基于能力的指挥信息系统体系需求分析过程*

赵青松,商慧琳,张小可

(国防科学技术大学信息系统与管理学院,湖南长沙　410073)



基于能力的指挥信息系统体系需求分析过程*

赵青松,商慧琳,张小可

(国防科学技术大学信息系统与管理学院,湖南长沙410073)

摘要:借鉴了联合能力集成与分析系统的活动流程,根据指挥信息系统体系需求的特点,建立了基于能力的指挥信息系统体系需求分析的过程模型,围绕能力需求的获取、定义、分析与实现划分为4个子过程:背景分析、能力领域分析、能力需求分析、能力需求方案分析,并给出了4个阶段的基本活动和逻辑关系,为指挥信息系统体系需求的分析提供了规范的过程和活动指导。

关键词:能力;指挥信息系统;需求分析;过程

修回日期： 2015-09-07

商慧琳(1990-),女,博士研究生。

张小可(1987-),男,博士研究生。

指挥信息系统体系是一个复杂的人机系统,在功能上是分布的,在地理上也是分布的,具有规模庞大、指挥层次多、频域范围广、网络拓扑结构复杂等特点,包含多种技术因素和不确定性。需求开发是指挥信息系统体系设计的第一步,是后续各个开发阶段的基础和依据,也是成功开发系统的关键[1-2]。在“基于能力”取代“基于威胁”的防务理论后,美军建立了基于能力的联合需求分析机制,开发了联合能力集成与发展系统(Joint Capabilities Integration and Development System, JCIDS)[3-4]。段采宇等在分析C4ISR需求内涵的基础上,提出C4ISR需求体系的概念,给出了C4ISR需求模型化思路,设计了C4ISR需求模型[5]。吕翔等分析了C4ISR系统军事需求模型的领域性及其需求共性,采用重用构建了一个C4ISR系统需求模型[6]。基于能力的指挥信息系统体系需求分析,以面向战场实际需求以及指挥信息系统体系满足约束的思想,最大限度地发挥各类指挥信息系统装备的集成效能,旨在通过军事战略目标来确定最佳效果,以此为依据来定义能力需求并且最终决定所需要发展的指挥信息系统装备。

1基于能力的指挥信息系统需求分析过程模型

基于能力的指挥信息系统需求分析过程围绕能力需求的获取、定义、分析与实现划分为4个子过程:背景分析、能力领域分析、能力需求分析、能力需求方案分析,如图1所示。

图1　基于能力的指挥信息系统需求分析过程

图2　背景分析子过程

2背景分析

背景分析是需求分析的起始子过程,主要根据问题的背景资料,确定指挥信息系统的使命领域、作战目标和主要想定,为后续研究划定范围。

如图2所示,背景分析包括3个基本活动:1)作战概念审查。指挥信息系统的发展是受作战概念驱动的,因此在开展指挥信息系统的需求分析之前必须对相关的作战概念进行审查,审查的目的是判断作战概念是否明确或成熟,是否得到有关权威部门的确认。如果审查不能通过,则需要由有关部门对作战概念作进一步开发;如果审查通过,则进入分析过程。2)定义使命领域。首先要明确指挥信息系统所处的作战领域。面向使命领域开展指挥信息系统需求是应用“基于能力”思想的本质要求。在定义使命领域同时,对相关使命的作战目标进行归纳、总结,确定使命领域的综合作战目标。3)编写作战想定。军事用户主要是作战指挥人员,对使命领域中的使命和作战目标进行分析,设置可能的作战环境、威胁情况,并制定相应的行动计划,最后以作战想定形式进行描述。

