基于综合微观分析的装备体系多视图建模方法研究

张浩，吴朝晖，杨正义，田兵，柏戎

基于综合微观分析的装备体系多视图建模方法研究

张浩1，2，吴朝晖1，杨正义1，田兵1，柏戎3

（1.91204部队，北京100161；2.92493部队，辽宁葫芦岛125001；3.91065部队，辽宁葫芦岛125001）

根据武器装备体系的复杂性，提出一种基于综合微观分析的装备体系多视图建模方法，基于综合微观分析思想提出三类视图产品模型，并把多视图建模得到的装备体系结构视图产品划分至三类模型中，得到装备体系方案开发具体步骤，为装备体系设计方案生成奠定基础。

装备体系设计；多视图建模；综合微观分析

体系结构框架研究是装备体系设计的核心，装备体系设计要完成从需求到装备发展方案的转化，随着体系越来越复杂，单纯的还原论和整体论固有的弊端就会被放大。多视图建模作为体系结构工具，提供了理解和分析复杂结构的思路，它既是描述工具又是沟通工具，是进行装备体系设计一种相对高效的手段。它用综合微观分析原理，将复杂的问题分解为相对清晰的简单问题，再通过把简单问题的结果作为对复杂问题的输入，从而解决复杂问题。本文将多视图建模原理与综合微观分析原理相结合，得到装备体系设计的建模方法，为复杂的装备体系设计过程提供一个综合性、分层式的设计方式，简化设计流程，为装备体系设计提供一种思路。

1 多视图及综合微观分析原理介绍

多视图建模作为体系结构工具，提供了理解和分析复杂结构的思路，它既是描述工具又是沟通工具，是进行装备体系设计一种相对高效的手段。装备体系结构框架研究，美军是开拓者，并且形成相对完善的理论体系。美军的DOD AF 2.0版是体系结构开发的顶层的、全面的框架和概念模型，它使国防部各级管理者能够打破国防部、联合能力域、部门或项目等层次界限，实现有序的信息共享，提高关键决策的能力。它的8个视图，不仅涵盖了装备体系的内容，对作战、能力、标准规范、项目管理等不同方面进行了规范，形成了覆盖武器装备体系需求分析、体系结构设计描述、技术体系分析等方面的一整套理论方法。

多视图建模应用于装备体系设计，主要侧重于规范化描述以及描述之后的优化设计，视图之间、相同视图和不同视图的产品之间逻辑关系还需要进一步分析。多视图建模搭起了体系结构的框架，至于框架之中的内容，一般采用填充式，即将已有的研究成果转化为视图产品，强调的是装备的互联、互通、互操作。

关于综合微观分析，美国学者欧阳莹之在文献中指出，把某一整体作为研究对象，从物质组成和结构方面来看，向下分解形成还原研究方法，向上包容形成综合研究方法。假设对系统的描述及其组分的描述想象成截然不同的二维概念平面（conceptual planes），分别称为宏观平面（macro-plane）和微观平面（micro-plane）。这样就可以开辟一个三维的概念空间（conceptual-space），既包含微观平面，又包含宏观平面，并希望通过填补两者之间的空白达到合并两者的目的[1]，这就是综合微观分析方法。

在综合微观分析方法的运用中，可以考虑构建一个综合框架，把研究的内容包罗进去，问题域与需求域相对应，解决方案域与武器装备系统域相对应。这种层次分析方式，虽然对问题研究比较深入，但是在总体上容易给人一种比较凌乱感觉，而且随着研究层次的不断深入，分解的维数和层次越来越多，分解过程和聚合过程的工作量指数级增加，违背了综合微观分析的初衷，也会给装备体系设计工作带来操作上的困难，难以执行。因此运用综合微观分析方法时，要特别注意控制分析的粒度，可以用一种规范的描述方式来约束综合微观分析的内容。

综合微观分析与多视图的关系，可以认为是多视图建模为综合微观分析方法应用提供规范化描述工具，综合微观分析方法为多视图建模提供应用流程。根据两种方法不同的功能，将运用的结合点放在体系结构框架的产品上，最终的装备体系方案由体系结构框架产品来表示。多视图建模与综合微观分析相结合优势互补的同时也加强了其他方面。如：综合微观分析方法统筹整体工作，多视图建模提供沟通方式。

2 视图产品模型构建

根据综合微观分析进行装备体系设计的基本思路，对装备体系结构框架产品进行分析。根据视图产品在体系设计方案开发过程中的定位不同，按照三种不同的粒度对产品进行划分，可以将视图产品归纳为3类视图产品模型，这是把综合微观分析思想贯彻进多视图建模方法中的直接体现。

