任天助，辛萬青，嚴(yán)晞雋，吳雄清

（1. 北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京，100076；2. 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

0 引 言

體系需求分析是體系工程的基本活動(dòng)之一，一般認(rèn)為是開展體系設(shè)計(jì)的預(yù)先過程。體系相比一般的系統(tǒng)而言組成要素更多，更加關(guān)注整體的能力而非單一系統(tǒng)性能，使得需求分析更加復(fù)雜。國(guó)內(nèi)外對(duì)于體系需求分析問題開展了很多研究，其中DoDAF多視圖的架構(gòu)建模方法是目前國(guó)內(nèi)外最流行的體系需求設(shè)計(jì)框架，并在其基礎(chǔ)上發(fā)展出面向基于MBSE的UPDM、UAF描述框架，以UML/SySML建模語言實(shí)現(xiàn)了對(duì)體系需求的規(guī)范化、模型化描述。盡管其建模的具體步驟只有幾步，但12大項(xiàng)百余條小項(xiàng)的龐大術(shù)語集要求架構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)DoDAF冗雜的建模范式有深刻理解。而UAF、UPDM這兩者都采用UML/SySML建模語言，同樣也增加了建模的門檻。更關(guān)鍵的是這類方法以既定的概念作為輸入，但是沒有明確給出概念的產(chǎn)生過程，也不對(duì)能力的產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行解釋。換言之，DoDAF這類需求分析模型更多是采用逆向工程的方法，將已經(jīng)在文檔中甚至是大腦中建立好的體系概念用一套完善的架構(gòu)模板表示出來。然而在設(shè)計(jì)之初，需求提出方與體系架構(gòu)師往往只有大致的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)流程和可能適合的組成系統(tǒng)方案，需要正向地去確定體系應(yīng)該具備的能力以及如何組織體系的組成系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)所有目標(biāo)。這種方法的欠缺使得長(zhǎng)期以來各類體系架構(gòu)并沒有在體系工程中起到預(yù)期作用。因此，體系需求設(shè)計(jì)方法不應(yīng)該只是看重最后的結(jié)果形式，而是能夠依照一定步驟，構(gòu)成體系概念、分析體系具備的能力、開展需求分析的綜合方法論。

除了采用基于DoDAF及其衍生框架的體系需求分析方法之外，一些學(xué)者也嘗試構(gòu)建其他形式的體系需求分析建模方法。孫長(zhǎng)龍[1]將作戰(zhàn)體系的概念定義為使命任務(wù)、平臺(tái)單元或設(shè)施和信息網(wǎng)絡(luò)的三元組，通過信息鏈對(duì)防空作戰(zhàn)體系開展能力分析。Teddy Bouziat[2]則從多Agent建模的角度，將體系定義為組成系統(tǒng)和使命目標(biāo)的二元組，并將組成系統(tǒng)以獨(dú)立Agent的形式開展需求的分析。Eduardo Silva[3]提出了一種名為mKAO的描述體系概念的語言，以任務(wù)為線索串起整個(gè)體系的需求分析與開發(fā)流程。這些方法有一個(gè)共同的思路，旨在以多元組的形式給出體系概念建模的模板，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、解析、仿真等手段對(duì)體系的任務(wù)過程與能力需求開展分析。但這些方法由于沒有形成具有通用性的建模語言與方法，導(dǎo)致應(yīng)用只集中在特定領(lǐng)域，沒有形成廣泛的影響力。

本文試圖以簡(jiǎn)潔高效的OPM語言建立體系概念模型，形成具有可操作性的需求概念獲取方法。并將OPM概念模型融合到聯(lián)合能力開發(fā)（Joint Capabilities Integration and Development System，JCIDS）流程中作為概念支撐，結(jié)合OPM語言特點(diǎn)對(duì)JCIDS中的能力分析過程進(jìn)行改進(jìn)，形成對(duì)體系能力需求的分析。以目標(biāo)實(shí)現(xiàn)通路為藍(lán)本，逐漸豐富體系的概念。并在每條回路中分析物質(zhì)、信息的流向，得出體系的任務(wù)-能力生成機(jī)制。最后以海上救援體系為案例，驗(yàn)證了該方法的有效性。

