基于UML導彈部隊裝備維修保障兵棋建模

高桂清，李承興，袁覃恩，鞠金鑫

（火箭軍工程大學，西安 710025）

0 引言

以用戶需求的角度進行系統功能分析，將抽象化概念化的理念轉化為可以直接呈現在設計者和對象用戶面前的多角度多層次的結構和行為可視化圖形模塊，正是UML統一建模語言（Unified Modeling Language）的優勢和特點，其在不同的系統設計領域所表現出用戶驅動需求的核心價值，充分調動用戶在系統設計之初所能發揮的積極作用，轉換思維角度，把用戶從末端的體驗推到前端的開發，向設計和用戶兩者達到無縫連接的目標靠近，盡可能通過這種方式使系統實用價值最大化。

兵棋推演是以兵棋為依托，通過在模擬的逼真戰場環境下開展指揮訓練、方案驗證、戰法探索的一種有組織的對抗活動，其是廣泛應用于世界各軍兵種的主流指揮能力訓練方法。結合導彈部隊裝備維修保障指揮特點規律，為導彈部隊的裝備保障指揮員提供科學有效的訓練方式是系統設計研究的最終目的。

基于UML導彈部隊裝備維修保障兵棋推演系統的需求分析，描述建立多角度的功能和結構模型，可從多視角給予系統更加科學、嚴謹、完善的設計，充分滿足用戶使用需求。

1 UML建模概述

UML統一建模語言概括起來主要由對象實體、關聯聯系、圖形圖例3種要素構成。UML建模過程是在系統設計的不同階段針對不同類別和對象需求建立不同模型，首先是對系統功能需求的基本描述，根據逐層次的分析結果，按照規范標準的模型結構構造需求模型；其次運用逆序的方法解析系統類別，通過類之間的締結關系塑造系統外部對象對系統的功能需求；之后，建立包含交流機制、時間要素、行為動作等必要條件的動態行為模型。總的來說，UML建模就是一個標準規范化區分狀態從內向外、從靜到動、從分散到集中、從模塊到整體的可視化塑造模型過程，其具體構成如圖1所示。

圖1 UML建模過程圖示

2 導彈部隊裝備維修保障兵棋推演系統簡述

導彈部隊裝備維修保障兵棋推演系統是以兵棋為基本平臺，涵蓋兵力裝備組合等實體要素，氣象、地理、社會等環境要素，以及對抗、保障行動等行為要素，既具有對抗、交互、模擬、驗證等典型的兵棋模式，又融合導彈部隊導彈武器裝備維修保障內容要素多、保障點多面廣、保障技術復雜的特點情況。

2.1 推演原理

兵棋和想定是組成兵棋推演系統的核心要素，開展兵棋推演訓練推演者是核心，在以兵棋為實體運行基礎的系統下，由想定給出初始的推演要素條件和規定，推演者驅動控制棋子，規則約束行為和裁決行動結果，從而不斷改變態勢，循環完成人在回路的對抗活動。如圖2所示。

圖2 兵棋推演原理

2.2 推演功能結構

兵棋推演系統基于兵棋對戰爭時間、空間、力量的模擬機理。使推演者可以扮演不同層級的戰場指揮員角色，既可以置身于現代典型戰爭的模擬環境下，也可以根據當前所面臨的形勢任務進行靈活想定設定，并按照導彈部隊裝備維修保障任務行動的基本流程進行對抗推演活動，在規則的約束和支撐下運用不用的戰術戰法謀略思想進行指揮決策，同時驗證方案計劃、人員編配和力量部署的合理性，最終再根據推演者在推演過程中的指揮決策表現，進行量化的分析評估。

圖3 裝備維修保障指揮兵棋推演系統功能結構

1）模擬戰爭功能。模擬是兵棋推演系統的基礎功能，可在靜態和動態兩個層面進行模擬。靜態層面的模擬主要是對推演者擔任不同層級崗位角色的模擬，不同戰場下氣候、地理、電磁、人文等條件環境的模擬，相對應時間和空間的模擬，預想對抗對象的模擬以及對現代典型戰爭想定情況的模擬；動態層面的模擬主要是對導彈部隊的裝備維修指揮，如計劃擬制、文書撰寫、命令傳達、組織動員等行動流程的模擬。通過兩個層面的綜合模擬彌補了當前指揮訓練平臺現實弊端，為推演者在思維、心理和指揮行動上營造真實的打仗狀態。

