舰船综合仿真标准体系探究*

王 媛，李 皓，李小军，许 鹏

(船舶系统工程部，北京 100094)

1 概述

目前我国各类舰船仿真系统的建设由于缺乏标准化技术指导而处于分散、独立的状态，迫切需要建立相关体系标准，尽快实现我国舰船仿真系统之间互连互通互操作，实现联合仿真作业。

1.1 国外仿真标准现状

以美国为首的西方国家一直很重视建模与仿真标准的建立，通过对国外成熟的建模与仿真方法进行对比分析，并总结我国舰船仿真现状，在如下几个方面对国外仿真标准进行借鉴吸收。

在基础标准方面，采用UML、XML等不同建模语言表示的模型具备平台无关性，并有良好的扩展性。特别地，XML以结构化的形式来表示数据，有利于仿真资源的共享和重用。

在仿真体系结构方面，采用 DIS、HLA［1］、XMSF［2］等不同标准所构建的仿真系统各有优缺点，要从综合和实际需求的角度上应用仿真标准。

在仿真概念模型方面，采用包含 EATI规范的CMMS方法［3］所开发出的概念模型有较好的重用性，是仿真系统互操作性的基础。

在仿真想定技术方面，采用军事想定定义语言MSDL［4］。

在仿真实体建模方面，基于BOM［5］等标准所建立的仿真模型支持模型的重用，仿真可移植模型规范SMP．2提供一个模型开发框架以实现仿真模型的平台独立、跨仿真平台互用和重用。

在仿真综合环境数据建模方面，综合环境数据表示与交换规范SEDRIS［6］是环境数据获取与传递的手段和语义［7］。

在仿真验模方面，采用IEEE 1278.4［8］国际标准主要针对分布式仿真系统的VV＆A［9］。

在仿真试验与运行方面，联邦开发执行过程模型(Federation Development and Execution Process，FEDEP)［10］提供了高层的概念框架，组织联邦整个生命周期中从联邦开发活动到联邦执行的全过程。

1.2 国内仿真标准现状

在舰船综合仿真方面，国内现有的建模与仿真标准很少，大多是直接采用国际上通用的标准。随着统一标准越来越受到重视，目前也逐步建立了一些标准，多集中在对仿真试验方法的规定方面如《鱼雷总体仿真试验方法》、《鱼雷声自导与控制系统仿真试验方法》等，另外，针对目标与特性模型在建模过程中采用校核、验证和确认方法的目的、过程以及产生的文件进行规定的《目标与环境特性建模校核、验证与确认通用要求》等，这些标准均针对某个装备仿真的某个具体阶段，仅仅是建模与仿真活动中的一个部分。

虽然目前国内有关建模与仿真的标准较少，但随着仿真系统的复杂化，以及应用领域的不断扩展，大家逐渐认识到必须在国际通用的标准基础上建立符合行业的统一建模、验模、集成等标准，而且有些单位通过开发建模与仿真工具，提出了一些自定义的标准，但并未正式提出，也没有得到行业内的一致认可，而且，有的标准之间还无法兼容。因此，在建立这些具体标准之前，需要首先解决的问题是需要哪些标准，这些标准的内涵关联又是什么，这样对舰船综合仿真标准体系的研究显得格外重要。

1.3 国内仿真标准不足与需求

1)系统集成度和资源重用度低，没有统一的标准体系指导

我国舰船仿真系统建设尚处于各自为战的初级阶段，各种建模、验模、系统集成问题还没有很好地解决，致使模型或仿真系统只能在特定的需求中得到应用，若需求发生了改变，哪怕是很小的变化，模型或仿真系统必须重头开发，造成大量的浪费;而且，在大多数情况下，即使是不同应用需求的同类仿真应用系统进行集成时，需要进行大量的重新开发，有的甚至无法集成，因此，无法建立如JWARS、JSIMS之类的联合仿真系统，也就无从开展联合作战仿真。

目前对仿真系统的重视程度日益提高、投入力度不断加大、建设规模日益庞大等情况下，必须制定舰船综合仿真系统统一的标准体系，明确提出在建模与仿真的各个阶段需要遵循的标准和规范，以改变目前这种各自小规模发展、资源无法重用和共享、相互无法集成的混乱局面。

