海军武器装备一体化联合试验体系结构框架及模型总体设计

张传友, 薄云蛟, 李 进

(92493部队)

海军武器装备一体化联合试验体系结构框架及模型总体设计

张传友, 薄云蛟, 李 进

(92493部队)

针对日益凸显的海军武器装备体系试验与作战试验需求,研究建立了一体化联合试验体系的基本概念。应用体系结构技术及多视图描述方法,研究设计了试验体系结构顶层概念模型、试验高级概念模型,以及基于试验能力、试验业务、试验系统和技术体制的体系结构模型,形成了一体化联合试验体系结构模型总体设计。

一体化联合;试验体系;概念内涵;结构模型

1 问题的提出

武器装备信息化、体系化发展,牵引武器装备试验向实战化的一体化联合试验转变,推动试验场建设转型发展[1]。武器装备试验场建设变革日益复杂化。

在信息化条件下,一体化联合作战是我军基本作战样式,联战必须联试联训。实战化的装备试验不仅要关注性能试验,还要关注联合作战环境下装备互联互通和互操作能力试验,更需要关注体系的整体效能和作战效能试验。在体系环境条件下,装备体系对抗和作战试验需求及试验资源有限的矛盾日趋突出,需要多靶场和多军兵种部队共同提供必要的试验条件,实现跨地域和组织边界的联合行动。

同时,武器装备的信息互联互通互操作性试验也应当在联合的环境中进行。因此,一体化联合试验体系既是基于信息系统体系作战能力建设的必然要求,是武器装备体系对抗与作战试验的客观要求,也是解决试验需求与试验资源矛盾的高效途径。

2 一体化联合试验体系基本概念

从一体化、联合、试验体系等概念入手,研究建立一体化联合试验体系的基本概念。

一是,关于“一体化”：涵盖科研和定型试验阶段一体化,虚拟和现实试验要素一体化,内场和外场试验空间一体化,受试装备(红方)、配试装备(蓝方)和试验设施(白方)一体化。关于“联合”：包括联合作战背景、多试验区域(靶场)联合(联动)、试验力量及试验实体的联合。白方与红方和蓝方分别建立指挥和信息交互关系,构成2个相对独立一体化联合装备试验体系,这是美军所谓的“在联合环境中试验”内涵。试验测控域与红蓝装备体系对抗域耦合关联构成一体化联合装备作战试验空间,这是美军所谓的“联合试验”内涵[2]。

二是,一体化联合试验突出强调在红蓝双方装备体系对抗的环境中检验与考核装备的作战能力问题。这里包含3个新的内涵：① 将单个装备放在装备体系环境中,着重考核单个装备在体系环境中的互联互通互操作能力,以及与装备体系的集成度和对装备体系的贡献度。② 将单个装备放在红蓝装备体系对抗环境中,着重考核单个装备对装备体系作战效能的贡献度。③ 考核检验或实验探索,在不同对抗背景和对抗模式中,装备体系所具有的不同作战效能,同时,利用考核或试验的结果数据,反馈到作战研究领域,支持作战方式和具体战法的不断改进。

三是,试验体系是由各种试验要素、试验单元、试验系统,按照一定结构进行耦合关联,并按照相应机理实施运作,支持试验任务完成的有机整体。所谓试验要素,是指构成试验的必要因素,是构成试验单元和试验系统的基本成分。通常包括条令条例、编制体制、程序、人员、设施、装备、物资,以及机动、防护、安全和保障等要素。试验单元是由同一层次相关的不同要素组成,能在一定范围内独立遂行试验任务的力量单位。包括各种试验编组和单独遂行试验任务能力的建制单位(试验力量),如海上试验船等。试验体系、要素、单元、系统的划分是相对的,彼此之间既有区别又相互联系[3]。试验体系是客观存在的,随着时代发展嬗变,经历了体系构成由简单到复杂再到更复杂,结构关联从松散到紧密再到松紧耦合并存,力量整合由低层到高层,整体效能由低到高逐步提升的变化过程。

