一種面向體系的信息活動過程設(shè)計方法

高嵐嵐，劉怡靜，劉 然，樂 劍，黃 婧

（軍事科學(xué)院，北京 100091）

0 引言

在大融合的信息化時代，原本較為獨立的系統(tǒng)在特定的環(huán)境中需要經(jīng)過結(jié)構(gòu)重組，生成新型關(guān)系，這樣就出現(xiàn)了多系統(tǒng)之間的矛盾、沖突、聚合、協(xié)作、演化等復(fù)雜情況，眾多目標和訴求使巨型系統(tǒng)呈現(xiàn)出一種混沌狀態(tài)，也出現(xiàn)了建設(shè)、集成，再建設(shè)、再集成的惡性循環(huán)現(xiàn)象。對此，系統(tǒng)工程界提出了“體系工程”的構(gòu)想，指出體系是由若干有著獨立性、自主性、異構(gòu)性、分布性的使命共同體構(gòu)成的多系統(tǒng)之系統(tǒng)［1-3］。面向體系構(gòu)建，需要探討新型頂層設(shè)計方法，將體系設(shè)計的目光放在建設(shè)和運作的前面［4］。

針對現(xiàn)有方法不能支持信息活動過程設(shè)計的問題，本文在剖析和分析體系運作基本原理基礎(chǔ)上，提出了一種面向體系的信息活動過程設(shè)計方法，以信息活動過程作為主體勾畫出體系的運作結(jié)構(gòu)，適用于全面地理解體系、設(shè)計體系和依據(jù)使命引導(dǎo)體系的演進。

1 體系運作基本原理

體系有其特定的產(chǎn)生背景，體系運作原理是對已有知識的歸納，是理論研究和方法創(chuàng)新的依據(jù)，本章介紹體系運作的基本原理。

1.1 信息主導(dǎo)原理

信息是事物意義的表述，有信號、符號、知識和定勢4 種形態(tài)［5］，如圖1 所示。信息的初始形態(tài)是信號，是信息的物理形態(tài)，存在于能量活動的波形震蕩中［5］。人類通過數(shù)據(jù)等形式對信號進行標記，稱之為符號，符號是信息活動的基礎(chǔ)。人對事物運作規(guī)律的認知，稱之為知識，知識是動態(tài)構(gòu)建并用符號進行表征的。人類思維活動的一種固有狀態(tài)，稱之為定勢，定勢是利用知識自組織創(chuàng)建的信息形態(tài)，文化、規(guī)則、價值觀等都是定勢的一種具體體現(xiàn)［6］。

圖1 信息形態(tài)示意圖Fig.1 Schematic diagram of information form

信息的4 種形態(tài)貫穿于物理域、認知域和社會域，信息形態(tài)的有序轉(zhuǎn)換，驅(qū)動了物理域、認知域和社會域的行為活動，稱為信息主導(dǎo)原理［7］。假設(shè)如果沒有信息形態(tài)轉(zhuǎn)換的鏈接作用，物理域僅僅是能量的活動，根本不存在認識域和社會域；如果沒有符號、知識這類高級信息形態(tài)的轉(zhuǎn)換，認知域與社會域之間無法形成互動關(guān)系，認知也就無法成為社會行為的基礎(chǔ)，也就沒有人類文化的誕生。信息主導(dǎo)原理貫穿于體系設(shè)計、構(gòu)建和運作的整個過程，體系設(shè)計需要充分考慮信息主導(dǎo)原理，全面考慮4 個域的活動和相互關(guān)系，把握住體系的實質(zhì)［7-9］。

1.2 活動原理

活動是人類與周圍客觀事物交流與改變物質(zhì)環(huán)境的過程，是人類進化和社會發(fā)展的“隱動力”，其本質(zhì)是利用信息獲取利益，包括探測、識別、傳輸、表示、存儲（記憶）、控制、構(gòu)造、傳播、思維、決策等［10］。以軍事活動為例，其活動范圍涵蓋物理域、認知域、社會域和信息域構(gòu)成的世界，包括觀察、感知、判斷、決策、計劃、施控、機動和打擊一系列行為的循環(huán)過程，其中，軍事信息活動與軍事活動相互滲透、相互融合，信息形態(tài)轉(zhuǎn)換和鏈接構(gòu)成了一體化的作戰(zhàn)空間，產(chǎn)生了軍事活動的循環(huán)過程，如圖2所示。信號、符號、知識和定勢的橫向交互產(chǎn)生了群體和組織行為，形成了軍事組織內(nèi)個體、要素、機構(gòu)之間的互動協(xié)作關(guān)系。觀察、認識、設(shè)計、構(gòu)建和運作體系，必須從信息活動入手，根據(jù)信息活動的規(guī)則對社會活動再設(shè)計，實現(xiàn)人（組織、管理）、業(yè)務(wù)與信息技術(shù)的融合，對承載信息活動的信息系統(tǒng)提出需求、規(guī)則、功能和技術(shù)要求。