（1）总体模型是装备体系的低分辨率描述。不同部门人员对装备体系的一种总体描述，是一种概略性对整体的理解。它为人们提供了认识装备体系的初始文档，不需要顾及太多细节。它可用作基本的模板，在这个模板之上，建立更多实际的模型。如装备体系设计中涉及的高级作战概念、能力总体要求、体系设计的总体目标等。总体模型在综合微观分析中既出现在微观分析之前的综合，也出现在分析之后的综合。

（2）层次模型是装备体系的中分辨率描述。其是对装备体系设计的某一方面进行分析，将其内容进行分解，或者划分层次，使其整体呈树状结构。如装备体系设计中涉及的关于作战任务分解、能力结构、体系结构等内容的描述。

层次模型对层次之间的关系和相同层次或不同层次叶子节点之间的关系进行简要描述，但叶子节点在微观层次不展开描述，整体呈现层次结构划分。体系结构框架本身也可看作层次模型，它是层次模型的最大化，按不同视角划分不同视图。在进行层次划分的时候，视图产品需要审慎地省略了一些不必要的信息，但这可能带来出乎意料的情况，如分析的最后阶段才发现被忽略的信息实际上对于理解系统的实际运作至关重要。因此在进行层次模型设计时，需要提前研究什么是重点分析的内容，什么是可以简要分析甚至忽略，分清主次，以防走偏[2]。

（3）关系模型是装备体系的高分辨率描述。其形式化地、完整地考虑了实际系统的已知属性及可能假设，综合了网络拓扑关系、映射关系及运行过程中的细节描述，如作战活动模型中的“OODA”过程描述、不同视角间的映射关系描述、作战信息流描述等等，就像不同部门的人员用“显微镜”观察网络关系。

在关系描述之前，必须区分各类节点。对于节点目前的文献有不同的理解，辞海对节点的解释为：桁架、框架等结构中，构件的相互交接处；网络拓扑学中，节点是网络任何支路的终端或网络中两个或更多支路的互连公共点。作战节点的概念来源于美军，其首先在C4ISR体系结构框架中提出来。美军经过几个版本的修订后，在C4ISR体系结构框架2.0版本中给出了明确的定义：“Operational node is an entity that produces，consumes，or processes data in performing a role or mission.”即作战节点就是在执行任务（或使命）中产生、消耗或者处理数据的实体[3]。

关系模型涉及两类节点：作战节点和系统节点。作战节点是为达成某项使命或完成某项任务，能够相对独立地产生、消耗或者处理作战信息的实体。它本身具有能力、功能属性、结构属性等，是作战体系的组成部分。对单个节点的关注点在于各个作战节点承担的作战任务以及为完成作战任务必须履行的作战活动，对节点之间关系的关注点在于作战节点之间的信息交换关系[4]。系统节点与作战节点相对应，是作战节点中的武器装备部分，根据不同的层次，可以是小体系、小系统、平台、单元等不同形式。对于单个系统节点的关注点在于各系统节点包含的系统以及各个系统拥有的功能，对系统节点间关系的关注点在于各个系统节点之间的交互行为及接口。

有了节点概念以后，可以将装备体系之中的关系模型分为具体和抽象两类。具体的关系模型是指节点之间通过信息流转而互相连接的网络拓扑结构，可以在战略层次进行描述，也可以在战术层次进行描述，不管在哪一层次，均需要把节点之间的网络拓扑结构交待清楚，如基于“OODA”的作战网络模型；抽象的关系描述是指不同类型的节点或者不同视角间的映射关系描述，如“任务—能力”关系描述、“系统—功能”关系描述、“能力—活动”关系描述、“活动—功能”关系描述、“功能—性能”关系描述等等。在装备体系设计中，关系描述是最复杂的，应按需进行，具体问题具体分析，对那些有已知结论的可以不做或少做。

借鉴DOD AF 2.0的8个视图的体系结构框架，考虑我军装备宏观论证的装备体制论证内容，以及我国学者对装备体系视图产品的研究，装备体系结构框架的视图应包含：全视图、作战视图、能力视图、系统视图、装备视图、技术视图、编制视图和经费结构视图等8类视图。

按照总体模型、层次模型、关系模型它们各自的功能，选择不同的产品填充到装备方案开发过程的4种描述方式，将装备体系的设计流程转化为视图产品的生成过程。本文中将作战视图、能力视图、系统视图、装备视图进行分类，结果如表1所示。

