田明虎 ， 樊延平， 郭齊勝

(1. 裝甲兵工程學(xué)院裝備指揮與管理系， 北京 100072； 2. 66173部隊(duì)， 山西 大同 037034)

模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)方法

田明虎1,2， 樊延平1， 郭齊勝1

(1. 裝甲兵工程學(xué)院裝備指揮與管理系， 北京 100072； 2. 66173部隊(duì)， 山西 大同 037034)

針對(duì)目前裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)方法無法滿足“概念驅(qū)動(dòng)”式裝備發(fā)展論證中裝備作戰(zhàn)概念前瞻性、體系化與動(dòng)態(tài)評(píng)估要求的問題，提出了模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)方法，并以新型裝甲突擊系統(tǒng)的“偵察、機(jī)動(dòng)、打擊一體聯(lián)動(dòng)”作戰(zhàn)概念為例，驗(yàn)證了該方法的可行性。該方法以裝備作戰(zhàn)概念的抽象性描述文本為輸入，采用模型驅(qū)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的方式，構(gòu)建了4類19個(gè)基于SysML(Systems Modeling Language)的裝備作戰(zhàn)概念DoDAF(Department of Defense Architecture Framework)視圖產(chǎn)品模型，實(shí)現(xiàn)了裝備作戰(zhàn)概念從基于文檔到基于模型的表述。采用該方法構(gòu)建的模型可進(jìn)行可執(zhí)行開發(fā)，為下一步裝備作戰(zhàn)概念的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證提供支持。

裝備作戰(zhàn)概念；模型驅(qū)動(dòng)；設(shè)計(jì)方法；DoDAF；SysML

裝備作戰(zhàn)概念研究作為武器裝備研發(fā)過程的起始階段，涵蓋了作戰(zhàn)、指揮、裝備、技術(shù)等許多領(lǐng)域,對(duì)裝備發(fā)展論證的牽引作用越來越突出。目前，由軍事人員提出的裝備作戰(zhàn)概念多采用文檔進(jìn)行描述。與模型驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)工程方法相比，基于文檔的系統(tǒng)工程方法存在明顯不足，主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：1)文檔表述的裝備作戰(zhàn)概念抽象單一，難以滿足創(chuàng)新作戰(zhàn)設(shè)計(jì)的要求；2)文檔表述的裝備作戰(zhàn)概念難以實(shí)現(xiàn)裝備作戰(zhàn)運(yùn)用的動(dòng)態(tài)過程；3)文檔表述的裝備作戰(zhàn)概念缺乏數(shù)據(jù)、模型的支撐，難以滿足裝備作戰(zhàn)概念依托軟件工具進(jìn)行驗(yàn)證與仿真評(píng)估的需要?；诖耍疚脑谘b備作戰(zhàn)概念抽象性描述文本的基礎(chǔ)上開展了裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)研究，提出了模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)方法。

1 裝備作戰(zhàn)概念基本問題

1.1 裝備作戰(zhàn)概念構(gòu)成要素

裝備作戰(zhàn)概念是以武器裝備作戰(zhàn)使命為依據(jù)，圍繞武器裝備的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)特征而提出的關(guān)于武器裝備的使命任務(wù)、作戰(zhàn)運(yùn)用、能力需求與系統(tǒng)需求的創(chuàng)造性構(gòu)想描述。裝備作戰(zhàn)概念的基本構(gòu)成要素由構(gòu)想出的未來武器裝備在作戰(zhàn)中的任務(wù)背景、運(yùn)用方式、能力需求和系統(tǒng)需求4部分構(gòu)成[1-2]。

