海軍武器裝備一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)框架及模型總體設(shè)計(jì)

張傳友, 薄云蛟, 李 進(jìn)

(92493部隊(duì))

海軍武器裝備一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)框架及模型總體設(shè)計(jì)

張傳友, 薄云蛟, 李 進(jìn)

(92493部隊(duì))

針對日益凸顯的海軍武器裝備體系試驗(yàn)與作戰(zhàn)試驗(yàn)需求,研究建立了一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系的基本概念。應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)技術(shù)及多視圖描述方法,研究設(shè)計(jì)了試驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)頂層概念模型、試驗(yàn)高級概念模型,以及基于試驗(yàn)?zāi)芰?、試?yàn)業(yè)務(wù)、試驗(yàn)系統(tǒng)和技術(shù)體制的體系結(jié)構(gòu)模型,形成了一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)模型總體設(shè)計(jì)。

一體化聯(lián)合;試驗(yàn)體系;概念內(nèi)涵;結(jié)構(gòu)模型

1 問題的提出

武器裝備信息化、體系化發(fā)展,牽引武器裝備試驗(yàn)向?qū)崙?zhàn)化的一體化聯(lián)合試驗(yàn)轉(zhuǎn)變,推動(dòng)試驗(yàn)場建設(shè)轉(zhuǎn)型發(fā)展[1]。武器裝備試驗(yàn)場建設(shè)變革日益復(fù)雜化。

在信息化條件下,一體化聯(lián)合作戰(zhàn)是我軍基本作戰(zhàn)樣式,聯(lián)戰(zhàn)必須聯(lián)試聯(lián)訓(xùn)。實(shí)戰(zhàn)化的裝備試驗(yàn)不僅要關(guān)注性能試驗(yàn),還要關(guān)注聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境下裝備互聯(lián)互通和互操作能力試驗(yàn),更需要關(guān)注體系的整體效能和作戰(zhàn)效能試驗(yàn)。在體系環(huán)境條件下,裝備體系對抗和作戰(zhàn)試驗(yàn)需求及試驗(yàn)資源有限的矛盾日趨突出,需要多靶場和多軍兵種部隊(duì)共同提供必要的試驗(yàn)條件,實(shí)現(xiàn)跨地域和組織邊界的聯(lián)合行動(dòng)。

同時(shí),武器裝備的信息互聯(lián)互通互操作性試驗(yàn)也應(yīng)當(dāng)在聯(lián)合的環(huán)境中進(jìn)行。因此,一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系既是基于信息系統(tǒng)體系作戰(zhàn)能力建設(shè)的必然要求,是武器裝備體系對抗與作戰(zhàn)試驗(yàn)的客觀要求,也是解決試驗(yàn)需求與試驗(yàn)資源矛盾的高效途徑。

2 一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系基本概念

從一體化、聯(lián)合、試驗(yàn)體系等概念入手,研究建立一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系的基本概念。

一是,關(guān)于“一體化”：涵蓋科研和定型試驗(yàn)階段一體化,虛擬和現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)要素一體化,內(nèi)場和外場試驗(yàn)空間一體化,受試裝備(紅方)、配試裝備(藍(lán)方)和試驗(yàn)設(shè)施(白方)一體化。關(guān)于“聯(lián)合”：包括聯(lián)合作戰(zhàn)背景、多試驗(yàn)區(qū)域(靶場)聯(lián)合(聯(lián)動(dòng))、試驗(yàn)力量及試驗(yàn)實(shí)體的聯(lián)合。白方與紅方和藍(lán)方分別建立指揮和信息交互關(guān)系,構(gòu)成2個(gè)相對獨(dú)立一體化聯(lián)合裝備試驗(yàn)體系,這是美軍所謂的“在聯(lián)合環(huán)境中試驗(yàn)”內(nèi)涵。試驗(yàn)測控域與紅藍(lán)裝備體系對抗域耦合關(guān)聯(lián)構(gòu)成一體化聯(lián)合裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)空間,這是美軍所謂的“聯(lián)合試驗(yàn)”內(nèi)涵[2]。

