基于“分解-識別-聚合”的裝備體系標準需求分析方法

2022-10-14 03:05:48李恒宇王暖臣王孜丹

兵器裝備工程學報 2022年9期

李恒宇，王暖臣，穆歌，王孜丹

(軍事科學院系統工程研究院，北京 100141)

1 引言

標準化是現代化的重要標志，涉及科技、服務、貿易、生活、社會管理、生產活動以及軍事等各個領域。標準化原理在軍事領域的應用被稱作軍用標準化，武器裝備是軍用標準化的一個重要研究對象。

我國武器裝備標準化工作發展至今，形成了以“通用化、系列化、組合化”為基礎的一系列標準，國內一些專家在這一基礎上，對武器裝備型號標準化工作、標準體系框架構建、標準應用等問題進行了研究和探索，取得了有益的成果。例如：文獻[4-6]對武器裝備型號標準化工作方法進行研究，對如何發揮標準化在武器裝備型號設計、制造、試驗等過程中的作用給出意見建議；文獻[7-9]對單一類型武器裝備標準體系框架構建問題進行研究，提出應用于不同類型的武器裝備標準體系結構；文獻[10-12]對武器裝備相關標準的具體應用問題進行研究，分析標準在應用中面臨的現實困難，提出標準協調與應用的建議。國外一些研究機構對武器裝備領域標準化的研究側重在技術標準層面，文獻[13]針對武器裝備在電氣安全方面的應用標準進行研究，給出安全標準應用要求；文獻[14]對海上武器裝備作戰試驗標準流程進行分析探索；文獻[15]對武器裝備作戰控制軟件的標準體系結構進行研究，明確標準在軟件應用中如何發揮作用。通過對以上文獻分析發現，武器裝備領域標準化研究，在方法上，通常采用“后補型”標準研究模式，即產品或技術成熟后，歸納總結形成標準，再進行推廣應用，而對于“前導型”標準研究模式，即針對新技術領域，如何準確把握該領域的標準需求，特別是采用正向設計模式，開展標準需求分析方法的研究，相對較少；在標準的應用對象上，主要是裝備型號，或者單項技術及其產品，而以武器裝備體系為對象的標準化研究，明顯滯后于武器裝備體系的發展，急需進行突破。

針對武器裝備領域標準需求分析方法缺乏，以武器裝備體系為對象的標準研究不足的現狀，提出一種標準需求分析方法，為武器裝備體系的標準需求分析研究提供有效支撐。

2 武器裝備體系標準需求分析的基本概念和原理

2.1 基本概念

武器裝備體系標準

GB/T 20000.1—2014《標準化工作指南》定義“標準”是為了在特定范圍和領域之內取得最佳秩序，由各相關方協商一致制定，經由公認機構批準，可供共同使用和重復使用的規范性文件。武器裝備體系標準，將這一“特定范圍和領域”限定在武器裝備體系及與之相關領域之內。

武器裝備體系，是20世紀90年代以來產生的概念，目前尚未形成一個精確的定義或描述。總結國內外專家研究，結合體系的特點，對武器裝備體系定義如下：“武器裝備體系是在一定戰略指導下，為完成特定任務，由功能上相互聯系和作用的多種武器裝備系統，按照一定的關系組合而成的有機整體”。通常認為，武器裝備體系區分為面向全軍的武器裝備基本體系和面向特定作戰任務的武器裝備作戰體系。其中武器裝備基本體系主要指武器裝備體制構成研究和武器裝備發展規劃工作過程中的研究對象，體系中各要素之間僅僅相互隸屬，是一種靜態的屬性關聯關系；武器裝備作戰體系的構成要素在一定的時間階段內存在著緊密耦合的關系，并且會隨著不同任務需求、技術發展和環境變化而出現新的耦合與交互關系，此類武器裝備體系是本文中研究的主要對象。構成武器裝備體系的武器裝備系統，是由具有不同功能的武器裝備型號，按照一定關系組合起來的。因此，武器裝備體系可以抽象概括為武器裝備型號和武器裝備型號之間關系的集合，即“型號+關系”，并進一步認為，武器裝備體系標準，由武器裝備體系中型號標準和型號之間關系的標準構成，需要說明的是，由于體系的涌現性和演化性等特性所可能形成的標準，歸為體系結構標準，在本文中不作討論。武器裝備型號標準是對武器裝備型號全壽命周期不同階段和狀態所制定的標準，是武器裝備型號研制、生產、使用等的基本依據，在理論研究和實踐應用等方面都已較為成熟。本文中武器裝備體系標準的研究對象，是武器裝備體系中型號之間的關系標準，由于武器裝備型號是指同一類武器裝備實體，因此，將武器裝備型號之間的關系標準進一步表述為武器裝備實體之間的關系標準。

