装备技术体系结构设计方法

2015-04-23郭颖辉郭继周

指挥控制与仿真 2015年4期

郭颖辉，郭继周，詹武

(1.解放军91655部队，北京 100036;2.国防科技大学国防科技与武器装备发展战略研究中心，湖南长沙 410073)

装备技术体系结构是武器装备体系结构研究的重要组成部分。不同于体系结构设计中的技术视图，它有更加丰富的要素和内涵，是从技术视角对武器装备所涉及的关键技术、技术准则、技术标准、技术层次关系等的总体描述。当前，国内外对于装备技术体系结构没有给出明确统一的定义，对技术体系结构描述的研究也不够深入，相关研究大多侧重于体系结构的技术标准体系和技术标准预测等，对于技术层次关系、技术水平、技术关联等指标研究甚少。本文借鉴美军 DoDAF［1-2］、英军 MoDAF［3］等国外成熟的体系结构设计方法，以及我国装备体系结构研究成果［4-7］，对装备技术体系结构的概念与构建要素进行了深入分析，对装备技术体系结构视图的设计问题进行了初步探索，研究提出了7个装备技术体系结构视图产品，相关成果能够为装备技术体系结构设计提供理论和方法支撑。

1 装备技术体系结构概念与构建要素

1.1 基本概念

在美国国防部体系结构(DoDAF)视图产品设计中，技术体系确定各种业务、接口、标准及其关系，提供数据词典、数据模型、交互协议和接口标准等，为系统体系结构的制定、公共模块的建造和生产线的开发等提供技术指南。技术体系结构的开发思路，最大限度地利用国际商用标准，及时采纳新技术和发展中的标准，逐步淘汰旧技术标准［1-2］。

由系统工程原理分析可知，结构是事物或系统诸要素的组成形式或构成关系，决定该事物或系统的功能。从本质上说，技术体系结构是组织为了获取效益而构建与使用的信息技术平台。根据这些概念和装备技术运用环境，本文参考文献［8-9］和相关报告对装备技术体系结构的诠释，抽象和提取共同要素，作为装备技术体系结构概念的主体，再根据装备及装备体系结构特点，给出对装备技术体系结构的定义。

装备技术体系结构是在一定的装备需求、技术发展条件下，以武器装备发展战略为指导，根据有效完成使命任务和高技术条件下作战任务的需要，按照经济可承受性、技术水平、技术贡献度、技术成熟度、技术标准和规范要求，依据装备需求和能力需求，对装备技术体系内各种武器装备技术及各个组成要素联结成的相互关系、支持武器装备体系建设的各项支持技术的发展原则和指南的描述，是装备技术体系构建要素的一种相对稳定的结合方式，它决定着武器装备及装备技术的整体功能。

1.2 构建要素

装备技术体系构建要素是装备技术体系结构理论研究的重要组成部分，是对装备及装备技术体系内各种因素的系统描述，是装备技术体系结构构建模式和视图表示设计的基础，是装备技术体系结构设计与优化的重要保证。本文主要分析装备技术体系的结构要素、组成要素、数据要素。

1)体系结构要素

装备技术体系结构要素包括技术层次和技术关联两个要素。技术层次要素主要对武器装备体系所涉及的各关键技术进行合理的归类和分层，规范各关键技术之间的层次关系。装备技术体系的技术层次可以从技术门类、技术领域、技术方向和要素技术等4个维度进行度量。技术关联要素分别从定性的角度描述哪些关键技术之间存在相互影响，从定量的角度确定关键技术之间的相互支撑关系或确定其约束关系等。技术之间关系描述可以用技术关联度、技术依赖度和技术支持度进行定量化描述。

2)体系组成要素

装备技术体系组成要素包括技术条目、技术标准、技术水平、技术贡献度、技术成熟度等要素。技术条目要素是对装备技术体系中单个技术的描述，是技术体系的个体要素和重要组成部分。技术标准要素分析每种关键技术在使用过程中必须遵守的技术规范和必须达到的技术标准，确定装备之间进行交互操作时规范的接口形式和协议标准，标准应当反映先进技术水平，并为未来的技术发展提供指导框架。技术水平是用一些关键的技术指标值来反映各关键技术应用在装备体系中所达到的技术水平，并应用技术成熟度分析方法，将各项装备技术的技术水平进行技术成熟度的统一表达。技术贡献度要素指某项技术对于其所支持的武器装备体系完成使命的贡献程度。技术成熟度指关键技术满足项目目标程度的一种度量，是项目风险的主要要素。

3)体系数据要素

以数据为中心的体系结构描述方法主要围绕体系结构数据要素及其关系进行体系结构设计，装备技术体系结构设计与开发也主要是在数据层和表现层上分别进行体系结构数据的建模和表现，体系结构数据要素是组成技术体系结构产品的最基本单元。组成装备技术体系结构的体系结构数据要素主要分成4个对象类:实体、关系、属性和规则。体系结构数据要素分布在技术体系结构视图和产品中，视图和产品通过体系结构数据要素相互关联和制约，共同构成对技术体系结构的描述。

