基于VV&A过程的自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系

王许来，李宏伟，卢厚清，李瑞阳

(解放军理工大学 野战工程学院，南京　210007)



基于VV&A过程的自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系

王许来，李宏伟，卢厚清，李瑞阳

(解放军理工大学 野战工程学院，南京210007)

可信度是仿真系统的核心指标，对自行舟桥训练仿真系统可信度进行研究，首先要建立可信度评估的指标体系。从自行舟桥训练仿真系统的功能任务出发，分析了该仿真系统的构成。针对该系统结构复杂、体系庞大等特点，采用基于VV&A过程初步建立了影响其可信度的指标体系，并用专家意见法对该指标体系该进行了优化。结果表明，建立的指标体系层次清晰，很容易发现可信度较低的指标对应的具体建模环节，方便进行修改，节省了时间和工作量。

自行舟桥；可信度；指标体系

本文引用格式：王许来，李宏伟，卢厚清，等.基于VV&A过程的自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系[J].兵器装备工程学报，2016(8):61-65.

近年来，仿真技术作为最先进的科学技术，以其经济性好、安全性高、可重复使用以及不受天候条件和时间空间限制等优点，被广泛应用于国防、军事及生物医学等各领域[1-2]。因此，采用自行舟桥训练仿真系统代替实装系统进行研究及训练，不但可以降低成本、还能使作业人员提高新装备的训练效率，快速形成战斗力。

尽管使用仿真系统具有较多优越性，但也存在一定的风险。仿真系统是以相似理论为基础，对现实系统或虚拟事物进行构造和试验分析的。因此建立的仿真系统不可能与模拟的现实事物一致[3]。并且随着仿真对象的复杂性、开发人员对仿真对象知识获取的不完整性，以及仿真技术本身的局限性，仿真系统必然存在可信度问题。

仿真可信度是对建模和仿真结果信心或信任的度量，是系统进行建模与仿真的关键。缺乏足够可信度的建模和仿真没有任何意义，甚至会造成灾难性的后果[4-6]。我军在这方面的研究近年来取得了一定的成绩，特别是在作战仿真系统可信度评估及导弹制导仿真系统可信度评估上有很大的贡献[7-8]。但是针对自行舟桥训练仿真系统的研究，还没有相关研究著作。因此，对自行舟桥训练仿真系统进行可信度评估是必要且迫切的。

对仿真系统进行可信度评估时，往往需要首先确定影响可信度的指标因素，然后针对实际系统选用合适方法对可信度指标进行综合。可见，建立可信度评估指标体系是进行可信度评估的基础。

1　自行舟桥训练仿真系统分析

1.1系统的功能

自行舟桥训练仿真系统能够涵盖实装设备的大部分操作，是在实装的基础上进行抽象，设计出的一套简易且保留训练重点的仿真。自行舟桥训练仿真系统是集机、光、电、信号处理、模式识别、计算机技术于一体的高精度、多用途、具有自诊断功能的训练仿真系统。采用视景仿真技术、激光定位技术、实时图像识别技术、传感器技术以及多媒体技术实现了具有一定沉浸感的训练环境，再现了实装训练和考核的情景。使学员能够摆脱时间和空间的制约，在虚拟场景中进行自行舟桥的操作训练。因此，该仿真系统需要具备以下训练功能：

1) 驾驶舱内部空间环境熟悉；

2) 自行舟桥相关理论知识学习；

3) 装备操作训练(水、陆驾驶训练、门桥架设训练等)；

4) 理论考核及装备训练考核。

1.2系统的构成

为满足上述功能，自行舟桥训练仿真系统以实装系统为仿真对象，通过网络、串口等多种通信方式，将系统的各个部分连接起来。以某型自行舟桥训练仿真系统为例，系统由硬件系统和软件系统两部分构成，其硬件系统包括操作控制系统、计算机主机、显示屏、电控面板及移动控制盒等；软件部分包括自行舟桥总动力学仿真系统、视景管理系统、音频仿真系统、训练导调系统等。操纵控制系统是实现用户与虚拟操纵环境之间交互作用的主要手段；视景管理系统和音频仿真系统是实现系统沉浸感的重要因素，主要实现虚拟三维舟体的运动表现、视景音效的生成等；仿真计算机和仿真服务器之间用以太网连接，组成局域网络，实现了对操作手通过网络的方式，监控导调整个训练过程。基本构成如图1所示。