二是,一體化聯(lián)合試驗(yàn)突出強(qiáng)調(diào)在紅藍(lán)雙方裝備體系對抗的環(huán)境中檢驗(yàn)與考核裝備的作戰(zhàn)能力問題。這里包含3個(gè)新的內(nèi)涵：① 將單個(gè)裝備放在裝備體系環(huán)境中,著重考核單個(gè)裝備在體系環(huán)境中的互聯(lián)互通互操作能力,以及與裝備體系的集成度和對裝備體系的貢獻(xiàn)度。② 將單個(gè)裝備放在紅藍(lán)裝備體系對抗環(huán)境中,著重考核單個(gè)裝備對裝備體系作戰(zhàn)效能的貢獻(xiàn)度。③ 考核檢驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)探索,在不同對抗背景和對抗模式中,裝備體系所具有的不同作戰(zhàn)效能,同時(shí),利用考核或試驗(yàn)的結(jié)果數(shù)據(jù),反饋到作戰(zhàn)研究領(lǐng)域,支持作戰(zhàn)方式和具體戰(zhàn)法的不斷改進(jìn)。

三是,試驗(yàn)體系是由各種試驗(yàn)要素、試驗(yàn)單元、試驗(yàn)系統(tǒng),按照一定結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合關(guān)聯(lián),并按照相應(yīng)機(jī)理實(shí)施運(yùn)作,支持試驗(yàn)任務(wù)完成的有機(jī)整體。所謂試驗(yàn)要素,是指構(gòu)成試驗(yàn)的必要因素,是構(gòu)成試驗(yàn)單元和試驗(yàn)系統(tǒng)的基本成分。通常包括條令條例、編制體制、程序、人員、設(shè)施、裝備、物資,以及機(jī)動(dòng)、防護(hù)、安全和保障等要素。試驗(yàn)單元是由同一層次相關(guān)的不同要素組成,能在一定范圍內(nèi)獨(dú)立遂行試驗(yàn)任務(wù)的力量單位。包括各種試驗(yàn)編組和單獨(dú)遂行試驗(yàn)任務(wù)能力的建制單位(試驗(yàn)力量),如海上試驗(yàn)船等。試驗(yàn)體系、要素、單元、系統(tǒng)的劃分是相對的,彼此之間既有區(qū)別又相互聯(lián)系[3]。試驗(yàn)體系是客觀存在的,隨著時(shí)代發(fā)展嬗變,經(jīng)歷了體系構(gòu)成由簡單到復(fù)雜再到更復(fù)雜,結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)從松散到緊密再到松緊耦合并存,力量整合由低層到高層,整體效能由低到高逐步提升的變化過程。

四是,一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系是對信息時(shí)代試驗(yàn)體系的發(fā)展闡釋。其基本概念如圖1所示。它主要是基于信息系統(tǒng),跨地域和組織邊界,跨現(xiàn)實(shí)和虛擬資源,將試驗(yàn)要素、單元、系統(tǒng)和力量有機(jī)融合,在多維一體的試驗(yàn)空間,支持獨(dú)立試驗(yàn)、一體化試驗(yàn)[4]、聯(lián)合試驗(yàn)等典型試驗(yàn)?zāi)Ｊ?是試驗(yàn)測控域與武器裝備體系對抗域動(dòng)態(tài)耦合關(guān)聯(lián)形成的作戰(zhàn)試驗(yàn)空間,是以武器裝備體系為對象、以作戰(zhàn)試驗(yàn)為內(nèi)容的最佳試驗(yàn)環(huán)境和條件。一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)已不能簡單地再用“松/緊”來形容,而應(yīng)當(dāng)用“可重用、可組合、互操作”等特性來表達(dá),它具有信息系統(tǒng)主導(dǎo),靈活多能,整體聯(lián)動(dòng),敏捷開放,自適應(yīng)性和自協(xié)同性強(qiáng)等特點(diǎn)。

