基于綜合微觀分析的裝備體系多視圖建模方法研究

張浩，吳朝暉，楊正義，田兵，柏戎

基于綜合微觀分析的裝備體系多視圖建模方法研究

張浩1，2，吳朝暉1，楊正義1，田兵1，柏戎3

（1.91204部隊，北京100161；2.92493部隊，遼寧葫蘆島125001；3.91065部隊，遼寧葫蘆島125001）

根據武器裝備體系的復雜性，提出一種基于綜合微觀分析的裝備體系多視圖建模方法，基于綜合微觀分析思想提出三類視圖產品模型，并把多視圖建模得到的裝備體系結構視圖產品劃分至三類模型中，得到裝備體系方案開發具體步驟，為裝備體系設計方案生成奠定基礎。

裝備體系設計；多視圖建模；綜合微觀分析

體系結構框架研究是裝備體系設計的核心，裝備體系設計要完成從需求到裝備發展方案的轉化，隨著體系越來越復雜，單純的還原論和整體論固有的弊端就會被放大。多視圖建模作為體系結構工具，提供了理解和分析復雜結構的思路，它既是描述工具又是溝通工具，是進行裝備體系設計一種相對高效的手段。它用綜合微觀分析原理，將復雜的問題分解為相對清晰的簡單問題，再通過把簡單問題的結果作為對復雜問題的輸入，從而解決復雜問題。本文將多視圖建模原理與綜合微觀分析原理相結合，得到裝備體系設計的建模方法，為復雜的裝備體系設計過程提供一個綜合性、分層式的設計方式，簡化設計流程，為裝備體系設計提供一種思路。

1 多視圖及綜合微觀分析原理介紹

多視圖建模作為體系結構工具，提供了理解和分析復雜結構的思路，它既是描述工具又是溝通工具，是進行裝備體系設計一種相對高效的手段。裝備體系結構框架研究，美軍是開拓者，并且形成相對完善的理論體系。美軍的DOD AF 2.0版是體系結構開發的頂層的、全面的框架和概念模型，它使國防部各級管理者能夠打破國防部、聯合能力域、部門或項目等層次界限，實現有序的信息共享，提高關鍵決策的能力。它的8個視圖，不僅涵蓋了裝備體系的內容，對作戰、能力、標準規范、項目管理等不同方面進行了規范，形成了覆蓋武器裝備體系需求分析、體系結構設計描述、技術體系分析等方面的一整套理論方法。

多視圖建模應用于裝備體系設計，主要側重于規范化描述以及描述之后的優化設計，視圖之間、相同視圖和不同視圖的產品之間邏輯關系還需要進一步分析。多視圖建模搭起了體系結構的框架，至于框架之中的內容，一般采用填充式，即將已有的研究成果轉化為視圖產品，強調的是裝備的互聯、互通、互操作。

關于綜合微觀分析，美國學者歐陽瑩之在文獻中指出，把某一整體作為研究對象，從物質組成和結構方面來看，向下分解形成還原研究方法，向上包容形成綜合研究方法。假設對系統的描述及其組分的描述想象成截然不同的二維概念平面（conceptual planes），分別稱為宏觀平面（macro-plane）和微觀平面（micro-plane）。這樣就可以開辟一個三維的概念空間（conceptual-space），既包含微觀平面，又包含宏觀平面，并希望通過填補兩者之間的空白達到合并兩者的目的[1]，這就是綜合微觀分析方法。

在綜合微觀分析方法的運用中，可以考慮構建一個綜合框架，把研究的內容包羅進去，問題域與需求域相對應，解決方案域與武器裝備系統域相對應。這種層次分析方式，雖然對問題研究比較深入，但是在總體上容易給人一種比較凌亂感覺，而且隨著研究層次的不斷深入，分解的維數和層次越來越多，分解過程和聚合過程的工作量指數級增加，違背了綜合微觀分析的初衷，也會給裝備體系設計工作帶來操作上的困難，難以執行。因此運用綜合微觀分析方法時，要特別注意控制分析的粒度，可以用一種規范的描述方式來約束綜合微觀分析的內容。

綜合微觀分析與多視圖的關系，可以認為是多視圖建模為綜合微觀分析方法應用提供規范化描述工具，綜合微觀分析方法為多視圖建模提供應用流程。根據兩種方法不同的功能，將運用的結合點放在體系結構框架的產品上，最終的裝備體系方案由體系結構框架產品來表示。多視圖建模與綜合微觀分析相結合優勢互補的同時也加強了其他方面。如：綜合微觀分析方法統籌整體工作，多視圖建模提供溝通方式。