依據上述結論，在本文中，對武器裝備體系標準概念的界定如下：武器裝備體系標準，是在武器裝備體系及其相關領域內，對武器裝備實體之間的指揮、控制、偵察、通信等關系制定的標準，是武器裝備體系建設和運用的基本依據。

武器裝備體系標準需求分析

《現代漢語辭?！穼Α靶枨蟆钡慕忉尀椋河尚枰a生的要求。標準需求即“需要的標準”，武器裝備體系標準需求，即在武器裝備體系及其相關領域內需要的標準。根據標準化工作原理，制定標準首先要明確標準化對象，國家標準對標準化對象的定義為“需要標準化的對象”，這一定義較為籠統，通過對相關文獻研究梳理，標準化對象可以理解為，在特定領域內，具有共同使用和重復使用特點的事物，這里的事物可以是抽象的事物，如方法、術語、關系等，也可以是具體的事物，如產品、零件、裝備等。武器裝備體系的標準化對象，是在武器裝備體系中具有共同使用和重復使用特點的事物。

綜上可知，標準需求分析，是在特定的領域和范圍內，通過一定的方法分析得出所需要的標準，而標準是建立在標準化對象基礎之上的。標準需求分析就是找出標準化對象的分析過程，找準標準化對象就找準了標準需求。因此，武器裝備體系標準需求分析，是對武器裝備體系的標準化對象進行識別的過程，其最終目的是制定服務于武器裝備體系的標準，在識別出標準化對象后，需要對這些無序的標準化對象以一定的架構進行管理，便于后續標準的制定和標準體系的建設。

結合上文中有關武器裝備體系標準的定義，武器裝備體系標準需求分析，是采用一定的方法，對武器裝備體系中涉及武器裝備實體之間關系的標準化對象進行識別，并對標準化對象以一定架構進行管理，生成武器裝備體系標準體系框架的過程。

2.2 基本原理

武器裝備體系是由眾多武器裝備系統按照一定的體系架構組合而成的有機整體，其組分系統數量大、種類多，相互之間關系復雜，并且具有多種層次結構，是復雜巨系統。對這樣一個復雜巨系統進行標準需求分析，需要建立在充分認識這個復雜巨系統的基礎之上。對復雜巨系統的認知，分解是一種較為有效的基本方法手段。本文中武器裝備體系標準需求分析的基本原理，就是先“分解”，再“識別”，最后進行“聚合”。先“分解”，就是將復雜的武器裝備體系分解為容易被認知的各種實體與關系的組合；再“識別”，就是在分解的基礎上，按照標準化對象的定義，從武器裝備體系分解系統中識別出相應的標準化對象；最后進行“聚合”，就是對標準化對象按照一定的架構進行管理，聚合形成武器裝備體系標準體系框架，如圖1所示。

圖1 武器裝備體系標準需求分析過程示意圖Fig.1 Principles of standard requirements analysis

武器裝備體系標準需求分析基于以下3個基本原理：

分解原理

根據上文對武器裝備體系的理解，武器裝備體系可以抽象概括為“型號+關系”，其中型號是同一類型的武器裝備實體，關系是武器裝備實體之間的關聯關系。分解的實質是將武器裝備體系由復雜的、難以被認識的結構，解耦到簡單的、能夠達到標準化對象識別程度的結構。在進行分解時，首先明確武器裝備體系的層級和實體類型，自上而下分解出武器裝備實體，然后梳理出武器裝備實體之間的各類關系。將分解后得到的由“實體”和“關系”構成的系統稱作武器裝備體系分解系統。

識別原理

武器裝備體系分解系統中包含“實體”和“關系”，在本文中識別“關系”類標準化對象。標準化對象是具有重復使用和共同使用特點的事物，對“關系”類標準化對象進行識別，就是找出武器裝備體系各類“關系”中，重復使用和共同使用的事物。為了在工程實踐中提高標準化對象識別率，這里引入“標準化對象要素”的概念，定義標準化對象要素是對武器裝備體系中某一具體關系所需規范的描述。例如，對于偵察衛星實體與敵方目標實體之間的探測關系，需要對目標探測范圍、目標信息辨別、目標定位等內容進行規范，如圖2所示。標準化對象要素的確定需要專業人員基于豐富的領域知識進行分析加以明確。武器裝備體系標準化對象識別的實質，是找到并確定重復使用和共同使用的標準化對象要素。

