裝備需求論證模型體系構建

趙 凱， 郭齊勝， 韓戈白， 樊延平， 穆 歌

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

裝備需求論證模型體系是一個由用于裝備需求論證的相互聯系、相互作用的模型構成的，科學、全面、系統和有機的整體[1]。模型體系結構是否完備、模型類型是否齊全、模型間的關系是否明晰，將嚴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域、能力域、系統域和技術域等多個領域的需求獲取、分析、描述、驗證、管理及建模工作，實際業務開展過程中需要考慮的因素眾多，采用的方法復雜、綜合，這就要求必須構建結構化的裝備需求論證流程及其組成環節，搭建科學的、全過程全要素的模型體系框架，建立使命任務需求分析、能力需求分析、體系與系統需

求分析、功能與指標需求分析和需求多方案生成與評估等主體模型，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域尚未構建全過程、全要素的模型體系框架，各流程、各環節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節，構建面向全過程、包含全要素的裝備需求論證模型體系框架，為規范工作標準、降低工作復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建需求為牽引，研究提出裝備需求論證模型體系設計方法，構建裝備需求論證模型體系結構框架，為明確裝備需求論證模型的組成與關系提供方法支撐，為裝備需求論證模型建設提供參考。

1 裝備需求論證模型體系構建需求

構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用需求。為此，應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、研究視角和模型構建視角，綜合分析得出模型體系構建需求[3]。

1.1 面向管理視角的模型體系構建需求

裝備需求論證管理視角的需求應重點聚焦裝備需求論證管理部門的管理需求，開展模型體系構建需求分析，主要包括7個方面,具體如表1所示。

表1 面向管理視角的模型體系構建需求

1.2 面向研究視角的模型體系構建需求

通過對規范化的需求論證流程和環節的相關工作進行抽象整理，提取每個環節的共性內容，建立統一的裝備需求論證流程模型，并區分裝備需求論證環節的通用化水平，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容論證環節模型構建的基本需求。各個環節的模型構建需求以及由環節模型組合形成面向特定任務的流程模型構建需求，即為裝備需求論證研究視角的模型體系構建需求。裝備需求論證研究視角的模型體系構建需求主要包括5個方面，具體如表2所示。

表2 面向研究視角的模型體系構建需求

1.3 面向模型構建視角的模型體系構建需求

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

1)模型實現需求。圍繞裝備需求論證的基本環節和工作流程，構建相應的環節模型和流程模型，提供環節和流程所需的建模內容。

2)模型重用性需求。著眼滿足多種論證類型、多種應用目的和多種論證對象的論證模型可重用性要求，可采用元建模技術，構建裝備需求論證基本環節的元模型，并通過模型的組合，生成滿足相應要求的裝備需求論證流程模型。其中：裝備需求論證基本環節元模型是關鍵，應考慮各種應用要求對該環節的功能、輸入、輸出和方法等的要求，具有較高的抽象性。在具體模型設計方面，應采用模型與數據分離技術，確保模型中使用的所有數據均采用參數化形式，相應的參數取值保存在數據庫或數據文件中，且在全局范圍內保持同一參數數據的唯一性，確保模型調用時參數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。在模型體系底層，模型粒度應盡可能控制在具有論證意義的基本環節上，也就是說該基本環節反映了裝備需求論證內容的某個具體方面或某個具體的、功能相對單一的工作環節。當前，基本環節有時又可分解為多個更加基礎的模型，如求和、取整等模型，但這些模型僅作為支撐基本環節模型的基礎模型，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。根據裝備需求論證管理視角的管理要求，應采用合適的管理技術，對基本環節模型和流程模型進行規范化管理，實現模型的增加、刪除、查詢和修改等功能，并能了解模型組合的規則和過程。

5)模型調用便利性需求

依據模型易于應用的要求，應采用當前比較先進的面向服務的方法，設計裝備需求論證模型體系的管理架構，并做好裝備需求模型的服務接口設計。

2 裝備需求論證模型體系頂層設計原則及原理

2.1 設計原則

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計要適應世界新軍事變革的發展趨勢，把握信息化武器裝備發展論證的特點，并依據一定的設計原則構建標準化的模型體系。

