裝備作戰(zhàn)需求論證過程質(zhì)量評估數(shù)據(jù)體系研究

李紀闊，傅勉，王世貴

(陸軍軍官學院 炮兵系，安徽 合肥 230031)

摘要針對過程質(zhì)量評估數(shù)據(jù)所涵蓋的數(shù)據(jù)量多、面廣、粒度細等特點，對裝備作戰(zhàn)需求論證過程質(zhì)量評估數(shù)據(jù)體系進行了研究。分析了論證過程質(zhì)量評估數(shù)據(jù)的體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)研究了作戰(zhàn)需求模型數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、關鍵點清單數(shù)據(jù)、關鍵點評估數(shù)據(jù)，給出了各類數(shù)據(jù)的生成方法。該數(shù)據(jù)體系可促進質(zhì)量評估的標準化，對于構(gòu)建質(zhì)量評估環(huán)境具有一定的意義。

關鍵詞數(shù)據(jù)體系；裝備；作戰(zhàn)需求論證；過程質(zhì)量評估；元數(shù)據(jù)

作者簡介李紀闊(1971-)，男，教授，主要研究方向為國防系統(tǒng)分析與建模。

中圖分類號TP391.9

文章編號2095-3828(2015)06-0022-06

文獻標志碼A

DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2015.06.006

AbstractAiming at characteristics like large scale, extensive scope and high fineness, the paper analyzes the data system involved in the course quality evaluation of operation requirement demonstration of equipment. The paper analyzes the system structure of the quality evaluation data in demonstration, systematically researches the data of operation requirement model, metadata, key point inventory data and key point evaluation data and also gives the generation method of these datas. The data system may facilitate the standardization of the quality evaluation with certain significance on the construction of a quality evaluation environment.

Keywordsdata system; equipment; operation requirement demonstration；course quality evaluation; metadata

StudyonCourseQualityEvaluationDataSystemof

OperationRequirementDemonstrationofEquipment

LIJikuo,FUMian,WANGShigui

(ArtilleryDepartment,ArmyOfficerAcademy,HefeiAnhui230031,China)

裝備作戰(zhàn)需求論證過程質(zhì)量評估，是指為了有效判斷需求分析過程是否科學、合理而進行的評估活動。當前，我軍裝備作戰(zhàn)需求論證過程質(zhì)量評估的基礎研究還不夠，數(shù)據(jù)不足，各種高技術(shù)輔助論證工具和設備欠缺，特別是信息系統(tǒng)建設離實際需要還有較大的差距，各類數(shù)據(jù)庫、知識庫、規(guī)則庫還沒有建立起來，導致論證質(zhì)量評估工作難以有效進行，也使得論證工作在一個較低水平上重復[1]。在進行系統(tǒng)建設之前，首先要分析過程質(zhì)量評估數(shù)據(jù)庫組成，即過程質(zhì)量評估數(shù)據(jù)體系?；诖?，本文依據(jù)論證過程質(zhì)量評估系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求，對需求論證各階段所需要或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行歸類，構(gòu)建論證過程質(zhì)量評估系統(tǒng)的數(shù)據(jù)體系。

1論證過程質(zhì)量評估數(shù)據(jù)體系構(gòu)成

論證過程質(zhì)量評估數(shù)據(jù)，是評估過程中使用的和產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)。研究質(zhì)量評估過程數(shù)據(jù)體系，首先要了解清楚質(zhì)量評估的具體過程，以質(zhì)量評估過程的具體過程為依據(jù)，將各過程所需要或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行歸類，構(gòu)建出論證過程質(zhì)量評估數(shù)據(jù)體系。圖1給出了論證過程質(zhì)量評估程序。

圖1　論證過程質(zhì)量評估程序

論證過程質(zhì)量評估的對象是論證過程，包括作戰(zhàn)任務分析過程、作戰(zhàn)能力分析過程、能力要素分析過程和裝備需求分析過程。當前，體系結(jié)構(gòu)方法[2-4]成為武器裝備需求分析的有效途徑，其通過事先定義的作戰(zhàn)視圖、能力視圖和裝備視圖，采用圖形、表格、文字等形式描述4個作戰(zhàn)需求分析過程，每個過程結(jié)束時都以清單形式表述分析結(jié)論。因此，這一系列需求視圖模型及其結(jié)論清單就成了論證過程質(zhì)量評估的對象。為保證評估的科學性和準確性，將評估過程按照論證的4個具體過程分成了4個關鍵控制點[5]，即作戰(zhàn)任務關鍵控制點、作戰(zhàn)能力關鍵控制點、能力要素關鍵控制點和裝備需求關鍵控制點，并分別建立4個關鍵控制點的評估指標體系，運用某種評估方法，實現(xiàn)裝備作戰(zhàn)需求論證過程質(zhì)量評估。