3能力领域分析

在使命领域、作战目标和主要想定的指导下,通过能力领域分析进一步在作战业务层面确定研究的范围,即定义作战领域内的作战能力以及相关的作战任务。

图3　能力领域分析子过程

能力领域分析子过程如图3,包含以下基本活动:1)能力识别。从作战背景材料中直接抽取关于能力的描述,或对作战目标进行分解,获得当前使命领域内的作战能力总体构想,并识别出高层名义上的作战能力。识别能力之间的关系,最后输出能力集。2)使命任务分析。根据联合作战概念和相关背景材料,对使命领域中的主要使命和想定进行单独分析,由作战指挥人员定义完成使命所需的作战任务,并对任务进行分解,直至该任务能够被特定组织或目标装备体系执行,最后对所有的使命任务进行比较、合并、去除等整理工作,获得该使命领域内的任务集,并按照一定层次结构进行组织。在使命任务分析过程中,任务的相关属性即执行的条件和性能指标,需要初步指定;任务之间的信息流、时序关系,以及执行任务的组织的结构根据具体情况有选择地进行描述。3)能力任务分析。在使命任务分析中,有些任务紧密关联在一起,支持多个使命目标的达成,这些使命任务子集构成了作战能力。为确定能力和任务之间的映射关系,可采用两种方法:一是对获得的任务集进行逻辑划分,把所得的任务子集关联到能力;另一种是根据确定的作战能力集,对任务集进行探索,寻找能够实现能力的任务组合。4)确定能力目标。这里的能力目标是指军事用户对能力属性值的期望,只有达到能力目标才有较大可能达成使命领域的作战目标。确定能力目标时,需要充分利用作战指挥员的知识和经验,系统地分析各能力对使命目标的贡献,最终确定能力的目标水平,形成目标能力列表。5)确定使命基本任务。使命基本任务是对使命领域及其能力集最重要的任务。其判断依据是:对实现能力有重要贡献;对重要的能力有贡献;对多个能力有贡献。可用使命-任务矩阵或能力-任务矩阵来标识使命基本任务。

由于能力任务之间的映射关系,确定能力目标后,可以进一步设定使命基本任务的条件和标准。设置条件时,分别确定“最坏”、“最可能”两种情况下的环境映射。标准一般用来表示作战指挥人员所预期的任务执行效果,是可以接受的最低限度。标准由度量指标和及水平值组成,有时还包括指标的单位。由于实现能力或完成使命的任务之间是相互关联的,其任务标准相互依赖,因此当某个任务的标准发生变化,其它任务的标准也随之变化,这样设置任务标准需要进行一定的权衡。可采用构造级作战仿真、影响图、贝叶斯网络等技术,辅助作战指挥员确定使命基本任务的标准。

4能力需求分析

在使命领域及其主要想定下,当前指挥信息系统体系情况,结合条令、训练等因素进行评估;与目标能力列表比较后,确定现有指挥信息系统体系存在的能力缺陷和差距;再对能力差距进行分析导出指挥信息系统的能力需求。

具体过程如图4所示,包括:1)现有体系能力评估。要确定实际的能力需求,首先要评估现有体系所具备的能力。利用能力领域分析子过程中识别出的能力集和任务集,考察现有装备体系完成任务和实现能力的程度,并用具体指标进行度量。在需求分析阶段,指挥信息系统体系的能力评估比较粗略,更多采用以定性为主、部分定量的评估方法,例如层次分析方法、模糊综合评价法等。作战仿真之类的定量评估方法要求建立详细的作战模型,多用于需求分析后期或后续设计阶段。2)能力差距分析。通过现有体系能力和目标能力的比较可以识别能力差距,对能力差距开展两方面的分析:一是能力差距的影响,主要体现在作战目标达成、兵力损失等方面;二是寻找导致能力差距的原因,例如能力的“成熟度”不够(在特定条件下质量属性达不到标准);“充足度”不够(能力的质量属性不满足要求);没有引入已有能力;资金效益约束;政策约束。3)确定能力需求。能力差距并不能全部转化为现实能力需求,这其中存在资源、技术条件方面的约束,必须优先弥补那些重要的能力差距。可用风险来描述能力差距的重要性,每个能力差距的风险由两部分构成:一是该能力差距的危害影响程度;二是该能力差距发生的可能性。

5能力需求方案分析

这一子过程的目标是从指挥信息系统体系外部对其功能、性能以及设计约束等需求进行定义,其中涉及一些基本的、总体性设计决策,与体系的方案探索以及概要设计阶段存在一定重叠。此处约定:能力需求方案分析仅考虑粗略的、带方向性的能力需求实现途径,不涉及体系的详细结构方式以及组成系统的性能参数。