1)模型體系應具備一定的系統性與協調性。模型體系中涉及的裝備需求論證的所有模型，應能接入作戰系統并發揮功用，且相互協調以提高系統的整體效能。

2)模型體系需要具備一定的標準化與可量化性，如概念模型、數學模型的建模規范等，可根據需求對模型中的概念進行解讀與定義。

3)模型體系內部人員在信息交互方面實現標準化、可協調性，可互相理解并明確相關概念與通用規則的定義。

4)具備一定的相對獨立性和可擴展性。模型應不依賴于特定的系統環境，在通用的技術條件與環境中均可使用，同時，在模型技術功能調整方面應允許拓展性開發，而非一次性的封閉模式。

5)應具備一定的可操作性。模型具有操作規則簡便、易行的特點，不需要通過特別繁瑣的規則學習即可實現模型操作。

6)應具備一定的可驗證性。模型可通過特定的檢驗措施進行驗證并形成可識別的評價結果，且驗證模型的技術手段與指標均可被量化，而非僅僅依靠主觀經驗進行判斷、評價。

7)應具備累計誤差方面的可控性。模型需要具備一定的誤差糾錯空間，可通過發現與調整模型誤差而避免整體系統因某個環節問題而出現功能上的重大問題。

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，可在不同的系統環境中實現調用。

2.2 設計原理

裝備需求論證模型體系設計的內容包括裝備需求論證模型體系的模型構成設計和模型間的關系設計2部分。其中：模型構成設計包括具體的模型個體設計和不同模型個體的分類特征設計。模型間的關系設計包括同層次模型之間的橫向聯系設計和不同層次模型之間的縱向關系設計。為了科學設計裝備需求論證模型體系的要素構成及其關系，應采用“縱向橫向一體化”的設計方法，統籌考慮裝備需求論證模型體系的縱向關系和橫向聯系。

2.2.1 縱向設計

縱向設計是指按照模型體系的層次進行自上而下的設計，并將粗粒度模型分解為細粒度模型。根據裝備需求論證模型體系的構建需求，縱向設計主要包括以下3個方面：

1)模型粒度由粗到細，即按照流程模型—環節模型—基礎支撐模型順序設計。裝備需求論證模型體系成層次型結構，自上而下，模型粒度越來越細；要根據以論證業務為中心的模型體系設計特征，在模型體系中分別列出論證流程類模型和論證環節類模型，并恰當地反映論證流程模型與環節模型之間的組合關系。

2)按照流程階段對環節模型進行分組?？紤]到裝備需求論證業務工作過程的特征，裝備需求論證環節應按照裝備需求論證流程的階段性特征進行分組，如可按照使命任務需求分析、能力需求分析、體系與系統需求分析和功能與指標需求分析的工作階段，對環節模型進行分組。

3)上層模型的分解關系應與下層模型的組合關系相互對應。由于裝備需求論證類型多、應用目的差異大，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建相應的模型，應著眼模型的重用和組合要求，由底層模型組合生成上層復合模型，即由環節模型組合生成流程模型。因此，在裝備需求論證模型體系設計中，應體現上層模型與下層模型之間的分解關系和組合關系，為科學理解和把握裝備需求論證模型的重用性和組合規律提供依據。

2.2.2 橫向設計

橫向設計主要是指模型體系中同層次模型之間的相互關系設計。橫向設計主要包括以下3個方面：

1)同一層次中各類模型之間功能應相對獨立，盡可能減少功能重疊。如：在裝備需求論證環節模型中，應保證各環節模型與裝備需求論證工作過程的組成環節一一對應，并保持各個環節功能的相對獨立；在組成模型體系的方法模型中，應保證各類方法模型相互獨立。