1.2 裝備作戰(zhàn)概念層次劃分

裝備作戰(zhàn)概念是作戰(zhàn)概念的有機(jī)組成部分[3]，重點(diǎn)圍繞部隊(duì)作戰(zhàn)任務(wù)目標(biāo)，開展裝備作戰(zhàn)運(yùn)用方式的創(chuàng)新。按照研究的層次，可將裝備作戰(zhàn)概念劃分為3個(gè)層次。1)集成級(jí)裝備作戰(zhàn)概念。著眼于武器裝備體系對(duì)抗，以聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù)或合成作戰(zhàn)任務(wù)為牽引，研究完成作戰(zhàn)使命的武器裝備編成編組、指揮控制和信息交互方式，提出武器裝備體系的作戰(zhàn)運(yùn)用方式和要求，形成集成級(jí)裝備作戰(zhàn)概念。2)行動(dòng)級(jí)裝備作戰(zhàn)概念。著眼于武器裝備分隊(duì)的作戰(zhàn)任務(wù)要求，研究完成作戰(zhàn)任務(wù)的武器裝備編成編組、部署、指揮控制和信息交互方式，提出武器裝備分隊(duì)的作戰(zhàn)運(yùn)用方式和要求，形成行動(dòng)級(jí)裝備作戰(zhàn)概念。3)系統(tǒng)級(jí)裝備作戰(zhàn)概念。著眼于武器裝備系統(tǒng)的作戰(zhàn)功能要求，研究武器裝備技術(shù)創(chuàng)新、功能創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新對(duì)武器裝備作戰(zhàn)功能的影響，提出武器裝備系統(tǒng)自身的操作使用方式和要求，形成系統(tǒng)級(jí)裝備作戰(zhàn)概念。3級(jí)裝備作戰(zhàn)概念的關(guān)系如圖1所示。其中：集成級(jí)裝備作戰(zhàn)概念可包含若干個(gè)行動(dòng)級(jí)裝備作戰(zhàn)概念；行動(dòng)級(jí)裝備作戰(zhàn)概念也可包含若干個(gè)系統(tǒng)級(jí)裝備作戰(zhàn)概念。

圖1 3級(jí)裝備作戰(zhàn)概念的關(guān)系

1.3 裝備作戰(zhàn)概念研究階段劃分

裝備作戰(zhàn)概念研究主要分為構(gòu)想階段、設(shè)計(jì)階段、驗(yàn)證階段、鑒定階段和應(yīng)用階段，如圖2所示。構(gòu)想階段是指由軍事人員構(gòu)想出裝備作戰(zhàn)概念的階段；設(shè)計(jì)階段是充實(shí)和完善裝備作戰(zhàn)概念內(nèi)涵的階段，是本文的主要研究?jī)?nèi)容(圖2用實(shí)線標(biāo)注)；驗(yàn)證階段和鑒定階段是指裝備作戰(zhàn)概念的有效驗(yàn)證階段和相關(guān)部門對(duì)其進(jìn)行鑒定的階段；應(yīng)用階段是指經(jīng)過驗(yàn)證和鑒定生效的裝備作戰(zhàn)概念用以牽引裝備論證工作的進(jìn)行，進(jìn)而牽引武器裝備創(chuàng)新發(fā)展的階段。

圖2 裝備作戰(zhàn)概念研究階段劃分

2 模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)框架

模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)框架是指為開展裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)而確定的模型驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)流程及相關(guān)理論、技術(shù)與方法的描述。構(gòu)建框架的意義在于明確模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)的輸入輸出、設(shè)計(jì)的內(nèi)容以及設(shè)計(jì)所采用的具體方法，同時(shí)便于設(shè)計(jì)過程中不同領(lǐng)域的人員進(jìn)行溝通與交流。本文構(gòu)建的模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)框架如圖3所示。

圖3 模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)框架

模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)活動(dòng)是以裝備作戰(zhàn)概念的文檔描述為輸入，經(jīng)過任務(wù)背景、運(yùn)用方式、能力需求和系統(tǒng)需求的設(shè)計(jì)，輸出以任務(wù)模型、運(yùn)用模型、能力模型和系統(tǒng)模型表述的裝備作戰(zhàn)概念。設(shè)計(jì)過程中，裝備作戰(zhàn)概念描述文檔采用以文字、軍事圖形為主要特征的軍事語言來描述；裝備作戰(zhàn)概念模型則采用基于SysML(Systems Modeling Language)的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品來表述。

3 模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)流程

模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)采用模型驅(qū)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)，體系結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的方式，構(gòu)建了4類19個(gè)基于SysML的裝備作戰(zhàn)概念DoDAF(Department of Defense Architecture Framework)視圖產(chǎn)品模型，實(shí)現(xiàn)了裝備作戰(zhàn)概念從基于文檔到基于模型的表述，具體設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

在模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)中，裝備作戰(zhàn)概念DoDAF視圖產(chǎn)品模型由SysML中的模型來描述，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示[4-6]。

3.1 任務(wù)背景設(shè)計(jì)

