裝備保障數據需求分析方法與建模

王 健，古 平，卜昭鋒,趙 銘

(1.陸軍工程大學石家莊校區， 石家莊 050003; 2.陸軍炮兵防空兵學院， 沈陽 110000)

隨著“大數據”時代的到來，裝備保障數據呈現爆發增長、海量聚集的特點，對裝備保障數據資源建設提出了更高要求。全面深入地了解領域內所有數據的組成、結構及作用，是數據資源建設后續設計工作的前提和基礎，地位作用十分重要。當前，裝備保障領域的許多專家學者依據專業領域的特點，結合信息系統建設經驗，提出了面向實體、面向系統、面向業務等思想[1-3]，分析并構建了領域的數據需求，滿足了一定時期相關領域信息系統和業務工作需要。然而，當實體、系統、業務工作發生變化時，數據需要重新規劃，既費時費力，又耗費大量費用。這就需要探索一種新的數據需求分析方法。

考慮到裝備保障活動是為完成保障任務而履行的最基本、不可再分的最小單元，具有獨立功能。雖然裝備保障的組織機構、運作流程、運行方式等是變化的，但是深入分析裝備保障活動可以發現：這些活動實質上是在裝備保障的任務指導下，對人員、物質、信息等資源的操作。換言之，施加于人員、物質、信息等資源的操作是依賴于裝備保障任務的，故裝備保障活動具有一定的穩定性。本文從分析裝備保障活動出發，采用“圍繞活動，面向過程”的思路，提取并整合數據需求。

1 裝備保障活動識別

目前，常用的活動識別方法有組織系統規劃法(BSP)、企業功能分解法、基于CIMOSA功能視圖的活動識別方法等[4-6]。這些方法或分解粗糙，沒有深入到具體活動；或缺乏明確目標取向，操作過程隨意性很大；或分析過程復雜，實用性較差。為了克服以上方法存在的弊端，需要尋找一種新方法來識別裝備保障活動。通過分析裝備保障活動的特點，從裝備保障機構執行裝備保障任務、履行裝備保障功能的視角著手，確定裝備保障活動。

1.1 裝備保障任務、功能與活動的關系

裝備保障任務是與整個裝備保障系統密切相關的保障機構所必須達到的目標，對于不同的保障機構而言，它所分配的任務是不同的；裝備保障功能是保障機構本身所具備的能力，不同的保障機構具有不同的保障功能；裝備保障活動是保障機構履行有一定目的的行為和動作。通常情況下，由于不同的保障機構對應不同的任務，其所采取的活動是不一樣的[7]。

裝備保障任務是保障機構執行保障活動的原因和目的。保障任務是賦予保障機構的一個保障目標，這個目標可以經過保障機構執行一定的行為、動作來具體完成。保障機構之所以履行保障活動，就是因為只有執行保障活動，才能夠完成保障任務。換言之，保障機構執行保障活動的目的就是為了完成保障任務，達到保障目標。

裝備保障功能是保障機構具備的履行保障活動的能力。一個保障機構之所以能夠完成某一項任務、工作，歸根結底是因為這個保障機構具備一種保障能力，這種保障能力就是保障機構的保障功能。

裝備保障活動是完成所賦予保障任務的具體實現方式。一個裝備保障機構是由若干個裝備保障要素組成的，每一個要素都具有一定的功能屬性， 要通過一系列的行為和動作來具體實現。可以認為，裝備保障功能就是由裝備保障要素有機結合在一起的產物，構成一個裝備保障機構的所有裝備保障要素的整體行為和動作就是裝備保障機構執行的保障活動。

綜上所述，裝備保障功能決定裝備保障活動，裝備保障活動是保障功能的具體表現形式，但完成不同的裝備保障任務，會使用不同的裝備保障功能，執行不同的裝備保障活動。通過執行裝備保障活動，具有一定保障功能的保障機構完成其保障任務，三者之間的具體關系如圖1所示。

圖1 裝備保障任務、功能與活動之間的關系

1.2 裝備保障活動模型

通過上文對裝備保障任務、功能和活動的關系分析，可知裝備機構履行的保障活動是由裝備保障機構的功能屬性和需要完成的任務共同決定的，可以用函數關系表示。為了便于表達，引入符號如表1所示。

