一種面向武器裝備需求論證的作戰概念設計方法

王燦 郭齊勝 穆歌

（1.陸軍裝甲兵學院，北京100072；2.軍事科學院 系統工程研究院，北京100141）

1 引言

隨著新軍事變革的深入，作戰能力生成途徑從過去的“威脅驅動”革命性地向“戰爭設計”演進，世界軍事強國已建立起“概念牽引、基于能力、面向體系”的裝備需求論證模式［1］。當前，我軍裝備發展正由“跟蹤仿研”向“自主創新”過渡，傳統的裝備需求論證面臨著前瞻性不強、體系化不足等挑戰。

針對這一問題，文獻［2］提出了裝備作戰概念牽引裝備發展的思路，采用體系結構思想構建了裝備作戰概念設計框架。文獻［3］分析了裝備作戰概念設計的內涵，提出了基于DoDAF 多視圖的裝備作戰概念設計方法。文獻［4］提出了模型驅動的裝備作戰概念設計方法，并以新型裝甲突擊系統的“偵察、機動、打擊一體聯動”作戰概念為例驗證了方法的可行性。上述研究均提出了基于體系結構建模技術的設計方法，對裝備作戰概念的內涵、地位、作用等的認識已趨于一致，但缺乏對裝備作戰概念如何驅動裝備需求論證的論述，設計方法有待完善。鑒于此，本文提出一種面向裝備需求論證的作戰概念設計方法，該方法是對現有方法在要素、流程和技術手段等方面的改進和完善。

2 設計思想

以裝備需求論證工程化［5］、基于模型的體系工程等理論為指導，將作戰概念設計與裝備需求論證緊密耦合，一體化實施。按照概念和需求從無到有、由虛到實、由粗到細的生成規律，將設計過程劃分為作戰場景設計、作戰任務設計和作戰行動設計三個階段，在每個階段分別以不同的抽象層次、不同的粒度分析論證作戰需求、能力需求和裝備需求，如圖1 所示。

三個階段構成邏輯依賴關系，從左至右是概念和需求生成、細化的過程；從右至左是概念和需求向前追溯、確認的過程。作戰場景設計支持特定問題背景下各種裝備解決方案的初步構想和評估，設計開放度高，有助于促進裝備原始創新；作戰任務設計將作戰場景關聯至實際作戰任務，從完成任務角度論證裝備能力需求，從而保證裝備有效融入聯合作戰體系；作戰行動設計在任務設計基礎上，進一步細致刻畫裝備系統在作戰任務中的作戰行動，從而支持詳細性能指標的論證。在三個設計階段的驅動下，裝備需求從無到有、從抽象到具體、從模糊到精確，逐步細化、明晰，直至形成先進、完善的裝備需求論證方案。

采用該設計方法能夠改進傳統單純面向任務的線性論證模式。三個階段循環迭代式設計能夠在提高論證創新性的同時，保證論證工作由粗略到詳細逐步推進；通過定義每一階段的要素、環節和數據，使整個論證活動更加規范和透明，更容易被理解和實施；在每個階段設置明確的結束準則，組織對論證成果的階段性審查，有利于及早發現和解決問題，從而降低論證風險。

面向裝備需求論證的作戰概念設計是典型的復雜系統工程，應由傳統的“面向系統、基于文檔”向“面向體系、基于模型”轉變。采用體系結構建模技術支持設計過程，充分發揮模型語言一致性好、易于追溯、易于工程化和驗證、易于形成標準規范等優勢，促進設計過程中跨軍種、跨專業人員之間的交流溝通，促進數據資源的收集、分析和重用，提高設計效率和科學化水平。產生的體系結構數據和模型還可以應用于裝備科研訂購、試驗訓練、使用保障等裝備發展全壽命周期活動，從而提高裝備建設的體系化和規范化水平。

3 設計過程

3.1 作戰場景設計階段

此階段是作戰概念從無到有的誕生階段，也是創新空間最為廣闊的階段。主要工作是：①分析相關的軍事戰略背景、上位作戰概念以及預期作戰環境中的威脅，確認待解決的能力需求缺口，界定問題的范圍。②提出裝備解決方案構想，包括裝備的制勝機理和系統組成；選擇適當的作戰場景樣本，每個作戰場景分解為若干作戰活動；分析這些場景和活動中裝備的系統組成和作戰方式。③對各個作戰場景進行集成，得到裝備的目標圖像和能力特征。通過作戰場景設計，粗線條勾勒裝備的作戰運用方式，反映裝備在對抗中形成優勢并取得勝利的基本原理，充分展現裝備潛在的作戰應用價值，建立起兼具創新性與可行性的裝備需求雛形。

