作战实验模型VV&A通用内容研究*

董智高 ，胡 斌

（1.军事科学院联合作战研究实验中心，北京 100091；2.空军工程大学空管领航学院，西安 710051）

0 引言

可信性是模型的生命线，缺乏足够可信度的模型不能发挥其应有的作用，也违背了模型开发的初衷。在缺少战争的和平年代，借助和利用作战实验模型对作战等复杂军事问题开展研究，是建模与仿真技术发展的必然趋势。

VV&A是保证作战实验模型可信度的有效手段，也是目前M&S领域研究的热点和难点。从20世纪60年代提出VV&A概念至今，美国研究人员对VV&A领域进行了大量探索研究，并在大量国防部项目中积累丰富的实践经验。目前，其VV&A理论已得到极大的完善，而一系列文件的颁布如《VV&A Recommended Practice Guide，VV&A RPG》、VV&A实践标准MIL-STD-3022模型与仿真VV&A文件（Documentations of Verification，Validation and Accreditation（VV&A）for Models and Simulations，January 28，2008）则标志着已迈入VV&A标准化、规范化的行列。国内VV&A领域研究存在一定差距，相关理论研究还不够充实，标准化、规范化的研究也较为缺乏。对作战实验模型VV&A具有通用性的内容开展研究，在于为作战实验模型开发提供指导，有利于推动模型VV&A标准化、规范化向前发展。

1 作战实验模型VV&A概述

作战实验模型校验、验证与确认（简称VV＆A或校验）是专门用于验证和评估作战实验模型和作战模拟系统可信度和可用性的重要手段。作战实验模型和模拟系统的可信度主要体现在3个方面：一是建模与仿真过程的正确性，二是仿真结果反映作战系统的有效性，三是相关军事人员和决策者对建模与仿真过程以及仿真结果的信任度。作战实验模型如果不经过严格校验与验证就投入使用，势必造成作战模拟系统基础不扎实，导致模拟计算结果失去其应有的科学性，进而无法保证作战实验模型和模拟论证结论的可信度，以及系统的可用性。

作战实验模型校验通过对作战建模与仿真生存期中各阶段活动及成果的合理性、正确性、有效性进行全面评估，来确定和保证作战实验模型和作战模拟系统的可信性和可用性，向开发人员、分析人员、管理人员和系统使用人员提供一个简便而逼真的框架，其目的是对作战实验模型建模全过程进行规范化质量控制，形成建模过程各阶段的完整过程记录，保证作战实验模型在一定不确定度（假设）下的可信度和在特定应用中的可用性。对作战建模与仿真全过程进行模型校验是评估和保证作战模拟实验结果和分析结论可信度和可用性的有效途径。

2 作战实验模型VV&A基本原则、要求及组织机制

2.1 作战实验模型VV&A基本原则

模型VV&A是模型质量的重要管理与监督手段，与模型“生命线”紧密相关。开展VV&A活动，需遵循一系列基本原则。国外学者曾提出过普遍适用的一般仿真基本原则［1］，Balci等学者提出了模型校核、验证与测试（VV&T）的15条基本原则，国内相关学者［2-3］也曾对作战仿真的基本原则进行了探讨。在已有研究的基础上，在此提出作战实验模型VV&A应遵循的7条基本原则：

1）全生命周期原则。VV&A伴随军用建模与仿真模型研制过程的全生命周期，既要对建模与仿真模型开发过程实施VV&A，也要对模型应用过程实施VV&A。

2）全员全程参与原则。军用建模与仿真模型研制单位及其参与者应全程参与VV&A活动，尽可能地证明所开发模型及其仿真过程和结果对于指定应用是可信的。

3）周密计划原则。在实施VV&A之前应首先制定VV&A计划，并以该计划指导、约束全部的VV&A工作。

4）逐级实施原则。VV&A工作应遵循由下而上、逐层逐级实施的原则。既要在模型开发过程中对模型及其相关数据进行VV&A，也要在模型集成过程中对模型的适用性进行检验。

5）完备记录原则。VV&A过程必须有规范、完备的记录和存档。各类VV&A活动，包括建模与仿真过程中的评审、检验、测量、测试等活动都应形成规范完备的VV&A技术档案并存档，VV&A文档既是对已完成VV&A工作的总结，也是开展后续VV&A活动的基础。

6）适当剪裁原则。为实现VV&A的目标，VV&A必须遵循一些通用的基本过程，采用通用的策略、技术方法、手段和工具，不存在一种满足所有模型和仿真应用的VV&A方法，VV&A不能只关注军用建模与仿真模型研制过程本身，还需要考虑模型应用的条件以及如何被使用。在军用建模与仿真模型VV&A具体实施过程中，可根据具体情况和应用需要对VV&A过程、内容等进行适当剪裁。

7）相对可信原则。用于不同应用目的和环境条件的模型千差万别，不存在完全通用的VV&A方法和评估指标，在模型VV&A时要针对特定应用目的和环境条件，提出具体的VV&A方法和评估指标。