2）想定管理功能。導調員在系統授權下可結合導彈部隊作戰任務特點、保障規律以及導彈武器裝備性能等關鍵因素，對推演條件和規則內容的設置上，對推演空間范圍的劃定上，對推演時戰場環境的營造上，對推演時間長度和階段的定義上、對推演行動背景企圖設定上、對編成力量分配和部署上，對推演對抗敵方力量的設計上，可進行創建、修改、停止、查詢。

3）對抗推演功能。對抗是推演系統的核心功能，是對推演者核心能力的訓練。一方面在部隊機動、維修保障處置、防衛防護等任務行動上對戰術戰法的運用，另一方面是推演者擬制部隊分組編配、力量部署、保障陣地選定等方案主要決策內容的驗證。

4）量化分析功能。系統在推演活動過程中，實時記錄推演回合中雙方耗用的時間長度信息，統計各型裝備的戰損率、計算推演者在進行裝備維修保障推演行動時的成本比和維修保障行動執行效率值，通過對推演進程中推演者指揮決策關鍵點的量化，為推演者的評估提供科學可信的依據。

5）復盤評估功能。專家評委通過觀摩推演者在現場推演活動的實際表現，也可選擇在復盤分析的同時，結合推演后臺系統分析統計的量化數據，以及系統對推演者在指揮決策、籌劃組織、控制協調和特情處置等能力方面的打分，進行綜合的總結評估，并反饋改進意見建議。

3 UML建模在導彈部隊裝備維修保障指揮兵棋推演的應用

基于UML語言的建模方法就是對兵棋推演系統進行不同角度、層級、類別的解析，按照一定順序依次轉化為可視化的圖例模型。

3.1 系統需求分析

隨著現代戰爭基本樣式和導彈武器裝備更新換代后維修保障標準變化，以及導彈部隊在裝備保障方面訓練平臺的匱乏，兵棋推演系統可以滿足裝備維修保障指揮員指揮決策能力水平相對滯后的訓練提升需求。

兵棋系統通過構建戰爭模擬功能，使指揮員置身于貼近實戰的訓練環境和變化的戰場態勢中，并在推演對抗功能的驅動下充分發揮其主觀能動性，練謀略練本事練心理。推演過程中，系統采用想定管理和量化分析功能，可由以往訓練的主觀認定態勢、預設訓練進程、固化評判結果，轉變為態勢變化指揮、行動量化思考、數據提取分析。最后的總結評估功能由專家結合系統的量化打分，給指揮員一個科學客觀的綜合評估。

3.2 建立系統模型

推演系統模型分為靜態結構和動態行為兩種模型。靜態結構模型包含對象功能需求、類、構件、軟硬件搭接等元素，圖形格式主要有用例、類、構件、部署；動態行為模型包含活動、時間、信息傳遞、流程等元素，圖形格式主要有活動、順序和協作。

3.2.1 用例圖

以對象用戶的角度，構建用戶與系統功能之間的聯系，并體現每個功能之間包含或被包含的關系，這是用例圖（Use-caseview）的實質內容。用例（use-case）和對象用戶的關系就是系統所能夠實現功能和具體操作使用人的關系。歸納總結，就是通過這個圖可以清晰展示哪個用戶角色可以完成什么具體工作。

依據導彈部隊裝備維修保障指揮特點，結合兵棋系統的需求分析和以用戶角度提供的使用功能。用戶包括推演者、導調員和評委，如下頁圖4所示，通過將三者與相對應的用例關系進行構圖聯接，其中不同的用例下屬不同層級的子用例。

3.2.2 類圖

類，顧名思義就是同屬相同特性、共同范疇事物的集合，可以是具體的實例，也可以是對理論層次上的總結定義。根據系統需求和功能分析，把不同類之間的相互聯系相互歸屬關系轉化為可視化的靜態結構，這種圖形稱之為類圖。

兵棋是系統的核心支撐，推演是系統運行的主要形式，通過對二者類的分解提取，并描述聚合在系統下這些類之間的相互關系，從而形成統一的兵棋推演系統類。系統類由導調員類、推演者類、評委類、想定管理類、想定類、決策類、對抗類、裁決類、態勢類、兵棋系統類、背景企圖類、量化分析類，如圖5所示。

