装备采购仿真系统总体设计研究

王　健（装备学院装备采办系，北京101416）

装备采购仿真系统总体设计研究

王健
（装备学院装备采办系，北京101416）

针对我军装备采购仿真系统建设过程中总体规划不足，技术标准不清的现实问题，按照软件工程化管理的逻辑思维，在全面分析系统建设需求的基础上，提出系统基本功能布局和总体设计方案；明确了系统在需求分析、立项论证和研制3个主要采购阶段的功能定位；提出了基于HLA基本思想的4层体系结构，支持系统实现仿真环境下的需求论证与评估、技术成熟度评估和项目核心要素管理等主要装备采购活动。

装备采购；仿真系统；总体设计

基于仿真的采办（Simulation Based Acquisition，SBA）是20世纪90年代中后期出现的概念［1］，是美国推行采办改革的产物，它面向采办的全生命周期，将先进的模拟仿真技术应用于装备采办过程，解决装备采办面临的程序复杂、技术制约、效率低下等问题［2-3］。我国SBA建设存在很多困难和问题，特别是对建设重点认识不够，没有最大限度地将建设资源投放到急需的活动或环节。装备采购仿真系统是综合运用SBA的基本思想与原理，结合我军装备采购管理工作实际而开展的具体实践，旨在突出建设重点，理清建设思路，为我军装备采购领域推行SBA思想提供总体参考。

1　系统需求分析

目前，我军装备采购仿真系统的研究还处于起步阶段，距离实际应用尚有很大差距。原因主要包括两方面：一方面是我军装备采购制度建设滞后，装备采购职能部门信息传递不畅，信息共享、运用更是壁垒重重，军方部门内部、工业部门内部、军方和工业部门之间无法形成有机整体，与SBA倡导的密切合作、并行开发、技术创新及有效管理方面还存在很大差距；另外一方面是我军在装备采购领域开展仿真系统建设的顶层规划缺位，没有一个能够贯穿装备采购全过程的技术支持系统，只是在部分项目和装备采购的部分阶段应用了建模与仿真技术，且存在大量的重复投资，资源浪费现象，系统间彼此孤立，无法进行模型复用和信息共享，很难发挥整体效益。鉴于上述现实问题的客观存在，导致目前迫切需要开发一套能够展示SBA基本原理，描述SBA基本过程，体现SBA实施效益的仿真系统，为我军装备采购系统推广SBA思想，应用建模与仿真技术提供参考。装备采购仿真系统是在运用先进建模与仿真技术、计算机网络技术和信息技术的基础上，按照软件工程化管理的逻辑思维，将我军装备采购业务实际需求转化为仿真系统软件需求，并且提供技术解决方案，从而为我军实施SBA建设提供基础性技术参考。

2　系统功能布局

传统采购过程的核心是分阶段管理，保证系统以低风险的状态从一个阶段进入下一个阶段。这种采购模式在早期的武器系统采购实践中也取得了良好的军事和经济效益。但是，随着一体化联合作战对装备联合作战能力要求的提高，以及现代武器系统的逐步大型化、复杂化，我国现行装备采购机制与管理体系、采购过程等方面的弊端逐渐显现出来。突出体现在以下方面：一是装备采购决策一旦失误，很难发现并纠正，极易造成“拖、降、涨”现象；二是装备采购周期过长滞后于装备技术更新换代速度的矛盾已经越来越突出，新技术形成装备并转化成战斗力效率受到极大制约；三是现行装备采购的阶段管理不适应装备全寿命管理的需要，采购阶段之间信息衔接不畅。

SBA倡导的采购过程是在产品研制生产之前把所有信息输入计算机内，通过对武器装备的全周期全寿命过程进行模拟和仿真，并在计算机内对武器系统的所有指标进行计算和评估，最终以最少的费用和时间取得最好的性能［4-6］。装备采购仿真系统将传统串行的、开环的装备采购过程，改进优化为一种能够进行反复迭代、循环的过程［7］，如图1所示（图中DIF（Data Interchange Format）为数据交换格式）。

需求分析主要完成装备需求论证与评估，以战场体系对抗仿真为主要手段。首先，根据作战任务需求及发展战略，提出装备发展战略的目标和要求；通过装备体系能力分析和装备能力优化分析等手段进行武器装备体系的论证；通过规划评审分析和计划风险分析提出装备中长期发展计划的备选方案，并对所有方案进行仿真分析与评估，确定最优方案。

图1　反复迭代、循环的装备采购过程

立项论证主要完成装备采购管理决策，以装备系统仿真为主要手段。首先，针对需求分析阶段的发展计划，提出具体装备解决方案；通过装备系统结构分析和仿真，提出不同方案的优缺点，并给出每个方案的优劣排序，为采购决策提供参考，并将排序结果反馈给需求分析阶段。