表1 裝備保障活動分析引入符號

因此，裝備保障任務、功能與活動三者之間的函數關系表達式為：

A=G(T,F)

(1)

a=G(t,f)t?T，f?F

(2)

經分析可知，a是活動集合A的子集，即a?A。

下面結合實際情況，對公式(1)的幾種情況進行說明：

①T=F。表明：裝備保障功能所能夠實現的目標集合與裝備保障任務所需達到的目標集合一致，剛好支持全部裝備保障任務完成。

②T?F。表明：裝備保障功能所能夠實現的目標集合大于裝備保障任務所需達到的目標集合，除能夠支持裝備保障任務完成外，還有部分功能未使用。

③F?T。裝備保障功能所能夠實現的目標集合小于裝備保障任務所需達到的目標集合，只能支持部分裝備保障任務完成，仍有部分不能實現。

④T∩F=Φ。裝備保障功能所能夠實現的目標集合與裝備保障任務所需達到的目標集合完全無關，不支持任何裝備保障任務完成。

⑤T∩F≠Φ，且T?F，F?T。裝備保障功能所能夠實現的目標集合與裝備保障任務所需達到的目標集合部分相關，支持部分裝備保障任務完成。

1.3 裝備保障活動與任務、功能關系矩陣

裝備保障任務T可以分解為若干個相對獨立的子任務，如t1、t2等。裝備保障機構N是由若干個裝備保障要素構成，如E1、E2等，而每一個裝備保障要素都具有一定的功能，比如裝備保障要素E1具有功能f(E1)1、f(E1)2等。另外，由于裝備保障機構是由裝備保障要素組成有機整體，根據系統涌現性原理，裝備保障機構整體功能大于其所有構成組件的功能和，具有各裝備保障要素所沒有的新功能，在此用f(N)1、f(N)2等表示。所以，裝備保障活動與任務、功能的關系可以用矩陣的形式來表示，具體如表2所示。

利用式(2)，可以確定每個裝備保障活動，比如a111=G(t1,f(E1)1)，這樣就確定了該裝備保障機構的所有活動。

表2 裝備保障活動與任務、功能關系矩陣

1.4 裝備保障活動評判模型

在用裝備保障活動與任務、功能關系矩陣確定具體活動之后，需要進一步評判所得活動的全面性和合理性，為下一步數據需求分析打下良好基礎。通過分析裝備保障的特點規律，發現裝備保障活動受多種因素影響，其評判目標是由多種因素組成的模糊集合，故采用模糊綜合評判法，具體步驟如下[8]：

① 選取評判裝備保障活動的因素集和評語集。因素集是指能夠全面反映被評價對象特征因素的集合，這些因素通常都具有模糊性。評語集是指在評價對象時，可以將評價結果分為若干個等級，這些等級組成的集合就是評語集。

在此，定義因素集P為：

P={p1,p2,…,pm}，p1,p2,…,pm為所有反映裝備保障活動特點評判因素。

定義評語集Q為：

Q={q1,q2,…,qn}，q1,q2,…,qn為對裝備保障活動的評價等級。

② 對單個因素進行評價。在進行單因素評價時，采用隸屬函數的方法確定該因素對評語集中各元素的隸屬度。假設對因素集P中的第i個因素pi(i=1,2,…,m)進行評價時，它對評語集Q中的第j個評語qj(j=1,2,…,n)的隸屬度為rij，則對因素pi評判的模糊集合Ui可表示為：

Ui={ri1,ri2,…,rin}

這樣，m個因素的評判集就可組成評判矩陣U。

(3)

③ 建立各因素的權重集。通常情況下，每個因素的重要程度是不一樣的。為了反映不同因素的影響程度，需要對所有因素賦予相應的權重系數wi。這樣，由各權重系數組成的集合稱為因素的權重集，記為W。

(4)

④ 綜合評判。從m個因素的評判矩陣可以看出，U的第i行反映了第i個因素對各個評語集的隸屬度，U的第j列反映了所有因素對第j個評語的隸屬度。所以，在評判矩陣U和權重集W已知時，可對二者進行矩陣乘積運算來進行綜合評判。

(5)