2 視圖產品模型構建

根據綜合微觀分析進行裝備體系設計的基本思路，對裝備體系結構框架產品進行分析。根據視圖產品在體系設計方案開發過程中的定位不同，按照三種不同的粒度對產品進行劃分，可以將視圖產品歸納為3類視圖產品模型，這是把綜合微觀分析思想貫徹進多視圖建模方法中的直接體現。

（1）總體模型是裝備體系的低分辨率描述。不同部門人員對裝備體系的一種總體描述，是一種概略性對整體的理解。它為人們提供了認識裝備體系的初始文檔，不需要顧及太多細節。它可用作基本的模板，在這個模板之上，建立更多實際的模型。如裝備體系設計中涉及的高級作戰概念、能力總體要求、體系設計的總體目標等。總體模型在綜合微觀分析中既出現在微觀分析之前的綜合，也出現在分析之后的綜合。

（2）層次模型是裝備體系的中分辨率描述。其是對裝備體系設計的某一方面進行分析，將其內容進行分解，或者劃分層次，使其整體呈樹狀結構。如裝備體系設計中涉及的關于作戰任務分解、能力結構、體系結構等內容的描述。

層次模型對層次之間的關系和相同層次或不同層次葉子節點之間的關系進行簡要描述，但葉子節點在微觀層次不展開描述，整體呈現層次結構劃分。體系結構框架本身也可看作層次模型，它是層次模型的最大化，按不同視角劃分不同視圖。在進行層次劃分的時候，視圖產品需要審慎地省略了一些不必要的信息，但這可能帶來出乎意料的情況，如分析的最后階段才發現被忽略的信息實際上對于理解系統的實際運作至關重要。因此在進行層次模型設計時，需要提前研究什么是重點分析的內容，什么是可以簡要分析甚至忽略，分清主次，以防走偏[2]。

（3）關系模型是裝備體系的高分辨率描述。其形式化地、完整地考慮了實際系統的已知屬性及可能假設，綜合了網絡拓撲關系、映射關系及運行過程中的細節描述，如作戰活動模型中的“OODA”過程描述、不同視角間的映射關系描述、作戰信息流描述等等，就像不同部門的人員用“顯微鏡”觀察網絡關系。

在關系描述之前，必須區分各類節點。對于節點目前的文獻有不同的理解，辭海對節點的解釋為：桁架、框架等結構中，構件的相互交接處；網絡拓撲學中，節點是網絡任何支路的終端或網絡中兩個或更多支路的互連公共點。作戰節點的概念來源于美軍，其首先在C4ISR體系結構框架中提出來。美軍經過幾個版本的修訂后，在C4ISR體系結構框架2.0版本中給出了明確的定義：“Operational node is an entity that produces，consumes，or processes data in performing a role or mission.”即作戰節點就是在執行任務（或使命）中產生、消耗或者處理數據的實體[3]。

關系模型涉及兩類節點：作戰節點和系統節點。作戰節點是為達成某項使命或完成某項任務，能夠相對獨立地產生、消耗或者處理作戰信息的實體。它本身具有能力、功能屬性、結構屬性等，是作戰體系的組成部分。對單個節點的關注點在于各個作戰節點承擔的作戰任務以及為完成作戰任務必須履行的作戰活動，對節點之間關系的關注點在于作戰節點之間的信息交換關系[4]。系統節點與作戰節點相對應，是作戰節點中的武器裝備部分，根據不同的層次，可以是小體系、小系統、平臺、單元等不同形式。對于單個系統節點的關注點在于各系統節點包含的系統以及各個系統擁有的功能，對系統節點間關系的關注點在于各個系統節點之間的交互行為及接口。

有了節點概念以后，可以將裝備體系之中的關系模型分為具體和抽象兩類。具體的關系模型是指節點之間通過信息流轉而互相連接的網絡拓撲結構，可以在戰略層次進行描述，也可以在戰術層次進行描述，不管在哪一層次，均需要把節點之間的網絡拓撲結構交待清楚，如基于“OODA”的作戰網絡模型；抽象的關系描述是指不同類型的節點或者不同視角間的映射關系描述，如“任務—能力”關系描述、“系統—功能”關系描述、“能力—活動”關系描述、“活動—功能”關系描述、“功能—性能”關系描述等等。在裝備體系設計中，關系描述是最復雜的，應按需進行，具體問題具體分析，對那些有已知結論的可以不做或少做。