1 系統(tǒng)建模語言O(shè)PM

以色列系統(tǒng)科學(xué)家Dori[4]提出了對(duì)象過程方法論（Object-process Methodology），以對(duì)象和過程這兩個(gè)最基礎(chǔ)的概念，建立了一種簡(jiǎn)潔而強(qiáng)大的系統(tǒng)建模范式，被公認(rèn)學(xué)習(xí)難度遠(yuǎn)低于UML與SySML，是被國(guó)際系統(tǒng)工程委員會(huì)（International Council on Systems Engineering，INCOSE）官方認(rèn)證的MBSE方法之一。該方法被廣泛應(yīng)用在從分子生物學(xué)到航天推進(jìn)系統(tǒng)的復(fù)雜性建模研究中。國(guó)內(nèi)外學(xué)者均對(duì)OPM語言及其建模方法有許多工程應(yīng)用，包括周波[5]、李紫漠[6]、黃其旺[7]等。由于篇幅有限，下面僅對(duì)這種語言的部分建模機(jī)制做簡(jiǎn)要的介紹。

1.1 OPM語言的基本要素

OPM語言的基本建模要素分為實(shí)體和連接關(guān)系兩類。實(shí)體是 OPM 系統(tǒng)建模的基本模塊，連接關(guān)系則是表示實(shí)體之間的相關(guān)性。對(duì)象（Object）、過程（Process）和狀態(tài)（State）是OPM的3種基本實(shí)體，其中對(duì)象負(fù)責(zé)描述系統(tǒng)的物理和信息，狀態(tài)則是對(duì)象所處的狀況，而過程則負(fù)責(zé)描述對(duì)象的生成、消耗以及對(duì)象自身狀態(tài)的遷移轉(zhuǎn)變。

實(shí)體之間的連接關(guān)系分為靜態(tài)的結(jié)構(gòu)性連接關(guān)系和動(dòng)態(tài)的過程性連接關(guān)系兩大類。4種基礎(chǔ)性的結(jié)構(gòu)連接為：整體-部分，展示-特征，一般-特殊，類型-實(shí)例連接。過程連接包括表示過程產(chǎn)生對(duì)象、消耗對(duì)象、改變對(duì)象狀態(tài)的變換連接，表示對(duì)象中人對(duì)過程主導(dǎo)關(guān)系、工具對(duì)過程支撐關(guān)系的支持連接和表示事件的觸發(fā)與調(diào)用的事件連接。

1.2 OPM語言的特點(diǎn)

SysML語言是目前應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng)架構(gòu)建模語言，這里將OPM語言與SysML建模語言進(jìn)行比較，以此說明一下OPM語言的特點(diǎn)，如表1所示。SysML語言的建模方式來源于軟件編程領(lǐng)域的面向?qū)ο蠓妒?，主要突出?duì)象本身，過程是對(duì)象的一種依附物。而OPM采用的是基于最小本體理論，以對(duì)象-過程作為描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和行為的二元組。過程不再是面向?qū)ο蠓妒街幸栏接趯?duì)象的“二等公民”，而是作為變換對(duì)象狀態(tài)、產(chǎn)生與消耗對(duì)象的基本實(shí)體，與對(duì)象同等重要。這對(duì)于體系問題來說是一個(gè)得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)轶w系中的過程往往是多個(gè)組成系統(tǒng)協(xié)同參與的，依附單獨(dú)的任意一個(gè)系統(tǒng)都難以表示體系在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)過程的全貌。而且OPM中多層次而非多視圖的表現(xiàn)形式對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)建模問題而言更有助于從整體去構(gòu)建各組成系統(tǒng)之間的關(guān)系。對(duì)于關(guān)鍵系統(tǒng)可以根據(jù)需要在統(tǒng)一視圖的基礎(chǔ)上進(jìn)一步添加顆粒度，對(duì)特定的過程和對(duì)象進(jìn)行“展開”。此外，OPM的建模規(guī)則和元素要明顯少于SysML語言，這樣能夠降低系統(tǒng)建模人員學(xué)習(xí)語言的難度，讓各個(gè)領(lǐng)域的系統(tǒng)工程師能夠?qū)Ｗ⒂谛枨蠓治雠c架構(gòu)設(shè)計(jì)，而非對(duì)建模語言語法的深究。

