基于UAF的重大灾害救援体系架构设计

丁 茜,王跃利,葛 亮

(中国人民解放军军事科学院,北京 100091)

统一体系架构框架UAF(Unified Architecture Framework)[1]是对象管理组织OMG于2017年10月发布的体系架构标准,是体系架构领域创新性方法,兼容现有DoDAF、MODAF、NAF、AGATE等各种体系架构框架,能够认识、构建、分析包括人员、软硬件资源等各类要素在内的复杂组织体,提供从战略目标、业务支撑到技术实现的一体化解决方案[2],并提供了统一的架构语言、规范和方法,解决现有各体系架构框架中概念不能完全互通、元模型难于匹配及架构工具无法灵活交互等问题[3]。

UAF提供视图矩阵是Zachman框架结构,具体建模步骤及视图选取要根据实际的架构需要具体分析。本文主要探讨复杂组织体主干框架的架构设计思路及步骤方法,基于UAF架构重大灾难救援体系并进行典型视图的绘制。

1 UAF简介

UAF以贯穿系统全生命周期需求为驱动、以体系架构为主导、以域元模型为支撑、依靠统一建模语言UML/SysML,进行顶层面向对象设计,综合考虑系统、人员、产品、流程、资源等要素及其相互关系。

图1是UAF提供支撑复杂组织体架构建模的视图矩阵,其采用面向对象方法。在纵向,从战略目标，业务支撑到技术实现三个层面,将复杂组织体划分为元数据、战略、业务(作战)、服务、人员、资源、安全、项目、标准、现实资源、需求、总结和概述、字典等13个领域。在横向,每个领域可以从静态结构、动态交互、标准支撑等方面进行细化描述,从分类、结构、联系、流程、状态、交互场景、信息、参数、约束、路线图、可追溯性等11个视角进行分析,这就形成了UAF的视图矩阵[1]。矩阵内的每一个视图都有一个或一组域元模型支撑、规范相应的建模活动[2]。

采用UAF进行体系架构体现了多视图的分析思路,不仅将复杂系统问题简单化,从各个方面建立模型,对系统各特征进行详细刻画,以便准确、全面描述系统,而且通过“分而治之”,将复杂组织体分解为反映不同领域人员视角相对独立的视图,这些视图一方面反映各类人员的要求和愿望,另一方面也共同构成了对体系的整体描述,为认识、构建、分析复杂组织体,提供了科学通用的建模方法[4]。

2 应用UAF的架构设计思路

应用UAF,可以采用经典体系架构框架,尽量覆盖主要的体系架构视图与产品,也可以根据实际需要,进行剪裁、改造与组合。

复杂组织体主干框架,主要涉及UAF视图矩阵中13个领域7个,各领域的视图可以根据实际需要进行选取。应用UAF的架构设计思路及步骤如图2所示。

1)在架构工作开始时编制字典,即术语集,并在架构过程中不断迭代完善,其对应视图矩阵“字典”领域。

2)业务(作战)背景总体概述,在管理领域,称之为业务背景,在作战指挥领域,称之为作战背景。其对应UAF视图矩阵“总结和概述”领域。

3)分析架构复杂组织体需求,其对应视图矩阵“需求”领域。

4)将需求细化落地为具体的能力,对应“战略”领域(UAF标准文档中这一领域的英文名称为“Strategic”,但描述的是复杂组织体在需求牵引下应具备的能力,与“战略方针”是两个概念)。

5)架构业务(作战)体系,分析复杂组织体能力的业务(作战)活动支撑者,对应“业务”领域。

6)分析业务(作战)活动的组织者，岗位执行者和所担负的职责,构建复杂组织体的人员体系,对应 “人员”领域。

7)进行软、硬件资源配置,架构资源体系,对应 “资源”领域。

3 重大灾害救援体系架构设计[4]

基于UAF进行重大灾害军地联合救援体系的架构设计如下所述。

实例描述如下:受灾人员发出求救信号被监测中心监测到发给救援指控中心;指控中心向卫星请求相关受灾环境信息,并协同军队救援指控中心派遣军用直升机、海军军舰、救援队、医疗队等实施救援。这个案例虽然看起来比较简单,但它涉及陆、海、空三域,以及人员、软件、硬件及军地协同等多方面的问题,可以扩展为更复杂的军民融合、跨域协作问题。此次分析,将实例适度简化,更多关注如何通过它理解、掌握UAF使用方法。

3.1 编制字典

字典是体系架构使用的术语,建议实现形式有:表格，SysML块定义图。

在架构开始后即编制字典,并在架构过程中迭代完善,规范各领域人员表达,定义关键词,确保模型可读性、规范性、通用性。一般采用表格形式,其中包括术语名称、全域名称、定义、别称等要素[5]，救援体业的业务活动字典如表1所示。

表1 业务活动字典

3.2 业务(作战)背景概述

业务(作战)背景总体概述是概括描述高层级业务(作战)背景、概念,及其相互关系。描述方式有多种:可以采用形象直观图形背景,利于与不熟悉架构框架的其他领域人员交流;可以用文字形式描述,一般用于补充说明;也可以用SysML内部模块图形式,用图形化的建模语言描述。应用时可以选择其中的一种或多种。图3是救援体系业务背景概述图,采用内部模块图形式。

3.3 需求域建模

需求域分析复杂组织体架构需求,并将其细化落实为复杂组织体应具备哪些能力、需进行什么业务(作战)活动、配置哪些人员及资源等,建议的实现形式有:SysML需求图、表格、矩阵等。

对比现有的体系架构框架,UAF首次使用SysML需求图,强调系统架构过程中需求分析的重要性。分析时可以自顶向下分解需求,也可以自底向上收集用户实际需求,进行多轮次综合分析,构建符合实际并可落地为能力的需求体系。