2.2 作战实验模型VV&A基本要求

对作战实验模型开展VV&A活动，需求满足一定的基本要求，这包括组织要求、过程要求和成果要求，具体为：

1）成立VV&A组织，制定VV&A计划。作战实验模型用户或和主管部门负责模型VV&A工作。为保证模型的质量和有效性，应建立专门的VV&A组织，负责建模与仿真过程中模型VV&A的相关活动，且VV&A组织应保持一定独立性。此外，模型VV&A组织需要除管理和执行模型VV&A活动外，还需在不迟于需求分析阶段制定详细的VV&A计划，并得到权威管理部门或委托方的认可和批准。VV&A计划是VV&A活动的基本依据，制定模型VV&A计划的目的是确定模型VV&A需求和依据，明确军用建模与仿真模型研制过程中各阶段VV&A活动的内容、可用资源、人员与职责、进度安排、经费预算等，预估可能存在的问题和潜在风险，保证VV&A活动的有序可控实施。

2）建立VV&A过程，开展VV&A活动。模型VV&A活动需建立明确的VV&A过程，以便明确各阶段的VV&A活动。VV&A活动贯穿于模型研制的生命周期，因此，建立的VV&A过程需与模型研制过程保持相对应关系，并与作战实验模型研制过程同步开展VV&A活动。作战实验模型VV&A过程包括成立模型VV&A组、制定模型VV&A计划、军事概念模型验证（简称军事概念模型V&V）、数学逻辑模型校核（简称数学逻辑模型V&V）、仿真程序模型校核与验证（简称仿真程序模型V&V）、编写模型V&V综合报告以及模型确认7个主要阶段。图1给出了作战实验模型VV&A过程。

3）编写并提交模型VV&A文档。VV&A文档是模型VV&A活动的成果体现。在VV&A活动结束后，VV&A组需编写并提交模型VV&A文档，以供用户和主管单位审查。在完成各个阶段模型VV&A活动时，均应编写相应的阶段模型VV&A文档作为完成VV&A活动的标志。而模型研制单位在向模型研制委托单位或用户提交模型软件和技术文档时，应同时提交模型VV&A文档。模型VV&A文档由一系列资料组成，主要包括模型VV&A组组成报告、模型VV&A计划、模型V&V综合报告（含军事概念模型V&V报告、数学逻辑模型V&V报告、仿真程序模型V&V报告及模型可信性和适用性历史证明材料）以及模型确认报告。

2.3 作战实验模型VV&A组织机制

作战实验模型VV&A既是一项关键而严谨的工作，也是一项较为复杂而繁琐的活动。为保证VV&A工作顺利有序开展，需要对其组织机制加以明确，这包括组织机构、人员角色分工与相应职责。

1）组织机构。VV&A作为作战实验模型研制过程中一项必不可少的项目过程管理与质量保证活动，应在成立模型开发组的同时，应成立独立的VV&A组，为VV&A活动的完成提供组织基础。VV&A组是经模型权威管理部门、委托方或承研方共同批准组建的VV&A专门组织，负责相关模型VV&A的全部工作。虽VV&A组具有一定独立性，但在关键活动上需要模型开发人员等角色的参与和协助。《VV&A组组成报告》是关于VV&A组成立的权威性文档，明确了VV&A组的组组框架、任务、VV&A对象等基本要素，在成立VV&A组时，需要有相应的《VV&A组组成报告》，其包含的基本要素参见下页表1所示。

2）职责与分工。VV&A组主要职责为负责模型VV&A的计划、组织、实施和管理。VV&A组是一个多角色的组合体，通常由需方代表、委托方或用户代表、研制方代表、VV&A专业人员以及领域专家组成。一般情况下，VV&A组需设组长，通常由需方代表担任，负责VV&A组日常活动的组织与管理。

需方代表：由权威管理部门、委托方或用户共同挑选和任命，负责VV&A全过程的策划、组织、协调、实施与管理。

委托方或用户代表：由对作战实验模型提出需求的一方（一般为合同甲方）提出人选，负责从需求和用户的角度对模型的可信性和适用性进行检验、测试和评估。

研制方代表：由承担作战实验模型研制任务的一方（一般为合同乙方）提出人选，负责协调研制方人员配合VV&A工作，协助VV&A人员开展模型VV&A活动。

VV&A专业人员：熟悉VV&A过程和方法，具体承担模型VV&A活动的实施，一般由需方代表提出人选。

领域专家：VV&A过程中所涉及的各领域技术专家，主要包括军事专家、模型专家、数据专家、软件专家、软件测试专家等，承担VV&A过程中各相关领域的专家咨询、评估和审核工作。具体实施过程中由VV&A组长根据各VV&A活动的需要，提出领域专家人选。

表1《VV&A组组成报告》基本要素

3 作战实验模型V&V评价指标体系

VV&A评价指标体系是相关模型本质属性和特征的一种集中反映，也是对模型开展VV&A工作的基本框架。模型所有具体的VV&A活动都围绕VV&A评价指标体系进行，并最终构成模型VV&A结论。作战实验模型属于一类模型，针对一类模型来说，不可能有一个完全通用的VV&A评价指标体系，但可探讨建立一个可供参考的VV&A评价指标体系“范例”以供具体的作战实验模型在此基础上进行裁剪。根据不同需要，可从3个不同角度建立作战实验模型VV&A评价指标体系参考“蓝本”［4］。

