周榮坤，張永利，石教華

(中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院，北京 100041)

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DoDAF2.0及其應(yīng)用分析

周榮坤，張永利，石教華

(中國電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院，北京 100041)

國防部體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)2.0是一套先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計方法，對于規(guī)范裝備的"Top-Down"設(shè)計過程具有重要借鑒意義。分析了DoDAF2.0的元數(shù)據(jù)模型、開發(fā)過程和設(shè)計支撐環(huán)境，總結(jié)了"Top-Down"設(shè)計過程中需要重點(diǎn)開展的工作。

國防部體系結(jié)構(gòu)框架；聯(lián)合能力集成開發(fā)系統(tǒng)；體系結(jié)構(gòu)

0 引 言

傳統(tǒng)裝備研制過程中，從軍事需求到系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)之間的缺少規(guī)范化方法的指導(dǎo)，無法形成完整的“Top-Down”設(shè)計過程，導(dǎo)致軍事需求到系統(tǒng)實現(xiàn)之間的映射關(guān)系模糊、系統(tǒng)設(shè)計對系統(tǒng)實現(xiàn)的約束不強(qiáng)等問題。

DoDAF2.0的目的正是為了讓國防部業(yè)務(wù)流程主管在其職責(zé)范圍內(nèi)確定體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)需求并對開發(fā)過程實施控制。DoDAF2.0是一套先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計方法，對于規(guī)范裝備的“Top-Down”設(shè)計過程具有重要借鑒意義。

1 國防部體系結(jié)構(gòu)框架2.0

DoDAF2.0嚴(yán)格區(qū)分了體系結(jié)構(gòu)模型和視圖、視角的概念，并進(jìn)一步提出了定制(Fit-for-Purpose)視圖的概念。模型是體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中的視圖模板，不含體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；視圖是模型+體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)；視角是多個體系結(jié)構(gòu)視圖。DoDAF2.0在原來的全視圖(AV)、作戰(zhàn)視圖(OV)、系統(tǒng)視圖(SV)、技術(shù)視圖(TV)的基礎(chǔ)上，新增數(shù)據(jù)與信息視角、能力視角、服務(wù)視角和項目視角[1]，如圖1所示。

圖1 DoDAF2.0中提供的視角

上述視角中所包含的視圖模板(不含數(shù)據(jù))稱為DoDAF模型(DoDAF-described Models)。在對DoDAF模型進(jìn)行定制或者組合使用的情況下，就稱為定制視圖。DoDAF2.0并不強(qiáng)制使用DoDAF模型。

1.1 元數(shù)據(jù)模型

任何建模類工具或方法論中，模型都表現(xiàn)為可視化視圖和數(shù)據(jù)2個層面的表達(dá)。具體到DoDAF2.0中，體系結(jié)構(gòu)方法、信息和展示(可視化)的關(guān)系如圖2所示。

圖2 體系結(jié)構(gòu)方法、信息和展示(可視化)的關(guān)系

與較早版本關(guān)注體系結(jié)構(gòu)“產(chǎn)品”描述相比，它更關(guān)注體系結(jié)構(gòu)“數(shù)據(jù)”。為了消除規(guī)范化文檔采用自然語言描述而存在的二義性，保證人與計算機(jī)對體系結(jié)構(gòu)描述理解一致，DoDAF2.0版基于國際防務(wù)企業(yè)體系結(jié)構(gòu)規(guī)范(IDEAS)基礎(chǔ)本體模型構(gòu)建了具備數(shù)學(xué)意義的DoDAF元模型(DM2)。

DM2由3個層次構(gòu)成，分別是概念數(shù)據(jù)模型(CDM)、邏輯數(shù)據(jù)模型(LDM)、物理交換規(guī)范(PES)。其中：

(1) CDM定義了頂層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用以創(chuàng)建非技術(shù)術(shù)語的體系結(jié)構(gòu)描述，提供各層次使用者和管理者能夠理解體系結(jié)構(gòu)描述的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(2) LDM在CDM基礎(chǔ)上增加了技術(shù)信息，基于IDEAS基礎(chǔ)本體將關(guān)系闡述為形式化定義。

(3) 物理交換規(guī)范(PES)是基于可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML)技術(shù)構(gòu)建，在無二義的邏輯數(shù)據(jù)模型(LDM)基礎(chǔ)上增加特定通用數(shù)據(jù)類型和執(zhí)行屬性，自動生成XML模式定義(XSD)文件。

用PES可實現(xiàn)不同體系結(jié)構(gòu)設(shè)計工具之間的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)描述在數(shù)據(jù)層面上的一致。