2 装备技术体系结构视图设计

2.1 基本概念

装备技术体系结构视图由一些描述体系结构特征的模型组成，称为技术体系结构视图产品。技术体系结构视图产品用图形、表格或文本等方式表现，包括结构图、关系表、映射表、属性表、定义表等表格，或者文字说明等。其中，图表都需要有相关的文字说明，使体系结构产品用户或其他相关人员充分理解该产品的内涵和实质。

2.2 设计目标

装备技术体系结构视图设计是对技术体系结构的可视化描述，通过视图的形式对技术体系及构建要素的相互关系进行形象描述，能够更加系统、清晰、完整地描述装备技术体系结构，是装备技术体系结构设计与优化的基础和保障。研究开发装备技术体系结构的基本目的是构建装备技术体系结构，支持装备技术体系的规划、论证、设计、评估、优化、管理与决策，推进装备技术体系的一体化论证与顶层设计。设计成果有3方面用途:一是为制定装备技术发展战略、研究规划、项目计划提供支撑;二是为构建和完善装备技术体系提供顶层设计支持;三是为装备技术领域研究立项、设计、检验、评估提供支持。

2.3 指导原则

指导原则属于高层的概念，可以为装备技术体系结构设计提供思路、约束和规则。装备技术体系结构设计应遵循下列原则。

1)应用性原则。装备技术体系结构视图设计应清晰地支持既定目标，视图应该简单明了，还要达到既定目的。根据体系结构设计中采集到的数据、确定的项目范围、参考的规章制度标准，能够确定体系结构视图的可视化需求，满足装备技术体系结构设计工作效率和产品描述效果。

2)关联性原则。装备技术体系结构视图设计应是可关联的、可比较的，能够促进跨体系结构的分析。大多数体系结构视图都与其他外部体系相关，当对多个视图进行描述、评价、比较时，应弄清楚视图间传输的数据怎样、在何处、为何要在这些体系之间传输。

3)层次性原则。装备技术体系结构视图设计必须考虑视图各要素的层次性，而且层次区分是相对的，相对区分的不同层次之间又是相互联系的。只有明确视图的层次性，才能更清晰地表示各视图之间的关系。

4)动态性原则。动态性原则强调，随着技术发展和技术领域的不断变化，以及装备发展和能力需求的变化，对装备技术体系结构视图的表示与设计也会相应地发生改变，在合适的时机需要对结构视图进行调整和优化。

5)通用性原则。装备技术体系结构设计应采用通用术语和定义，便于设计人员和使用人员快速阅读和理解，避免不相关的信息，体系结构的描述要符合用户的思维方式。

2.4 视图产品

根据装备技术体系结构设计原则，参考DoDAF设计思想与方法，采用视图产品来表示装备技术体系结构，选择装备技术体系构建要素以及相关数据作为视图的主要构成要素，系统描述装备技术体系结构。根据视图的体系结构描述思想，研究得出装备技术体系结构的7个视图产品。

1)技术标准体系(TV－1)

在体系结构框架中，技术视图有一个视图产品是技术标准体系(TV－1)。该视图产品定义了技术的、操作的、业务的标准、指导方针和用来描述体系结构的应用战略，同时也标识出可用的技术标准。通常，建立一个标准体系由识别出的和列出的当前应用和相关文档组成。TV－1描绘了在用的系统、服务、标准和规则。引用的标准是国际化的，就像ISO标准、国家通用标准或者企业级标准一样，如国家标准(GB)、国家军队标准(GJB)、工程标准(比如SLB、JCB、QDB)和行业标准(如SJ等)，以及一些用于指导信息系统建设的工程规范。在装备技术体系结构设计中，TV－1主要描述与武器装备体系相关的技术在现阶段所遵循的标准规范、要求、协议等，与系统视图中的系统功能、数据交换、信息传输、人机接口等有关，影响系统互联互通和功能重组等特性的具体标准。表1描述了技术标准体系。

表1 技术标准体系

2)技术标准预测描述(TV－2)

在体系结构框架中，技术视图有一个视图产品是技术标准预测描述(TV－2)，包含技术相关的标准、操作标准、业务标准以及相关协定的预期变化。在装备技术体系结构设计中，TV－2描述了体系结构中关于技术的标准、指南和政策，是对TV－1中重要标准变化情况的预测。TV－2的主要目的是确定装备预期的关键技术标准、标准的可实现性，以及这些标准对体系结构与其组成单元开发及维护的影响。TV－2中所确定的时间目标，与装备战术技术指标特定时间段要求实现的战术技术指标、与系统发展路线图、与系统关键技术预测中预期可实现的新技术等相呼应，在整个体系结构设计中，这几个视图产品间的时间要素互相制约，互相协调。表2描述了技术标准发展预测。

表2 技术标准发展预测

3)技术层次关系描述(TV－3)