應(yīng)用DoDAF全視圖產(chǎn)品和作戰(zhàn)視圖產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，建立概要和摘要信息(AV-1)、綜合詞典(AV-2)和高層作戰(zhàn)概念圖(OV-1)。SysML中的類圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)OV-1的描述[7-9]；但SysML 不支持對(duì)AV-1和AV-2的描述。

圖4 模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)流程

3.2 運(yùn)用方式設(shè)計(jì)

應(yīng)用DoDAF作戰(zhàn)視圖產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)[3-6]，建立作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接描述(OV-2)、作戰(zhàn)信息交換矩陣(OV-3)、組織關(guān)系圖(OV-4)、作戰(zhàn)活動(dòng)模型(OV-5)、作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移描述(OV-6b)和作戰(zhàn)事件跟蹤描述(OV-6c)。其中：SysML中的塊定義圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)OV-2、OV-4的描述，活動(dòng)圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)OV-5的描述，狀態(tài)機(jī)圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)OV-6b的描述，順序圖和活動(dòng)圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)OV-6c的描述[10-11]；但SysML 不支持對(duì)OV-3的描述。

3.3 能力需求設(shè)計(jì)

應(yīng)用DoDAF能力視圖產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，建立能力構(gòu)想圖(CV-1)、能力分類圖(CV-2)、能力階段劃分圖(CV-3)和能力隸屬關(guān)系圖(CV-4)[3-6]。其中：SysML中的塊定義圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)CV-2、CV-4的描述，內(nèi)部塊圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)CV-3的描述；但SysML 不支持對(duì)CV-1的描述。

表1 DoDAF視圖產(chǎn)品的SysML表述方式

3.4 系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)

應(yīng)用DoDAF系統(tǒng)視圖產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，建立系統(tǒng)接口描述圖(SV-1)、系統(tǒng)通信描述圖(SV-2)、系統(tǒng)-系統(tǒng)矩陣(SV-3)、系統(tǒng)功能描述(SV-4)、系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換描述(SV-10b)和系統(tǒng)事件跟蹤描述(SV-10c)。其中：SysML中的內(nèi)部塊圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)SV-1、SV-2的描述，活動(dòng)圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)SV-4的描述，狀態(tài)機(jī)圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)SV-10b的描述，順序圖和活動(dòng)圖可實(shí)現(xiàn)對(duì)OV-10c的描述[7-11]；但SysML 不支持對(duì)SV-3的描述。

4 示例分析

采用模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)方法，以新型裝甲突擊系統(tǒng)的“偵察、機(jī)動(dòng)、打擊一體聯(lián)動(dòng)”作戰(zhàn)概念為例，首先對(duì)軍事人員提出的描述文檔進(jìn)行分析，然后依次分別對(duì)任務(wù)背景、運(yùn)用方式、能力需求和系統(tǒng)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)建了4類19個(gè)基于SysML的裝備作戰(zhàn)概念DoDAF視圖產(chǎn)品模型，由于篇幅所限，本文僅展示構(gòu)建的部分模型。

1) 新型裝甲突擊系統(tǒng) “偵察、機(jī)動(dòng)、打擊一體聯(lián)動(dòng)”作戰(zhàn)概念的文檔描述(部分)。在未來復(fù)雜環(huán)境中作戰(zhàn)，敵方目標(biāo)具有快速襲擊和迅速隱蔽的能力，對(duì)己方安全造成嚴(yán)重威脅；在網(wǎng)絡(luò)信息支持下，地面突擊力量能形成高效的“偵察感知、機(jī)動(dòng)突擊、火力打擊”一體化聯(lián)合動(dòng)作機(jī)制，以實(shí)時(shí)感知戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)能力、快速機(jī)動(dòng)突擊能力、精確火力打擊能力為支撐，力求在未來作戰(zhàn)條件下能做到先敵發(fā)現(xiàn)、先敵機(jī)動(dòng)和先敵打擊。

2) 任務(wù)背景設(shè)計(jì)。分析軍事人員提出的裝備作戰(zhàn)概念文檔描述，確立作戰(zhàn)使命任務(wù)、參與者及作戰(zhàn)場(chǎng)景等，建立高層裝備作戰(zhàn)概念圖(OV-1)，如圖5所示。