表1 OPM語言與SysML語言的比較 Tab.1 Comparison between OPM and SysML

2 基于OPM的體系概念生成方法

2.1 基于OPM的體系概念模型

圖1是利用OPM的基本語言對(duì)體系概念定義，其思路在于將體系按照過程-對(duì)象的二元理論定義為任務(wù)和系統(tǒng)的二元組。體系的組成系統(tǒng)之間以功能過程為紐帶相聯(lián)系，并通過參與任務(wù)改變目標(biāo)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)體系的目標(biāo)。任務(wù)由功能過程組成，組成系統(tǒng)通過執(zhí)行功能過程或是影響其他系統(tǒng)狀態(tài)使之處于相應(yīng)的能力狀態(tài)，以此實(shí)現(xiàn)的任務(wù)目標(biāo)。

圖1 基于OPM的體系概念組成 Fig.1 System of Systems Concept Composition based on OPM

2.2 體系概念的分析設(shè)計(jì)流程

結(jié)合OPM語言的特點(diǎn)，這里將體系概念的分析設(shè)計(jì)流程分為以下3個(gè)步驟：

a）構(gòu)建體系概念中目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)流程。

在體系概念設(shè)計(jì)的最開始階段，與體系的利益相關(guān)者溝通一同梳理體系的目標(biāo)，獲取初始的需求。在開始階段，需求往往是模糊與片段化的，如果存在多個(gè)利益相關(guān)者他們的需求可能還存在沖突，因此需要對(duì)各個(gè)利益相關(guān)者的需求進(jìn)行梳理，明確體系的使命目標(biāo)和體系實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的大致流程步驟。并在流程步驟中，為各項(xiàng)主要活動(dòng)分配所依賴的對(duì)象或所要影響的對(duì)象，實(shí)現(xiàn)的OPM模型如圖2所示。這里需要說明的是，本文中的“活動(dòng)”對(duì)應(yīng)對(duì)象-過程方法論中的“過程”，而“系統(tǒng)”則對(duì)應(yīng)“對(duì)象”。

圖2 構(gòu)建目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)流程 Fig.2 Building the Realization Process of Goals

b）構(gòu)建系統(tǒng)-活動(dòng)解決方案組合。

在a步驟中，只確定了體系實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的基本流程，而不涉及體系選用何種具體的解決方案。這里將解決方案定義為系統(tǒng)-活動(dòng)的組合，即利用“何種對(duì)象”以“什么樣的方式”實(shí)現(xiàn)，是對(duì)上一步驟的特征化。

這一步驟，在相關(guān)技術(shù)專家的指導(dǎo)下，對(duì)每個(gè)活動(dòng)考慮各種可能的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行枚舉。各個(gè)實(shí)現(xiàn)方式里，在OPM模型中將同一類系統(tǒng)進(jìn)行具體化，并為每個(gè)系統(tǒng)分配其所要執(zhí)行的活動(dòng)，將解決方案帶入到下一步的設(shè)計(jì)中，該步驟如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)-活動(dòng)解決方案組合 Fig.3 System-activity Solution Composition

c）為體系的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀態(tài)，并對(duì)體系概念進(jìn)行邏輯驗(yàn)證。

體系架構(gòu)師根據(jù)各系統(tǒng)特質(zhì)，對(duì)系統(tǒng)類型進(jìn)行細(xì)分，定義系統(tǒng)的各自狀態(tài)，并與流程中的活動(dòng)相關(guān)聯(lián)，描述各個(gè)流程的轉(zhuǎn)換關(guān)系。同時(shí)利用OPM語言的優(yōu)勢(shì)，對(duì)體系所有組成系統(tǒng)的交互關(guān)系開展邏輯驗(yàn)證。

