張 東,梁偉杰,呂艷梅,李萬(wàn)領(lǐng)

(1.國(guó)防大學(xué)聯(lián)合勤務(wù)學(xué)院,北京 100858;2.中國(guó)人民解放軍32181部隊(duì),陜西 西安 710000)

技術(shù)保障裝備是為實(shí)施裝備技術(shù)保障而編配的各種裝備,是部隊(duì)遂行戰(zhàn)時(shí)技術(shù)保障任務(wù)的重要物質(zhì)基礎(chǔ),也是部隊(duì)裝備體系的重要組成部分。技術(shù)保障裝備體系效能評(píng)估是指在裝備保障理論和系統(tǒng)評(píng)估理論指導(dǎo)下,運(yùn)用多種評(píng)估方法,對(duì)技術(shù)保障裝備體系在規(guī)定條件下保障能力發(fā)揮程度進(jìn)行的評(píng)價(jià)。仿真對(duì)于解決復(fù)雜系統(tǒng)的效能評(píng)估問(wèn)題具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),是開(kāi)展技術(shù)保障裝備體系效能評(píng)估的有效方法。

基于仿真的保障效能評(píng)估是裝備保障領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。文獻(xiàn)[1]運(yùn)用系統(tǒng)六元抽象理論構(gòu)建了城市防空作戰(zhàn)中陸軍裝備保障系統(tǒng)概念模型框架;文獻(xiàn)[2]構(gòu)建了由裝備保障仿真單元體建模、裝備保障仿真單元體聚合建模和基于HLA的裝備保障仿真建模三層結(jié)構(gòu)組成的裝備保障仿真建模體系;文獻(xiàn)[3]提出了面向任務(wù)的裝甲裝備維修保障效能仿真評(píng)估思路,構(gòu)建了裝甲裝備維修保障模型體系框架;文獻(xiàn)[4]建立了裝備維修保障過(guò)程模型,以裝備可用度為指標(biāo)建立了裝備維修保障效能評(píng)估模型。目前相關(guān)研究主要是面向某一類(lèi)保障對(duì)象或者某一類(lèi)部隊(duì)展開(kāi),缺少面向技術(shù)保障裝備體系效能評(píng)估的概念模型研究。

1 面向效能評(píng)估的陸軍技術(shù)保障裝備體系仿真

面向效能評(píng)估的陸軍技術(shù)保障裝備體系仿真,就是通過(guò)對(duì)戰(zhàn)時(shí)技術(shù)保障裝備體系運(yùn)用過(guò)程進(jìn)行仿真,實(shí)現(xiàn)技術(shù)保障裝備體系效能評(píng)估。技術(shù)保障裝備體系效能仿真評(píng)估方法示意圖如圖1所示,主要包括四個(gè)步驟:一是構(gòu)建技術(shù)保障裝備體系效能評(píng)估指標(biāo)體系;二是建立技術(shù)保障裝備體系仿真模型,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)基于HLA的技術(shù)保障裝備體系仿真系統(tǒng);三是基于想定推演對(duì)裝備技術(shù)保障過(guò)程進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn);四是依據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出效能評(píng)估結(jié)果。該方法通過(guò)計(jì)算機(jī)程序模擬技術(shù)保障裝備體系動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程,實(shí)現(xiàn)對(duì)技術(shù)保障裝備體系運(yùn)行過(guò)程和保障效能的分析評(píng)估。

圖1 技術(shù)保障裝備體系效能仿真評(píng)估方法

陸軍技術(shù)保障裝備體系仿真概念模型是指采用語(yǔ)言、符號(hào)或圖形等形式,對(duì)陸軍裝備技術(shù)保障領(lǐng)域知識(shí)和技術(shù)保障裝備體系本質(zhì)特征進(jìn)行抽象描述,并根據(jù)需要進(jìn)行有機(jī)組合的過(guò)程。概念模型體系構(gòu)建是技術(shù)保障裝備體系仿真的重要步驟,也是進(jìn)行技術(shù)保障裝備體系仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。

2 陸軍技術(shù)保障裝備體系仿真概念模型構(gòu)建

2.1 概念模型構(gòu)建原則

陸軍技術(shù)保障裝備體系仿真概念模型構(gòu)建主要應(yīng)遵循客觀可信原則、目標(biāo)導(dǎo)向原則和可重用性原則。

一是客觀可信原則?？陀^是指概念模型必須能夠客觀地反映裝備技術(shù)保障系統(tǒng)的本質(zhì)屬性[5],符合部隊(duì)裝備技術(shù)保障實(shí)際;可信是指模型應(yīng)采用條令條例、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)等權(quán)威表述來(lái)描述裝備技術(shù)保障問(wèn)題空間的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)制和要素關(guān)系[6],采用成熟的、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的方法表述模型中的算法和數(shù)據(jù),以提高模型的可信度。