2)直接采用国外标准多，自己制定的标准少

在研制和建设舰船综合仿真系统的过程中，不管是科研院所还是工业部门或其它行业，大多是直接采用国外已颁布的标准，当然，有些标准确实可以直接使用，如DIS标准、HLA标准等;但有些标准却必须根据自己的特点进行裁剪或扩展，如模型校核、验证和确认VV＆A规范，这类标准因与管理有关，仅仅适用于国外的体制，并不能完全适合中国的国情，必须进行“国产化”的改造，另外，不同的专业对VV＆A的要求也不同，需要分别针对不同的专业进行制定，当然前面提到的《目标与环境特性建模校核、验证与确认通用要求》就是针对目标与环境特性模型VV＆A的详细规定，但还远远未涵盖舰船仿真系统涉及的所有模型的校核、验证和确认问题;有些标准国外并没有成熟的标准颁布，如系统层次的高层建模标准，但这类标准对于复杂仿真系统的建模却非常重用。

总之，我们必须在国外成熟的已颁布的建模与仿真标准基础上，形成舰船综合仿真特有的标准体系，明确哪些可以直接采用国外标准，哪些需要自己制定。

2 技术方法与研究思路

2.1 技术方法

在对舰船综合仿真标准体系研究的过程中，必须紧密结合舰船仿真领域的发展背景和技术要求，通过对国内外该领域内标准的现状与发展的分析论证，在对相关技术资料分析、研究的基础上，从标准规范、技术要求、手册指南等方面进行对照分析、系统研究，运用以下技术方法进行研究。

2.1.1 类比参照法

该方法通过收集舰船仿真行业内已有标准及涉及的其他相关标准并分类归纳，分析每个标准的个性特征及其他标准的共性特征，分析有关标准间的相关性，进一步明确各标准间存在的顺序逻辑关系或并列逻辑关系。

2.1.2 系统分解法

舰船仿真系统是由各子系统组合而成，系统能够组合也能够分解。标准体系同样可以分解，并通过分解过程，进一步明确其结构。运用过程分析法，准确记录各部分发展变化过程中的各个要素、环节和措施等，还原到最底层，选出其中的标准化对象，并确定相对应的标准。

2.1.3 过程分析法

舰船综合仿真标准体系构建的复杂程度高，各子体系间的关系错综复杂。在构建过程中，按照各标准子体系的发展演变过程，不断对研究对象进行分析，恢复其最原始的状态，化复杂为简单。运用过程分析法，准确记录各部分发展变化过程中的各个要素、环节和措施等，还原到最底层，选出其中的标准化对象，并确定相对应的标准。

2.1.4 反馈验证法

舰船综合仿真标准体系应充分研究当前该行业中需要统一协调的各种事物和概念，基本覆盖目前及未来舰船综合仿真相关领域的标准，力求在一定范围内做到全面。该标准体系层次结构初步形成后，将各专题研究小组提出的现有标准、计划制订标准，逐一纳入到体系层次结构中，在能纳入的前提下，还必须满足确定性和合理性要求，确保各项标准的唯一性，并不断修改调整，反复验证，逐步完善。

2.2 研究思路

在标准体系的研究过程中，针对舰船仿真领域已有一些国外成熟标准，国内有关单位已开展初步研究:针对性地运用文献研究与现场调研相结合的研究方法;针对舰船仿真领域自身技术特点采取建立舰船仿真技术参考模型来指导标准体系框架搭建的研究方法。

2.2.1 文献研究与现场调研相结合

对有关法律法规和标准文件进行梳理;对国家有关部门关于标准体系构建的最新进展进行全面、深入、系统的检索和整理;对行业标准化有关单位和专家开展现场调研和深度访谈，形成完整的文献综述，以期为科学有序开展研究工作提供高质量的参考资料，确保研究成果既具有理论的前瞻性，又具有现实的可行性。

