的標(biāo)準。如圖4所示。

這里，仿真體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準可直接采用國外建模與仿真高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)標(biāo)準;仿真概念模型標(biāo)準可以針對國外的任務(wù)空間概念模型進行修訂以適應(yīng)我國艦船仿真實際;仿真想定技術(shù)標(biāo)準建議參照軍事想定定義語言MSDL進行修訂;仿真實體建模標(biāo)準標(biāo)準可參考基于IDEF的方法、仿真可移植模型規(guī)范SMP2等制定，綜合環(huán)境建模標(biāo)準可參考綜合環(huán)境數(shù)據(jù)表示與交換規(guī)范;仿真驗?zāi)＜夹g(shù)標(biāo)準可參考分布交互仿真標(biāo)準校核驗證與確認IEEE1278.4進行修訂;仿真試驗與運行標(biāo)準可參考聯(lián)邦開發(fā)執(zhí)行過程(FEDEP)、試驗與訓(xùn)練使能體系(TENA)參考文件進行制定;仿真評估技術(shù)標(biāo)準需要根據(jù)我艦船綜合仿真的實際評估類型進行制定。

3.5 仿真對象類標(biāo)準

由于艦船綜合仿真的仿真對象主要是艦船系統(tǒng)，因此仿真對象類標(biāo)準的劃分可以參照艦船系統(tǒng)的逐層分解，有船體結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電子信息系統(tǒng)、武器系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等6大模塊。如圖5所示。

這一部分主要依照艦船專業(yè)進行劃分，劃分方法參考GJB832A《軍用標(biāo)準文件分類》的劃分方法。其具體仿真標(biāo)準是針對具體對象領(lǐng)域的，可以在后續(xù)逐步制定和完善，不屬于急需建立的標(biāo)準。

3.6 仿真應(yīng)用類標(biāo)準

由于艦船仿真系統(tǒng)的主要應(yīng)用方向包括裝備采辦、作戰(zhàn)應(yīng)用、模擬訓(xùn)練、維修保障等，，針對這些具體應(yīng)用方向，仿真應(yīng)用類標(biāo)準可劃分為以下4類，如圖6所示。

這一部分標(biāo)準目前基本沒有可以采用或者參考借鑒的成熟標(biāo)準，需要根據(jù)我艦船綜合仿真實際進行制定。

圖4 仿真技術(shù)類標(biāo)準

4 結(jié)束語

本文對目前國內(nèi)外仿真標(biāo)準的現(xiàn)狀進行深入分析和研究，指出了目前我國仿真領(lǐng)域的不足，提出了仿真標(biāo)準發(fā)展的需求。對艦船綜合仿真標(biāo)準體系的研究方法、內(nèi)容、過程等做了初步性的探索，并初步建立了艦船綜合仿真系統(tǒng)標(biāo)準體系框架。今后還需著力加強頂層設(shè)計。應(yīng)緊密結(jié)合建模仿真技術(shù)發(fā)展、建設(shè)需求和標(biāo)準化建設(shè)總體規(guī)劃，在認真梳理現(xiàn)有標(biāo)準的基礎(chǔ)上，制定艦船綜合仿真系統(tǒng)標(biāo)準路線圖，調(diào)整、擴充和完善標(biāo)準體系表，明確標(biāo)準的發(fā)展路線，引領(lǐng)和指導(dǎo)今后較長一個時期標(biāo)準體系的發(fā)展。

圖5 仿真對象類標(biāo)準

圖6 仿真應(yīng)用類標(biāo)準

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