由論證過程質(zhì)量評估程序可知，評估數(shù)據(jù)包括4類：

1) 需求分析過程中建立的視圖模型數(shù)據(jù)，即作戰(zhàn)任務需求模型、作戰(zhàn)能力需求模型、能力要素需求模型、裝備需求模型；

2) 視圖模型包含的元數(shù)據(jù)，即實體、實體屬性及實體關系；

3) 關鍵控制點結(jié)論清單數(shù)據(jù)即任務清單、能力差距清單、能力要素清單、裝備途徑清單；

4) 關鍵控制點評估過程數(shù)據(jù)，即評估指標體系數(shù)據(jù)、評估方法、評估過程數(shù)據(jù)和評估結(jié)果數(shù)據(jù)。質(zhì)量評估依托數(shù)據(jù)開始，依托數(shù)據(jù)進行，也依托數(shù)據(jù)完成。評估過程的迭代性，決定了評估數(shù)據(jù)的復雜性。

表1給出了論證過程質(zhì)量評估的4類數(shù)據(jù)及其表現(xiàn)形式。

表1　論證過程質(zhì)量評估相關數(shù)據(jù)及其形式

這4類數(shù)據(jù)之間的關系如圖2所示。其中，需求模型數(shù)據(jù)包含元數(shù)據(jù)，關鍵點清單數(shù)據(jù)是從需求模型數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)中，通過一定分析方法抽取生成的，而前3類數(shù)據(jù)是關鍵點評估數(shù)據(jù)的評估內(nèi)容，通過使用前3類數(shù)據(jù)達到評估目的。

圖2　論證過程質(zhì)量評估數(shù)據(jù)之間的關系

2作戰(zhàn)需求模型數(shù)據(jù)

作戰(zhàn)需求模型數(shù)據(jù)包括4類：作戰(zhàn)任務分析模型、作戰(zhàn)能力分析模型、能力要素分析模型、裝備需求分析模型。其中，作戰(zhàn)任務分析模型包括使命分解模型、任務時間模型、任務信息模型、任務流程模型等；作戰(zhàn)能力分析模型包括任務與能力映射模型、能力分解模型、能力重要度分析模型等；能力要素分析模型包括條令分析模型、組織編制分析模型、訓練分析模型、領導能力分析模型、人員分析模型、設施分析模型等；裝備需求分析模型包括能力與功能映射模型、功能分解模型、關鍵性能模型等[6-7]。模型數(shù)據(jù)構(gòu)成如圖3所示。

圖3　裝備作戰(zhàn)需求模型數(shù)據(jù)構(gòu)成

建立裝備作戰(zhàn)需求模型，需要經(jīng)過構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)框架和描述作戰(zhàn)需求2個階段。體系結(jié)構(gòu)方法是當前裝備作戰(zhàn)需求分析的一種規(guī)范化方法，主要通過構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)框架，達到分析描述需求內(nèi)容的目的。

當前，美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架(Department of Defense Architecture Framework，DoDAF)[8]代表了研究的領先水平，并在很多領域得到了推廣應用。DoDAF是用于指導美軍開展裝備需求生成的標準規(guī)范，它以美軍 C4ISR 體系結(jié)構(gòu)框架為基礎，通過定義一系列視圖產(chǎn)品描述作戰(zhàn)需求，逐步成為美軍裝備作戰(zhàn)需求論證的描述標準。我軍裝備作戰(zhàn)需求分析可借鑒DoDAF的視圖描述思想，構(gòu)建適合我軍發(fā)展的體系結(jié)構(gòu)框架標準，在此基礎上描述裝備作戰(zhàn)需求。