四是,一体化联合试验体系是对信息时代试验体系的发展阐释。其基本概念如图1所示。它主要是基于信息系统,跨地域和组织边界,跨现实和虚拟资源,将试验要素、单元、系统和力量有机融合,在多维一体的试验空间,支持独立试验、一体化试验[4]、联合试验等典型试验模式,是试验测控域与武器装备体系对抗域动态耦合关联形成的作战试验空间,是以武器装备体系为对象、以作战试验为内容的最佳试验环境和条件。一体化联合试验体系的结构关联已不能简单地再用“松/紧”来形容,而应当用“可重用、可组合、互操作”等特性来表达,它具有信息系统主导,灵活多能,整体联动,敏捷开放,自适应性和自协同性强等特点。

图1 一体化联合试验体系

基本结论是：跨地域空间、跨军兵种力量、跨虚实资源的一体化联合试验是大势所趋,是解决武器装备体系对抗与作战试验问题的唯一途径。但一体化联合试验的工程实践,无法跨越一体化联合试验体系构建的理论方法和顶层设计技术的支撑。

3 一体化联合试验体系结构框架

为推进装备体系试验与作战试验能力建设,按照体系构建的一般步骤[5],应用体系结构技术及多视图描述方法[6],开展武器装备一体化联合试验体系框架及结构模型设计[7]47。综合分析结构、功能、技术、信息和系统等需求,首先确立体系结构顶层概念模型和数据要素,然后用形式化语言描述结构框架、数据要素和结构模型,完成试验体系结构设计。

3.1 设计试验体系结构顶层概念模型

作战试验的目的是推动军事作战概念和能力的发展[8]2-3。体系结构顶层概念模型是一个由试验能力、试验业务、试验系统和技术体制等交织构成的相对独立、相互关联、共同作用的多维网状立体结构模型,是试验体系结构模型设计的基本依据,如图2所示。

图2 试验体系结构顶层概念模型

能力结构模型用于描述开展试验活动所需能力组成及关联关系。业务活动模型用于描述试验过程中所涉及的试验活动、活动节点和信息交换等内容。系统结构模型用于描述系统组成、功能特征、相互关系等内容。技术体制结构模型用于描述试验活动和试验系统所需的技术标准及其规范。

3.2 建立试验体系结构数据要素

体系结构数据要素是建立和描述体系结构及其相互关系的基本单元或核心数据,简称数据要素。数据要素不同的关联组合,可形成对体系结构模型的不同描述。为充分体现以数据为中心的设计理念[7]21,分析研究确立角色、组织、节点、活动、信息、系统、数据、能力等10个数据要素,如图3所示。

图3 试验体系结构数据要素及其关系

4 一体化联合试验体系的结构模型

按照顶层概念模型进行体系结构设计,可根据不同的任务需求,设计出不同规模、不同种类、不同层次的结构模型。除体系结构顶层概念模型外,初步设计出17个基本的结构模型,包括能力结构模型4个(能力列表、能力依赖图、能力到组织的映射、能力到试验活动映射),业务结构模型5个(试验高级概念图、试验节点连接图、试验信息交换矩阵、试验组织关系图、试验活动模型),系统结构模型7个(系统功能描述、系统组成接口描述、系统逻辑连接关系、系统通信连接关系、系统数据交换矩阵、试验活动到系统功能映射矩阵、能力到系统映射矩阵)及技术体制结构模型1个。

4.1 试验能力结构模型

能力结构模型为试验业务提供所需的各种能力概念和能力映射关系。将能力分为试验设计、条件构建、任务实施、试验评估、综合保障、信息支持和基础支撑等7种基本能力概念,如图4所示。基本能力之间相互依存、相互影响。每个基本能力又由若干个子能力组成,按照能力层次和作用关系,逐步分层设计若干能力概念模型。并通过把能力概念与数据要素进行映射关联,完成试验能力结构模型设计。

图4 试验能力依赖关系

在研究实践中,初步分解设计,得到18个能力概念模型。如,试验设计能力主要包括需求分析、试验流程设计、协同动作设计、指挥关系设计、方案推演评估等能力,用以支持分析、研究、设计、评估和决策等试验业务活动的开展。

4.2 试验业务结构模型

概念模型定义了相关变量和变量之间的关系,它提供了一种途径来严密地解释大脑中的想法[8]150-151。为了让一体化联合试验体系的基本概念与试验模式、试验对象、试验活动和试验资源建立耦合关联关系,便于概念与实体的对应转换,参照美军高层作战概念的名词,建立试验高级概念模型。

