基于MBSE的作战概念建模框架研究*

杜国红，陆树林，郑 启

(1.陆军指挥学院，江苏 南京 210045;2.中国人民解放军68003部队，甘肃 武威 733000)

作战概念是军事理论创新的桥头堡，是推进部队转型、创新作战模式、颠覆制胜机理的驱动引擎，其核心是通过分析战场环境，构建作战体系，塑造作战能力，革新作战方式，生成作战构想。作战概念的研究是一项军事科学与系统科学交叉的复杂领域，需要将理论创新与技术运用相融合，通过战术与技术的相互驱动，才能促进作战概念的持续生成和迭代优化。在这一研究过程中，首要的是为军事理论专家、部队实践专家、军事设计人员以及工程技术人员之间进行思想碰撞和交流提供一种标准化语言，即采取系统工程的思维和方法对作战概念进行建模，形成用于描述作战概念一致、无歧义、规范化的建模框架和模型规范。当前，针对作战概念建模，已有成果主要集中于利用外军体系结构建模框架，通过提炼和裁剪进行模型描述。如文献［1］提出了一种在美国国防部体系结构框架DoDAF指导下，基于统一建模语言UML的反导作战军事概念建模方法，实现了对反导作战的规范建模。文献［2］借鉴DoDAF1.5版、DoDAF2.0版以及英国国防部体系结构框架MoDAF［3-4］，通过对部分视图模型的针对性改造，实现了对新型装备作战概念的建模描述。上述成果对于采取系统工程方法进行作战概念建模具有极好的参考价值，但无论是DoDAF还是MoDAF框架，目前掌握的资料主要集中于视图产品构成和如何绘制等，而外军对框架设计的切入点、来龙去脉以及使命任务、作战构想如何向框架产品转化等背景材料均未予以公开。复用外军框架，尚不能完全覆盖我军聚焦使命任务和作战环境进行作战概念研究的内容范畴，亟须从国家军事战略和军队使命任务分析着手，面向现阶段作战概念研究现实问题，加强作战牵引和顶层设计，构建符合我军需要的作战概念建模框架。

1 基于模型的系统工程方法

基于模型的系统工程方法［5-8］(Model-Based Systems Engineering，简称MBSE)是应对系统复杂性和创新设计的一种工程范式变革，是研究和设计具有非结构、非线性、逻辑紧密、交互复杂等特点的一类系统的关键技术。MBSE是相对于基于文件的系统工程方法(Document-Based Systems Engineering，简称DBSE)而言的，传统开展大型系统研究活动，各研究主体之间通过电子文档格式的需求规格说明文本、方案概要设计文本、系统详细设计文本等各类文件开展研究和交流活动，这种方式主要存在以下根本性的局限:1)基于自然语言描述的设计文件一致性差、准确度低，不易沟通且容易导致出现歧义;2)文本描述的作战概念各设计要素之间无法实现追溯分析，对要素内容变化的跟踪和评估也不易达成;3)难以描述各种动态的作战活动和作战活动之间的信息交互;4)大量文档难以进行管理维护，修改完善的成本极大;5)工程化转化和验证不易实施，需求、设计、实现、验证等无法进行关联，工程转化效率低并且质量也难以保证。基于模型的系统工程方法则可避免上述局限，其采取数字模型代替文本，可将描述系统的规划、需求、结构、功能、逻辑、交互、性能、参数等全部转化为模型描述，并可贯穿系统设计开始以及持续整个开发阶段和后期验证优化全过程，支持系统需求分析、设计、实现、验证、优化和确认的模型化，为开展需求分析、系统设计和检验验证提供一体化的方法支撑，两方法对比如表1所示。

表1 MBSE方法与DBSE方法对比分析表

MBSE本质上是要形成以系统模型为核心的一个整合模型，基于这个整合模型，提供给生命周期不同阶段、不同领域、不同学科的参与者从不同视角观察同一个系统的唯一权威描述。MBSE最为经典是V型模型，如图1所示。

图1 V型MBSE模型图

上述V型模型中，核心是反映系统规划、需求、结构、功能等系统数字模型。围绕该核心模型，依次展开需求分析、系统设计、系统验证、需求确认等四大类活动，从而实现需求、设计、实现、验证、优化、确认等追溯和迭代。