二是目標(biāo)導(dǎo)向原則。概念模型是根據(jù)研究需要而對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行的抽象描述,這種描述通常都基于一定的假設(shè)和簡(jiǎn)化。研究目標(biāo)決定了概念模型建模方法。裝備技術(shù)保障活動(dòng)服從和服務(wù)于作戰(zhàn)行動(dòng),保障仿真必須考慮作戰(zhàn)行動(dòng)的影響,但保障仿真往往弱化對(duì)抗因素,通常只考慮保障活動(dòng)對(duì)己方作戰(zhàn)的影響。模型構(gòu)建應(yīng)圍繞技術(shù)保障裝備體系效能評(píng)估這一目標(biāo)來(lái)進(jìn)行,忽略次要因素,劃定清晰的問(wèn)題描述邊界。

三是可重用性原則。概念模型應(yīng)采用通用設(shè)計(jì)和描述方法,獨(dú)立于具體的仿真環(huán)境,以增強(qiáng)模型的可重用性。當(dāng)外部環(huán)境和內(nèi)部條件發(fā)生變化時(shí),模型要相應(yīng)地進(jìn)行修改、完善,因而需要具備較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。模型體系還應(yīng)該具備多分辨率,可根據(jù)研究層次的不同,在不同分辨率尺度上建立模型。

2.2 概念模型構(gòu)建方法

概念模型的構(gòu)建過(guò)程主要包括領(lǐng)域知識(shí)空間的概念分析和概念模型描述兩部分內(nèi)容。領(lǐng)域知識(shí)空間概念分析,是指通過(guò)對(duì)技術(shù)保障裝備及其保障對(duì)象系統(tǒng)的組成和業(yè)務(wù)邏輯的分析,分離出各概念模型對(duì)象,并分析各個(gè)對(duì)象的特點(diǎn)、功能以及對(duì)象之間的相互關(guān)系。概念模型的描述,是對(duì)分析得出的概念模型對(duì)象的基本屬性、行為和與外界的接口關(guān)系等進(jìn)行的描述。仿真概念模型的描述方法通?？梢苑譃樽匀徽Z(yǔ)言描述、結(jié)構(gòu)化描述和形式化描述三個(gè)層次。

在對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真概念模型體系構(gòu)建時(shí),通常采用基于多視圖的建模方法。所謂多視圖,是指從多種視角出發(fā),對(duì)同一復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行觀察和分析而形成的不同描述。不同視圖分別表現(xiàn)了系統(tǒng)某一方面的特征,多種視圖綜合起來(lái)即可得出完整的系統(tǒng)概念模型體系。

美國(guó)國(guó)防部體系架構(gòu)DoDAF2.0包含8種視圖[7],英國(guó)國(guó)防部體系架構(gòu)MoDAF1.2包含7種視圖,國(guó)內(nèi)有學(xué)者提出仿真建模的“系統(tǒng)六元理論”,其本質(zhì)也是通過(guò)六種視圖構(gòu)建系統(tǒng)模型。在實(shí)際應(yīng)用中,沒(méi)有一套完全通用的多視圖體系架構(gòu)。應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體問(wèn)題域的實(shí)際情況,選擇合適的視圖,建立該視圖下的仿真概念模型,最終綜合形成多視圖概念模型體系。

2.3 概念模型體系構(gòu)成

本文在設(shè)計(jì)技術(shù)保障裝備體系仿真概念模型框架時(shí),基于系統(tǒng)工程和體系結(jié)構(gòu)理論,考慮技術(shù)保障裝備體系特點(diǎn)和面向體系效能評(píng)估的建模需求,從功能、實(shí)體、組織、任務(wù)、規(guī)則、環(huán)境和效能評(píng)估七個(gè)視圖進(jìn)行建模,構(gòu)建了技術(shù)保障裝備體系效能仿真概念模型,模型框架如圖2所示。

1)功能模型。技術(shù)保障裝備體系功能模型主要描述技術(shù)保障裝備體系的功能屬性,說(shuō)明技術(shù)保障裝備體系具備哪些能力,以及與保障對(duì)象、外部環(huán)境之間的交互關(guān)系。根據(jù)新的戰(zhàn)時(shí)裝備保障任務(wù)分工和技術(shù)保障裝備功能定位,技術(shù)保障裝備體系主要應(yīng)具備裝備搶救、裝備搶修、裝備故障檢測(cè)維修、裝備大部件拆裝、裝備保養(yǎng)維護(hù)等功能。