2.2 ．2 技术参考模型与总体框架搭建相结合

我们需要针对舰船综合仿真自身特点，包括相关技术、针对对象、特定应用等，建立其技术参考模型，据此搭建舰船综合仿真标准体系框架。通过对需求的分析，建立技术参考模型如图1所示。它从系统工程的角度概括出其技术框架，一方面从技术角度规定了研究范围及其对象，另一方面使得标准研究人员能直观了解具体标准的应用场景和相互关系。

图1 舰船仿真系统技术参考模型

3 舰船综合仿真标准体系框架研究

3.1 标准体系框架建立指导原则

由于舰船综合仿真标准体系的研究处于刚刚起步阶段，必须明确标准体系建立方法和指导原则，做到体系框架划分合理、继承性和扩展性强，才能有效促进舰船综合仿真系统发展和规范行业管理。

系统性原则:以系统工程思想为指导，使标准的分类能充分反映标准文件的内在联系，使同类标准能相对集中地存放并形成有机整体。

科学性原则:由于该系统覆盖仿真的全周期及多种专业的存在，在构建体系框架时保证证据充分，分类合理科学。

共识原则:最终确定的体系内容要争取得到专家的共同认可。

实用性原则:体系框架的搭建应按照分层分类的模式逐层细化，体系内容设置要符合实际需求，具有较强的可操作性。

可扩展性原则:体系框架的搭建应充分考虑特定领域内标准化的发展，给标准的发展留有充分的扩展空间。

3.2 框架搭建依据

舰船综合仿真标准体系是仿真系统建立的过程中所涉及的标准按其内在联系形成的多种类、多层次的有机整体，是标准制订工作的基础依据。以技术参考模型为基础，从行业应用需求及标准化现状的角度出发，进行标准分类研究。舰船综合仿真标准体系框架主要分为四个部分:仿真基础标准、仿真技术标准、仿真对象标准、仿真应用标准。如图2所示。

图2 舰船综合仿真标准体系基本分类

对照技术参考模型，信息基础、产品和过程管理、质量与安全保障等方面的的标准规范归类于仿真基础标准，包括:信息基础标准、仿真工程化标准、仿真术语标准、仿真资源管理标准、仿真过程管理标准等，其中信息基础标准和仿真工程化标准在这里不做深入研究。

仿真技术的标准规范归类于仿真技术标准，主要包括仿真技术人员如何构建仿真系统而制定的标准规范。这一部分主要依照仿真阶段来进行划分，包括仿真体系结构标准、仿真概念模型标准、仿真想定技术标准、仿真建模技术标准、仿真验模技术标准、仿真试验与运行技术标准、仿真评估技术标准。

舰船系统各组成子系统具体专业仿真对象的标准规范归类于仿真对象标准，主要包括仿真应用人员在相关专业领域如何进行建模与仿真而制定的标准规范。这一部分主要依照舰船专业进行划分，划分方法参考GJB832A《军用标准文件分类》。

应用系统的标准规范归类于应用标准，主要包括针对装备人员如何使用几类仿真应用系统而制定的标准规范。

舰船综合仿真标准体系是仿真系统建立的过程中所涉及的标准按其内在联系形成的多种类、多层次的有机整体，是标准制订工作的基础依据。以建立的技术参考模型为基础，从行业应用需求及标准化现状的角度出发，进行标准分类研究，目前所建立的舰船综合仿真标准体系框架为3个层次，随着研究的深入，具体需要进行更多更细层次的划分。

3.3 仿真基础标准

仿真基础标准是舰船综合仿真的基础，主要包括信息基础标准、仿真工程化标准、仿真术语标准、仿真资源管理标准、仿真过程管理标准等。

本文对信息基础标准、仿真工程化标准不做深入研究，可直接引用现有标准。首先需要建立的是仿真术语标准，统一仿真术语和符号等;同时仿真资源管理标准和过程管理标准也是急需制定的，规范管理方法，不断积累资源才能更好得实现仿真重用。如图3所示。

图3 仿真基础标准

3.4 仿真技术类标准

舰船综合仿真的仿真过程部分是仿真系统开发过程的核心，包含建模与仿真的主要技术标准，涉及仿真体系结构、仿真概念模型、仿真想定、仿真建模、仿真验模、仿真试验与运行、仿真评估等7个部分的标准。如图4所示。