圖1 一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系

基本結(jié)論是：跨地域空間、跨軍兵種力量、跨虛實(shí)資源的一體化聯(lián)合試驗(yàn)是大勢所趨,是解決武器裝備體系對抗與作戰(zhàn)試驗(yàn)問題的唯一途徑。但一體化聯(lián)合試驗(yàn)的工程實(shí)踐,無法跨越一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系構(gòu)建的理論方法和頂層設(shè)計(jì)技術(shù)的支撐。

3 一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)框架

為推進(jìn)裝備體系試驗(yàn)與作戰(zhàn)試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè),按照體系構(gòu)建的一般步驟[5],應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)技術(shù)及多視圖描述方法[6],開展武器裝備一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系框架及結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)[7]47。綜合分析結(jié)構(gòu)、功能、技術(shù)、信息和系統(tǒng)等需求,首先確立體系結(jié)構(gòu)頂層概念模型和數(shù)據(jù)要素,然后用形式化語言描述結(jié)構(gòu)框架、數(shù)據(jù)要素和結(jié)構(gòu)模型,完成試驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.1 設(shè)計(jì)試驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)頂層概念模型

作戰(zhàn)試驗(yàn)的目的是推動(dòng)軍事作戰(zhàn)概念和能力的發(fā)展[8]2-3。體系結(jié)構(gòu)頂層概念模型是一個(gè)由試驗(yàn)?zāi)芰?、試?yàn)業(yè)務(wù)、試驗(yàn)系統(tǒng)和技術(shù)體制等交織構(gòu)成的相對獨(dú)立、相互關(guān)聯(lián)、共同作用的多維網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)模型,是試驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)的基本依據(jù),如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)頂層概念模型

能力結(jié)構(gòu)模型用于描述開展試驗(yàn)活動(dòng)所需能力組成及關(guān)聯(lián)關(guān)系。業(yè)務(wù)活動(dòng)模型用于描述試驗(yàn)過程中所涉及的試驗(yàn)活動(dòng)、活動(dòng)節(jié)點(diǎn)和信息交換等內(nèi)容。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型用于描述系統(tǒng)組成、功能特征、相互關(guān)系等內(nèi)容。技術(shù)體制結(jié)構(gòu)模型用于描述試驗(yàn)活動(dòng)和試驗(yàn)系統(tǒng)所需的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其規(guī)范。

3.2 建立試驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)要素

體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)要素是建立和描述體系結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)系的基本單元或核心數(shù)據(jù),簡稱數(shù)據(jù)要素。數(shù)據(jù)要素不同的關(guān)聯(lián)組合,可形成對體系結(jié)構(gòu)模型的不同描述。為充分體現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的設(shè)計(jì)理念[7]21,分析研究確立角色、組織、節(jié)點(diǎn)、活動(dòng)、信息、系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、能力等10個(gè)數(shù)據(jù)要素,如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)要素及其關(guān)系

4 一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系的結(jié)構(gòu)模型

按照頂層概念模型進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可根據(jù)不同的任務(wù)需求,設(shè)計(jì)出不同規(guī)模、不同種類、不同層次的結(jié)構(gòu)模型。除體系結(jié)構(gòu)頂層概念模型外,初步設(shè)計(jì)出17個(gè)基本的結(jié)構(gòu)模型,包括能力結(jié)構(gòu)模型4個(gè)(能力列表、能力依賴圖、能力到組織的映射、能力到試驗(yàn)活動(dòng)映射),業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)模型5個(gè)(試驗(yàn)高級概念圖、試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)連接圖、試驗(yàn)信息交換矩陣、試驗(yàn)組織關(guān)系圖、試驗(yàn)活動(dòng)模型),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型7個(gè)(系統(tǒng)功能描述、系統(tǒng)組成接口描述、系統(tǒng)邏輯連接關(guān)系、系統(tǒng)通信連接關(guān)系、系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換矩陣、試驗(yàn)活動(dòng)到系統(tǒng)功能映射矩陣、能力到系統(tǒng)映射矩陣)及技術(shù)體制結(jié)構(gòu)模型1個(gè)。