借鑒DOD AF 2.0的8個視圖的體系結構框架，考慮我軍裝備宏觀論證的裝備體制論證內容，以及我國學者對裝備體系視圖產品的研究，裝備體系結構框架的視圖應包含：全視圖、作戰視圖、能力視圖、系統視圖、裝備視圖、技術視圖、編制視圖和經費結構視圖等8類視圖。

按照總體模型、層次模型、關系模型它們各自的功能，選擇不同的產品填充到裝備方案開發過程的4種描述方式，將裝備體系的設計流程轉化為視圖產品的生成過程。本文中將作戰視圖、能力視圖、系統視圖、裝備視圖進行分類，結果如表1所示。

表1 裝備體系結構框架視圖產品劃分

在做產品劃分時，總體模型中有的是基礎類視圖，有的是結論性視圖。有的產品不是嚴格意義的某類模型，如作戰任務描述，既可以按總體模型生成，也可以按照層次模型生成，具體選擇哪種方式根據分析問題的實際需要。表1是視圖產品的全集，進行裝備體系設計時，需要對視圖和產品進行選擇和裁剪，本文中使用作戰視圖、能力視圖、系統視圖、裝備視圖的部分產品進行裝備體系設計方法的說明。

3 裝備體系方案開發具體步驟

根據裝備體系方案開發過程將裝備體系設計的具體工作分為3個步驟，分別是：

（1）裝備體系概要方案生成。從作戰任務出發，通過作戰任務分析分解，能力與作戰任務關系分析，得到能力需求和兵力要求。對能力需求和兵力組成進一步分析，得到裝備體系結構的粗略描述。將上述內容歸納總結，得到裝備體系設計的概要方案。

（2）裝備體系方案微觀分析。對方案中不清晰、拿不準的地方提出問題并梳理。采用層次分析和關系分析的描述方式，具體是將問題分解到相對微觀的層次，并對不同層次或者相同層次的內容進行分析。層次分析描述主要是把握問題分析的范圍和粒度；關系分析描述主要是細節的分析，要求還原度高。

（3）裝備體系方案的完善。應用各類方法手段如群體決策方法等，將概要方案和微觀分析中的內容進行綜合與優化，得到裝備體系設計的目標方案如圖1所示。

將表1中的產品應用于4種描述方式，產生了對應上述每個步驟的描述方式，其內容是：

1）總體描述內容。對應步驟1，以產品中的基礎類總體模型為主，選取部分層次模型和關系模型進行描述，其目的是為了生成裝備體系概要方案。

2）層次分析描述內容。對應步驟2，以產品中的層次模型為主，選取部分總體模型和關系模型進行描述，其目的是將步驟1中提出的問題分解到相對微觀的層次，參照總體描述的內容，得到裝備體系分方案。層次分析葉子節點不展開，有效控制問題分解的范圍和粒度。

3）關系分析描述內容。對應步驟2，以產品的關系模型為主，選取部分總體模型和層次模型進行描述，其目的是將步驟1或步驟2中仍存在的問題進行梳理，按照作戰仿真、作戰建模、作戰實驗、實兵演練等方式對裝備體系中的細節進行高還原度的分析，得到裝備體系微觀方案。

4）綜合分析描述內容。對應步驟3，以產品中的結論性總體模型為主，選取部分層次模型和關系模型進行描述，其目的是將前2步中的結論進行綜合集成，形成裝備體系目標方案。綜合分析描述是包含了微觀細節的總體描述方式，其內容可作為裝備體系建設的宏觀指導。

圖1 基于多視圖建模與綜合微觀分析相結合的裝備體系設計

4 結束語

本文對多視圖建模與綜合微觀分析相結合的原理進行了分析，提出了3類視圖產品模型，并對裝備體系結構框架視圖產品按模型進行了劃分。在此基礎上，提出了裝備體系設計的3個步驟和4種描述方式，為裝備體系設計方案生成過程的分析奠定基礎。

[1]歐陽瑩之.復雜系統理論基礎[M].上海：上海科技教育出版社，2002：24-36.

[2]柏戎.武器裝備體系結構建模方法研究[C]//彭廷華，吳朝暉，張浩.第11屆中國系統建模與仿真技術高層論壇論文集，2016：171-175.

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

[4]呂揚，熊生龍，丁東.基于作戰節點的作戰任務區分[J].四川兵工學報，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

張浩（1989－），男，河北昌黎人，碩士研究生，主要研究方向為裝備發展戰略方向。