圖2 軍事活動與軍事信息活動的映射關(guān)系Fig.2 Mapping relationship between military activities and military information activities

2 復(fù)雜系統(tǒng)建模分析方法簡介

分析復(fù)雜系統(tǒng)的常用方法有GRAI2Nets（graphs with results&activities interrelated 2 Nets）、MERIS［11］及IDEF［12］（ICAM DEF ignition methods）方法。GRAI 2Nets 是1977 年由法國Bordeaux 大學(xué)自動化實驗室設(shè)計的，主要用于描述系統(tǒng)間相關(guān)活動的轉(zhuǎn)換；MERIS 是在1978 年和1979 年，由法國工業(yè)部和科研機構(gòu)設(shè)計的，用于描述系統(tǒng)多活動間的轉(zhuǎn)換；IDEF 是在1981 年，由美國空軍設(shè)計ICAM（Integrated Computer Aided Manufacturing）工程時發(fā)布的。IDEF 相比前兩種方法更加成熟和完備，目前該體系從IDEF0 到IDEF14 共有16 套方法，還在不斷發(fā)展完善中。該套方法能從復(fù)雜系統(tǒng)的功能、信息、對象等多角度進行建模，通過建模程序獲取不同類型的信息，用于創(chuàng)建系統(tǒng)圖像表達、分析系統(tǒng)模塊和實現(xiàn)系統(tǒng)間轉(zhuǎn)換，最廣為人知的是IDEF0～IDEF4。

1）IDEF0：功能建模

以圖形化和結(jié)構(gòu)化的方式，將系統(tǒng)中的功能、功能間的限制、功能間關(guān)系、相關(guān)信息與對象表達出來，使系統(tǒng)開發(fā)人員得以藉由圖形便可清楚知道系統(tǒng)的運作方式及功能實現(xiàn)所需的各項資源，并為開發(fā)人員及用戶提供一種標準化與一致性的語言。

2）IDEF1：信息建模

在需求分析時對系統(tǒng)的信息資源進行分析和交流，用來確定組織中的管理信息，分析哪些問題是由缺乏合適的信息引起的，哪些信息需要管理等。

3）IDEF1X：數(shù)據(jù)建模

IDEF1X 是IDEF1 的延伸版本，差異在于IDEF1用來描述系統(tǒng)中信息的存儲及信息之間的關(guān)系，IDEF1X 側(cè)重于實體屬性和實體關(guān)系之間的數(shù)據(jù)模型。

4）IDEF2：仿真建模

該內(nèi)容已被廣泛應(yīng)用的仿真軟件SLAM 和SIMAN 所覆蓋，已被自然淘汰。

5）IDEF3：過程建模

解決了IDEF0 不能反映時間和時序的問題，可以和仿真軟件相結(jié)合，用來檢驗過程的合理性并指導(dǎo)過程重構(gòu)，為描述系統(tǒng)的過程提供一種結(jié)構(gòu)化的優(yōu)化方法。

6）IDEF4：對象建模

采用圖形化的語法和圖示，將面向?qū)ο蟮脑O(shè)計作為系統(tǒng)開發(fā)框架的一部分，而不是相隔離的兩個過程。

3 面向體系的信息活動設(shè)計過程

針對體系不斷演進的特點，傳統(tǒng)系統(tǒng)工程分析方法已難以適用于體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要在理論和方法上有進一步的發(fā)展和創(chuàng)新。本文提出一種面向體系的信息活動過程設(shè)計方法，該方法為跨領(lǐng)域、跨部門的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計提供持續(xù)性細化的方法指導(dǎo)，通過多次迭代逐步細化，最終接近可操作的實體系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計過程分為5 個步驟。

1）構(gòu)建活動模型。要進行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，要把一個大的體系或系統(tǒng)分解成若干項活動，形成體系運作的整體架構(gòu)，若活動較多，則采用從大到小多次活動迭代的方式展開活動過程設(shè)計，包括活動模式、活動流程和活動的交互方式等。通過構(gòu)建活動模型和活動過程模型，將若干相關(guān)活動關(guān)聯(lián)集成為一體，得到活動的行為模式表達。2）描述協(xié)作關(guān)系?；顒幽Ｐ秃突顒舆^程模型構(gòu)建之后，需要對信息活動跨域、跨部門的協(xié)作關(guān)系進行判斷，避免在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計中造成活動模型構(gòu)建冗余、信息資源調(diào)度和系統(tǒng)部署配置不合理。3）定義接口關(guān)系。以活動為索引，定義活動模型的接口屬性關(guān)系，方法是把接口關(guān)系從邏輯概念向物理實現(xiàn)逐步細化，將輸入輸出連接形成輸入、輸出屬性值。4）分類信息結(jié)構(gòu)。信息結(jié)構(gòu)分類是體系設(shè)計的重要組成部分，用于指導(dǎo)信息格式標準的建設(shè)，分析標準的完備程度。方法是通過構(gòu)建信息分類模型，描述活動產(chǎn)生的信息以及信息的來源，形成以信息處理過程為分類的樹狀結(jié)構(gòu)。5）活動迭代。綜合上述4 個步驟，進行活動迭代，將每一個信息活動過程迭代細化為若干個自定義的迭代，經(jīng)過多次反復(fù)迭代，逐步細化，最終使體系設(shè)計接近于可操作的實體系統(tǒng)設(shè)計。實施流程圖，如圖3 所示。