4.1 試驗(yàn)?zāi)芰Y(jié)構(gòu)模型

能力結(jié)構(gòu)模型為試驗(yàn)業(yè)務(wù)提供所需的各種能力概念和能力映射關(guān)系。將能力分為試驗(yàn)設(shè)計(jì)、條件構(gòu)建、任務(wù)實(shí)施、試驗(yàn)評估、綜合保障、信息支持和基礎(chǔ)支撐等7種基本能力概念,如圖4所示?；灸芰χg相互依存、相互影響。每個(gè)基本能力又由若干個(gè)子能力組成,按照能力層次和作用關(guān)系,逐步分層設(shè)計(jì)若干能力概念模型。并通過把能力概念與數(shù)據(jù)要素進(jìn)行映射關(guān)聯(lián),完成試驗(yàn)?zāi)芰Y(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)。

圖4 試驗(yàn)?zāi)芰σ蕾囮P(guān)系

在研究實(shí)踐中,初步分解設(shè)計(jì),得到18個(gè)能力概念模型。如,試驗(yàn)設(shè)計(jì)能力主要包括需求分析、試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)、協(xié)同動(dòng)作設(shè)計(jì)、指揮關(guān)系設(shè)計(jì)、方案推演評估等能力,用以支持分析、研究、設(shè)計(jì)、評估和決策等試驗(yàn)業(yè)務(wù)活動(dòng)的開展。

4.2 試驗(yàn)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)模型

概念模型定義了相關(guān)變量和變量之間的關(guān)系,它提供了一種途徑來嚴(yán)密地解釋大腦中的想法[8]150-151。為了讓一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系的基本概念與試驗(yàn)?zāi)Ｊ健⒃囼?yàn)對象、試驗(yàn)活動(dòng)和試驗(yàn)資源建立耦合關(guān)聯(lián)關(guān)系,便于概念與實(shí)體的對應(yīng)轉(zhuǎn)換,參照美軍高層作戰(zhàn)概念的名詞,建立試驗(yàn)高級概念模型。

該模型是對試驗(yàn)?zāi)Ｊ?、試?yàn)對象、試驗(yàn)資源和試驗(yàn)活動(dòng)及其相互關(guān)系的想定抽象,是試驗(yàn)活動(dòng)流程再造和試驗(yàn)業(yè)務(wù)活動(dòng)重組的基本依據(jù),直接決定了試驗(yàn)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)模型。試驗(yàn)高級概念模型如圖5所示。武器裝備試驗(yàn)的最高境界是像作戰(zhàn)一樣去試驗(yàn),按照體系試驗(yàn)和作戰(zhàn)試驗(yàn)想定,傳統(tǒng)的試驗(yàn)業(yè)務(wù)活動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蜓b備體系的針對作戰(zhàn)試驗(yàn)要求的業(yè)務(wù)活動(dòng)。

試驗(yàn)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)模型描述了各種試驗(yàn)業(yè)務(wù)活動(dòng)及其信息交互關(guān)系。在試驗(yàn)高級概念模型框架內(nèi),按照全過程、全層次和全要素要求,設(shè)計(jì)并描述試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)實(shí)施和結(jié)果評定等階段的活動(dòng)概念、活動(dòng)流程、活動(dòng)組織、活動(dòng)計(jì)劃等試驗(yàn)業(yè)務(wù),并分級建立試驗(yàn)業(yè)務(wù)的信息交互關(guān)系。如圖6所示。