3.1 基于模型功能构成的V&V评价指标体系

较为复杂的作战实验模型往往由多个子系统（模型）组成，每个子系统（模型）都具有自主特性，能独立实现某项功能和任务。基于模型功能构成的VV&A评价指标体系即以模型的功能构成为基本依据，以此建立评价指标体系。该类指标体系将高层评价指标按功能组成划分为各个子系统（模型），然后再将子系统（模型）依次向下划分为各组成单元和部件，直至具有可评价性和可度量性的原子指标，如图2所示。此类评价指标体系优点在于容易掌握各子系统（模型）的质量情况，便于准确定位作战实验模型某组成部分的问题，但不易发现作战实验模型研制过程中纵向时间阶段的问题。

3.2 基于本质属性的V&V评价指标体系

该类V&V评价指标体系是从模型可信度基本属性组成要素出发建立的评价指标体系。其下层指标划分较为繁杂，常有指标交互现象出现。常见的高层指标有正确性、可靠性、有效性、充分性、适应性、功能性、可用性、互操作性等［5-6］，如图3所示。不同的作战实验模型可根据实际需要增减相关指标。该类指标体系无法体现了各子模型和模型研制过程中各阶段模型的评价情况。

3.3 基于模型研制过程的V&V评价指标体系

基于模型研制过程的V&V评价指标体系主要是从模型研制的时间顺序考虑，依据模型在不同时间阶段的表现形式而建立相应的评价指标体系。由于作战实验模型在研制过程中先后表现为军事概念模型、数学逻辑模型和仿真程序模型，其V&V评价指标体系框架主要由军事概念模型V&V评价指标、数学逻辑模型V&V评价指标以及仿真程序模型V&V评价指标组成，如图4所示。

对军事概念模型的V&V评价主要从作战任务描述、作战行动描述、作战兵力描述、武器装备描述、指挥控制描述、交互关系描述、假设条件描述、描述的规范性、可追溯性等方面进行检验评价，图5为军事概念模型V&V评价指标体系，可以根据实际情况对一级、二级V&V评价指标进行剪裁或增补，也可以增加三级、四级指标。

对数学逻辑模型的V&V评价主要从实体描述、算法、实体数据以及与军事概念模型的一致性等方面进行检验评价，称之为一级指标。一级指标又可以细分为二级指标。下页图6为数学逻辑模型V&V评价指标体系，可以根据实际情况对一级及二级评价指标进行剪裁或增补，也可以增加三级、四级指标。

对仿真程序模型的V&V评价主要从静态检查及与软件测试方面进行评价，称之为一级指标。静态检查主要从程序代码、输入与输出、数据、接口、及与逻辑模型的一致性进行评价，软件测试主要从功能测试、接口测试、性能测试、容错性测试、易恢复性测试及互操作性测试进行评价称之为二级指标。二级指标以下又可以细分为三级指标，可以根据实际情况对二级及三级评价指标进行剪裁或增补，也可以增加四级指标。图7为仿真程序模型V&V评价指标体系。

由于严格考虑到模型研制的先后顺序，因此，该类评估指标体系非常适合开发过程具有明确阶段的作战实验模型评价，其优点在于能对模型开发各阶段进行分段评价，准确定位模型开发过程的阶段性不足。此评价指标体系是各种作战实验模型VV&A活动最常用的评价指标体系。

4 结论

VV&A既是一种技术，也是一项过程管理活动。作战实验模型VV&A相关具有通用性的内容是VV&A规范化、标准化的重要组成部分。本文对作战实验模型VV&A基本原则、基本要求、组织机制及评价指标体系进行了研究，为各种作战实验模型开发的相关方面提供借鉴和参考，既是对相关理论的完善和补充，也是对模型VV&A标准化、规范化工作的推动。但作战实验模型VV&A规范化远不止于此，相应研究工作还需进一步扩展宽度和深度。

［1］Defense Modeling and Simulation Office（DMSO）.Verification，validation and accreditation recommended practice guide［R］.Washington：United States Department of Defense，2006.

［2］胡斌.军用软件工程与实践［M］.北京：军事科学出版社，2014：235-236.

［3］唐见兵.作战仿真系统可信性研究［D］.长沙：国防科学技术大学研究生院，2009：34-35.

［4］董智高，胡斌.军用模型可信度评估相关通用要求研究［C］//长沙:2016年建模与仿真技术学术交流会，2016.

［5］吴静，吴晓燕，高忠长，等.基于模糊综合评判的M&S可信性评估研究 ［J］. 计算机应用研究，2009，26（12）：4509-4512.

［6］李浩，唐硕，闫晓东.基于可信度指标体系的VV&A过程模型研究［J］.飞行力学，2012，30（5）：475-480.