作戰(zhàn)需求描述解決的是軍事人員和技術(shù)人員的交流問題，為了建立易于理解、便于交流的共同語言，需要采用適當?shù)慕７椒ê徒９ぞ咻o助建模。當前主流需求描述方法包括結(jié)構(gòu)化的IDEF方法、面向?qū)ο蟮腢ML方法、面向系統(tǒng)工程的SysML方法。這3種方法都在需求建模活動中得到了廣泛使用，其中，結(jié)構(gòu)化方法的特色在于描述需求層次結(jié)構(gòu)和節(jié)點信息關系；面向?qū)ο蠓椒ǖ拿枋鰞?nèi)容最為豐富，不僅適合需求靜態(tài)關系的描述，還能構(gòu)建需求動態(tài)模型，并與Petri網(wǎng)絡結(jié)合進行作戰(zhàn)過程的模擬仿真；SysML方法的優(yōu)勢在于綜合了結(jié)構(gòu)化方法和面向?qū)ο蠓椒ǖ膬?yōu)點，彌補了UML在系統(tǒng)層級架構(gòu)和復雜行為描述上的不足。因此，選擇裝備作戰(zhàn)需求描述方法時，可以根據(jù)具體描述內(nèi)容選取具體方法，也可以綜合各種方法的優(yōu)勢特點，采用綜合建模方法全面描述作戰(zhàn)需求。

3作戰(zhàn)需求元數(shù)據(jù)

作戰(zhàn)需求元數(shù)據(jù)是指需求模型實體數(shù)據(jù)、實體屬性數(shù)據(jù)及其關聯(lián)關系數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被包含在需求模型中，以圖形、表格等形式進行可視化表達。在作戰(zhàn)任務需求分析模型中，信息、作戰(zhàn)活動、作戰(zhàn)節(jié)點、人員、作戰(zhàn)過程是主要的元數(shù)據(jù)實體；在作戰(zhàn)能力需求分析模型中，作戰(zhàn)能力是主要的元數(shù)據(jù)實體；在能力要素分析模型中，能力、條令、訓練、指揮水平是主要的元數(shù)據(jù)實體；在裝備需求分析模型中，系統(tǒng)功能、系統(tǒng)節(jié)點、系統(tǒng)接口是主要的元數(shù)據(jù)實體。圖4給出了需求元數(shù)據(jù)實體構(gòu)成。

圖4　裝備作戰(zhàn)需求元數(shù)據(jù)構(gòu)成

其中，作戰(zhàn)單元節(jié)點數(shù)據(jù)屬性包括名稱、類型、級別、能力等；使命-任務-過程-活動數(shù)據(jù)屬性包括名稱、類型、輸入信息、輸出信息、執(zhí)行標準及任務之間的層次、時序關系等；系統(tǒng)節(jié)點數(shù)據(jù)屬性包括裝備系統(tǒng)的數(shù)量、類型、結(jié)構(gòu)、功能等；環(huán)境數(shù)據(jù)屬性包括名稱、類型、位置燈；作戰(zhàn)能力數(shù)據(jù)屬性包括名稱、類型、指標等；作戰(zhàn)規(guī)則數(shù)據(jù)屬性包括名稱、類型、內(nèi)容等；信息交互和接口數(shù)據(jù)屬性包括名稱、類型、發(fā)送方、接收方等。這些數(shù)據(jù)存在各種各樣的關聯(lián)關系，圖5給出了元數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)關系。

圖5　元數(shù)據(jù)實體之間的關聯(lián)關系圖

需求元數(shù)據(jù)來源于需求模型。當前構(gòu)建需求模型都是借助需求建模工具進行的，這些建模工具存儲新建的需求模型時，一般都是以圖形形式存儲在數(shù)據(jù)庫中的。因此，為了獲取需求元數(shù)據(jù)需要解決2個問題：一是元數(shù)據(jù)抽取問題，二是元數(shù)據(jù)存儲問題。

為了獲取元數(shù)據(jù)，首要解決的是圖形模型的文檔化問題，以文檔的形式將圖形信息展現(xiàn)出來。當前主流的建模工具如SA、UPDM都提供將圖形模型轉(zhuǎn)化為XML格式存儲的功能，該XML文檔中除了保存有大量的圖元信息外，還保存了圖形模型中實體數(shù)據(jù)信息。可以利用XML強大的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，將這些元數(shù)據(jù)通過構(gòu)建DOM樹，使其與XPath相結(jié)合生成抽取規(guī)則，實現(xiàn)元數(shù)據(jù)抽取。

元數(shù)據(jù)抽取出來后，需要考慮其如何在數(shù)據(jù)庫中存儲。元數(shù)據(jù)存儲的目的有2個：一是生成關鍵點清單文檔，元數(shù)據(jù)是構(gòu)成清單文檔的基礎；二是輔助過程質(zhì)量評估，以可視化方式展現(xiàn)作戰(zhàn)需求內(nèi)容?；谶@2個需求，可以選擇以XML格式存儲元數(shù)據(jù)。因為XML既方便共享交流，又能利用XSLT技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，完全滿足元數(shù)據(jù)的2種用途。