研制管理主要完成对研制单位的指导与监督，以装备研制项目管理与装备结构分析与仿真为主要手段。首先，针对立项论证阶段输出的优秀装备解决方案开展具体实现；通过对研制过程进度、成本和质量核心要素的监督，预测研制管理过程中的薄弱环节，并将发现的问题反馈给立项论证阶段。

生产监督主要完成对承制单位的生产过程管理，依托承制单位的虚拟制造、虚拟制造装配、虚拟制造工程仿真等手段，该阶段进入半仿真环境进行。

训练使用阶段将武器装备投入到虚拟战场环境和部队训练过程中，分析评估装备能力与预期的任务能力差距，为进一步完善装备需求提供依据。

退役报废主要完成武器装备在虚拟条件下的装备技术状态评估与决策，分析武器装备功能指标、性能指标及质量特性与应用要求的差距，并将有关信息反馈给需求分析，实现装备采办全程信息循环。

装备采购仿真系统从军方实施业务管理的角度，采用可视化交互的形式，主要实现装备采购前期仿真环境的相关阶段，包括对需求分析、立项论证和研制管理3个阶段进行多学科、全方位的建模与仿真，提取装备采购主管部门重点关注的业务活动，将系统功能主要定位于装备需求论证与评估管理、技术成熟度管理、项目核心要素管理和装备采购全过程管理4个方面，系统功能布局如图2所示。

图2　装备采购仿真系统功能布局图

3　系统总体设计

为了支持装备采购仿真系统基本功能，实现仿真环境过程中的需求论证与评估管理、技术成熟度管理和项目核心要素管理等多项活动，系统采用基于HL A基本思想的4层体系结构，主要包括资源层、中间层、支撑层和门户层，如图3所示。

图3　装备采购仿真系统体系结构

门户层是装备采购仿真系统门户，提供可视化交互界面，辅助用户选择虚拟采购的各个支撑工具，实现建模、仿真、评估和管理功能。

支撑层是装备采购仿真系统的核心层，提供仿真的各项功能，包括仿真运行系统、工具系统和管理系统。仿真运行系统包括协同建模仿真平台系统和可视化环境系统。协同建模仿真平台系统是一个面向多学科领域的建模仿真环境，对于某目标装备，通过方案论证阶段的建模、仿真活动可以得到装备的采购方案，以及初级的功能描述、战技指标。可视化环境系统为装备采购仿真系统提供了一个视景驱动平台，向用户形象逼真地展现系统协同仿真过程［8］。工具系统包括论证与研讨工具和建模与仿真的校核、验证和确认VV＆A（Verification、ValidationandAccreditation）及可信度评估系统。论证与研讨工具提供一个面向复杂问题求解过程的多属性方案的智能决策系统，通过人-机合作及群体智慧研讨辅助，逐渐消除参与决策者间的认知冲突，实现决策优化与知识精化，最后获得复杂问题的满意解［9］。VV＆amp；A及可信度评估系统提供评估对象管理、评估指标体系构建，评估人员管理和生成评估报告的功能，能够对需求的分析论证进行校核和验证。管理系统包括需求论证与评估管理系统、技术成熟度管理系统和项目核心要素管理系统。需求论证与评估管理系统提供虚拟环境下的需求论证与评估支持，实现装备发展战略、规划计划和型号论证。技术成熟度管理系统实现研制立项阶段的技术成熟度模型构建和等级分析，实现自动分级。项目核心要素管理系统对项目中相关材料、设备等资源进行动静态管理。提供进度影响因素分析和进度预测功能，支持项目费用模型的构建，费用估算和管理，通过对项目风险、进度和费用的综合管理实现人员、组织、研发资源的优化配置［10］。

中间层为装备采购仿真系统提供网络环境和数据格式转换功能，在体系结构中充当信息传递的角色，主要提供2个相邻端点之间数据帧的传送功能，进一步管理体系中不同网络终端产生的数据通信，将各种数据设法从资源层经过若干个中继节点传送到支撑层和门户层。中间层具体包括数据转换格式和网关，数据转换格式提供一种描述装备信息的中间格式，采用高效的分析工具，在不对信息造成损害的情况下，将信息翻译成为任意输出格式；网关是负责不同通信协议、数据格式或数据语言的系统之间实现通信的翻译器。

资源层是体系结构的底层，主要提供装备采购仿真系统基本功能实现所需的数据分类、存储与管理，主要包括论证资料库、项目资料库、仿真数据库、仿真模型库、装备环境库、战场环境库、产品资源库、装备资源库和承制单位资源库。

4　结束语

装备采购仿真系统建设涉及部门多，功能组成复杂，其理论研究、系统开发、系统应用、过程实施、效果评估等均涉及装备采购管理部门、具体研究部门、国防工业部门的方方面面，对管理与技术的要求很高。应用建模仿真技术于武器装备采购过程，不仅需要相关技术、人员素质的提高，更需要管理水平的提高。因此，全面、系统实现我军装备采购仿真，存在着技术、过程、管理和文化上的挑战，必须做好各种准备，逐步推进。

（References）

［1］曲炜，郑绍钰.装备采办概论［M］.北京：解放军出版社，2005：221.

