基于能力要素的系统指标体系论证方法❋

张 芹，南建设

（中国西南电子技术研究所，成都 610036）

基于能力要素的系统指标体系论证方法❋

张 芹❋❋，南建设

（中国西南电子技术研究所，成都 610036）

在分析研究常用理论方法的基础上，结合体系结构设计技术，提出了一种基于能力要素的指标体系论证方法。该方法把系统指标体系看作一个整体，从系统能力、指标确定原则和系统运行背景等多视角对其进行综合分析。给出了该方法的论证框架，结合实例描述了该方法的论证过程，可供相关人员进行系统指标论证时参考。

综合电子信息系统；复杂系统；指标体系；体系结构设计；能力要素

1 引言

指标体系是系统研制建设的依据，是考核和评价系统能力的基础。指标体系的先进性、完备性、准确性、可行性等是确定指标的重要原则［1］。指标体系论证是遵循指标确定原则，充分理解系统需求后对系统能力开展定性和定量相结合、主观和客观相结合［2］的分析和描述过程。指标体系论证是一个分析、综合、权衡的过程，需要灵活掌握和运用相关理论方法。科学技术的不断发展使得现在的综合电子信息系统日趋复杂和开放［3］，传统理论方法很难直接应用到大型复杂综合电子信息系统的指标体系分析论证过程中，迫切需要加强应用方法研究，从以经验主义为主走向以科学方法为主，使系统指标体系论证更加科学、更趋规范。

体系结构设计技术目前被广泛应用于描述和解决大型复杂综合电子信息系统的总体论证问题，其体系结构框架是一种规范化的体系结构描述方法，已成为体系结构设计的重要工具。最具影响力的体系结构框架是美国国防部发布“国防部体系结构框架”（DoDAF），但其只提出设计符合该框架的若干指导原则，并未提供详细设计过程［4］。本文通过分析系统论证中常用的德尔菲法、层次分析法、黑箱法等理论方法的特点，借鉴DoDAF2.0多视角的系统能力框架描述方法，提出了基于能力要素的系统指标体系论证方法。

2 相关理论方法

目前，描述某类具体指标体系的资料较多，但描述指标体系分析论证理论方法的较少。指标体系论证通常作为系统总体论证的重要内容，主要采用系统论［5］的理论方法。系统论的方法就是把研究对象以系统的形式加以考虑的一种方法。具体来说，就是从系统的观点出发，着重从整体与部分（要素）之间，从整体与外部环境的相互联系、相互作用、相互制约的关系中综合地、精确地考察对象，以达到最优处理问题的一种方法，其特点是整体性、综合性和最优化性。系统论方法的具体操作方法有德尔菲法和层次分析法等。

德尔菲法（Delphi）是20世纪40年代由赫尔姆和达尔克首创，经过戈尔登和兰德公司发展而成的一种规定程序的专家调查法。该方法的基本过程为：确定目标-选择专家-设计评估意见征询表-专家间信息反馈。Delphi方法可充分发挥专家群体智慧，但由于具体操作时需要不断集中、反馈和收敛专家意见，对于快速决策难于应用。另外，在选择合适的专家方面也较困难。

层次分析法（AHP）是20世纪70年代由美国运筹学家、匹兹堡大学萨第教授提出的一种系统分析方法，是一种定性与定量分析相结合的多目标属性决策分析方法。应用这种方法，决策者通过将复杂问题分解为若干层次和若干因素，通过在因素之间的数学模型进行运算和比较，得出不同方案间的权重，从而为选择最佳的决策提供依据。AHP方法的核心是将系统划分层次，且只考虑上层元素对下层元素的支配作用，同层元素被认为是彼此独立的。这种层次阶递结构给处理决策问题带来了方便，但同时却限制了它在复杂决策问题中的应用。

在复杂系统论证早期，系统内部结构尚不清楚，或者系统结构比较复杂尚不能分解，控制论的黑箱理论提供的研究方法是非常有效的。所谓黑箱法，就是采用不打开系统，仅从系统的整体联系出发，通过系统的输入控制和输出结果关系的研究，从外部去认识和把握系统的特性，探索其结构和机理的研究方法。