参考已有技术体系结构模型，依据武器装备发展需求、能力需求与技术现状，在技术预见基础上，设计和表示技术层次关系。装备技术体系结构视图中，用TV－3表示技术层次关系描述视图产品。从装备技术体系本身复杂性和层次性的角度来考虑，对比装备工作分解结构中“体系—系统—平台—单元”，按照“技术门类—技术领域—技术方向—要素技术”模式，构建装备技术层次关系描述视图，图1描述了技术层次关系。技术门类是技术体系对技术划分的最高层次，依据装备技术发展和装备研制的特点进行分类。技术领域是根据相近技术属性提炼综合形成的技术群，相当于学科体系中的二级学科及以下层次。技术方向是对技术领域以下更具体技术的划分，体现了本技术领域发展的关键和重点。要素技术是装备技术体系的底层元素，可用研究重点或研究内容进行描述。

4)技术映射关系描述(TV－4)

相比系统与系统，装备与装备之间存在衍生、辅助、依赖等关系一样，作为与系统、装备相关联的技术与技术之间也存在一些类似的关系，在装备技术体系结构视图中，用TV－4表示技术映射关系描述视图产品。TV－4描述了装备技术体系中技术的相互关系，可确定技术的逻辑分组。技术相互关系描述视图产品，可用连接线来描述技术之间不同的关系，以附表、属性表或文字描述形式细化关系描述，其中，还可以采用等级或优先级的方式确定技术之间的依赖等级。支持关系表示技术对技术的支撑，依赖关系表示技术对技术依赖，也可表示两两技术之间的相互影响，相互支持等。图2描述了技术体系中技术之间的映射关系。

图1 技术层次关系描述

图2 技术映射关系描述

5)技术对能力支撑描述(TV－5)

在DoDAF2.0中引入了能力视图，包括能力结构、能力依赖关系等视图产品，通过对能力结构视图产品的开发，可以明确体系或系统要具备哪些能力，能力的层次关系是怎样的;能力视图为作战、系统、项目、技术等视图分析设计与开发提供目标和依据。在本文研究的技术体系结构中，通过对TV－3的描述，可获得技术层次结构。根据技术发展推动装备发展，提升装备或系统能力，系统能力需求牵引装备和技术发展的实际关系，在技术体系结构中，设计技术对能力支撑描述视图产品(TV－5)，通过该视图产品可连接技术视图与能力视图的关系，同时也能明确发展某项技术的目标与效用，使技术发展转化到武器装备能力提升上。TV－5描述各项关键技术对武器装备体系能力需求的支持关系，技术与能力之间是多对多的关系。用户可以据此了解实现所需的各级体系能力或系统功能，需要哪些关键技术作为支持，为了增强某项能力，需要大力发展哪些相关技术。技术对能力支撑关系描述可以用表3来表示。

表3 技术对能力支撑关系描述

6)装备到技术映射描述(TV－6)

装备视图是体系结构设计中新设置的一个视图，从装备建设与管理的角度描述了装备构成、分类、指标、关系以及发展路线等，主要用于支持装备规划、建设等装备管理业务，同时，可用于指导系统建设中装备的选型。装备结构分解是装备到技术映射的关键。在技术体系结构设计中，通过开发装备到技术映射描述视图(TV－6)，可连接技术视图与装备视图的关系，同时也能得出，哪些技术的发展和进步可满足装备发展需求。TV－6描述了装备实体的建设需要哪些技术支持，装备实体与技术之间是多对多的关系，装备可描述为系统、部件和单元，技术可描述为技术领域、技术方向和要素技术等。表4描述了装备到技术的映射关系视图。

表4 装备到技术映射描述

7)技术体系与项目体系关联描述(TV－7)

在DoDAF2.0中引入了项目视图，项目视图模型描述了计划、项目、组合是如何提供能力的，从规划和项目到能力的映射，能够说明如何通过特定的项目或者规划要素实现某种能力。目前，我国项目设置会参考技术领域设置来进行安排，使得项目规划相对科学合理。如前面提到，项目设置可能包括“项目—课题—专题—子专题”，分别对应到“技术门类—技术领域—技术方向—要素技术”，这就构成了项目体系与技术体系的映射关系。在技术体系结构设计中，通过开发技术体系与项目体系关联描述视图(TV－7)，主要描述项目与技术之间的对应关系，即针对具体的技术领域安排所属项目，对技术领域的研究与未来装备发展建设是项目设置的前提。其中，技术门类对应具体项目、技术领域对应项目课题、技术方向对应项目专题、要素技术对应项目子专题。表5描述了技术体系与项目体系的映射关系。

表5 技术体系与项目体系关联描述

以上7个视图产品分别体现了装备技术体系结构的特点，其产品之间从用途角度看存在如图3所示的流程关系，同时，该图也给出了与技术视图相关联的装备视图、能力视图和项目视图等视图产品。

3 结束语

本文从我国装备技术体系设计与运用的实际，结合目前该领域国内外最新的研究成果，从装备技术体系结构设计的基本概念出发，对装备技术体系结构概念、构建要素、装备技术体系结构视图设计方法、装备技术体系结构视图产品等理论问题进行了全面、系统地研究，通过该研究，希望能够为装备技术体系结构设计提供科学的理论和方法支撑，为装备技术体系分析与评估、装备技术预见提供方法手段。