表1 装备体系结构框架视图产品划分

在做产品划分时，总体模型中有的是基础类视图，有的是结论性视图。有的产品不是严格意义的某类模型，如作战任务描述，既可以按总体模型生成，也可以按照层次模型生成，具体选择哪种方式根据分析问题的实际需要。表1是视图产品的全集，进行装备体系设计时，需要对视图和产品进行选择和裁剪，本文中使用作战视图、能力视图、系统视图、装备视图的部分产品进行装备体系设计方法的说明。

3 装备体系方案开发具体步骤

根据装备体系方案开发过程将装备体系设计的具体工作分为3个步骤，分别是：

（1）装备体系概要方案生成。从作战任务出发，通过作战任务分析分解，能力与作战任务关系分析，得到能力需求和兵力要求。对能力需求和兵力组成进一步分析，得到装备体系结构的粗略描述。将上述内容归纳总结，得到装备体系设计的概要方案。

（2）装备体系方案微观分析。对方案中不清晰、拿不准的地方提出问题并梳理。采用层次分析和关系分析的描述方式，具体是将问题分解到相对微观的层次，并对不同层次或者相同层次的内容进行分析。层次分析描述主要是把握问题分析的范围和粒度；关系分析描述主要是细节的分析，要求还原度高。

（3）装备体系方案的完善。应用各类方法手段如群体决策方法等，将概要方案和微观分析中的内容进行综合与优化，得到装备体系设计的目标方案如图1所示。

将表1中的产品应用于4种描述方式，产生了对应上述每个步骤的描述方式，其内容是：

1）总体描述内容。对应步骤1，以产品中的基础类总体模型为主，选取部分层次模型和关系模型进行描述，其目的是为了生成装备体系概要方案。

2）层次分析描述内容。对应步骤2，以产品中的层次模型为主，选取部分总体模型和关系模型进行描述，其目的是将步骤1中提出的问题分解到相对微观的层次，参照总体描述的内容，得到装备体系分方案。层次分析叶子节点不展开，有效控制问题分解的范围和粒度。

3）关系分析描述内容。对应步骤2，以产品的关系模型为主，选取部分总体模型和层次模型进行描述，其目的是将步骤1或步骤2中仍存在的问题进行梳理，按照作战仿真、作战建模、作战实验、实兵演练等方式对装备体系中的细节进行高还原度的分析，得到装备体系微观方案。

4）综合分析描述内容。对应步骤3，以产品中的结论性总体模型为主，选取部分层次模型和关系模型进行描述，其目的是将前2步中的结论进行综合集成，形成装备体系目标方案。综合分析描述是包含了微观细节的总体描述方式，其内容可作为装备体系建设的宏观指导。

图1 基于多视图建模与综合微观分析相结合的装备体系设计

4 结束语

本文对多视图建模与综合微观分析相结合的原理进行了分析，提出了3类视图产品模型，并对装备体系结构框架视图产品按模型进行了划分。在此基础上，提出了装备体系设计的3个步骤和4种描述方式，为装备体系设计方案生成过程的分析奠定基础。

[1]欧阳莹之.复杂系统理论基础[M].上海：上海科技教育出版社，2002：24-36.

[2]柏戎.武器装备体系结构建模方法研究[C]//彭廷华，吴朝晖，张浩.第11届中国系统建模与仿真技术高层论坛论文集，2016：171-175.

[3]C4ISR Architecture Working Group.C4ISR architecture frame-work version 2.0[R].U.S.：Department of Defense，1997.

[4]吕扬，熊生龙，丁东.基于作战节点的作战任务区分[J].四川兵工学报，2010（05）：149-150.

Research on Multi-view Method of Equipment System Based on Integrated Microscopic Analysis

ZHANG Hao1，2，WU Zhao-hui1，YANG Zheng-yi1，TIAN Bing1，BO Rong3
（1.Naval Academy of Armament，Beijing 100161，China；2.The 92493th Unit of PLA，Huludao Liaoning 125001，China；3.91065 Force，Huludao Liaoning 125001，China）

According to the complexity of weapon equipment system，a method of multi-view of equipment system based on integrated microscopic analysis is proposed.Based on the idea of integrated microscopic analysis，we propose three kinds of view product，and divide the multi-view modeling equipment architecture view products into three types of model，get the concrete steps of the equipment system development plan，lay the foundation for the equipment system design scheme.

equipment system design；multi-view modeling；integrated microscopic analysis

E917

A

1672-545X（2017）07-0223-04

2017-04-13

张浩（1989－），男，河北昌黎人，硕士研究生，主要研究方向为装备发展战略方向。