2)同一層次的模型應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，在模型體系中各層次模型應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：應盡可能將各類流程模型置于模型體系的同一層次，將環節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系應明確。在裝備需求論證模型體系中，同一類模型之間的關系主要是指模型之間的可組合性。如：在由環節模型組合生成流程模型的過程中，應在環節模型層次反映環節模型之間的可組合特性。

3 裝備需求論證模型體系結構框架

3.1 模型空間設計

裝備需求論證模型空間應清晰明確地反映裝備需求論證模型的應用需求，即重點反映裝備需求論證管理視角和研究視角的建模需求。通過對這2個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用范圍、模型形態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節模型2部分。其中：流程模型可進一步細分為體系需求論證流程模型與型號需求論證流程模型；環節模型是指組成裝備需求論證流程的工作環節模型，與裝備需求論證流程的基本環節大致對應。

3.1.2 模型應用范圍

根據模型應用范圍，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可通用的模型，主要包括2類：一是支撐裝備

需求論證相關功能的基礎模型，主要為比較通用的方法模型，如指標權重處理方法、加權和方法等；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，通常認為是通用模型的實例化，但比通用模型表達的內容更加豐富[5]。

3.1.3 模型形態

模型形態包括概念模型、數學模型和計算機模型3種形態。在構建裝備需求論證模型時，應按照概念模型、數學模型和計算機模型形態逐次開發，確保裝備需求論證模型在開發過程中的一致性和重用性。

3.2 模型體系結構框架構建

根據裝備需求論證模型體系構建需求和設計要求，考慮裝備需求論證模型空間，設計提出裝備需求論證模型體系結構框架，如圖1所示，具體包括裝備需求論證流程模型、環節模型和方法模型[6-7]。

3.3 模型構建策略

根據裝備需求論證模型體系構建需求和模型體系結構框架，結合當前裝備需求論證領域的建模研究現狀，提出新建、改造和集成3種模型構建策略[8]，基本過程如圖2所示。

1)依據模型規范新建模型，重點是針對部分功能調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、數學模型和計算機模型的規范要求，全新構建模型。

2)依據模型規范改造模型，重點是針對模型形態不全或不滿足模型規范要求的成品模型和絕大部分半成品模型。對于模型形態不全的成品模型，主要是按照相應形態的模型規范補全相應的模型；對于不滿足模型規范要求的成品模型，主要是對照模型規范改造成品模型；對于功能不完善的絕大部分半成品模型，則是按照模型規范要求分別改造其概念模型、數學模型和計算機模型。

3)集成組合現有模型，重點是針對功能完善、定義清晰、形態齊全和模型規范的成品模型，這類模型不需要作任何調整或進行較小調整，即可直接作為裝備需求論證模型庫的元模型或環節模型，實現裝備需求論證的相關功能。由于過去缺乏統一的模型規范和模型開發要求，導致形態齊全、模型規范的成品模型較少。

圖1 裝備需求論證模型體系結構框架

圖2 裝備需求論證模型構建策略基本過程

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[2] 馬全峰,石少勇,梁穎,等.面向服務的陸戰場環境仿真模型體系研究[C]∥中國自動化學會.Proceedings of 14th Chinese Conference on System Simulation Thelnology & Application(CCSSTA’2012).三亞：中國自動化學會系統仿真專業委員會，2012:404-408.

[3] 樊延平.裝備需求論證支持系統柔性設計理論與方法研究[D].北京:裝甲兵工程學院,2015.

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[5] 彭勇.作戰仿真模型體系分析及其模型設計與實現關鍵技術研究[D].長沙:國防科學技術大學,2011.

[6] 范學斌,張仁友,閆家傳,等.陸軍武器裝備作戰運用仿真模型體系[J].兵工自動化,2016,35(12):67-71.

[7] 張仁友,閆家傳,范學斌,等.作戰模擬數據與模型體系建設[J].兵工自動化,2016,35(12):64-66.

[8] 郭齊勝,董志明,樊延平,等.裝備需求論證工程化理論與技術[M].北京:國防工業出版社,2016:105-106.