至此，一個(gè)OPM概念模型已經(jīng)基本形成，但還不是一個(gè)完整的體系需求模型。這是因?yàn)轶w系除了組成系統(tǒng)及其之間的作用關(guān)系之外，還有一個(gè)重要的抽象概念：能力。在許多體系研究者眼中，能力是體系的靈魂。可以說體系需求設(shè)計(jì)就是一個(gè)能力獲取的流程。但是目前的步驟只形成了體系的需求藍(lán)圖，依然沒有對(duì)體系需求開展詳細(xì)分析，還不能對(duì)后續(xù)體系設(shè)計(jì)與開發(fā)形成有效的指導(dǎo)。因此，本文將OPM建模方法與JCIDS能力需求分析流程相結(jié)合，形成一套能夠簡(jiǎn)潔高效、并具有較高可操作性的體系需求分析方法。

3 結(jié)合JCIDS的OPM體系能力需求分析

3.1 JCIDS能力需求生成步驟

聯(lián)合能力集成與開發(fā)系統(tǒng)是美軍為完成聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù)、實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)目標(biāo)創(chuàng)建的一種作戰(zhàn)需求生成系統(tǒng)。其結(jié)果用于指導(dǎo)裝備采辦階段中完成裝備的設(shè)計(jì)與選型。其流程大致包括以下5個(gè)步驟：

a）國(guó)防部戰(zhàn)略指南：自頂向下給出體系需求的原則和依據(jù)。

b）聯(lián)合作戰(zhàn)概念：形成描述裝備作戰(zhàn)形式的藍(lán)圖。

c）功能域分析（Functional Area Analysis，F(xiàn)AA）：輸出需求的任務(wù)、條件、標(biāo)準(zhǔn)。

d）功能需求分析（Functional Needs Analysis，F(xiàn)NA）：比較和確認(rèn)能力現(xiàn)狀和存在的差距。

e）功能解決方案分析（Functional Solutions Analysis，F(xiàn)SA）：針對(duì)能力差距需求尋求功能解決方案。

JCIDS中具備可操作性的需求分析步驟和對(duì)能力差距的分析，能夠提高體系架構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)需求的把控力，為體系架構(gòu)設(shè)計(jì)提供充分的依據(jù)。在這套方法論中，聯(lián)合作戰(zhàn)概念的建立起到了承上啟下的作用，即承接戰(zhàn)略目標(biāo)的要求，通過對(duì)概念中任務(wù)-能力的分析建立一體化的體系架構(gòu)。

對(duì)于更一般的非軍事體系，本文中將OPM概念模型替換JCIDS中的聯(lián)合作戰(zhàn)概念，用于承接利益相關(guān)者要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，并對(duì)功能域分析和功能需求分析步驟進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。

3.2 面向目標(biāo)實(shí)現(xiàn)通路內(nèi)的流程組合確定任務(wù)及其條件

在原有OPM概念模型建立基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)JCIDS中對(duì)能力的需求分析，需要對(duì)原有的流程進(jìn)行重新劃分。在建立OPM模型中，一開始的活動(dòng)只是粗略地勾勒了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的藍(lán)圖。而后建立的活動(dòng)又都是相對(duì)碎片化的，不能夠反映體系能力特征。因此本文提出了目標(biāo)實(shí)現(xiàn)通路的概念，即在OPM概念模型的基礎(chǔ)上，分析體系內(nèi)物質(zhì)、信息的流轉(zhuǎn)關(guān)系。以目標(biāo)相關(guān)物質(zhì)轉(zhuǎn)移、目標(biāo)相關(guān)信息傳遞的鏈條構(gòu)成以系統(tǒng)實(shí)體為節(jié)點(diǎn)，流轉(zhuǎn)關(guān)系活動(dòng)為邊的體系要素網(wǎng)絡(luò)。并以流轉(zhuǎn)的信息、物質(zhì)的不同從中劃分出不同的系統(tǒng)-活動(dòng)組合，將其稱之為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)通路。將該通路內(nèi)的活動(dòng)聚合，提煉該回路內(nèi)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，并列舉影響目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的任務(wù)條件，梳理不同條件對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)回路走向的影響。