2 基于MBSE的作战概念建模分析

按照上述对MBSE方法的分析，基于MBSE方法开展作战概念建模研究，核心同样是构建作战概念模型，首先是对作战概念建模要素进行分析。概括来讲，开发设计作战概念，主要是按照国家军事战略和军队使命任务要求，围绕作战方式变革，研究作战概念产生的背景以及战场环境、作战对手、作战任务、能力需求、作战力量、作战活动以及行动构想等作战问题，其建模要素如图2所示。

图2 作战概念模型要素组成图

其中，作战概念产生背景主要针对当前及未来一段时期国际战略格局和国家利益拓展需要，抓住制胜机理和战斗力生成模式发生嬗变的关键因素，探索作战概念诞生的政治军事背景和物质技术基础。作战环境主要研究分析与作战直接相关的地理环境、气象环境、水文环境、民社情、战场建设、电磁环境、信息网络环境、核生化环境等，并着重分析环境对作战产生的影响。作战对手主要剖析各战略方向作战对手的力量编成、武器装备战技性能、作战企图、战术战法、作战部署以及能力强弱点等。作战任务主要描述基本态势、作战意图、作战目标、基本战法和总体作战构想等。作战能力需求是以对作战背景和作战对手的研究为基础，考虑作战环境的影响和制约，针对遂行使命任务的要求，对整体作战能力的设计规划和目标期望，包含体系作战能力需求、装备技术支撑能力需求以及能力依赖、能力差距分析等。作战力量是对作战兵力、武器装备及其组织结构的描述，包括作战要素、要素关系、指挥编组结构、通信网系结构、装备体系和兵力体系等。作战活动主要刻画各类作战要素开展作战活动的流程、规则以及交换的信息等。行动构想主要对作战过程进行整体刻画和详细设计，涵盖兵力区分、任务区分、地域区分、空域区分、时域区分、敌情预想、行动设计等。

围绕上述作战概念建模要素，开展作战概念研究活动，可区分为四大主要环节:1)作战使命分析，即围绕国家军事战略和利益拓展需要，研究分析不同战略方向的使命任务，明确作战背景、战场环境和作战对手。在此基础上，围绕使命任务要求，研提作战能力需求。2)作战体系设计，包括作战力量设计、运用方式设计和行动构想设计。3)作战概念验证，综合采取仿真实验、原型部队试验、实兵验证等手段来综合检验论证作战概念，发现其中存在的问题，通过不断调整、优化和完善，形成成熟的作战概念产品。4)固化形成条令，即将成熟的作战概念产品加入作战条令，形成指导部队实践的可执行的法规文件，通过权威性的法规条令来牵引部队训练和作战，从而形成满足作战使命要求的整体作战能力，如图3所示。

图3 基于MBSE的作战概念建模活动图

3 作战概念多视图模型框架设计

作战概念模型框架设计是一项多学科交叉、多领域融合、多类人员参与的复杂创造过程，为了清晰地对作战概念的组成、结构以及相互关系等内容进行建模，需要充分发掘军事理论专家、部队实践专家、军事设计人员以及工程技术人员等群体智慧，采取集智创新方法，站在各自不同的视角，依托专业领域知识和经验来思考、理解、设计作战概念，得出反映作战概念不同角度特征和要求的多个视图模型［9-12］。通过综合各类人员从各自视角得到的视图模型，来反映作战概念模型的全貌。通过对作战概念建模要素的分析，作战概念多视图模型框架包括总体描述视图、作战环境视图、作战对手视图、作战任务视图、作战能力需求视图、作战力量体系视图、作战活动视图、作战行动构想视图等八个视图模型。上述视图模型相互关联，具有约束和支撑关系，各视图模型之间逻辑结构如图4所示。

如图4所示，总体描述视图(Description View，简称DV)在框架中提纲挈领，概括性描述作战概念开发的目的、范围、背景和有关词汇，为其他七类视图的描述提供必需的信息。其模型组成如表2所示。