PES是體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)交換規(guī)范，它提供了一個有效的、標(biāo)準(zhǔn)化的方法，實現(xiàn)不同體系結(jié)構(gòu)設(shè)計工具之間的數(shù)據(jù)交換。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計師可借用各種軟件工具，基于可擴(kuò)展標(biāo)記語言模式定義文件(XSD)來記錄體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和信息，然后將數(shù)據(jù)和信息存儲到聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫。由于使用了同樣的物理交換規(guī)范，因而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)理解上的一致性。

PES使用XSD文件定義了52個視圖的文檔結(jié)構(gòu)，DM2_PES_v2.02.xsd文件結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

圖3 PES的XSD頂層結(jié)構(gòu)

圖4 IdeasViews字段結(jié)構(gòu)

其中：

(1) IdeasEnvelope是數(shù)據(jù)交換文件的根元素；

(2) IdeasData字段包括所有需要交換的DM2數(shù)據(jù)元素，通過XML文檔標(biāo)準(zhǔn)的“ID”和“IDREFS”定義數(shù)據(jù)元素的唯一標(biāo)識以及對標(biāo)識的引用；

(3) IdeasViews字段詳述DoDAF視圖構(gòu)成，并通過“IDREFS”引用IdeasData區(qū)段內(nèi)的數(shù)據(jù)元素；

(4) constraints通過XML文檔標(biāo)準(zhǔn)“key”和“keyref”，定義了IdeasEnvelop區(qū)段內(nèi)“IDFEFS”所指向的具體“ID”。

DM2為軍事電子信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計工具提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換規(guī)范。設(shè)計工具將設(shè)計成果導(dǎo)出成符合PES的XML數(shù)據(jù)，就可以基于DM2對這些數(shù)據(jù)文件進(jìn)行集成，最終實現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)成果集成。集成后的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計成果依然是基于DM2的數(shù)據(jù)，可以廣泛應(yīng)用于分析、匯報、驗證、進(jìn)一步設(shè)計等，如圖5所示。

圖5 基于DM2的設(shè)計成果集成

通過“搜索和營救”示例，說明怎樣用物理交換規(guī)范XSD來記錄CV-2視圖，如圖6所示。搜索和營救的CV-2視圖對應(yīng)的XML文件如圖7所示。

圖6 搜索和營救能力CV-2視圖

圖7 搜索和營救CV-2視圖對應(yīng)的XML文件

雖然DoDAF2.0側(cè)重于體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，但是體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)必須通過體系結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行收集、組織、交換和利用(利用體系結(jié)構(gòu)工具)，因此，在體系結(jié)構(gòu)的使用過程中，更多地體現(xiàn)為體系結(jié)構(gòu)視圖的運(yùn)用。

1.2 開發(fā)過程

DoDAF2.0定義了一個6步體系結(jié)構(gòu)開發(fā)過程，如圖8所示。

開發(fā)過程主要包括[2]：

(1) 確定體系結(jié)構(gòu)的使用意圖。

(2) 確定體系結(jié)構(gòu)的范圍。

(3) 確定支持體系結(jié)構(gòu)開發(fā)所需的數(shù)據(jù):

(a) 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計師為滿足體系結(jié)構(gòu)目標(biāo)和范圍所需的概念，利用DoDAF2.0第2卷中的附錄B，確定所需的DoDAF模型；同時確定所需的Fit-for-Purpose視圖。

(b) 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計師審查，包括DM2概念數(shù)據(jù)模型、DM2邏輯數(shù)據(jù)模型和DM2概念、關(guān)聯(lián)與屬性。

圖8 體系結(jié)構(gòu)開發(fā)過程

(4) 收集、組織、關(guān)聯(lián)、存儲體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)：

(a) 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計師確定需要收集數(shù)據(jù)的特定的體系結(jié)構(gòu)DM2元模型組，及其概念、關(guān)聯(lián)和屬性。

(b) 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計師收集所需的DoDAF模型、Fit-for-Purpose視圖、DM2元模型組、概念、關(guān)聯(lián)和屬性。

(c) 利用所識別的元模型組，體系結(jié)構(gòu)設(shè)計師確定收集數(shù)據(jù)的方法。

(5) 為支持體系結(jié)構(gòu)目標(biāo)進(jìn)行分析,利用所識別的元模型組，體系結(jié)構(gòu)設(shè)計師確定數(shù)據(jù)的使用。

(6) 編寫決策者所需的文檔結(jié)果。利用所識別的元模型組，體系結(jié)構(gòu)設(shè)計師和決策者確定數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式。

1.3 支撐環(huán)境

DoDAF2.0并不約束使用哪種工具來進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，但是，為了保證體系結(jié)構(gòu)描述一旦進(jìn)行注冊，就能被發(fā)現(xiàn)、共享，要求體系結(jié)構(gòu)設(shè)計工具具有2個基本特性：

(1) 能利用PES進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的收集、組織、存儲和共享；

(2) 能從國防部元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)(DMR)中進(jìn)行XML數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出；能在國防部體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)(DARS)中進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)注冊。