3 基于能力要素指标体系论证方法描述

3.1 系统指标体系论证框架

我们定义系统指标体系是表征系统能力的相互关联或相互作用的一组要素。从这个定义出发，要真实反映系统能力，系统指标体系论证需要考虑其表征系统所在领域的技术整体发展战略规划、国内外现有水平，需要考虑其表征系统的个体任务特点、研制建设约束条件，需要考虑指标体系自身要素的关联性、相互作用等多个方面。参考体系结构设计技术多视角的分析方法，我们提出了基于能力要素的系统指标体系论证框架，如图1所示。

图1 基于能力要素的系统指标体系论证框架Fig.1 The index system demonstration architecture framework based on capability factor

基于能力要素的系统指标体系论证框架中，我们把系统指标体系看作一个整体，从系统能力、指标确定原则和系统运行背景等3个视角综合地考察论证对象。论证首先基于系统能力要素集抽取系统指标要素集，在重点分析系统指标体系中各指标要素之煎以及整体与外部环境的相互联系、相互作用、相互制约的关系基础上初步确定系统指标要素集；然后遵循指标确定原则，结合系统运行背景分析确定系统各层次指标要素的可度量数据、验证方式等指标内容；最后用规范化的文档对生成的系统指标体系产品进行描述，从而完成系统指标体系的论证。

3.2 系统指标体系论证过程

经过规范化设计，使用基于能力要素的系统指标体系论证方法开展论证主要分为系统指标要素集分析、系统运行背景分析、指标数据论证、系统指标体系检查、系统指标体系描述文档生成等5个步骤，如图2所示。这5个步骤是允许迭代和循环的，论证过程中并不强调必须顺序地执行这5个步骤。

图2 基于能力要素的系统指标体系论证过程示意图Fig.2 Sketch map of index system demonstration process based on capability factor

3.2.1 系统指标要素集分析

针对大型复杂综合电子信息系统，在系统层面我们定义系统层次为工程级和系统级两级，其系统指标体系也据此建立递阶层次结构模型，如图3所示。

图3 系统指标体系层次结构模型示意图Fig.3 Sketch map of index system layered structure mode

在开始论证系统指标体系之前，需要认真分析研究系统使命任务和战术性能要求，了解用户期望利用系统解决与回答的问题，描述出预期的系统各组织部分的效能以及集成后的整体效能，构建出包括工程级和系统级结构完整的分层级系统能力要素集，基于能力要素的系统指标体系论证将以此为基础构建包括工程级和系统级的系统指标要素集。

系统指标按照指标的特性分为恭能性能指标和通用性指标。系统指标要素集分析分为功能性能指标要素分析和通用性指标要素分析两部分展开。

（1）功能性能指标要素分析

从系统能力体系结构的角度，系统能力来源于各层级组成部分的功能性能特性以及各层级组成部分之间的结构组成。系统功能性能特性描述系统各层级具备的固有静态特性。

功能性能指标是指能直接反映系统功能和性能特性的指标，它代表了系统的基本属性。在一定意义上讲，这类指标决定了某一型号系统是否能够发展和存在，如传输速率、信息处理时间等。

目前，综合电子信息系统的系统固有能力主要包括信息获取能力、信息处理能力、信息传输能力、信息服务能力、信息管理能力、信息保护能力和共用基础设施能力等，系统功能性能指标要素分析需要围绕这几个方面分层级展开。例如，某大型复杂综合电子信息系统根据任务描述出的信息处理能力是“能对多源目标信息进行分类综合处理”的能力要素，该能力要素由一个空目标信息处理系统和一个海目标信息处理系统共同完成。针对某系统的这一能力要素我们定义出功能指标A1（多源目标信息分类综合处理功能）反映其功能特性，并定义出性能指标A2（多源目标信息综合处理时间）和A3（同时处理多源目标数量）共同反映其性能特性。分解到两个信息处理系统的功能指标分别为BA11（多源空目标信息综合处理功能）和BA12（多源海目标信息综合处理功能），两个信息处理系统的性能指标分别为BA21（多源空目标信息综合处理时间）、BA31（同时处理多源空目标数量）和BA22（多源海目标信息综合处理时间）、BA32（同时处理多源海目标数量）。

