裝備需求論證模型體系構(gòu)建

趙 凱， 郭齊勝， 韓戈白， 樊延平， 穆 歌

(1. 陸軍裝甲兵學(xué)院裝備指揮與管理系， 北京 100072， 2. 中國電子科技集團(tuán)公司第28研究所， 江蘇 南京 210007)

裝備需求論證模型體系是一個(gè)由用于裝備需求論證的相互聯(lián)系、相互作用的模型構(gòu)成的，科學(xué)、全面、系統(tǒng)和有機(jī)的整體[1]。模型體系結(jié)構(gòu)是否完備、模型類型是否齊全、模型間的關(guān)系是否明晰，將嚴(yán)重影響裝備需求論證模型的可理解性和重用性。信息化條件下，裝備需求論證包括任務(wù)域、能力域、系統(tǒng)域和技術(shù)域等多個(gè)領(lǐng)域的需求獲取、分析、描述、驗(yàn)證、管理及建模工作，實(shí)際業(yè)務(wù)開展過程中需要考慮的因素眾多，采用的方法復(fù)雜、綜合，這就要求必須構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的裝備需求論證流程及其組成環(huán)節(jié)，搭建科學(xué)的、全過程全要素的模型體系框架，建立使命任務(wù)需求分析、能力需求分析、體系與系統(tǒng)需

求分析、功能與指標(biāo)需求分析和需求多方案生成與評(píng)估等主體模型，以滿足裝備需求論證工作的高效開展。目前，我軍裝備需求論證領(lǐng)域尚未構(gòu)建全過程、全要素的模型體系框架，各流程、各環(huán)節(jié)的主體模型也未全部建立。因此，亟需圍繞裝備需求論證流程及其組成環(huán)節(jié)，構(gòu)建面向全過程、包含全要素的裝備需求論證模型體系框架，為規(guī)范工作標(biāo)準(zhǔn)、降低工作復(fù)雜性和提高工作效率提供支撐。筆者以裝備需求論證模型體系構(gòu)建需求為牽引，研究提出裝備需求論證模型體系設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建裝備需求論證模型體系結(jié)構(gòu)框架，為明確裝備需求論證模型的組成與關(guān)系提供方法支撐，為裝備需求論證模型建設(shè)提供參考。

1 裝備需求論證模型體系構(gòu)建需求

構(gòu)建裝備需求論證模型體系，必須考慮各類裝備需求論證參與者的建模需求，才能比較全面地反映裝備需求論證模型的應(yīng)用需求。為此，應(yīng)采用面向多視角的裝備需求論證模型體系需求分析方法[2]，分別面向裝備需求論證管理視角、研究視角和模型構(gòu)建視角，綜合分析得出模型體系構(gòu)建需求[3]。

1.1 面向管理視角的模型體系構(gòu)建需求

裝備需求論證管理視角的需求應(yīng)重點(diǎn)聚焦裝備需求論證管理部門的管理需求，開展模型體系構(gòu)建需求分析，主要包括7個(gè)方面,具體如表1所示。

表1 面向管理視角的模型體系構(gòu)建需求

1.2 面向研究視角的模型體系構(gòu)建需求

通過對(duì)規(guī)范化的需求論證流程和環(huán)節(jié)的相關(guān)工作進(jìn)行抽象整理，提取每個(gè)環(huán)節(jié)的共性內(nèi)容，建立統(tǒng)一的裝備需求論證流程模型，并區(qū)分裝備需求論證環(huán)節(jié)的通用化水平，按照裝備需求論證模型的功能、輸入、輸出、方法和約束條件等內(nèi)容論證環(huán)節(jié)模型構(gòu)建的基本需求。各個(gè)環(huán)節(jié)的模型構(gòu)建需求以及由環(huán)節(jié)模型組合形成面向特定任務(wù)的流程模型構(gòu)建需求，即為裝備需求論證研究視角的模型體系構(gòu)建需求。裝備需求論證研究視角的模型體系構(gòu)建需求主要包括5個(gè)方面，具體如表2所示。

表2 面向研究視角的模型體系構(gòu)建需求

1.3 面向模型構(gòu)建視角的模型體系構(gòu)建需求

模型構(gòu)建視角的構(gòu)建需求主要從模型實(shí)現(xiàn)、模型重用性、模型粒度、模型管理性和模型調(diào)用便利性等方面，采用合適的技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)裝備需求論證管理視角和裝備需求論證研究視角的構(gòu)建需求。

1)模型實(shí)現(xiàn)需求。圍繞裝備需求論證的基本環(huán)節(jié)和工作流程，構(gòu)建相應(yīng)的環(huán)節(jié)模型和流程模型，提供環(huán)節(jié)和流程所需的建模內(nèi)容。