3.3 從評(píng)估角度定義能力并制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

從需求分析的角度來講，評(píng)估體系是否能夠滿足要求需要一個(gè)載體，對(duì)不同利益相關(guān)者的需求實(shí)現(xiàn)情況，不同任務(wù)的滿足情況，都能由這個(gè)載體來度量。在體系工程中，這個(gè)度量就是體系能力。許多文獻(xiàn)中能力都是由利益相關(guān)者直接給出的，但是在實(shí)際情況中，需求提出方更多情況下只能說明一些概念，難以說明體系具體需要哪些能力，也無法建立能力與任務(wù)的關(guān)系?？紤]能力是為了評(píng)估體系而存在的，本文在體系層面提煉不同任務(wù)中的評(píng)估指標(biāo)聚合，對(duì)共通性的效能指標(biāo)進(jìn)行整合，歸納出體系的能力。這種方法解決了能力需求提出的問題，便于需求提出方和架構(gòu)設(shè)計(jì)方快速形成能力清單，開展后續(xù)評(píng)估工作，而非在體系能力流程的組成上遲遲難以達(dá)成共識(shí)。并將由任務(wù)到能力的分析流程中，評(píng)估指標(biāo)這一中間流程固化下來，形成評(píng)估指標(biāo)生成表。

3.4 評(píng)估當(dāng)前解決方案對(duì)體系需求的滿足程度

在OPM模型的基礎(chǔ)上，建立基于系統(tǒng)-活動(dòng)的解決方案和體系能力的關(guān)系。結(jié)合解決方案的技術(shù)特性和需求方的要求，按照任務(wù)-能力指標(biāo)生成表評(píng)估當(dāng)前體系概念模型內(nèi)各種解決方案的能力水平，分析與需求期望能力水平的差距。

4 海上救援體系應(yīng)用案例

海上救援體系被認(rèn)為是典型的體系問題，被許多體系研究者用于驗(yàn)證相關(guān)方法。本文結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[8,9]，以天基信息支持下的海上救援體系作為應(yīng)用案例，驗(yàn)證前文的體系需求分析方法的有效性。

4.1 海上救援體系OPM概念模型建立流程

對(duì)于海上救援體系，其使命目標(biāo)比較明確，就是為了在海上救援遇險(xiǎn)人員和遇險(xiǎn)船只。其主要的利益相關(guān)者包括政府海洋監(jiān)測(cè)部門、救援執(zhí)行部門以及海上作業(yè)人員、游客等可能在海上需要救援的人員。對(duì)于海洋監(jiān)測(cè)部門來說，需求是能在各種條件下盡可能快地發(fā)現(xiàn)海上遇險(xiǎn)人員。對(duì)于救援部門來說，在有限的成本下建立快速反應(yīng)的海上救援力量。對(duì)于海上遇險(xiǎn)人員來說，則是能夠使用有效的報(bào)警裝置讓救援力量發(fā)現(xiàn)自己，并盡可能長(zhǎng)時(shí)間地在救援力量到達(dá)前保障自身安全。由利益相關(guān)者的描述我們可以梳理出海上救援體系大致流程為：由救遇險(xiǎn)員進(jìn)行報(bào)警，定位系統(tǒng)對(duì)遇險(xiǎn)人員進(jìn)行定位，通信系統(tǒng)將遇險(xiǎn)定位信息上報(bào)到指揮節(jié)點(diǎn)，指揮節(jié)點(diǎn)分配救援力量前往遇險(xiǎn)位置開展救援。因此，以O(shè)PM語言繪制海上救援體系的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。

圖4 海上救援體系目標(biāo)實(shí)現(xiàn)流程 Fig.4 Target Realization Process of Maritime Rescue SoS