圖4 導彈部隊裝備維修保障兵棋推演系統用例圖

圖5 導彈部隊裝備維修保障兵棋推演系統類圖

類圖中每一類都有本身的概念和描述。導調員類包含姓名、具體分工、現實崗位級別等信息；推演者類包含姓名、扮演紅藍方角色、現實崗位級別等信息；評委類包含姓名、現實崗位級別和擅長專業領域信息；想定管理類包含創建、停止、修改、查看信息，是對想定類的執行；想定類包含想定代號、類型、時間（輪數）和具體內容信息，編成部署類、戰場環境想定類、時空想定類、角色想定類、條件規則類、對抗對象想定類是其繼承類；決策類包含決策對象、手段、內容、形式，是推演者隨著戰場態勢變化做出的命令決心；對抗類包含對抗時間、對抗形式、對抗手段等，是推演者雙方具體的推演活動行為；裁決類包含裁決規則、裁決對照表、裁決范圍、隨機數，用于裁決推演對抗行動結果；態勢類包含標記符號、類別、對象、空間、數量，呈現整個戰場的形勢變化情況，收集各類態勢信息；兵棋系統類包含使用對象、類型、范圍等信息，由棋子、棋盤空間和規則組成；背景企圖類包含推演時期、背景、參加方、目的企圖等信息，是推演活動的基本背景情況；量化分析類包含時間長度、數值、類別等記錄計算的各個信息要素。

3.2.3 構件圖

每一個構件都是具有其特定功能的物理結構代碼，通過構件圖描述這些構件之間的相互關系和影響，圖中的構件具有規范的標準接口，體現的是模塊化的擴展和更換。構件主要是面向開發者的不同類別代碼或者與之等價的文檔。根據導彈部隊裝備維修保障指揮兵棋推演系統需求分析，其構件圖由9個構件模塊組成，如圖6所示。

圖6 導彈部隊裝備維修保障兵棋推演系統構件圖

3.2.4 活動圖

活動圖主要體現的是在規范化的兵棋推演流程中每一項具體活動內容和相對應的動作行為，按照控制條件，通過既定的順序依次執行，使設計人員和用戶有了更加清晰直觀的邏輯印象。如圖7、圖8所示，導彈部隊裝備維修保障指揮兵棋推演系統活動流程從想定準備到總結評估分為準備和實施兩個階段。

圖7 推演準備階段活動圖

圖8 推演實施階段活動圖

3.2.5 順序圖

順序圖描述的是用例對象基于時間進度條碼下的行為消息傳遞和反饋，體現的是動作行為信息傳遞的時機、順序和過程。順序圖中每一個系統用例都有自己的時間軸，隨著推演進程，時間發生變化，用例對象之間進行動態協作，傳遞不同的信息流。

根據推演系統需求分析，利用順序圖模型，具體描述為導調員創建想定，通過系統將想定下發至推演者，同時戰場態勢生成，推演者根據態勢情況制定決策，發出決策，開始推演，系統在決策驅動推演行動后進行裁決，態勢隨之改變，再次開始新一輪決策，如此循環直至回合/階段結束，如若推演過程偏離訓練目的和初衷，可由導調員施加干預。推演活動過程中導調員和評委可全程實時查看態勢顯示，而后評委根據系統反饋量化分析結果，進行復盤評估。如下頁圖9所示。

3.2.6 協作圖

協作圖沒有特定的時間順序要求，其主要突出對象與對象之間在無動作行為下的信息傳遞和收發等協作關系。如圖10所示，推演系統中的對象相互向箭頭方向傳遞通信信息。

3.2.7 部署圖

部署圖主要描述系統軟件和硬件之間的物理結構關系。如圖11所示，根據系統功能分析，每個結點部署的硬件設備進行對應連接，進而體現出了每個結點上的執行部件與其相對應的內部運行軟件，完成整個推演系統的結構體系搭建。

4 結論

本文通過UML可視化建模技術在導彈部隊裝備維修保障指揮兵棋推演系統中的應用，從用戶角度出發，對系統進行了需求分析和體系塑造，在總體設計的基礎上，按照規范標準的圖形語言，完成了一系列可視化系統模型，形成了較為系統完善的兵棋推演設計體系。UML建模語言具有廣泛的適應性和使用域，是將問題由抽象概念直接映射到程序界面的“橋梁工具”，為認識問題、解決問題提供了規范化的統一標準。

圖9 導彈部隊裝備維修保障兵棋推演系統順序圖

圖10 導彈部隊裝備維修保障兵棋推演系統協作圖

圖11 導彈部隊裝備維修保障兵棋推演系統部署圖