圖5 試驗(yàn)高級概念模型

圖6 試驗(yàn)業(yè)務(wù)活動(dòng)及信息流程

4.3 試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

除上級機(jī)關(guān)、工業(yè)部門、外來參試兵力和各種法規(guī)制度外,一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系的試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括被試對象、裝備平臺、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與評價(jià)、試驗(yàn)資源、保障設(shè)施等,如圖7所示。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì),是在組成功能描述的基礎(chǔ)上,把試驗(yàn)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)要素進(jìn)行映射關(guān)聯(lián),并以表格和圖形方式,揭示試驗(yàn)系統(tǒng)的功能耦合關(guān)聯(lián)、邏輯耦合關(guān)聯(lián)、信息耦合關(guān)聯(lián)等,形成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)。試驗(yàn)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)及信息關(guān)系見圖8。

圖7 試驗(yàn)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 試驗(yàn)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)及信息關(guān)系示意圖

4.4 技術(shù)體制結(jié)構(gòu)模型

技術(shù)體制結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì),是從體系構(gòu)建目標(biāo)出發(fā),首先設(shè)計(jì)技術(shù)參考模型,確定試驗(yàn)系統(tǒng)及分系統(tǒng)間的“三互”標(biāo)準(zhǔn),然后在參考模型框架內(nèi),從軍事應(yīng)用層、共性支持層、基礎(chǔ)平臺層、外部環(huán)境及層間接口等方面,對技術(shù)體制進(jìn)行描述,確定標(biāo)準(zhǔn)體系表。

4.5 作戰(zhàn)試驗(yàn)的組織指揮

在武器裝備試驗(yàn)的實(shí)際工作過程中,試驗(yàn)指揮[9]體制與作戰(zhàn)指揮體制,特別是指揮信息系統(tǒng)之間存在脫節(jié)的問題,迫切需要統(tǒng)籌謀劃構(gòu)建一體化聯(lián)合的作戰(zhàn)試驗(yàn)指揮體制,優(yōu)化指揮機(jī)構(gòu)設(shè)置,建設(shè)作戰(zhàn)與試驗(yàn)一體化的指揮信息系統(tǒng)。組織指揮體制框架如圖9所示。

圖9 作戰(zhàn)試驗(yàn)組織指揮體制框架示意圖

5 結(jié)束語

針對日益凸顯的裝備體系試驗(yàn)和作戰(zhàn)試驗(yàn)需求,在分析一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系基本概念的基礎(chǔ)上,進(jìn)行相關(guān)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),并形成了試驗(yàn)體系構(gòu)建的頂層設(shè)計(jì)技術(shù)。但一體化聯(lián)合試驗(yàn)體系構(gòu)建過程是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,需要領(lǐng)域內(nèi)甚至是跨領(lǐng)域的合力攻關(guān),希望能夠在試驗(yàn)領(lǐng)域內(nèi)建立形成體系框架頂層建、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范合力建、共性系統(tǒng)統(tǒng)一建、應(yīng)用系統(tǒng)分布建、特色系統(tǒng)個(gè)別建的制度機(jī)制。

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(編輯：田麗韞)

General Design of System Framework and Architecture Model of lntegrated Joint Test System-of-Systems for Navy Weapon Equipment

ZHANG Chuanyou, BO Yunjiao, LI Jin

(92493 Troops,China)

Concerning on System-of-Systems(SOS)test and operational test requirement of increasing naval weapon equipment,the paper studies the concept connotation of integrated joint trial SOS.Applying architecture technique and description measure of multi-angle,it designs apart topmost conception model of test SOS architecture,advanced conception model of test and SOS architecture model based on test capability,test operation,test system and technical system,forming general design of architecture model of integrated joint test SOS for weapon equipment.

integrated joint;test SOS;concept connotation;architecture model

E 917

2095-3828(2014)04-0118-06

ADOI10.3783/j.issn.2095-3828.2014.04.025

2014-02-28

張傳友(1967-),男,高級工程師,碩士.主要研究方向：武器裝備試驗(yàn)系統(tǒng)工程.