圖5 “一體聯(lián)動(dòng)”高層裝備作戰(zhàn)概念圖

3) 運(yùn)用方式設(shè)計(jì)。運(yùn)用方式設(shè)計(jì)主要完成2項(xiàng)工作。(1)建立作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接描述(OV-2)、作戰(zhàn)信息交換矩陣(OV-3)和組織關(guān)系圖(OV-4)。其中：OV-2主要描述完成作戰(zhàn)任務(wù)或活動(dòng)的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)，以及為完成任務(wù)或活動(dòng)，作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行的信息交互；OV-3主要描述為完成作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)承擔(dān)的作戰(zhàn)活動(dòng)，作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行的信息交互；OV-4主要描述為完成作戰(zhàn)使命或任務(wù)，在體系結(jié)構(gòu)中的各級(jí)組織可能存在的指揮或協(xié)同關(guān)系。由表1可知：SysML的塊定義圖能提供對(duì)OV-2、OV-4描述的支持； OV-3可利用表格矩陣進(jìn)行描述。圖6為偵察節(jié)點(diǎn)的塊定義圖，表2為作戰(zhàn)信息交換矩陣(OV-3)，圖7為組織關(guān)系圖(OV-4)。

圖6 情報(bào)偵察節(jié)點(diǎn)的塊定義圖

表2 作戰(zhàn)信息交換矩陣(OV-3)

圖7 組織關(guān)系圖(OV-3)

(2)建立作戰(zhàn)活動(dòng)模型(OV-5)、作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移描述(OV-6b)和作戰(zhàn)事件跟蹤描述(OV-6c)。由表1可知：SysML的活動(dòng)圖可對(duì)OV-5、OV-6c進(jìn)行描述；狀態(tài)機(jī)圖可對(duì)OV-6b進(jìn)行描述；順序圖可對(duì)OV-6c進(jìn)行描述。圖8為作戰(zhàn)活動(dòng)模型(OV-5)，圖9為作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移描述(OV-6b)，圖10為作戰(zhàn)事件跟蹤描述(OV-6c)。

4) 能力需求設(shè)計(jì)。新型裝甲突擊系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力構(gòu)想(CV-1)如圖11所示，作戰(zhàn)能力的隸屬關(guān)系(CV-4)如圖12所示。

圖8 作戰(zhàn)活動(dòng)模型(OV-5)

5) 系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)。由于DoDAF系統(tǒng)視圖產(chǎn)品較多，篇幅有限，本文僅展示了新型裝甲突擊系統(tǒng)的系統(tǒng)功能描述圖(SV-4)，如圖13所示，其他系統(tǒng)視圖產(chǎn)品不再贅述。

圖9 作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移描述(OV-6b)

圖10 作戰(zhàn)事件跟蹤描述(OV-6c)

圖11 作戰(zhàn)能力構(gòu)想圖(CV-1)

圖12 作戰(zhàn)能力的隸屬關(guān)系圖(CV-4)

圖13 系統(tǒng)功能描述圖(SV-4)

5 結(jié)論

本文提出的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)方法為軍事人員、技術(shù)研發(fā)人員和裝備論證人員科學(xué)、合理地分析裝備作戰(zhàn)概念提供了重要的溝通和交流手段。下一步將對(duì)該方法構(gòu)建的模型進(jìn)行可執(zhí)行開發(fā)研究，以支持裝備作戰(zhàn)概念的驗(yàn)證工作。

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(責(zé)任編輯: 王生鳳)

Model-based Equipment Operational Concept Design Method

TIAN Ming-hu1,2, FAN Yan-ping1, GUO Qi-sheng1

(1. Department of Equipment Command and Administration, Academy of Armored Forces Engineering, Beijing 100072, China； 2. Troop No. 66173 of PLA, Datong 037034, China)

Aiming at the problem that the design method of equipment operational concept can not realize the requirements of forward-looking, system design and dynamic assessment in “concept-based”equipment development demonstration, a model-based equipment operational concept design method is proposed, and an example of the new armored vehicle assault system “reconnaissance, maneuvering, striking” integration operational concept is taken to validate feasiblility of the method. This method begins with the abstract descriptive documents of equipment operational concept, in the way of model-based architecture and architecture-based design, establishes four kinds nineteen DoDAF views models based on the SysML, realizing the formulation of equipment operational concept from documents-based to model-based. The DoDAF views model produced by this method can carry out the executable development, which can provide support for the dynamic verification of the equipment operational concept.

equipment operational concept; model-based; design method; DoDAF; SysML

1672-1497(2015)04-0001-06

2015-05-12

軍隊(duì)科研計(jì)劃項(xiàng)目

田明虎(1985-)，男，碩士研究生。

E917

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2015.04.001