圖2 標準化對象要素框圖Fig.2 Standardize object features

聚合原理

聚合是指將分散的內容聚集到一起，武器裝備體系標準化對象聚合，是指將武器裝備體系的標準化對象按照一定架構聚集在一起，這個架構就是聚合框架，聚合的目的是構建武器裝備體系標準體系框架，為武器裝備體系的標準研制和標準體系建設提供基礎支撐。首先要根據一定的原則設計武器裝備體系聚合框架，然后將識別出的標準化對象進行分類，置于聚合框架中相應位置，形成標準體系框架。

設計聚合框架應遵循以下3個基本原則：① 聚合框架要有整體性，要能夠完整的體現各類標準化對象之間的相互關系；② 聚合框架層次要適當，每一個標準化對象在聚合框架中要有相應的層次，層次不宜太多；③ 聚合框架組成結構的邊界要劃分清楚，便于對標準化對象進行分類存放。

3 武器裝備體系標準需求分析方法

3.1 流程模型構建

根據武器裝備體系標準需求分析的原理，基于IDEF0方法模型，設計了以“分解-識別-聚合”為主要步驟的武器裝備體系標準需求分析流程模型。IDEF0方法模型是以結構化分析和設計技術為基礎，描述系統運作的建模方法。其基本元素為矩形和箭頭，如圖3所示。矩形代表活動，活動名稱和活動編號表示在矩形內指定位置，左側輸入箭頭表示完成活動所需要的數據或信息，右側輸出箭頭表示輸出的結果，上方控制箭頭表示影響活動的條件或約束，下方機制箭頭表示實施活動的資源或手段。

圖3 IDEF0方法模型示意圖Fig.3 IDEF0 method model

武器裝備體系標準需求分析流程模型作為一個整體，它的輸入是武器裝備體系，輸出是武器裝備體系標準體系框架，如圖4所示。流程模型由武器裝備體系分解、標準化對象識別和標準化對象聚合3個步驟構成。第一步是武器裝備體系分解，首先進行“實體”分解，然后對實體之間的“關系”進行梳理，輸出武器裝備體系分解系統；第二步是標準化對象識別，首先確定實體間關系的標準化對象要素，然后按照重復使用和共同使用原則，識別出武器裝備體系的標準化對象，輸出武器裝備體系標準化對象集；第三步是標準化對象聚合，設計聚合框架，對標準化對象進行分類管理，輸出武器裝備體系標準體系框架。

圖4 武器裝備體系標準需求分析流程模型框圖Fig.4 Standard requirements analysis method process model

3.2 武器裝備體系分解方法

武器裝備體系的分解有多種方法，本文中對武器裝備體系進行分解，是為了開展標準需求分析。依據上文內容，面向標準需求的武器裝備體系分解，首先是按照層級和實體類型進行分解，然后對各實體之間的關系進行分析。

實體分解

武器裝備體系的最終目的是完成作戰任務，美國學者Jeffery提出了信息化條件下的作戰模型，他根據發揮作用不同將作戰力量區分為偵察實體()、決策實體()、影響實體()和敵方目標()。國防科技大學譚躍進團隊提出了作戰環的概念，定義作戰環是“為了完成一定的作戰任務，由武器裝備體系中偵察類實體、決策類實體、影響類實體等武器裝備與敵方目標實體所構成的閉合回路”。據此，考慮武器裝備體系中的通信功能以及各要素間的通信鏈路，將武器裝備體系的實體分解為4種類型：偵察類實體()、決策類實體()、影響類實體()和通信類實體()。

偵察類實體：遂行偵察監視、情報收集、預警探測等任務的武器裝備，如電子偵察機、空中預警機等。

決策類實體：遂行指揮控制、輔助決策、情報處理等任務的武器裝備，如指揮中心、指揮自動化系統、信息控制中心等。

影響類實體：遂行火力打擊、電磁干擾、支援保障等任務的武器裝備，如炮兵群、電子干擾機、海上補給船等。

通信類實體：遂行通信傳輸、信息交換等任務的武器裝備，如通信衛星、通信中繼站、短波電臺等。

各類實體在武器裝備體系中是有層級關系的，文獻[34]將武器裝備體系中的實體分解為4個層級，即體系級、系統級、平臺級和單元級，各層級的含義見表1。

表1 武器裝備體系層級Table 1 Hierarchy of weapon equipment system of systems

對武器裝備體系實體的分解，從橫向和縱向2個維度進行。橫向按照4種類型進行分解，縱向按照4個層級進行分解，如圖5所示。

圖5 武器裝備體系實體分解框圖Fig.5 Weapon equipment system entity decomposition

關系分析方法

武器裝備體系在建設和運用過程中，體系內部各實體之間，體系與敵方目標之間存在著復雜的交互關系。國防科技大學楊克巍團隊建立了作戰網絡關系模型，將任意2個裝備實體之間的相互關系用“→”表示，用于描述不同裝備間的聯系。據此，結合實體類型，可得到武器裝備體系關系分解，見表2。共梳理出25種不同實體間關系類型。