3.2 作戰任務設計階段

此階段是承上啟下的關鍵階段，也是作戰概念由虛到實的映射過程。主要工作是：對上一階段的裝備作戰場景進行裁剪、組合并實例化，建立與實際作戰任務的關聯關系，明確裝備未來擔負的作戰任務，形成作戰任務的分解結構，收集每項任務的承擔主體、內容要求、環境條件等基本屬性；在上一階段裝備目標圖像的基礎上，確定裝備在作戰任務中的席位設置和編配方式，建立裝備與實際部隊編制的關聯關系；分析作戰任務的基本屬性，得到裝備的任務能力需求，包括能力的分類、屬性、度量及時間框架等。通過作戰任務設計，明確裝備與聯合作戰任務、部隊、能力等方面的接口關系，從而保證新裝備有效融入聯合作戰體系，提高體系貢獻率。

3.3 作戰行動設計階段

此階段是整個設計過程的最后階段，也是裝備需求的詳細論證階段。主要工作是：以想定和剖面圖等方式分析特定作戰任務中裝備系統的具體作戰行動，包括行動的時序、規則、響應的事件、狀態的變化等，收集性能指標論證所需的詳細數據，如系統運行的具體數值、使用的特殊條件、環境的預期變化等；基于上述數據，運用QFD 方法［6］等建立從任務能力需求到裝備系統參數的映射，得到裝備主要作戰使用性能指標；根據指標論證情況，確認裝備的總體技術方案，包括裝備系統組成方案、編配方案、綜合配套方案等；采取邏輯驗證、仿真推演等方法評估優化性能指標和技術方案；估算裝備研制的費用，規劃研制時間進度等。

4 體系結構建模技術的應用

4.1 模型選取

根據3 個設計階段的要素，基于DoDAF 2.0［7］提出適宜構建的體系結構模型，主要包括全景、作戰、能力和系統等4 個視角，共20 種視圖模型，見表1。

表1 適宜構建的體系結構模型

4.2 建模流程

在設計過程中，體系結構模型主要發揮收集數據、支持分析、促進交流溝通等作用。為實現模型應用與設計環節的緊密耦合，設計建模流程如圖2所示。

圖2 體系結構模型構建流程

（1）作戰場景設計階段。①構建AV-1，AV-2并在設計過程中持續維護；②構建OV-1，描述裝備的典型作戰場景和制勝機理；③將OV-1 轉化為OV-2，描述作戰場景中裝備的系統組成和作戰方式；④將OV-2 轉化為OV-3，描述作戰場景中裝備系統之間的交互關系；⑤依據OV-3 構建CV-1，描述作戰場景中裝備的能力特征。OV-3 和CV-1 作為該階段核心模型，將為后續的體系結構模型構建提供可追溯的基礎。

（2）作戰任務設計階段。①依據OV-3 構建OV-5a，描述裝備擔負的作戰任務；②依據OV-3構建OV-4，描述作戰任務中裝備的席位設置和編配方式；③依據CV-1 和OV-5a 構建CV-2，描述作戰任務中裝備的能力需求；④依據CV-2 構建CV-3，描述作戰任務中裝備能力需求的時間框架；⑤依據CV-2 構建CV-6，描述任務能力需求與作戰任務的追溯關系。該階段核心模型產品是OV-5a和CV-2，它們既是該階段其他模型的構建基礎，也在三個階段之間發揮承前啟后的橋梁作用。

（3）作戰行動設計階段。①從OV-5a 出發構建OV-6 系列，描述裝備子系統的作戰行動；②依據OV-3，OV-6 系列構建SV-3，描述裝備系統間應重點關注的交互關系；③基于OV-6 系列構建SV-7，描述裝備系統的主要作戰使用性能指標；④依據SV-3 和SV-7 構建SV-10 系列，描述裝備系統功能對作戰事件的響應，用于對性能指標和技術方案的詳細分析和評估優化；⑤依據CV-3，SV-3和SV-7 構建SV-8，對裝備的研制進度進行規劃。

5 應用示例

為提高陸上戰術分隊突擊作戰能力，使其能夠在高強度對抗環境中持續作戰，完成任務并有效降低人員傷亡，根據“加速OODA 鏈”“跨域增效”“功能解耦”等制勝機理，提出小型無人機與無人戰車協同作戰概念。本示例概要性展示其設計過程。