對(duì)這6個(gè)活動(dòng)匹配系統(tǒng)-活動(dòng)功能解決方案，得到如圖5所示的系統(tǒng)-活動(dòng)解決方案組合。海上救援體系中，傳統(tǒng)的定位解決方案是采用多顆低軌救援衛(wèi)星進(jìn)行雙星或三星定位，然后利用靜止軌道上的衛(wèi)星對(duì)定位信息向地面站轉(zhuǎn)發(fā)。但是低軌衛(wèi)星的軌道覆蓋做不到實(shí)時(shí)定位，定位延遲有時(shí)會(huì)達(dá)數(shù)個(gè)小時(shí)。因此后續(xù)又有采取以中軌衛(wèi)星定位，靜止軌道衛(wèi)星進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的解決方案。隨著北斗、格洛納斯等新型中軌星座的普及，不僅可以不依賴傳統(tǒng)的靜止軌道衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信息，直接依靠中軌星座進(jìn)行通信，并且由傳統(tǒng)的由遇險(xiǎn)方到救援方的單向通信提升為雙向通信，依靠諸如北斗短報(bào)文的通信模式能夠?qū)⒕仍畔⒎答伣o救援者，大大提升了搜救的通信水平與遇險(xiǎn)者的獲救信心。但是，目前諸如北斗的中軌衛(wèi)星救援系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)小范圍區(qū)域的覆蓋，傳統(tǒng)的高低救援衛(wèi)星組合的覆蓋范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過中軌衛(wèi)星。因此，圖中的體系概念包括了多種衛(wèi)星類型的解決方案。

圖5 海上救援體系解決方案組合 Fig.5 Maritime Rescue SoS Solution Portfolio

接下來對(duì)體系的系統(tǒng)-活動(dòng)組合進(jìn)一步細(xì)化，明確系統(tǒng)種類。如圖6所示，將聯(lián)結(jié)多個(gè)要素的關(guān)鍵系統(tǒng)，如中軌救援衛(wèi)星、衛(wèi)星地面終端等添加狀態(tài)，并對(duì)整個(gè)體系的運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行邏輯驗(yàn)證。至此，海上救援體系的OPM概念模型基本完成。

圖6 海上救援體系概念與可執(zhí)行邏輯驗(yàn)證 Fig.6 Validation of Concept and Executable Logic of Marine Rescue SoS

4.2 海上救援體系目標(biāo)實(shí)現(xiàn)回路分析

按照前文提出的方法，將體系內(nèi)系統(tǒng)的活動(dòng)簡(jiǎn)化為邊，系統(tǒng)為節(jié)點(diǎn)，得到海上救援體系的要素關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，如圖7所示。根據(jù)上述要素關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)海上救援體系的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在遇險(xiǎn)信息的流轉(zhuǎn)、救援反饋信息的流轉(zhuǎn)和救援力量的實(shí)體位置的轉(zhuǎn)移。由此得出主要有如下的4條目標(biāo)實(shí)現(xiàn)回路：第1，遇險(xiǎn)定位信息的生成回路，即從遇險(xiǎn)人員發(fā)出請(qǐng)求，經(jīng)衛(wèi)星或電臺(tái)定位計(jì)算生成；第2，遇險(xiǎn)定位信息的轉(zhuǎn)發(fā)回路，定位信息由天基衛(wèi)星或岸基電臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，地面終端進(jìn)行解算，直至當(dāng)?shù)厮丫葏f(xié)調(diào)中心收到位置信息并分發(fā)給最近的救援力量；第3，救援力量的派遣回路，即救援力量從當(dāng)前所在位置出發(fā)，根據(jù)提供的信息前往遇險(xiǎn)海域搜索，直至到達(dá)人員遇險(xiǎn)位置；第4，救援信息的反饋回路，即從救援指揮中心經(jīng)衛(wèi)星通信反饋給遇險(xiǎn)人員，使得遇險(xiǎn)人員配合救援行動(dòng)，增強(qiáng)獲救信心。

圖7 海上救援體系組成要素網(wǎng)絡(luò) Fig7 The Elements Network of Maritime Rescue System

4.3 海上救援體系的任務(wù)與能力

將上述4條目標(biāo)實(shí)現(xiàn)通路歸結(jié)為4項(xiàng)任務(wù)，可知該體系的4大任務(wù)分別為生成遇險(xiǎn)定位信息、傳遞遇險(xiǎn)定位信息、派遣救援力量和反饋救援信息4項(xiàng)。接下來討論任務(wù)執(zhí)行的條件，以生成遇險(xiǎn)定位信息任務(wù)為例，影響目標(biāo)實(shí)現(xiàn)通路走向的環(huán)境條件包括遇險(xiǎn)位置離岸距離、緯度。因?yàn)橐揽磕壳俺Ｓ玫腁IS系統(tǒng)進(jìn)行定位時(shí)，信號(hào)距離一般不超過30海里，所以離岸距離影響了定位回路能否從岸基定位向后推進(jìn)。同時(shí)，在高緯地區(qū)衛(wèi)星覆蓋存在盲區(qū)，定位任務(wù)只能通過岸基系統(tǒng)，因此遇險(xiǎn)位置緯度也是條件之一。