（2）通用性指标要素分析

通用指标是系统各层级组成部分都应具备的指标，它代表了系统的使用特性。在一定意义上讲，这类指标决定了某一型号系统是否可用和可信，如工作温度、平均故障间隔时间等。

影响系统使用特性的因素主要包括可靠性、维修性、测试性、安全性、保障性、环境适应性、电磁兼容性、互用性、运输性等。系统通用指标要素分析需要围绕这几个方面分层级展开。

3.2.2 系统运行背景分析

初步形成系统指标要素集后，需要从时间进度、研制经费、技术成熟度、可利用资源、配套建设、使用人员等诸多运行背景因素进行综合考虑，遵循既不能过也不能欠的原则，对初步形成的系统指标要素集进行优化剪裁，从而确定系统指标要素集。

3.2.3 指标数据论证

基本确定系统指标要素集后，需要对每一个指标要素进行指标数据论证和分配，从而形成系统指标体系的数据集。

指标数据论证的核心是结合现有能力水平确定满足要求的指标要素的可度量数据并根据相关指标分配准则将工程级指标数据分解到系统级。指标要素的可度量数据可以是定量的也可以是定性的。

指标数据论证还需确定每一个指标要素的验证方式和考核方法。指标的验证方式定义为测试、计算和评估3类。测试验证方式是指通过直接测试获得指标确定值，如工作频率、网络传输速率等。计算验证方式是指不能通过测试直接获得指标确定值，但可以根据采集有关参数数据通过一定的算法计算获得，如测向精度、系统处理时间等。评估验证方式是指不能通过测试或计算获得，只能用特征量或程度来表示，如系统安全性、可扩展能力等。

3.2.4 系统指标体系检查

系统指标体系的数据集基本形成后，需要从先进性、完备性、准确性、独立性和可行性等指标确定原则的角度进行检查分析。

（1）先进性检查分析

综合考虑反映系统组成的诸多因素，结合系统总体架构分析和组成部分关键技术特点研究，并与类似系统进行纵向和横向比较，检查分析提出的系统指标体系能否反映出系统建设的发展趋势和当前新技术新方法的应用情况。

（2）完备性检查分析

综合考虑反映系统能力的诸多要素，结合静态分析和动态发展研究，检查分析提出的系统指标体系能否反映出系统建设的总体效能。

（3）准确性检查分析

综合考虑反映系统建设的诸多因素，结合系统使命任务分析和建设费效比研究，检查分析提出的系统指标体系与系统研制建设要求的覆盖性，使得指标体系设计既不能过也不能欠。

（4）独立性检查分析

综合考虑反映系统层次关系的诸多因素，结合分解后系统级指标重新集成与分解前工程级指标的比对，检查分析提出的系统指标体系是否层次分明（上层次指标是否分解到下层次、下层次指标是否与上层次保持一致等），每个指标要素能否独立反映系统的不同能力要素，指标间相互独立，可独立评估系统某项内容。

（5）可行性检查分析

综合考虑系统指标实现的诸多因素，结合指标考核方法分析，检查分析提出的系统指标体系每个指标是否可达，是否便于度量，能否通过现有技术手段进行测试、计算或评估等。

3.2.5 系统指标体系描述文档生成

论证步骤的最后是对确定的系统指标体系按照规范的图表和文字表现形式进行准确描述，生成系统指标体系描述文档。

系统指标体系描述应包括确定的各项指标要素的指标名称、指标类型、指标内容、指标数据单位、指标验证方式和考核方法等。基于“能对多源目标信息进行分类综合处理”这一系统能力要素的系统指标描述的表格表达形式示例如表1所示。