图4 作战概念模型框架逻辑结构图

表2 总体描述视图模型组成表

作战环境视图(Environment View，简称EV)明确在何处何种环境中作战，是从作战的物理空间视角，描述作战的地理、气象、水文、民社情、电磁、核生化、战场设施、信息网络等环境，用以明确作战概念的战场环境依托和环境约束，其模型组成如表3所示。

表3 作战环境视图模型组成表

作战对手视图(Blue View，简称BV)明确与谁作战，是从作战对手分析视角，描述作战对手的企图、兵力、能力、部署、强弱点等，用以分析和衡量作战对手的作战企图和优劣势，其模型组成如表4所示。

表4 作战对手视图模型组成表

作战任务视图(Task View，简称TV)明确作战的具体目标和要做什么，是从作战的任务视角，描述作战的背景、企图和总体构想，用以明确总体作战背景、作战任务、基本战法和总体行动构想，其模型组成如表5所示。

表5 作战任务视图模型组成表

作战能力需求视图(Capability View，简称CV)明确作战需何种能力，是从作战的能力需求视角，描述作战的体系能力需求、装备能力需求以及技术支撑能力需求，用以从能力需求方面来牵引作战设计，其模型组成如表6所示。

作战力量体系视图(Force View，简称FV)明确由谁来完成作战，是从作战的兵力装备要素和组织结构视角，描述作战的要素构成、指挥体系、通信组织结构、装备和人员，用以系统设计和描述作战力量，其模型组成如表7所示。

表6 作战能力需求视图模型组成表

表7 作战力量体系视图模型组成表

作战活动视图(Activity View，简称AV)明确作战由哪些活动构成，是从作战中各类作战要素的职责分工和交互关系视角，描述作战任务清单、作战活动流程、作战活动规则、作战活动信息以及各类信息交互关系，用以刻画各类作战活动的动态运行过程，其模型组成如表8所示。

表8 作战活动视图模型组成表

作战行动构想视图(Operational View，简称OV)明确如何作战，是从作战的行动设计角度，描述作战行动设想，用以综合设计和具体区分作战力量、作战任务、作战地空域以及作战行动，其模型组成如表9所示。

表9 作战行动构想视图模型组成表

4 作战概念多视图模型框架开发

多视图模型框架开发通常采取自上而下逐步求精和自下而上集成优化的方法进行，即首先将作战概念涵盖的内容要素进行抽象、分解、凝练和规范，形成作战概念初级模型框架。而后，采取多视图描述方法从不同的视角对框架进行详细设计，形成规范的数据模型、逻辑模型和表示模型，实现对模型框架的格式化描述。之后，逐一对各视图模型的输入、数据结构、逻辑规则、表现形式、输出等进行验证和评估优化。再后，对各视图模型进行综合集成。在此基础上，采取设计典型作战概念案例的形式，通过逐一描述每个作战概念视图模型要素，对作战概念建模框架进行整体验证，检验建模框架的完整性、合理性和可行性，并依据验证结果不断对建模框架进行优化完善。通过上述设计、验证、优化等过程的不断迭代，最终形成标准规范的作战概念建模框架模板。通过设计开发作战概念建模框架，为支撑定性、抽象的作战理论、专家经验知识向作战概念形式逻辑的转化，实现作战概念的体系化、工程化设计提供方法和工具支持，其开发过程如图5所示。

图5 作战概念模型框架开发活动图

5 结束语

作战概念建模框架是规范和指导作战概念开发的基础和前提。基于MBSE方法，通过分析作战概念核心建模要素和作战概念研究活动的主要环节，提出了面向军事理论专家、部队实践专家、军事设计人员以及工程技术人员等多类人员的作战概念多视图模型框架，并对总体描述视图、作战环境视图、作战对手视图、作战任务视图、作战能力需求视图、作战力量体系视图、作战活动视图、作战行动构想视图等视图模型的逻辑关系和详细构成进行了分析和设计。最后，按照自上而下逐步求精和自下而上集成优化的设计策略，提出了作战概念建模框架的开发路线。基于MBSE设计开发作战概念建模框架，必将促进作战概念研究由粗放式的概略定性研究向体系化的精细定量研究转变，成为作战概念体系化研究和工程化设计的重要手段。