2)模型重用性需求。著眼滿足多種論證類型、多種應(yīng)用目的和多種論證對(duì)象的論證模型可重用性要求，可采用元建模技術(shù)，構(gòu)建裝備需求論證基本環(huán)節(jié)的元模型，并通過模型的組合，生成滿足相應(yīng)要求的裝備需求論證流程模型。其中：裝備需求論證基本環(huán)節(jié)元模型是關(guān)鍵，應(yīng)考慮各種應(yīng)用要求對(duì)該環(huán)節(jié)的功能、輸入、輸出和方法等的要求，具有較高的抽象性。在具體模型設(shè)計(jì)方面，應(yīng)采用模型與數(shù)據(jù)分離技術(shù)，確保模型中使用的所有數(shù)據(jù)均采用參數(shù)化形式，相應(yīng)的參數(shù)取值保存在數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)文件中，且在全局范圍內(nèi)保持同一參數(shù)數(shù)據(jù)的唯一性，確保模型調(diào)用時(shí)參數(shù)的可更改性和一致性。

3)模型粒度需求。裝備需求論證模型體系具有層次性，自上而下模型粒度逐漸變細(xì)。在模型體系底層，模型粒度應(yīng)盡可能控制在具有論證意義的基本環(huán)節(jié)上，也就是說該基本環(huán)節(jié)反映了裝備需求論證內(nèi)容的某個(gè)具體方面或某個(gè)具體的、功能相對(duì)單一的工作環(huán)節(jié)。當(dāng)前，基本環(huán)節(jié)有時(shí)又可分解為多個(gè)更加基礎(chǔ)的模型，如求和、取整等模型，但這些模型僅作為支撐基本環(huán)節(jié)模型的基礎(chǔ)模型，不是模型體系中模型組合的基本元素，要求其具有更高的通用性。

4)模型管理需求。根據(jù)裝備需求論證管理視角的管理要求，應(yīng)采用合適的管理技術(shù)，對(duì)基本環(huán)節(jié)模型和流程模型進(jìn)行規(guī)范化管理，實(shí)現(xiàn)模型的增加、刪除、查詢和修改等功能，并能了解模型組合的規(guī)則和過程。

5)模型調(diào)用便利性需求

依據(jù)模型易于應(yīng)用的要求，應(yīng)采用當(dāng)前比較先進(jìn)的面向服務(wù)的方法，設(shè)計(jì)裝備需求論證模型體系的管理架構(gòu)，并做好裝備需求模型的服務(wù)接口設(shè)計(jì)。

2 裝備需求論證模型體系頂層設(shè)計(jì)原則及原理

2.1 設(shè)計(jì)原則

裝備需求論證模型體系的可信度主要取決于模型的精度和可信度。裝備需求論證模型體系的頂層設(shè)計(jì)要適應(yīng)世界新軍事變革的發(fā)展趨勢(shì)，把握信息化武器裝備發(fā)展論證的特點(diǎn)，并依據(jù)一定的設(shè)計(jì)原則構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的模型體系。

1)模型體系應(yīng)具備一定的系統(tǒng)性與協(xié)調(diào)性。模型體系中涉及的裝備需求論證的所有模型，應(yīng)能接入作戰(zhàn)系統(tǒng)并發(fā)揮功用，且相互協(xié)調(diào)以提高系統(tǒng)的整體效能。

2)模型體系需要具備一定的標(biāo)準(zhǔn)化與可量化性，如概念模型、數(shù)學(xué)模型的建模規(guī)范等，可根據(jù)需求對(duì)模型中的概念進(jìn)行解讀與定義。

3)模型體系內(nèi)部人員在信息交互方面實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、可協(xié)調(diào)性，可互相理解并明確相關(guān)概念與通用規(guī)則的定義。

4)具備一定的相對(duì)獨(dú)立性和可擴(kuò)展性。模型應(yīng)不依賴于特定的系統(tǒng)環(huán)境，在通用的技術(shù)條件與環(huán)境中均可使用，同時(shí)，在模型技術(shù)功能調(diào)整方面應(yīng)允許拓展性開發(fā)，而非一次性的封閉模式。

5)應(yīng)具備一定的可操作性。模型具有操作規(guī)則簡(jiǎn)便、易行的特點(diǎn)，不需要通過特別繁瑣的規(guī)則學(xué)習(xí)即可實(shí)現(xiàn)模型操作。

6)應(yīng)具備一定的可驗(yàn)證性。模型可通過特定的檢驗(yàn)措施進(jìn)行驗(yàn)證并形成可識(shí)別的評(píng)價(jià)結(jié)果，且驗(yàn)證模型的技術(shù)手段與指標(biāo)均可被量化，而非僅僅依靠主觀經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷、評(píng)價(jià)。