式(5)中，V表示模糊綜合評判集，vj(j=1,2,…,n)表示綜合考慮所有因素時，評判對象對第j個評語的隸屬度。

2 裝備保障數據需求建模

經過對比分析CIMOSA、IDEF、UML、Petri網等幾種典型的建模方法[9]，可以發現，IDEF0是一種靜態的過程描述模型，能夠同時表達系統的活動和數據流以及它們之間的關系，實現對系統全面描述。因此，在分析、確定裝備保障活動的基礎上，可采用IDEF0方法對裝備保障活動進行建模，提取整合裝備保障活動數據需求，具體步驟如圖2所示。

由圖2可知，裝備保障數據需求建模步驟如下。

1) 分析、確定裝備保障活動。分析各裝備保障機構的任務與功能，將各項任務、功能分解為子任務和子功能，通過表2得出各節點裝備保障活動與任務、功能關系矩陣，然后利用公式(2)得出裝備保障活動。

圖2 裝備保障數據需求建模步驟

2) 專家評判。專家在充分了解所要評判的裝備保障機構任務、功能、特點、環境和有關屬性的基礎上，根據公式(5)建立的模糊綜合評判模型，對步驟1)所得的裝備保障活動進行評判，看其是否滿足要求。若滿足要求，則進入下一步；否則，返回步驟1)重新進行裝備保障活動分析，直至滿足要求為止。

3) 建立裝備保障活動IDEF0模型。在IDEF0模型中，同時考慮了活動、信息及接口條件，用盒子來表示具體的活動，用箭頭和文字標注共同表現盒子的數據流(信息)和對象接口，以便清晰、全面地描述輸入、輸出、控制、機制等界面類型，IDEF0盒圖如圖3所示[10]。結合裝備保障任務，根據各個裝備保障活動之間的內在聯系，就可建立裝備保障活動的IDEF0模型。

圖3 IDEF0盒圖

4) 提取整合裝備保障數據需求。IDEF0活動模型中的輸入、輸出體現的是數據流，具體表現為各種各樣的單證、表格等，也就是數據表單。數據表單是由若干個數據項構成，數據項是不可分割的最小數據單元。因此，應該采用實際調查等方法，將建立的IDEF0模型中的數據表單分解為基本數據項，制作包含裝備保障領域所有數據項和枚舉型數據項枚舉值的數據名錄與數據字典，形成裝備保障數據需求全集。

3 實例分析

為了便于理解，以某裝備維修部門為例進行數據需求分析與建模。通過對該部門裝備保障任務、功能的分析，建立了裝備保障活動與任務、功能關系矩陣，得出該部門的裝備保障活動有：計劃與經費管理、維護與修理管理、器材管理、設施與設備管理、科研培訓與技術基礎管理、戰時保障。

為了便于對所得裝備保障活動進行評判，定義因素集P=(p1,p2,p3)，其中：p1表示任務完成情況，p2表示功能發揮程度，p3表示活動執行效率；評語集Q=(q1,q2,q3,q4)，其中：q1表示好，q2表示較好，q3表示一般，q4表示差。活動評分標準如表3所示，最終評判結果大于80分為滿足要求。

表3 活動評分標準

確定權重和隸屬度的方法有層次分析法、頻數統計法等，此案例采用專家打分法確定。給每一名專家發放問卷調查表，請專家在參考已建立的活動因素集和評語集的基礎上，確定每個因素集的權重及其對每個評語的隸屬度，最后取算術平均值，得出相應的權重和隸屬度。表4、表5分別給出了最終確定的權重和隸屬度向量。

表4 評判因素權重值

表5 評判因素對評語的隸屬度向量

利用式(5)，求出最終的隸屬度向量為：

對照表4，計算活動分析結果的評判得分F。

F=100×0.445 8+80×0.383 3+60×0.086 1+

40×0.084 8=83.8

因F>80，故滿足要求。下面就可以對該部門的裝備保障活動進行IDEF0建模(如圖4所示)，然后根據模型中的數據流提取整合出數據需求。

圖4 某裝備維修部門裝備保障活動IDEF0模型

4 結論

通過分析研究，發現裝備保障活動不依賴于組織結構、運作流程、運行方式等不穩定因素，具有相對穩定性。本文提出“圍繞活動，面向過程”的裝備保障數據需求分析思路，并對這一思路進行了深入分析、研究與實踐，最終得出了比較完整的裝備保障數據需求分析方法體系，具有理論與現實意義。