表2 武器裝備體系關系類型Table 2 Relationship type of weapon equipment system

3.3 武器裝備體系標準化對象識別方法

依據識別原理，對分解系統中的標準化對象要素進行描述，從標準化對象要素中識別出標準化對象。本節用數學描述模型的方法對標準化對象進行識別，總體思路是，建立一個包含武器裝備體系所有實體間關系的集合，對集合中每一個關系的所有標準化對象要素進行描述，區分重復使用和共同使用，建立標準化對象要素對比矩陣，通過相應的規則得出重復使用和共同使用的標準化對象要素，即為標準化對象。

標準化對象要素

與武器裝備體系中關系類型相關的各類實體包含偵察()、決策()、影響()、通信()、敵方目標()5類，定義為武器裝備實體，有

=∪∪∪∪

(1)

其中，={，,…,}，={，,…,}，={，,…,}，={，,…,}，={，,…,}，表示偵察類實體數目；表示決策類實體數目；表示影響類實體數目；表示通信類實體數目；表示敵方目標實體數目。

定義為任意2個實體之間的關系，有

={(，)|，∈}

(2)

其中，和表示任意類型的實體；表示這2個實體之間的關系。

定義為的標準化對象要素，則對于確定的關系，對應若干個標準化對象要素，有

={1，2,…,}

(3)

其中，表示的標準化對象要素數目。的標準化對象要素見表3。

表3 關系標準化對象要素Table 3 Relationship standardization object elements

標準化對象識別

根據標準化對象識別原理，建立標準化對象要素對比矩陣，識別出標準化對象要素中的重復使用項和共同使用項，即為標準化對象。

定義

=((，)|∈[1，]，∈[1，])

(4)

其中，表示關系的個標準化對象要素中第個標準化對象要素；表示關系的個標準化對象要素中第個標準化對象要素；為標準化對象要素對比值，當=時，=1，當≠時，=0。

標準化對象要素對比矩陣表示如下：

(5)

1) 重復使用識別

當=時，為同一關系的重復使用標準化對象要素對比矩陣。此時，是由數字1和0組成的階矩陣，由上述定義可知，矩陣中從左上角到右下角連線之間的所有元素數值均為1，其所對應的標準化對象要素為同一個標準化對象要素,除這條連線之外的其他數值1所對應的2個標準化對象要素不是同一個，但是相等，后者即為同一關系中的重復使用項，取其中1個標準化對象要素作為標準化對象。

2) 共同使用識別

當≠時，為不同關系的共同使用標準化對象要素對比矩陣。此時，是由數字1和0組成的行列矩陣，矩陣中數值1所對應的2個標準化對象要素為不同關系中的共同使用項，取其中1個標準化對象要素作為標準化對象。

3.4 武器裝備體系標準化對象聚合方法

針對面向任務的武器裝備體系，依據標準化對象聚合原理，設計標準化對象聚合框架，將識別出的標準化對象分層分類放置于聚合框架中，形成武器裝備體系標準體系框架。

確定聚合框架

結合面向不同任務的武器裝備體系，按照《軍用標準體系表》框架，設計武器裝備體系標準化對象聚合框架，聚合框架縱向區分層次，橫向區分類別，如圖6所示?？v向層次參考標準體系設計方法，區分為核心基礎層、功能支撐層和體系應用層等；橫向類別按照《軍用標準體系表》的類別進行區分。對于面向不同任務的武器裝備體系，其標準化對象聚合框架的層次可能不同，但是類別都是按照《軍用標準體系表》進行區分的，因此，面向不同任務的武器裝備體系的標準化對象也可以進行聚合。

縱向層次區分中，核心基礎層，是確保實現裝備互聯互通互操作的保障；功能支撐層，是實現各裝備功能，滿足不同作戰任務和作戰場景需要的保障；體系運用層，是在核心基礎和功能支撐之上，實現武器裝備體系整體運用的保障。橫向類別區分與《軍用標準體系表》的類別一致。

標準化對象管理

按照圖6中的標準化對象聚合框架，對識別出的標準化對象進行分類管理，首先按照層次區分進行分層，然后在每一層中按照類別區分進行分類，最后將標準化對象置于對應的位置，即可得到武器裝備體系標準體系框架。