这里，仿真体系结构标准可直接采用国外建模与仿真高层体系结构(HLA)标准;仿真概念模型标准可以针对国外的任务空间概念模型进行修订以适应我国舰船仿真实际;仿真想定技术标准建议参照军事想定定义语言MSDL进行修订;仿真实体建模标准标准可参考基于IDEF的方法、仿真可移植模型规范SMP2等制定，综合环境建模标准可参考综合环境数据表示与交换规范;仿真验模技术标准可参考分布交互仿真标准校核验证与确认IEEE1278.4进行修订;仿真试验与运行标准可参考联邦开发执行过程(FEDEP)、试验与训练使能体系(TENA)参考文件进行制定;仿真评估技术标准需要根据我舰船综合仿真的实际评估类型进行制定。

3.5 仿真对象类标准

由于舰船综合仿真的仿真对象主要是舰船系统，因此仿真对象类标准的划分可以参照舰船系统的逐层分解，有船体结构、电气系统、动力系统、电子信息系统、武器系统和辅助系统等6大模块。如图5所示。

这一部分主要依照舰船专业进行划分，划分方法参考GJB832A《军用标准文件分类》的划分方法。其具体仿真标准是针对具体对象领域的，可以在后续逐步制定和完善，不属于急需建立的标准。

3.6 仿真应用类标准

由于舰船仿真系统的主要应用方向包括装备采办、作战应用、模拟训练、维修保障等，，针对这些具体应用方向，仿真应用类标准可划分为以下4类，如图6所示。

这一部分标准目前基本没有可以采用或者参考借鉴的成熟标准，需要根据我舰船综合仿真实际进行制定。

图4 仿真技术类标准

4 结束语

本文对目前国内外仿真标准的现状进行深入分析和研究，指出了目前我国仿真领域的不足，提出了仿真标准发展的需求。对舰船综合仿真标准体系的研究方法、内容、过程等做了初步性的探索，并初步建立了舰船综合仿真系统标准体系框架。今后还需着力加强顶层设计。应紧密结合建模仿真技术发展、建设需求和标准化建设总体规划，在认真梳理现有标准的基础上，制定舰船综合仿真系统标准路线图，调整、扩充和完善标准体系表，明确标准的发展路线，引领和指导今后较长一个时期标准体系的发展。

图5 仿真对象类标准

图6 仿真应用类标准

［1］ IEEE Std 1516．IEEE Standard for Modeling and Simulation(M＆S)High level Architecture(HLA)，2000．

［2］ Don Brutzman，Michael Zyda，JMark Pullen．Extensible Modeling and Simulation Framework(XMSF)Challenges for Web-Based Modeling and Simulation［R］．Findings and Recommendations Report， Monterey， CA，October，2002．

［3］ 王杏林，郭齐胜，丁士拥．任务空间概念模型及其形式化抽象描述［J］．系统仿真学报，2003(10):110-113．

［4］ 黄智，邱晓刚．军事想定定义语言MSDL技术研究［J］．计算机仿真学报，2008，25(8):19-24．

［5］ SISO-STD-003-2006，BaseObjectModel(BOM)Template Specification．http://www．simventions．com，2006-03．

［6］ Worley M．SEDRIS Data Representation Model Overview，2001．

［7］ 杨森，战守义，费庆．使用SEDRIS的环境数据表示与交换［J］．计算机工程，2002，28(12):27-31．

［8］ IEEE Std 1278.4，IEEE Trial-Use Recommended Practice for Distributed Interactive Simulation-Verification，Validation，and Accreditation．

［9］ 刘晓平，郑利平，路强，等．仿真VV＆A标准和规范研究现状及分析［J］．系统仿真学报，2007，19(2):39-43．

［10］周彦，戴剑伟．HLA仿真程序设计［M］．北京:电子工业出版社，2002．

［11］ Steven W Reichenthal，Boeing．SRML-Simulation Reference Markup Language．W3C Note 18 December 2002．

［12］王子才．仿真技术发展及应用［J］．中国工程科学，2003(2):40-44．