图1　自行舟桥训练仿真系统构成示意图

系统分为仿真端和监控端，监控端作为服务器端，驾驶端作为客户端。监控端是系统的启动段，它对系统进行学习或者考核、训练或者考核前的启动前设置，如：模式选择、科目选择、规则选择、数据查询、理论学习、系统设置等等操作；仿真端则完成与装备相关的全部训练任务，它通过系统所提供的电控操作台发送信号到仿真计算机，以驱动模拟设备完成相应的任务。

通过对自行舟桥训练仿真系统的功能和构成分析可知，该系统结构复杂，体系庞大，属于大型复杂系统。影响该系统的可信度评估因素众多，如何正确建立符合仿真目的的指标体系是首先要解决的问题。

2　自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系构建

本文在建立可信度评估指标体系的过程中，依据目标一致性原则、系统性原则、简洁性原则以及可测性原则等，按照指标体系构建的3个流程，即理论准备阶段、指标体系初设阶段和指标体系优化[9]实施自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系的构建。

2.1建立自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系选取方法

现存文献中针对仿真系统可信度评估指标体系构建分类有两种：基于仿真系统组成结构的方式构建可信度评估指标体系和基于校核、验证与确认(VV&A)过程构建仿真系统可信度评估指标体系[10]。

1) 基于仿真系统组成结构的可信度评估指标体系

基于仿真系统结构组成结构建立的可信度评估指标体系，是指不考虑整个建模仿真过程，仅仅从仿真最终实现结果的各个功能部件方面考虑是否符合最终的仿真目的，体现的是仿真系统最终所能达到的效果水平。

2) 基于VV&A过程建立的可信度评估指标体系

基于VV&A过程建立的可信度评估指标体系是指按照仿真系统建模与仿真(M&S)开发过程为基础建立的指标体系，对应于建模仿真的校核和验证过程，体现的是整个建模仿真过程的综合评估结果。

从本质上讲，两种方式所涉及的评估指标都是以仿真目的为最终目标所建立的指标体系。然而，在建立的过程中，两种方式有各自的特点，不仅仅是构建方式的不同，在考虑的因素、详细程度上也是有所差别的。第一种方法所建立的指标体系需要反复修正以使其全面完整、简明科学，并且各指标间互不相容，对于可信度较低的指标，也不易发现系统建模具体某环节出的问题，往往需要对该指标所对应的模型进行校核与验证，从而找出问题所在，然后进行相应的修改，效率不高，且这种方式建立的指标体系详细程度较低，大多适用于模型的可信度评估。第二种方式是从仿真系统M&S开发过程出发，按照过程各个阶段对其进行可信度分析，所建立的指标体系详细程度高，建立过程经济、高效，这种方式适用于对复杂系统进行的可信度评估，使用范围比较广。本研究从仿真系统M&S开发过程出发，依据VV&A过程模型初设自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系。

2.2基于VV&A过程的自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系初设

根据自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系建立方法，本文主要自行舟桥训练仿真系统的VV&A过程出发，初设自行舟桥训练仿真系统可信度评估的指标体系。

VV&A活动一方面可以找出系统可信度相关的因素，支撑可信度评估指标体系的建立；另一方面可以为末端指标的可信度评估提供信息和证据。所以对自行舟桥训练仿真系统进行可信度评估，首先需要建立其VV&A过程模型，本研究根据自行舟桥训练仿真系统的开发过程及系统组成结构，建立如图2所示自行舟桥训练仿真系统VV&A过程模型。

图2　自行舟桥训练仿真系统VV&A过程模型

以VV&A过程所做工作为基础，分析影响可信度的主要因素，可以较容易地使所建立的可信度指标体系趋于完整，并且满足各指标间互不相容这个原则。

因此，本文根据自行舟桥训练仿真系统的开发过程及VV&A过程，收集与评估目标相关的研究资料、文献、要求规范，并借鉴了有关学者的研究成果，在此基础上，初步建立了自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系，如图3所示，图3中符号标注了可信度指标的可信度值。

图3　自行舟桥训练仿真系统可信度指标体系初设

从建立的指标体系结果看，利用基于VV&A过程建立的指标体系结构清晰，层次分明，同时避免了影响自行舟桥训练仿真系统可信度因素间的相互重叠，节省了后续指标体系优化过程的时间和步骤。

2.3自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系优化

虽然，通过VV&A过程建立的指标体系避免了指标体系间的重复，但由于研究人员在知识水平及认知水平上或多或少都有所偏差，因此，在整理相关资料的基础上建立的指标体系难免出现遗漏，因此，还需要进一步对上述建立的指标体系进行优化。本研究采用专家意见法(Delphi Method)对图3建立的指标体系进行优化。