图4　能力需求分析子过程

图5　能力需求方案分析子过程

根据能力需求分析子过程中确定的能力差距以及需求,结合当前装备技术发展现状,对实现能力需求的途径进行启发式探索,提出可行的需求方案;通过比较确定较优方案,从而产生相应的指挥信息系统体系需求;最后通过规划,确定指挥信息系统体系的发展需求。具体过程如图5所示。1)需求方案探索。通过领域专家、设计人员和军事人员的协作,以满足能力需求为目标,探索能力差距的弥补手段,最终获得若干满足能力需求的实现方案。需求方案存在多种类型:重新设计指挥信息系统体系结构、引入新装备系统、联合改进原有装备系统、采购已有型号装备,或者是上述类型的混合。2)需求方案评估。对探索得到的需求方案进行评估,该活动可以看作是能力需求分析子过程中现有体系能力评估和能力需求优先级评估工作的迭代。在本活动中,将以对能力需求的支持程度和需求方案的开发工作量、成本、技术难度、风险等准则,对需求方案进行评估,选择较优的方案。也可以在需求分析阶段不做出选择,而是推荐多个需求方案,并在后续方案探索阶段进行平行探索,最后进行选择。3)确定指挥信息系统体系需求。准确地说,这里的体系需求主要是体系层面的功能、性能需求,这些需求是根据能力需求的实现方案导出的,它们将支持作战业务层面需求的实现。因此,能力需求的实现方案也可以理解为装备体系层面相关需求的组合。4)需求权衡与规划。对指挥信息系统体系相关需求进行权衡,选择最终要实施的需求;在指挥信息系统体系的演化开发背景下要制定需求的分阶段实现计划。通过需求权衡和规划,最终确定指挥信息系统体系的发展需求,它包括了分析过程产生的体系能力需求、基本任务需求、重要功能/性能需求、结构需求、规模需求等,还包括了需求的未来实现计划。

6结束语

基于信息系统的体系作战是现代信息化战争的主要模式,构建一个适应现代作战体系的指挥信息系统体系关系到体系作战的胜败。面向如何获取满足作战使命要求的指挥信息系统体系需求来展开研究,建立了基于能力的指挥信息系统体系需求分析的过程模型,为开展指挥信息系统体系需求论证工作提供规范和指导。

参考文献:

[1]L. W. Wagenhals, I. Shin, D. Kim, and A. H. Levis. C4ISR Architectures II:Structured Analysis approach for architecture design [J]. Systems Engineering,2000, 3(4):248-287.

[2]Reid D, Johnson W. A System Design Archetype for C4ISR Systems of the 21stCentury [C]. 7th International Command and Control Research and Technology Symposium, Quebec City, Canada, 2002.

[3]William K. McQuay. Collaborative Environment for Capability-based Planning[C].Proceedings of SPIE Enabling Technologies for Simulation Science 2005:318-327.

[4]The Joint Capability Integration and Development System (JCIDS).PM-2001-ISE， 2003(10).

[5]段采宇,张维明,余滨. C4ISR需求模型化框架[J]. 国防科技大学学报, 2007,29 (5):122-127.

[6]吕翔,胡泊,罗雪山,黄金才.C4ISR系统领域分析与需求重用方法研究[J].指挥控制与仿真,2013,35(5):6-10.

Capability-based Requirement Analysis Process of C4ISR

ZHAO Qing-song, SHANG Hui-lin, ZHANG Xiao-ke

(School of Information System and Management, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

Abstract:According to the character of C4ISR, the process model of capability-based requirement analysis is built based on studying on the method and flow of JCIDS system. Based on the acquirement, definition, analysis and implement of capability, four phases of background domain analysis, capability domain analysis, capability requirement analysis and capability scheme analysis is given and the activity in each phase is described. The process can guide the requirement analysis of C4ISR.

Key words:capability; C4ISR; requirement analysis; process

作者简介：赵青松(1975-),男,黑龙江哈尔滨人,博士,研究方向为装备采办与体系工程管理。

*基金项目：国家自然科学基金(武器装备体系多阶段鲁棒组合决策模型研究71571185)

收稿日期：2015-09-02

中图分类号:E94

文献标志码:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.01.003

文章编号：1673-3819(2016)01-0008-05