该模型是对试验模式、试验对象、试验资源和试验活动及其相互关系的想定抽象,是试验活动流程再造和试验业务活动重组的基本依据,直接决定了试验业务结构模型。试验高级概念模型如图5所示。武器装备试验的最高境界是像作战一样去试验,按照体系试验和作战试验想定,传统的试验业务活动转变为面向装备体系的针对作战试验要求的业务活动。

试验业务结构模型描述了各种试验业务活动及其信息交互关系。在试验高级概念模型框架内,按照全过程、全层次和全要素要求,设计并描述试验准备、试验实施和结果评定等阶段的活动概念、活动流程、活动组织、活动计划等试验业务,并分级建立试验业务的信息交互关系。如图6所示。

图5 试验高级概念模型

图6 试验业务活动及信息流程

4.3 试验系统结构模型

除上级机关、工业部门、外来参试兵力和各种法规制度外,一体化联合试验体系的试验系统主要包括被试对象、装备平台、试验设计与评价、试验资源、保障设施等,如图7所示。

系统结构模型设计,是在组成功能描述的基础上,把试验系统与数据要素进行映射关联,并以表格和图形方式,揭示试验系统的功能耦合关联、逻辑耦合关联、信息耦合关联等,形成系统结构模型设计。试验系统逻辑结构及信息关系见图8。

图7 试验系统组成结构示意图

图8 试验系统逻辑结构及信息关系示意图

4.4 技术体制结构模型

技术体制结构模型设计,是从体系构建目标出发,首先设计技术参考模型,确定试验系统及分系统间的“三互”标准,然后在参考模型框架内,从军事应用层、共性支持层、基础平台层、外部环境及层间接口等方面,对技术体制进行描述,确定标准体系表。

4.5 作战试验的组织指挥

在武器装备试验的实际工作过程中,试验指挥[9]体制与作战指挥体制,特别是指挥信息系统之间存在脱节的问题,迫切需要统筹谋划构建一体化联合的作战试验指挥体制,优化指挥机构设置,建设作战与试验一体化的指挥信息系统。组织指挥体制框架如图9所示。

图9 作战试验组织指挥体制框架示意图

5 结束语

针对日益凸显的装备体系试验和作战试验需求,在分析一体化联合试验体系基本概念的基础上,进行相关体系结构的设计,并形成了试验体系构建的顶层设计技术。但一体化联合试验体系构建过程是一项复杂的系统工程,需要领域内甚至是跨领域的合力攻关,希望能够在试验领域内建立形成体系框架顶层建、标准规范合力建、共性系统统一建、应用系统分布建、特色系统个别建的制度机制。

References)

[1]张传友,王剑.以信息化推进靶场转型发展[C]//中国宇航学会.中国宇航学会无人飞行器试验系统工程专业委员会第十八届学术年会.北京：中国宇航学会,2008：566-570.

[2]李瑛.美军的联合试验和评估计划[J].外国军事学术,2007 (4)：53-55.

[3]王小伟,张连仲,薄云蛟.试验体系及体系设计[J].装备学院学报,2014,25(1)：102-107.

[4]杨磊,武小悦.美军装备一体化试验与评价技术发展[J].国防科技,2010,31(2)：8-14.

[5]KOVACI S,SOUSA-POZA A,KEATING C.TypeⅢ：the theory of the observer'[C]//IEEE SMC International Conference on System-of-Systems Engineering Proceedings. 2007：32-39.

[6]张维明,刘忠,阳东升,等.体系工程理论方法[M].北京：科学出版社,2010：65-82.

[7]李瑛,曹江.解读《美军国防部体系结构框架》2.0版[J].外国军事学术,2010(1)：45-50.

[8]KASS R A,ALBERTS D S,HAYES R E.作战试验及其逻辑[M].马增军,孟凡松,译.北京：国防工业出版社,2010：2-3,150-151.

[9]赵新国.装备试验指挥学[M].北京：国防工业出版社,2002：25-96.

(编辑：田丽韫)

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

张传友(1967-),男,高级工程师,硕士.主要研究方向：武器装备试验系统工程.