本研究采取专家意见法的具体实施过程是：首先将初设的自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标制作成一张调查问卷，然后选择相关领域专家，通过现场咨询或者函件等方式将调查问卷发给各个专家，而后专家以匿名的方式反馈回各自意见，将此过程反复直到专家的意见趋于集中，最后获得高准确率的集体判断结构。此方法是优化指标体系的一种有效方法[11]。

本文选择的专家主要来源于自行舟桥训练仿真系统VV&A技术人员(包括自行舟桥训练仿真系统的用户、项目负责人、项目开发者、校核与验证代表、专家小组、自行舟桥主题专家以及第三方评测机构)[12]，专家概况如表1所示。

表1　指标体系专家意见法专家概况

经过两轮专家咨询，统计各位专家对初设的自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系的意见，又新增了两个二级指标，是一级指标物理设备V&V下的指标(C5接口、C6硬件响应时间)，两个三级指标，是新增二级指标接口下的指标(C511兼容性、C512一致性)。通过专家意见法，优化了自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系。优化后的指标如图4所示。

图4　优化自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系

3　结束语

本研究利用基于VV&A过程初设了自行舟桥训练仿真系统可信度评估指标体系，从初设的指标体系结果看，采用这种方式建立的指标体系层次分明、结构清晰，避免了影响可信度因素间相互重叠的现象发生。但指标体系是否真正完整，还需要进一步对其进行检验，针对自行舟桥训练仿真系统开发过程中涉及的知识结构复杂、学科体系交叉明显的特点，采用专家意见法就可以更好地解决上述问题。从最终结果看，采用上述两种方法建立的指标体系满足了全面完整、简明科学，指标间互不相容的原则，并且容易发现可信度低的指标所对应的环节。

指标体系的建立只是自行舟桥训练仿真系统可信度评估的基础工作。如何对底层指标进行量化，选用合适的评估方法求得可信度值是下一步需要继续研究的问题。

[1]张伟.仿真可信度研究[D].北京：北京航空航天大学,2002.

[2]李莉红.船舶电力推进系统仿真可信度评估研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学,2012.

[3]李群.综合化航空电子系统仿真可信度研究[D].西安:西北工业大学,2006.

[4]COURTNEY E.HOWARD.Simulation & Training:expecting the unexpected[Z].Military & Aerospace Elections,2011.

[5]Defense Modeling and Simulation Office (DMSO).Verification,Validation and Accreditation Recommended Practice Guides[Z].2006.

[6]郑帮涛,胡云.国外武器装备建模与仿真可信度评估方法研究[J].质量与可靠性,2015(2):6-9.

[7]唐见兵,查亚兵.作战仿真系统校核、验证与确认及可信度评估[M].北京:国防工业出版社,2012.

[8]季向东,王军,张夕辉.便携式防空导弹制导控制系统仿真可信性研究[J].军械工程学院学报,2012(4):54-58.

[9]李贵春,李从东.供应链绩效评价指标体系与评价方法研究[J].管理工程学报,2004,18(1):104-106.

[10]王珺珺,王璞.航天飞行训练模拟器仿真可信度评估体系研究[J].计算机仿真,2012,29(11):104-107.

[11]吴倩.旅游社会企业动态能力评价指标体系构建与应用研究[D].长沙:湖南大学,2014.

[12]M&S SC.The 2008 Modeling and Simulation Corporate and Crosscutting Business Plan[Z].2009.

(责任编辑唐定国)

Credibility Evaluation Index of Amphibious Pontoon Bridge Training Simulation System Based on VV& A Process

WANG Xu-lai，LI Hong-wei，LU Hou-qing，LI Rui-yang

(Field Engineering College, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China)

Simulation credibility is the key performance for a simulation system. For amphibious pontoon bridge training simulation system, the first step to research simulation credibility is to establish the simulation credibility evaluation framework. From the function of task view, this article analyzed the composition of the amphibious pontoon bridge training simulation system. In view of the complex structure and huge system, the evaluation index based on VV&A process was established, and the index was optimized used the Delphi Method. From the results, the evaluation index is legible, and easily located to where the problem is, and is convenient to modify, saves time and effort.

amphibious pontoon bridge; credibility; index system

2016-02-07；

2016-03-07

王许来(1988—)，女，硕士，助理工程师，主要从事作战工程保障与国防工程系统分析；李宏伟，男，博士，讲师，主要从事系统仿真与评估及战场工程侦查研究。

10.11809/scbgxb2016.08.014

format:WANG Xu-lai，LI Hong-wei，LU Hou-qing,et al.Credibility Evaluation Index of Amphibious Pontoon Bridge Training Simulation System Based on VV& A Process[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(8):61-65.

V217.4

A

2096-2304(2016)08-0061-05

【后勤保障与装备管理】