4作戰(zhàn)需求關鍵點清單數(shù)據(jù)

關鍵點清單數(shù)據(jù)是在整個需求論證過程的重要方面、重要環(huán)節(jié)起關鍵作用的數(shù)據(jù)，包括作戰(zhàn)任務清單數(shù)據(jù)、能力差距清單數(shù)據(jù)、非裝備途徑清單數(shù)據(jù)、裝備途徑清單數(shù)據(jù)。關鍵點清單數(shù)據(jù)構(gòu)成如圖6所示。

圖6 關鍵點清單數(shù)據(jù)構(gòu)成

1) 作戰(zhàn)任務清單，是作戰(zhàn)任務分析的結(jié)果，是對作戰(zhàn)任務屬性及相關信息的集合化描述，包含任務名稱、任務時間屬性、空間屬性、信息屬性、任務執(zhí)行條件、任務衡量尺度、任務執(zhí)行標準。

2) 能力差距清單，是指能力主體當前所具備作戰(zhàn)能力與完成作戰(zhàn)任務目標能力之間的差距，包含能力名稱、目標任務名稱、任務標準差距、任務條件差距、任務內(nèi)容差距、能力差距原因、標準值、當前值、差距值、差距等級、差距原因等。

3) 非裝備途徑清單數(shù)據(jù)，是非裝備途徑分析的結(jié)果，通過修改作戰(zhàn)條令、調(diào)整體制編制、加強軍事訓練、提高指揮水平、提高人員素質(zhì)、改善保障設施等非裝備途徑彌補能力差距，包括能力名稱、能力指標、條令修改建議、體制編制修改建議、軍事訓練修改建議、指揮水平修改建議、人員素質(zhì)提高建議、保障設施修改建議。

4) 裝備途徑清單數(shù)據(jù)，是裝備途徑分析的結(jié)果，是指當非裝備途徑無法完全滿足能力要求時，以研發(fā)新的武器裝備為核心作為彌補能力差距的解決辦法，包括能力名稱、能力差距內(nèi)容、裝備名稱、關鍵性能指標、指標值等。

5關鍵點評估數(shù)據(jù)

關鍵點評估數(shù)據(jù)是指采用關鍵控制點法進行過程質(zhì)量評估產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括評估指標數(shù)據(jù)、評估方法數(shù)據(jù)、評估過程數(shù)據(jù)、評估專家數(shù)據(jù)、評估結(jié)果數(shù)據(jù)。關鍵點評估數(shù)據(jù)構(gòu)成如圖7所示。

1) 評估指標數(shù)據(jù)，是對4個關鍵控制點建立的評估指標體系，包括4個關鍵點的共性指標和特征指標2類。共性指標包括過程合理性、方法有效性、資源利用率、效率、重復性等；特征指標是針對各個控制點選取的，關鍵控制點A的指標包括客觀性、完備性、獨立性、精確性、可重復性等;關鍵控制點B的指標包括完備性、時序性、準確性、沖突性等;關鍵控制點C的指標包括全面性、客觀性、準確性、綜合性等;關鍵控制點D的指標包括符合性、對比性、保障性、緊迫性、協(xié)調(diào)性等。

2) 評估方法數(shù)據(jù)，是指各類評估方法在數(shù)據(jù)庫中的存儲數(shù)據(jù)，采用模型庫管理方式實現(xiàn)對不同種類評估方法的統(tǒng)一管理。包括模型基本屬性信息、模型接口信息、模型算法信息和模型組合信息。模型基本屬性信息描述模型名稱、模型類型、功能描述、應用范圍、發(fā)布者；模型接口信息描述輸入接口說明、輸入函數(shù)名稱、輸入函數(shù)類型、輸入函數(shù)參數(shù)個數(shù)、輸出接口說明、輸出函數(shù)名稱、輸出函數(shù)類型、輸出函數(shù)參數(shù)個數(shù)；模型算法信息描述算法說明、算法函數(shù)名稱、函數(shù)返回類型、變量個數(shù)、變量類型；模型組合信息描述子模型數(shù)目、子模型編號、是否可組合可分解、組合次序、導前模型編號、后繼模型編號。

3) 評估過程數(shù)據(jù)，是指評估過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括指標權(quán)重數(shù)據(jù)、樣本數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和中間數(shù)據(jù)。指標權(quán)重數(shù)據(jù)描述指標名稱、指標權(quán)重；樣本數(shù)據(jù)描述評估指標、樣本值，收集人、收集時間；指標處理數(shù)據(jù)是對原始指標樣本數(shù)據(jù)進行定性定量數(shù)據(jù)后得到的數(shù)據(jù)，描述指標名稱、處理后數(shù)據(jù)；中間數(shù)據(jù)是對評估過程產(chǎn)生的大量中間信息的存儲，比如評估流程數(shù)據(jù)、專家研討數(shù)據(jù)等，一般以文檔形式存儲。