7)應(yīng)具備累計(jì)誤差方面的可控性。模型需要具備一定的誤差糾錯(cuò)空間，可通過發(fā)現(xiàn)與調(diào)整模型誤差而避免整體系統(tǒng)因某個(gè)環(huán)節(jié)問題而出現(xiàn)功能上的重大問題。

8)模型兼容多種分辨率。模型的視圖顯示應(yīng)具備一定的兼容性，模型支持多種分辨率的視圖顯示，可在不同的系統(tǒng)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)調(diào)用。

2.2 設(shè)計(jì)原理

裝備需求論證模型體系設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括裝備需求論證模型體系的模型構(gòu)成設(shè)計(jì)和模型間的關(guān)系設(shè)計(jì)2部分。其中：模型構(gòu)成設(shè)計(jì)包括具體的模型個(gè)體設(shè)計(jì)和不同模型個(gè)體的分類特征設(shè)計(jì)。模型間的關(guān)系設(shè)計(jì)包括同層次模型之間的橫向聯(lián)系設(shè)計(jì)和不同層次模型之間的縱向關(guān)系設(shè)計(jì)。為了科學(xué)設(shè)計(jì)裝備需求論證模型體系的要素構(gòu)成及其關(guān)系，應(yīng)采用“縱向橫向一體化”的設(shè)計(jì)方法，統(tǒng)籌考慮裝備需求論證模型體系的縱向關(guān)系和橫向聯(lián)系。

2.2.1 縱向設(shè)計(jì)

縱向設(shè)計(jì)是指按照模型體系的層次進(jìn)行自上而下的設(shè)計(jì)，并將粗粒度模型分解為細(xì)粒度模型。根據(jù)裝備需求論證模型體系的構(gòu)建需求，縱向設(shè)計(jì)主要包括以下3個(gè)方面：

1)模型粒度由粗到細(xì)，即按照流程模型—環(huán)節(jié)模型—基礎(chǔ)支撐模型順序設(shè)計(jì)。裝備需求論證模型體系成層次型結(jié)構(gòu)，自上而下，模型粒度越來越細(xì)；要根據(jù)以論證業(yè)務(wù)為中心的模型體系設(shè)計(jì)特征，在模型體系中分別列出論證流程類模型和論證環(huán)節(jié)類模型，并恰當(dāng)?shù)胤从痴撟C流程模型與環(huán)節(jié)模型之間的組合關(guān)系。

2)按照流程階段對(duì)環(huán)節(jié)模型進(jìn)行分組?？紤]到裝備需求論證業(yè)務(wù)工作過程的特征，裝備需求論證環(huán)節(jié)應(yīng)按照裝備需求論證流程的階段性特征進(jìn)行分組，如可按照使命任務(wù)需求分析、能力需求分析、體系與系統(tǒng)需求分析和功能與指標(biāo)需求分析的工作階段，對(duì)環(huán)節(jié)模型進(jìn)行分組。

3)上層模型的分解關(guān)系應(yīng)與下層模型的組合關(guān)系相互對(duì)應(yīng)。由于裝備需求論證類型多、應(yīng)用目的差異大，裝備需求論證流程及其功能要求多樣化。在模型體系中，不可能窮盡所有論證流程并構(gòu)建相應(yīng)的模型，應(yīng)著眼模型的重用和組合要求，由底層模型組合生成上層復(fù)合模型，即由環(huán)節(jié)模型組合生成流程模型。因此，在裝備需求論證模型體系設(shè)計(jì)中，應(yīng)體現(xiàn)上層模型與下層模型之間的分解關(guān)系和組合關(guān)系，為科學(xué)理解和把握裝備需求論證模型的重用性和組合規(guī)律提供依據(jù)。

2.2.2 橫向設(shè)計(jì)

橫向設(shè)計(jì)主要是指模型體系中同層次模型之間的相互關(guān)系設(shè)計(jì)。橫向設(shè)計(jì)主要包括以下3個(gè)方面：

1)同一層次中各類模型之間功能應(yīng)相對(duì)獨(dú)立，盡可能減少功能重疊。如：在裝備需求論證環(huán)節(jié)模型中，應(yīng)保證各環(huán)節(jié)模型與裝備需求論證工作過程的組成環(huán)節(jié)一一對(duì)應(yīng)，并保持各個(gè)環(huán)節(jié)功能的相對(duì)獨(dú)立；在組成模型體系的方法模型中，應(yīng)保證各類方法模型相互獨(dú)立。

2)同一層次的模型應(yīng)屬于同一類模型范疇。鮮明的層次性特征是確保模型體系可理解性的重要基礎(chǔ)，在模型體系中各層次模型應(yīng)屬于大致相同的范疇，盡可能避免處于不同范疇的模型處于同一模型層次。如：應(yīng)盡可能將各類流程模型置于模型體系的同一層次，將環(huán)節(jié)模型置于模型體系的另一層次，避免將流程模型與層次模型置于同一層次。