圖2 技術(shù)保障裝備體系仿真概念模型

2)實(shí)體模型。實(shí)體模型主要分析系統(tǒng)的組成實(shí)體,并建立各組成實(shí)體模型。實(shí)體模型的特征主要通過(guò)屬性來(lái)描述,屬性通常需要包括以下幾類(lèi):一是基本屬性,包括名稱(chēng)、標(biāo)識(shí)符、位置等;二是能力屬性,主要包括基本技術(shù)性能參數(shù)和戰(zhàn)術(shù)性能參數(shù);三是任務(wù)屬性,主要包括實(shí)體所執(zhí)行任務(wù)的類(lèi)型、要求、規(guī)則和完成程度等。技術(shù)保障裝備體系仿真實(shí)體模型主要包括:作戰(zhàn)單元模型,保障對(duì)象裝備(主戰(zhàn)裝備)模型、技術(shù)保障單元模型和技術(shù)保障裝備模型。

3)組織模型。組織模型主要描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)各組成實(shí)體之間的關(guān)系。典型的組織結(jié)構(gòu)包括樹(shù)形結(jié)構(gòu)、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。技術(shù)保障裝備體系仿真組織模型主要描述戰(zhàn)時(shí)作戰(zhàn)單元和技術(shù)保障單元編配情況,以及所采取的保障方式,包括伴隨保障、定點(diǎn)保障和支援保障，主要反映戰(zhàn)時(shí)技術(shù)保障單元與作戰(zhàn)單元之間的保障關(guān)系。

4)任務(wù)模型。任務(wù)模型主要描述作戰(zhàn)單元和技術(shù)保障單元在戰(zhàn)時(shí)所需完成的作戰(zhàn)和保障任務(wù)、任務(wù)具體執(zhí)行動(dòng)作、觸發(fā)條件以及與外界環(huán)境的交互。本文建模的重點(diǎn)是技術(shù)保障裝備體系及其運(yùn)行過(guò)程,仿真概念模型主要涉及作戰(zhàn)單元任務(wù)模型、技術(shù)保障裝備任務(wù)模型和技術(shù)保障裝備動(dòng)作模型。任務(wù)模型通常包含以下信息:任務(wù)名稱(chēng)、標(biāo)識(shí)符、任務(wù)目標(biāo)、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、任務(wù)區(qū)域、所包含動(dòng)作序列、任務(wù)條件等。以裝備搶救任務(wù)為例,該任務(wù)又可劃分為機(jī)動(dòng)、通信、防衛(wèi)、展開(kāi)、拖救、牽引、后送、撤收等動(dòng)作。

5)規(guī)則模型。在裝備技術(shù)保障系統(tǒng)中,后裝保障指揮機(jī)構(gòu)、技術(shù)保障單元、技術(shù)保障裝備等實(shí)體按照一定的保障規(guī)則進(jìn)行各種信息和物質(zhì)的交互,從而完成裝備技術(shù)保障任務(wù)。同樣,技術(shù)保障仿真模型也需要按照一定的規(guī)則推動(dòng)各個(gè)實(shí)體的行為和狀態(tài)的變化而達(dá)到模擬真實(shí)技術(shù)保障系統(tǒng)的目的。規(guī)則模型主要包括技術(shù)保障指揮規(guī)則、技術(shù)保障裝備運(yùn)用規(guī)則和技術(shù)保障單元行動(dòng)規(guī)則等,每種規(guī)則又可以根據(jù)仿真需要進(jìn)一步細(xì)化。技術(shù)保障指揮規(guī)則可以細(xì)化為技術(shù)保障態(tài)勢(shì)判斷規(guī)則、技術(shù)保障力量運(yùn)用規(guī)則和通信規(guī)則等,技術(shù)保障單元行動(dòng)規(guī)則可以細(xì)化為戰(zhàn)時(shí)技術(shù)保障力量編組規(guī)則、搶救搶修行動(dòng)規(guī)則、檢測(cè)修理行動(dòng)規(guī)則和機(jī)動(dòng)規(guī)則等。技術(shù)保障裝備運(yùn)用規(guī)則可以細(xì)化為搶救搶修裝備運(yùn)用規(guī)則、檢測(cè)修理裝備運(yùn)用規(guī)則和維護(hù)保養(yǎng)裝備運(yùn)用規(guī)則等。

6)環(huán)境模型。環(huán)境模型是對(duì)裝備技術(shù)保障活動(dòng)過(guò)程中涉及的可能影響相關(guān)保障效能的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境要素進(jìn)行描述,主要包括地形地貌、氣象水文和電磁環(huán)境模型。