4) 評估專家數(shù)據(jù)，是指評估專家信息管理數(shù)據(jù)，包括專家基本信息、專家權(quán)重、專家打分數(shù)據(jù)。專家基本信息描述專家編號、登錄名、登錄密碼、姓名、性別、年齡、單位、職務、職稱、擅長、角色、狀態(tài)；專家權(quán)重描述專家編號、權(quán)重值；專家打分數(shù)據(jù)描述專家編號、打分內(nèi)容、分值、評估項目。

5) 評估結(jié)果數(shù)據(jù)，是對4個關鍵點進行評估后得到的評估結(jié)論，結(jié)論應該包括評估關鍵點內(nèi)容、評估結(jié)果、評估時間、評估項目、評估專家等。

圖7　關鍵點評估數(shù)據(jù)構(gòu)成

6過程質(zhì)量評估數(shù)據(jù)生成方法實現(xiàn)

依據(jù)上述設計的數(shù)據(jù)生成方法，本文設計了基于Delphi的評估過程數(shù)據(jù)生成與管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要功能包括：(1) 支持4類需求模型的描述和管理功能；(2) 支持需求元數(shù)據(jù)抽取和管理功能；(3) 支持4類關鍵點清單數(shù)據(jù)動態(tài)生成和管理功能；(4) 支持關鍵點評估數(shù)據(jù)管理功能；(5) 支持對各類過程評估數(shù)據(jù)的可視化展示功能，以方便專家評估所需。

步驟1：通過作戰(zhàn)需求模型構(gòu)建工具建立作戰(zhàn)任務分析模型，首先將作戰(zhàn)使命分解為一系列子任務，直到細化分解到元任務為止，建立使命分解模型。在此基礎上，描述任務之間時間關系、空間關系、信息關系，建立任務時間模型、任務空間模型、任務信息模型，由此得到輔助任務分析的一系列需求模型數(shù)據(jù)。

步驟2：通過需求元數(shù)據(jù)抽取工具獲取任務的層次關系，利用XML強大的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，將任務分析模型解析為DOM樹結(jié)構(gòu)，然后利用XSLT在解決文檔轉(zhuǎn)換問題上的優(yōu)勢，使其與XPath相結(jié)合生成抽取規(guī)則，抽取出任務需求模型的要素數(shù)據(jù)、要素屬性數(shù)據(jù)、要素關聯(lián)關系數(shù)據(jù)，生成作戰(zhàn)任務元模型數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)以XML文檔形式保存，并可根據(jù)評估專家的需要，利用XSLT技術(shù)將之以表格或?qū)哟瘟斜順涞男问竭M行展現(xiàn)。

步驟3：通過關鍵控制點清單生成工具生成作戰(zhàn)任務清單，首先將XML格式的任務元模型數(shù)據(jù)，通過一定的映射規(guī)則，轉(zhuǎn)化為關系數(shù)據(jù)庫表，然后通過作戰(zhàn)任務清單的相關模板內(nèi)容，在數(shù)據(jù)庫中查詢統(tǒng)計相應的內(nèi)容，生成作戰(zhàn)任務清單。

步驟4：通過檢索工具實現(xiàn)對上述3類數(shù)據(jù)的檢索，采用基于XQuery的相關技術(shù)，支持以各種可視化形式展現(xiàn)這3類數(shù)據(jù)；通過為專家提供檢索向?qū)ВС謱?類數(shù)據(jù)的多種檢索手段；通過迭代展現(xiàn)可視化的質(zhì)量評估過程，方便評估專家在評估過程中對數(shù)據(jù)進行跟蹤訪問。

7結(jié) 束 語

本文分析了論證過程質(zhì)量評估的數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)，對作戰(zhàn)需求模型數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、關鍵點清單數(shù)據(jù)和關鍵點評估數(shù)據(jù)進行了系統(tǒng)研究，提出了質(zhì)量評估數(shù)據(jù)體系的構(gòu)建方法。下一步研究的重點是論證過程質(zhì)量評估數(shù)據(jù)的一體化管理，促進評估數(shù)據(jù)的重用和共享，從而促進需求論證工程化。

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(編輯：李江濤)