國防部有一系列體系結(jié)構(gòu)資源，這些資源應(yīng)作為體系結(jié)構(gòu)視圖開發(fā)過程中的參考和指導(dǎo)，包括[1]：

(a) 國防部信息企業(yè)體系結(jié)構(gòu)；

(b) 國防部體系結(jié)構(gòu)注冊系統(tǒng)；

(c) 國防部信息技術(shù)組合庫；

(d) 國防部信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和概要注冊系統(tǒng)；

(e) 聯(lián)合C4I項目評估工具；

(f) 聯(lián)合通用系統(tǒng)功能清單；

(g) 指示管理/決策支持系統(tǒng)；

(h) 元數(shù)據(jù)注冊系統(tǒng)；

(i) 海軍體系結(jié)構(gòu)要素參考指南；

(j) 服務(wù)注冊系統(tǒng)；

(k) 通用聯(lián)合任務(wù)清單。

國防部體系結(jié)構(gòu)注冊系統(tǒng)(DARS)在體系結(jié)構(gòu)開發(fā)和共享過程中發(fā)揮重要作用。DARS最初是基于保密網(wǎng)建設(shè)的，后來擴(kuò)展到非密網(wǎng)。DARS系統(tǒng)配置如圖9所示。

圖9 DARS系統(tǒng)配置圖

2 DoDAF在JCIDS中的應(yīng)用

DoDAF模型在美國防部流程中被廣泛應(yīng)用。聯(lián)合能力集成開發(fā)系統(tǒng)(JCIDS)的主要目標(biāo)是確保作戰(zhàn)人員獲得成功執(zhí)行其所被賦予任務(wù)的能力。JCIDS定義了一套協(xié)同流程，利用聯(lián)合概念和一體化體系結(jié)構(gòu)描述來識別能力差距以及彌補(bǔ)差距的“條令、組織、訓(xùn)練、裝備、領(lǐng)導(dǎo)、教育、人員、設(shè)施”(DOTMLPF)與策略方法[2]。通過改變聯(lián)合DOTMLPF和策略，從而開發(fā)新的能力。在美國防部的主要流程中，JCIDS側(cè)重能力開發(fā)；計劃，規(guī)劃，預(yù)算和執(zhí)行(PPBE)側(cè)重投資分析和組合管理；國防采購系統(tǒng)(DAS)側(cè)重裝備采購，如圖10所示。

圖10 JCIDS、PPBE與DAS

DoDAF通過體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品(模型/視圖)來支撐國防部的主要流程，如圖11所示。

圖11 體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品(模型/視圖)對國防部主要流程的支持關(guān)系

3 結(jié)束語

在體系結(jié)構(gòu)的使用過程中，更多地體現(xiàn)為體系結(jié)構(gòu)視圖(設(shè)計產(chǎn)品)的運(yùn)用，但是體系結(jié)構(gòu)視圖離不開體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的支撐，因此，需要重點(diǎn)從方法、數(shù)據(jù)和環(huán)境3個方面規(guī)范裝備“Top-Down”設(shè)計過程：

(1) 方法是指要有理論指導(dǎo)，并且具有規(guī)范的設(shè)計建模過程程序，規(guī)定各階段的設(shè)計產(chǎn)品和設(shè)計產(chǎn)品之間的約束關(guān)系；

(2) 數(shù)據(jù)是指堅持以數(shù)據(jù)為中心的工程方法，體現(xiàn)為設(shè)計過程中，以數(shù)據(jù)為中心傳遞設(shè)計產(chǎn)品，將頂層設(shè)計中的模型能一致貫徹到系統(tǒng)設(shè)計中的模型(含數(shù)據(jù)模型)；

(3) 環(huán)境是指要有支撐系統(tǒng)設(shè)計的工具，以及較為完善的參考資源。

[1] Architecture Working Group.DoD Architecture Framework Version 2.0[EB/OL].http://www.us.armv.mil/suite/page/454707,2009-05-28.

[2] Joint Capabilities Integration and Development System(CJCSI 3170.01H)[EB/OL].http://www.dtic.mil/cjcs_directives,2012-01-10.

Analysis of DoDAF2.0 and Its Application

ZHOU Rong-kun,ZHANG Yong-li,SHI Jiao-hua

(China Academy of Electronics and Information Technology,CETC,Beijing 100041,China)

Department of defense architecture framework (DoDAF) 2.0 is a set of advanced system design method,which is of significant reference meanings to regulate the "Top-Down" design course of equipments.This paper analyzes the metadata model,developing process and design supporting environment of DoDAF2.0,summarizes the key work required to be performed during the "Top-Down" design process.

department of defense architecture framework;joint capability integrated development system;system structure

2014-08-06

E9

A

CN32-1413(2015)01-0018-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.01.004