3)同一類模型之間的關(guān)系應(yīng)明確。在裝備需求論證模型體系中，同一類模型之間的關(guān)系主要是指模型之間的可組合性。如：在由環(huán)節(jié)模型組合生成流程模型的過程中，應(yīng)在環(huán)節(jié)模型層次反映環(huán)節(jié)模型之間的可組合特性。

3 裝備需求論證模型體系結(jié)構(gòu)框架

3.1 模型空間設(shè)計(jì)

裝備需求論證模型空間應(yīng)清晰明確地反映裝備需求論證模型的應(yīng)用需求，即重點(diǎn)反映裝備需求論證管理視角和研究視角的建模需求。通過對(duì)這2個(gè)視角建模需求的綜合分析，將裝備需求論證模型體系的模型空間定義為由模型應(yīng)用范圍、模型形態(tài)和模型層次組成的三維空間[4]。

3.1.1 模型層次

模型層次是指將裝備需求論證模型分成流程模型與環(huán)節(jié)模型2部分。其中：流程模型可進(jìn)一步細(xì)分為體系需求論證流程模型與型號(hào)需求論證流程模型；環(huán)節(jié)模型是指組成裝備需求論證流程的工作環(huán)節(jié)模型，與裝備需求論證流程的基本環(huán)節(jié)大致對(duì)應(yīng)。

3.1.2 模型應(yīng)用范圍

根據(jù)模型應(yīng)用范圍，可將裝備需求論證模型分為通用模型和專用模型。其中通用模型是指在一定范圍內(nèi)可通用的模型，主要包括2類：一是支撐裝備

需求論證相關(guān)功能的基礎(chǔ)模型，主要為比較通用的方法模型，如指標(biāo)權(quán)重處理方法、加權(quán)和方法等；二是可在各軍兵種裝備體系需求論證或裝備型號(hào)需求論證中使用的模型。專用模型是指僅適用于特定軍兵種裝備需求論證的模型，通常認(rèn)為是通用模型的實(shí)例化，但比通用模型表達(dá)的內(nèi)容更加豐富[5]。

3.1.3 模型形態(tài)

模型形態(tài)包括概念模型、數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)模型3種形態(tài)。在構(gòu)建裝備需求論證模型時(shí)，應(yīng)按照概念模型、數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)模型形態(tài)逐次開發(fā)，確保裝備需求論證模型在開發(fā)過程中的一致性和重用性。

3.2 模型體系結(jié)構(gòu)框架構(gòu)建

根據(jù)裝備需求論證模型體系構(gòu)建需求和設(shè)計(jì)要求，考慮裝備需求論證模型空間，設(shè)計(jì)提出裝備需求論證模型體系結(jié)構(gòu)框架，如圖1所示，具體包括裝備需求論證流程模型、環(huán)節(jié)模型和方法模型[6-7]。

3.3 模型構(gòu)建策略

根據(jù)裝備需求論證模型體系構(gòu)建需求和模型體系結(jié)構(gòu)框架，結(jié)合當(dāng)前裝備需求論證領(lǐng)域的建模研究現(xiàn)狀，提出新建、改造和集成3種模型構(gòu)建策略[8]，基本過程如圖2所示。

1)依據(jù)模型規(guī)范新建模型，重點(diǎn)是針對(duì)部分功能調(diào)整較大的半成品模型和原始模型，按照裝備需求論證概念模型、數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)模型的規(guī)范要求，全新構(gòu)建模型。

2)依據(jù)模型規(guī)范改造模型，重點(diǎn)是針對(duì)模型形態(tài)不全或不滿足模型規(guī)范要求的成品模型和絕大部分半成品模型。對(duì)于模型形態(tài)不全的成品模型，主要是按照相應(yīng)形態(tài)的模型規(guī)范補(bǔ)全相應(yīng)的模型；對(duì)于不滿足模型規(guī)范要求的成品模型，主要是對(duì)照模型規(guī)范改造成品模型；對(duì)于功能不完善的絕大部分半成品模型，則是按照模型規(guī)范要求分別改造其概念模型、數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)模型。

3)集成組合現(xiàn)有模型，重點(diǎn)是針對(duì)功能完善、定義清晰、形態(tài)齊全和模型規(guī)范的成品模型，這類模型不需要作任何調(diào)整或進(jìn)行較小調(diào)整，即可直接作為裝備需求論證模型庫的元模型或環(huán)節(jié)模型，實(shí)現(xiàn)裝備需求論證的相關(guān)功能。由于過去缺乏統(tǒng)一的模型規(guī)范和模型開發(fā)要求，導(dǎo)致形態(tài)齊全、模型規(guī)范的成品模型較少。

圖1 裝備需求論證模型體系結(jié)構(gòu)框架

圖2 裝備需求論證模型構(gòu)建策略基本過程

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