7)效能評(píng)估模型。保障效能評(píng)估模型,是根據(jù)裝備技術(shù)保障的基本任務(wù)和功能,建立評(píng)估指標(biāo)體系,給出評(píng)估指標(biāo)計(jì)算方法,從而對(duì)裝備技術(shù)保障效能進(jìn)行綜合分析與評(píng)估。技術(shù)保障裝備仿真效能評(píng)估模型,包括保障對(duì)象戰(zhàn)備完好性評(píng)估模型、技術(shù)保障任務(wù)成功性評(píng)估模型、技術(shù)保障任務(wù)效率模型和技術(shù)保障裝備費(fèi)效比評(píng)估模型。其中,保障對(duì)象戰(zhàn)備完好性可用裝備完好率和使用可用度來(lái)描述,技術(shù)保障任務(wù)成功性可用技術(shù)保障任務(wù)成功率來(lái)描述,技術(shù)保障任務(wù)效率可用技術(shù)保障任務(wù)平均完成時(shí)間來(lái)描述,技術(shù)保障裝備費(fèi)效比可用技術(shù)保障裝備總費(fèi)用與效能的比值來(lái)描述。

2.4 模型間交互關(guān)系

技術(shù)保障裝備體系仿真概念模型間交互關(guān)系如圖3所示。技術(shù)保障裝備體系仿真想定描述了仿真的作戰(zhàn)背景和裝備技術(shù)保障方案,規(guī)定了仿真的基本過(guò)程?；诩夹g(shù)保障裝備體系仿真想定,完成對(duì)作戰(zhàn)單元任務(wù)模型的設(shè)置,驅(qū)動(dòng)作戰(zhàn)單元模型和保障對(duì)象裝備模型執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù),作戰(zhàn)任務(wù)過(guò)程中產(chǎn)生裝備戰(zhàn)損,從而生成裝備技術(shù)保障需求,觸發(fā)技術(shù)保障任務(wù)模型,驅(qū)動(dòng)技術(shù)保障單元和技術(shù)保障裝備共同執(zhí)行技術(shù)保障任務(wù),完成技術(shù)保障過(guò)程。無(wú)論是作戰(zhàn)任務(wù)還是技術(shù)保障任務(wù),都收到環(huán)境模型的約束和影響。效能評(píng)估模型在仿真輸出結(jié)果的基礎(chǔ)上,計(jì)算得出保障對(duì)象裝備戰(zhàn)備完好性指標(biāo)、技術(shù)保障任務(wù)成功性指標(biāo)、技術(shù)保障任務(wù)效率指標(biāo)和技術(shù)保障裝備體系費(fèi)用約束指標(biāo)等技術(shù)保障裝備體系效能分項(xiàng)指標(biāo)值,并最終綜合得出技術(shù)保障裝備體系總體效能。

圖3 模型間交互關(guān)系示意圖

2.5 基于UML的概念模型形式化描述方法

形式化描述是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和形式化建模語(yǔ)言對(duì)軍事概念模型相關(guān)信息進(jìn)行規(guī)范化描述,常用的形式化建模語(yǔ)言包括UML和IDEF0等。統(tǒng)一建模語(yǔ)言(Unified Modeling Language, UML)是軟件工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種面向?qū)ο蟮男问交Ｐ兔枋龇椒?。UML采用多視圖建模思想,主要通過(guò)用例圖、靜態(tài)圖、行為圖、交互圖和實(shí)現(xiàn)圖等5類(lèi)13種圖形,從靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為方面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行建模。UML各種圖形的含義及其建模方法可參考相關(guān)文獻(xiàn)[8],本文不再贅述。技術(shù)保障裝備體系仿真概念模型所對(duì)應(yīng)的形式化描述方法如表1所示。

表1 技術(shù)保障裝備體系仿真概念模型描述方法

下面仍以裝備搶救任務(wù)模型為例,給出該模型的活動(dòng)圖(Activity Diagram)描述,如圖4所示。

圖4 裝備搶救任務(wù)活動(dòng)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)面向效能評(píng)估的陸軍技術(shù)保障裝備體系仿真概念模型進(jìn)行了研究,針對(duì)技術(shù)保障裝備特點(diǎn)和體系效能評(píng)估的需求,提出了陸軍技術(shù)保障裝備體系仿真概念模型構(gòu)建原則;基于系統(tǒng)工程和體系結(jié)構(gòu)理論,從功能、實(shí)體、組織、任務(wù)、規(guī)則和環(huán)境六個(gè)視圖進(jìn)行建模,構(gòu)建了技術(shù)保障裝備體系仿真概念模型;給出了基于UML的概念模型形式化描述方法。為面向效能評(píng)估的陸軍技術(shù)保障裝備體系仿真概念模型構(gòu)建提供了理論和方法支撐。