［2］冯珊，李峰，郭四海.面向SBA的智能体网格体系结构［J］.系统工程与电子技术，2004，26（9）：1291-1296.

［3］李权，李菊芳，王维平.SBA：基于仿真的采办［J］，国防科技，2001（1）：66-69.

［4］王小平.建模与仿真［M］.北京：清华大学出版社，2009：12-14.

［5］熊光楞.并行工程的理论与实践［M］.北京：清华大学出版社，2001：8-10.

［6］白凤凯，方家银.世界主要军事强国军事装备采办管理［M］.北京：兵器工业出版社，2005：112.

［7］周晓洁，张世昌.基于并行思想的现代计算机辅助工艺系统探析［J］.天津理工学院学报，2003（19）：77-79.

［8］宋福志.应用SBA优化武器装备研制与采办过程［J］.战术导弹技术，2004（6）：61.

［9］韩祥兰.SBA系统的综合集成研讨厅研究与应用［D］.南京：南京理工大学，2005：10-12.

［10］杨骎.基于SOA的电信领域业务生成若干关键技术研究及实现［D］.北京：北京邮电大学，2007：23.

（编辑：李江涛）

科研成果介绍

空间维护技术科学试验任务仿真推演系统

本项目2005年立项，2014年6月通过成果鉴定，2014年12月获军队科技进步一等奖。

“空间维护技术科学试验任务仿真推演系统”主要开展了仿真推演系统总体设计、系统研制与集成、试验任务仿真推演与分析、模型校核与验证等研究，突破了分布式异构协同仿真综合集成、多航天器卫星导航信号并行生成与闭环实时仿真等关键技术，实现了基于异构软硬件平台的模型、模拟器动态集成和协同仿真，构建了全数字和半实物相结合的仿真推演系统，为任务提供了集成验证环境。

研究主要取得以下成果：栙首次提出并实现了基于仿真推演系统的多航天装备多任务协同新模式，将仿真推演贯穿于先期概念研究、方案论证、总体设计、系统研制、飞行试验、未来应用研究等各阶段，提高了任务论证科学性，降低了任务风险；栚突破了分布式异构协同仿真综合集成技术，建立了基于组件和适配器的协同仿真框架，实现了灵活配置、动态重构、异构互联的仿真推演系统和任务全系统全流程的协同仿真，有效解决了跨平台、跨系统、跨协议的异构模型和模拟器综合集成难题，达到了试验任务的全过程可控、可视、可用的目的；栛提出了地面系统仿真与在轨飞行试验并行闭环运行的试验新模式，通过在轨试验数据改进系统仿真模型，提升了模型的精度和仿真的置信度；栜实现了多路GPS/BD导航卫星射频信号并行实时生成、时延自适应补偿、多航天器的高动态卫星导航同步实时闭环仿真；栞提出了基于CPU+GPU的快速轨道计算方法，在自主可控平台下实现了实时碰撞预警和态势显示。

项目成果在试验任务中得到了成功应用，为试验任务飞行器研制、试验方案制定、试验任务实施以及后续发展论证提供了支持。同时，项目突破的分布式异构协同仿真综合集成技术，多航天器卫星导航信号并行生成与闭环实时仿真技术，基于CPU+GPU的快速轨道计算方法等关键技术已经在其他任务中应用，并具有很好的推广应用价值。

（装备学院航天指挥系：樊鹏山）

Research on Overall Design of Equipment Acquisition Simulation System

WANG Jian
（Department of Equipment Acquisition，Equipment Academy，Beijing 101416，China）

Aiming at existing problems during construction of our military equipment acquisition simulation such as inadequate overall planning and unclear technical standards，according to the logics of software engineering management，based on requirements analysis of system construction，the paper puts forward basic functional layout and general design scheme of the system，make clear functional layout of system in three main acquisition phases：requirement analysis，project demonstration and development and puts forward a HLA-based four-layer architectural structure to support main equipment acquisition activities including demonstration and evaluation of system requirements，evaluation on technology maturity and core elements management of project in a simulation environment.

equipment acquisition；simulation system；overall design

E201

2095-3828（2015）02-0048-04

ADOI 10.3783/j.issn.2095-3828.2015.02.012

2014-10-23

王健（1980-），男，讲师，博士研究生，主要研究方向为装备采办理论与应用、项目管理。