圖3 面向體系的信息活動設(shè)計方法流程圖Fig.3 Flow chart of system-oriented information activity design method

4 應(yīng)用實例

下面以人事管理活動設(shè)計為例，描述面向體系的信息活動過程設(shè)計方法實施過程。

4.1 構(gòu)建活動模型

人事管理活動過程如下頁圖4 所示，包括“數(shù)據(jù)采集”“檔案管理”等共9 個活動，每個活動包括一個輸入界面和一個輸出界面，通過信息流表明活動之間的信息傳遞關(guān)系。信息流上描述了兩個活動之間傳遞的信息，如“數(shù)據(jù)采集”和“檔案管理”兩個活動之間轉(zhuǎn)換的信息為“人員基本數(shù)據(jù)”，該信息包括“姓名”“出生年月”“職務(wù)”等屬性。

圖4 人事管理信息活動過程Fig.4 Personnel management information activity process

將圖4 進行抽象和分析后，形成表1 的活動過程說明，其中活動名稱和標識讀取的是活動過程模型中的活動信息，在該表中可對“活動說明”進行編輯，使每一個活動的作用和意義能夠達成唯一的理解。

表1 人事管理信息活動過程說明Table 1 Process description of personnel management information activities

4.2 描述協(xié)作關(guān)系

圖5 人事管理活動的協(xié)作關(guān)系視圖給出了兩個單位X 和Y 的人事管理協(xié)作關(guān)系，兩個單位用兩個泳池表示，每個泳池各包含兩個泳道，分別表示X 和Y 的業(yè)務(wù)部門和人事部門，跨部門和跨所的信息流采用虛線表示，如X 的人事部門的“調(diào)出”活動經(jīng)過信息流轉(zhuǎn)換到Y(jié) 的業(yè)務(wù)部門的“調(diào)入”活動。

圖5 人事管理協(xié)作關(guān)系視圖Fig.5 View of personnel management collaboration relationship

4.3 定義接口關(guān)系

下頁表2 給出了圖5 中活動的輸入界面描述，共針對信息采集等9 個活動，描述了各活動的名稱、標識信息，該活動對應(yīng)輸入界面的名稱、標識信息、界面描述，并給出了對應(yīng)界面的4 種屬性，其中，“方式”屬性包括人機交互、傳感器接入、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、語音、服務(wù)等，“時敏性”屬性包括“實時”和“非實時”，“距離”屬性包括“本地”“異地”“遠距離”“近距離”，“安全”屬性包括“機密”“秘密”“內(nèi)部”“非密”。

表2 輸入活動界面Table 2 Input activity interface

4.4 分類信息結(jié)構(gòu)

以圖5 中的數(shù)據(jù)采集活動為例，給出對應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換矩陣，如表3 所示。該活動對應(yīng)“人員填報”“檔案建檔”“批復(fù)文件”3 個輸入信息，同時對應(yīng)“人員基本數(shù)據(jù)”“人員調(diào)配數(shù)據(jù)”“人員培訓(xùn)數(shù)據(jù)”“人員任命數(shù)據(jù)”“人員考評數(shù)據(jù)”共5 個輸出信息，每個信息包括一系列對應(yīng)屬性。輸出信息和輸入信息屬性的對應(yīng)關(guān)系采用打鉤的方式，如輸出信息“人員基本數(shù)據(jù)”的屬性“姓名”通過輸入信息“檔案建檔”的屬性“個人基本情況”轉(zhuǎn)換而來。

表3 數(shù)據(jù)采集活動的信息轉(zhuǎn)換模型Table 3 Information conversion model of data acquistion activities

4.5 活動迭代

綜合前4 個步驟，任免活動按照活動迭代模型，細分為考核評價、后備遴選、選拔配備和免職退休4 個子活動，形成157 頁圖6 任免活動迭代視圖。

圖6 任免活動迭代視圖Fig.6 Iterative view of appointment and dismissal activities

5 結(jié)論

體系的有效性是由信息活動過程的有效性決定的，體系結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)圍繞信息活動設(shè)計展開。本文充分考慮了體系運作的基本原理，提出了一種面向體系的信息活動過程設(shè)計方法，把頂層設(shè)計落實到每個領(lǐng)域的系統(tǒng)建設(shè)環(huán)節(jié)，在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的指導(dǎo)性、可操作性等方面有明顯的優(yōu)勢，達到減少利益干擾，按照發(fā)展愿景勾畫理想體系結(jié)構(gòu)的目的，為體系持續(xù)發(fā)展、激發(fā)涌現(xiàn)效果打下基礎(chǔ)。