图4为救援体系的需求图,采用SysML需求图形式。救援行动首先遵守《国际救灾法》及《全国救灾防病预案》;其整体需求分解为三个子需求:援助、营救、报告;每一个子需求再落实细化为能力、业务活动、人员、资源的具体配置等。需求图不仅包括顶层的需求分解,也包括需求的落地实现。

3.4 战略域建模

明确复杂组织体架构需求后,架构“战略”体系,设计在需求牵引下其应具备的能力。如图1所示,可以从多方面描述能力体系,本文解析其中3个视图。

3.4.1 战略领域结构视图

战略领域结构视图描述特定时间段内,复杂组织体的能力构想,包括能力愿景及能力目标。能力愿景是能力的宏观，远景构想,不考虑具体实现;能力目标是更具体化、可落地实现的阶段性目的。建议实现形式是SysML块定义图。

图5为救援体系的战略结构图,救援体系的架构过程可以分为3个阶段,每个阶段都有不同的愿景及更详细目标。其能力愿景是在履行救援职责前提下,分阶段逐步提高复杂组织体提供“面向服务”能力。愿景再细化落实为各阶段目标。其中第1阶段目标是履行救援职责；第2阶段目标是在救援体系局部使用服务；第3阶段目标是在救援体系全局使用服务。

3.4.2 战略领域分类视图

战略领域分类视图说明能力层次及分类,明确复杂组织体需要什么能力实现目标,建议实现形式是SysML块定义图。

图6是救援体系架构第1阶段战略分类图。救援能力可分为陆地救援能力、海上救援能力及空中救援能力。三类能力再细化为求救信号监测能力、救援指控能力、军事指控能力、搜索能力、生命迹象探测能力、救治能力、援助能力、运送能力、补给能力等。

3.4.3 战略领域可追溯性视图

战略领域可追溯性视图描述能力与业务(作战)活动对应关系,说明业务活动如何支持能力实现,建立了战略领域与业务领域连接,建议实现形式有:SysML块定义图，矩阵等。

图7是救援体系战略追溯图,采用SysML块定义图形式。“救援指控”能力对应于情况分析、任务决策、任务下达、路径选择、人力分配等标准业务活动;“救治”能力对应于健康情况监测、现场急救等活动;“援助”能力对应于生命迹象探测、运送至安全区等活动。

3.5 业务(作战)域建模

战略领域构建完毕后,在能力需求的牵引下,构建业务(作战)领域,架构支撑复杂组织体能力实现的业务(作战)活动体系,如图1所示,可对该领域进行多视角的建模,本文只解析其中的2种。

3.5.1 业务领域流程视图

业务领域流程视图说明如何完成业务活动,分解业务活动,描述业务活动、活动间的关系、输入和输出信息等,建议实现形式有:SysML活动图、SysML块定义图、BPMN流程图等。

图8是搜索活动的BPMN泳道形式的流程图,能够清晰地描述业务活动的人员分工及处理业务顺序。

3.5.2 业务领域约束视图

业务领域约束视图描述规范业务活动的准则,建议的实现形式有:表格、SysML块定义图、SysML参数图等。搜救行动的业务规则要素包括:业务类型、业务名称、业务规则的名称及内容等。救援业务的规则表,如表2所示。

表2 业务规则表

3.6 人员域建模

业务领域构建完毕后,构建人员领域,即由什么组织、岗位、人员完成各业务活动,各自担负的职责是什么[6-8]。

3.6.1 人员领域结构视图

人员领域结构视图描述组织、岗位、人员、职责及其之间的关系,建议实现形式有:SysML块定义图、SysML内部模块图等。

图9是救援体系人员结构图,采用SysML块定义图形式。该图描述了救援组织机构组成,各机构担负职责;救援组织机构内设岗位,各岗位职责要求和能力要求,以及能够履行岗位职责各类人员。

3.6.2 人员领域流程视图

人员领域交互场景视图描述组织资源之间交互的时间顺序,推荐实现形式有:SysML序列图、BPMN协作图。

图10是救援体系人员交互场景图,采用SysML序列图形式。受困人员发出求救信号；救援指控中心操作员接收后,向管理员汇报情况；救援指控中心管理员请求军队援助；双方沟通后,军地协同指挥救援队展开救援；救援队汇报现场情况后,军地协同指挥医疗队救治受困人员；救援队及时汇报救治情况。

3.7 资源域建模

完成人员领域架构后,进行资源领域的架构,配置软硬件资源。

3.7.1 资源领域结构视图

资源领域结构视图描述各类资源间结构关系及交互的接口,建议实现形式是SysML内部模块图。

图11是救援队资源结构图。救援队成员即组织资源包括探测员、飞行员、驾驶员、挖掘员、通信员等,物理资源包括生命迹象探测设备、直升机、救援车船、大型挖掘设备、无线电通信设备等,两类资源间存在资源交互。

3.7.2 资源领域路线图视图

资源领域路线视图描述资源结构如何随时间变化而变化,既可以是资源的配置随时间的变化,也可以是对资源的发展演进进行预测,建议实现形式有:时间轴、表格、SysML块定义图、SysML内部方框图等。

图12是对救援硬件资源的发展预测图,采用了SysML块定义形式,对各类设备进行了不同期限预测。

4 结束语

本文分析UAF的架构机理,从纵向领域，横向视角两个维度分析UAF视图矩阵,提出应用UAF架构复杂组织体主干框架的思路及步骤,并构建了重大灾害救援体系主体模型。UAF的提出是全球协作日益密切，体系架构技术日趋成熟的必然结果,具备兼容其他体系架构框架的强大互通互容能力及开放的架构思想。随着对UAF理解、实践的不断深入,其在各领域的复杂组织体架构中有广阔的应用前景。