按照前文的方法，從對(duì)各個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)通路評(píng)估的角度進(jìn)行能力定義。例如，評(píng)估遇險(xiǎn)定位信息的生成好壞，可以從定位的延遲與精度兩方面，將這兩方面聚合而成得到的則是海上救援體系的定位能力。而評(píng)估傳遞遇險(xiǎn)信息和反饋遇險(xiǎn)信息這兩項(xiàng)任務(wù)時(shí)，都可以從信息傳遞時(shí)延、信息容量和信息抗干擾性這3個(gè)方面進(jìn)行。因此可將其合并為同一項(xiàng)能力，稱為信息傳輸能力。按照該方法得到海上救援體系任務(wù)-能力評(píng)估指標(biāo)生成表，如表2所示。

表2 任務(wù)-能力評(píng)估條目生成表 Tab.2 The Mission-capability Evaluation Construction

4.4 對(duì)海上救援體系解決方案的評(píng)估

按照前文的方法，為了對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)回路內(nèi)的不同解決方案開展評(píng)估。這里再次以生成遇險(xiǎn)定位信息回路為例，將分析得到的任務(wù)條件、能力評(píng)估指標(biāo)和系統(tǒng)解決方案建立聯(lián)系用OPM語言描述，如圖8所示。

圖8 用OPM語言描述任務(wù)條件-能力指標(biāo)-系統(tǒng)解決方案 Fig. 8 Mission Condition, Capability Index and System Solution in Object-process Diagram

圖8 表示了任務(wù)條件對(duì)解決方案的影響，以及解決方案的能力評(píng)估水平。在離岸距離小于30海里以外時(shí)，岸基定位無法發(fā)揮作用。遇險(xiǎn)位置處于高緯地區(qū)時(shí)，天基定位無法發(fā)揮作用。利用OPM的狀態(tài)表示能力評(píng)估水平，從圖中可以看出采用岸基定位、中軌衛(wèi)星定位和低軌衛(wèi)星定位的能力水平。在近岸條件下岸基定位的能力基本能滿足體系需求，但是離岸較遠(yuǎn)的條件下，采用低軌衛(wèi)星開展天基定位對(duì)需求滿足情況最差，中軌衛(wèi)星好于低軌衛(wèi)星，但在定位延遲方面還存在一定差距。

在圖8中，利用OPM語言表現(xiàn)了體系任務(wù)條件、能力指標(biāo)、系統(tǒng)解決方案3個(gè)重要方面的關(guān)系，盡管不能實(shí)現(xiàn)定量計(jì)算，但這種基于模型的描述方法為后續(xù)進(jìn)行體系評(píng)估模型的詳細(xì)設(shè)計(jì)確定了輸入輸出和基本框架。

5 總結(jié)與展望

本文提出的需求分析方法有如下特點(diǎn)：

a）該方法從正向工程的角度，將初始模糊的需求逐漸完善形成完整的任務(wù)、能力、組成系統(tǒng)的需求要素集，使得體系需求分析按照邏輯變得有跡可循。

b）該方法的可操作性強(qiáng)，從概念設(shè)計(jì)，任務(wù)劃分，能力評(píng)估的閉環(huán)鏈條中，每一步都有對(duì)應(yīng)的操作步驟，為體系需求分析找到了可執(zhí)行的方法論。

c）基于OPM的語言描述方法大大簡(jiǎn)化了概念描述、流程建模和能力表示的難度。以這種基于模型的系統(tǒng)工程范式，將體系要素更清晰地表示出來。

目前的研究局限在依托體系概念開展定性的需求分析上，對(duì)于定量的分析尚存在困難。在后續(xù)的研究中，將探索OPM語言與其他基于模型的體系分析方法相結(jié)合，開展定量的解析、仿真計(jì)算，進(jìn)一步提升需求分析評(píng)估的可信度。