表1 基于能力要素的系统指标体系产品描述示例表Table 1 The demonstration products form of the index system based on capability factor

4 结束语

对于系统指标体系的论证，单独使用某一类或某一种理论方法都存在一定的局限性。我们尝试提出了基于能力要素的多角度的系统指标体系综合论证方法，初步形成了一套通用的指标体系论证规范，并在一些信息系统总体论证中进行了应用，取得了较好的效果。下一步我们将在细化优化论证流程、建立系统指标体系产品标准模板等方面对基于能力要素的系统指标体系论证方法进行改进和提升，使得该方法具有更好的操作性和适用范围，为系统顶层规划和设计提供更加有力的理论和技术支撑。

［1］南建设，缪彩练，唐诗余.联合战场信息感知系统指标体系初探［J］.中国电子科学研究院学报，2007，2（1）：8-13. NAN Jian-she，MIAO Cai-lian，TANG Shi-yu.Discussion of Intelligence Sensing System of Combined Battlefield［J］.Journal of China Academy of Electronics and Information Technology，2007，2（1）：8-13.（in Chinese）

［2］曹晨，高遐.大型电子信息系统指标体系的初步研究［J］.中国电子科学研究院学报，2008，3（4）：393-397. CAO Chen，GAO Xia.Research on the Architecture of the Specification Parameters of Integrated Information System Based on Platform［J］.Journal of China Academy of Electronics and Information Technology，2008，3（4）：393-397.（in Chinese）

［3］童志鹏，刘兴.综合电子信息系统［M］.2版.北京：国防工业出版社，2008. TONG Zhi-peng，LIU Xing.Synthetically electronic information system［M］.2nd ed.Beijing：National Defense Industry Press，2008.（in Chinese）

［4］高昂，王增福，赵慧波，等.DoDAF体系结构分析［J］.中国电子科学研究院学报，2011，6（5）：461-466. GAO Ang，WANG Zeng-fu，ZHAO Hui-bo，et al.Review of the Research on DoDAF Architecture［J］.Journal of China A-cademy of Electronics and Information Technology，2011，6（5）：461-466.（in Chinese）

［5］魏宏森，曾国屏.系统论：系统科学哲学［M］.北京：世界图书出版公司，2009. WEI Hong-sen，ZENG Guo-ping.Systems Theory：The system of Philosophy of science［M］.Beijing：World Book Inc，2009.（in Chinese）

张芹（1973—），女，安徽寿县人，1996年于电子科技大学电子工程系获学士学位，现为高级工程师，主要研究方向为系统总体设计；

ZHANG Qin was born in Shouxian，Anhui Province，in 1973.She received the B.S.degree from University of Electronic Science and Technology of China in 1996.She is now a senior engineer.Her research concerns system design.

Email：18980768932＠189.cn

南建设（1954—），男，山东沂南人，研究员，主要从事系统总体设计。

NAN Jian-she was born in Yinan，Shangdong Province，in 1954.He is now a senior engineer of professor.His research concerns system design.

Email：nanjsh＠sina.com

Index System Demonstration M ethod Based on Capability Factor

ZHANG Qin，NAN Jian-she
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

Based on analysis and research on the common theory and methodology of index system design，in consideration of architecture design techniques，an index system demonstration method based on capability factor is proposed in this paper.In the method，the index system is thinked as a whole and is analyzed synthetically from the views of system capability，index determined principle and system operating background.The demonstration architecture framework of applying this method is presented.In combination with some examples，the analysis process of index system is illustrated，which provides references for system top-level design.

integrated electronic information system；complex system；index system；architecture design；capability factor

18980768932＠189.cn

TN801；N94

A

1001-893X（2013）05-0533-05

10.3969/j.issn.1001-893x.2013.05.001

2013-03-28；

2013-04-23 Received date：2013-03-28；Revised date：2013-04-23

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18980768932＠189.cn