5.1 作戰場景設計階段

將作戰概念分解為部署展開、協同機動、協同獵殲、協同突擊等典型作戰場景。以協同獵殲場景為例，其作戰活動包括隱蔽進入任務區域、無人機偵察目標、無人機傳遞目標技術諸元、無人戰車火力打擊、無人機評估毀傷效果等，如圖3 所示。

圖3 作戰場景及作戰活動設計示例

作戰場景及作戰活動反映了裝備抽象的作戰方式，與作戰任務無關?？舍槍γ總€作戰場景構建OV-1，OV-2 和OV-3 模型（1 個或多個），以節點和交互的方式描述該場景下裝備的系統組成和作戰運用方式。圖4 為協同獵殲場景的OV-2 模型示例，該模型顯示，裝備的系統組成包括無人機系統、無人戰車系統、指揮控制系統和運載保障系統；由指揮控制系統控制其他系統，并與上級組織建立通信鏈路；無人機和無人戰車系統之間沒有信息交互，二者的協同由指揮控制系統實現；無人機和無人戰車系統能夠接收運載保障系統的位置信息，能夠在失控情況下返回運載保障系統。

圖4 協同獵殲作戰場景的OV-2 模型示例

分析作戰場景中所涉及的裝備能力需求，得到裝備的能力特征。能力特征反映了裝備能力需求的基本屬性，不涉及具體的數值，見表2。完成所有作戰場景設計后，對裝備的系統組成和能力特征進行集成，并進行階段性評估和優化。

表2 協同獵殲作戰場景的能力特征示例

5.2 作戰任務設計階段

作戰任務的屬性信息，如承擔主體、內容要求、環境條件等通常包含結構化數據，可為此階段設計提供數據支持。首先，將作戰場景實例化為作戰任務。例如，上述協同獵殲場景可關聯至邊境奪要作戰任務中的先期戰斗子任務，目標是殲滅或驅逐掩護（警戒）之敵，查明敵部署情況，為主力行動創造條件。將所有關聯到的作戰任務進行分類整理，構建OV-5a 模型，收集作戰任務的屬性信息。

其次，基于裝備的目標圖像和作戰任務，設計裝備的席位設置和編配方式。例如，整個裝備系統設5 個席位，包括指揮員1 名、無人機系統操作員1名、無人戰車系統操作員1 名、維護保障人員1 名和駕駛員1 名；以上人員和裝備編為1 個班，在某型部隊所屬的坦克連編成下行動。此過程是為了建立裝備與部隊實際編制的關聯，可構建OV-4 模型支持此過程。

最后，依據作戰任務的屬性信息論證提出裝備的任務能力需求，構建CV-2，CV-3 和CV-6 等模型。此階段的能力需求應從作戰任務出發確定能力屬性，即執行過程中的效能度量（Measure of Effectiveness，MOE），通常用一組數值描述，見表3。整理形成每項作戰任務對裝備的能力需求，并進行評估優化。

表3 裝備的任務能力需求示例

5.3 作戰行動設計階段

基于作戰任務，以想定和剖面圖等形式提出裝備系統運行的具體數據，從而支持裝備系統性能指標的論證，可構建OV-6 系列模型支持此過程。例如，在邊境奪要作戰先期戰斗任務中，設計協同獵殲坦克的作戰行動，圖5 為該行動的OV-6c 模型。該模型顯示了各裝備系統的行動剖面，并附加了論證性能指標需要補充的額外數據。

圖5 協同獵殲坦克作戰行動的OV-6c 模型示例

依據任務能力需求、作戰行動想定和剖面圖數據，采用QFD 方法建立從效能度量到性能度量（Measure of Performance，MOP）的映射。圖6 為采用QFD 方法論證無人戰車火力打擊性能指標的示例。分析該行動中各個裝備系統的性能指標，構建SV-7，SV-8，SV-10 等模型。

最后，對裝備多種任務和行動下的性能指標和技術方案進行集成，形成平衡優化的裝備需求論證方案。

6 結束語

以裝備需求論證工程化、基于模型的系統工程等理論為指導，提出了作戰概念設計與裝備需求論證緊密耦合、分階段迭代完善的設計思路，論述了作戰場景、作戰任務、作戰行動3 個設計階段的特點和主要工作，基于DoDAF 2.0 提出了適宜構建的模型和建模流程，并通過示例分析概要性展示了該方法的應用過程。下一步將圍繞設計工作模式創新、工具手段研發、設計成果管理等進一步深入研究探索，不斷提高設計方法的科學性和完善性。