基于DoDAF人因视图的武器装备体系结构建模方法*

梁杰，谭跃进，占国熊，何舒

（国防科技大学信息系统与管理学院，长沙410073）

基于DoDAF人因视图的武器装备体系结构建模方法*

梁杰，谭跃进，占国熊，何舒

（国防科技大学信息系统与管理学院，长沙410073）

随着大规模高技术武器装备投入战争，多军兵种之间的联合协作，使得DoDAF在武器装备体系结构建模中的应用大大提高，从作战人员的视角对武器装备体系结构进行设计与优化已成为DoDAF研究中的热点，考虑作战人员情况下对武器装备体系作战能力进行评估对提高作战效率十分重要。在现有的DoDAF2.0视图产品的基础上，提出并改进人因视图的视图产品和数据元模型，实现了人因视图与DoDAF体系结构框架的有效集成，最后以实例说明该方法的可行性和有效性。

DoDAF，人因视图，元模型

0 引言

兰德公司的报告《恐怖的海峡》曾经提到“飞行员质量的提高对夺取制空权的帮助大于为台湾空军增加相当规模的战斗机力量。”Salo A曾经提出美军的能力要素涉及到条令、编制、训练、装备、领导力、人事、设施和政策等方面［1］。由此可见，武器装备只是一种可能的战斗力，必须依靠人去掌握和操纵，只有实现人和装备的有机结合，才能实现其能力。因此，人在武器装备体系中有着很重要的作用，研究人与武器装备的交互作用以及人在武器装备体系中承担的任务和角色，是以后武器装备体系结构建模的又一热点问题。

目前，在武器装备体系结构建模领域存在的体系结构框架主要有：Zachman、C4ISR、DoDAF［2］以及MoDAF等［3］。但是，在现有的体系结构框架中都很少考虑人对整个系统的作用，人是整个系统的一部分，探讨武器装备体系中人与装备、系统及其周遭环境之间相互作用的关系，以及如何设计人的相关性能指标，对提高武器装备体系效率是十分重要的工作。因此，近几年来有不少专家开始研究人在武器装备体系结构建模中的应用。

在2004年的DoDAF座谈会上，有学者首次提出人在作战视图产品中的角色和与系统有关的人的活动，在此之后，一直尝试将人的活动考虑到体系架构中。2006年，加拿大学者对现存的DoDAF视图进行扩展，在人因视图中加入人力资源、职业规划、培训等因素［4］。

2007年，英国专家在MoDAF视图的基础上，对其视图产品进行评估总结，最终将人因视图集成为以下7个方面：能力约束（HV-A）、目标和度量（HV-B）、社交网络结构（HV-C）、组织依赖性（HV-D）、人的功能定义（HV-E）、人的功能到角色和能力的映射（HV-F）、人的执行的动态性（HV-G）。随后各个国家和专家又在人因视图的动态演化方面进行了相关研究，2007年6月NATO召集工作小组对人因视图的概念和产品模型进行研讨，最终确定了人因视图的定义和8个产品模型。构成NATO人因视图的8个产品模型如表1所示［5］。

表1主要描述了NATO人因视图工作小组的成果，通过8个人因视图产品模型概述了NATO人因视图。本文所提出的人因视图产品是在NATO人因视图基础上进行的改进和完善，并提出相应的数据模型，以使这些视图能集成到体系架构开发过程中。因此，本文在前人研究的基础上提出基于DoDAF人因视图的武器装备体系结构建模方法，从人的角度构建满足作战目标的武器装备体系结构的规范化建模过程。

1 人因视图产品模型

人因视图的目的是定义系统中作战人员的角色，以及作战人员为了完成使命任务和支撑作战需求而进行的活动、任务、交流和协作。人因视图中，作战人员角色的定义和任务活动的描述都是为了进行后续的分析。基于人因视图对武器装备体系作战效能进行评估，有利于解决武器装备体系中人员冗杂、训练水平不足等问题，对提高作战效率有重要意义。

现有的NATO人因视图的8个视图产品模型是基于美、英等国家提出的，不仅不符合我国的实际情况和军事背景，更没有考虑与DoDAF体系架构中其他视图的联系。作战人员作为武器装备体系结构建模中不可忽略的一部分，如何规范化地表示武器装备体系结构中人因视图的内容，统一人因视图的规则和指南，制定建模时需要使用的规范术语和参考材料等，都是现在DoDAF研究中的一个热点。

开发武器装备体系模型的一项重要工作就是回答一组标准的疑问词，即一组问题：Who、What、When、Where、Why，How这些问题有助于体系相关数据的收集和使用。人因视图元模型是元模型层中与人员相关的术语的集合，包含的术语必须要能够回答以上5个词。通过分析，可以用“能力”、“活动”、“预期效果”、“度量”、“位置”、“资源”、“规则”、“人员”、“系统”、“技能”这10个术语来表示［6］。由此可以得到人因视图元模型如下页图1所示。

从图1可以看出人因视图在DoDAF中的元模型中包含了各种要素，这些都被称为元模型中的类。类（Class）是元模型中的基本元素，是对一组具有相同属性和方法的对象的抽象［7］。以上这些类和关联关系构成了描述人因视图的规范术语。在本文中，根据基于NATO人因视图提出的8个视图产品模型和人因视图的元模型，对现在的人因视图元素进行归类，创建易于管理的人因视图产品集，构成人因视图的最终产品集如表2所示：

图1 人因视图在DoDAF中的元模型

表2 人因视图产品模型

1.1 人员关系结构图（HV-1）

HV-1人员关系结构图识别和描述体系架构内人员之间的关系和组织结构。该模型提供了整个体系架构中的人员构成及关系，侧重于体系架构中人员之间的资源交换以及组织的扩大或减少对人员角色和关系的影响。HV-1涉及的数据要素包括人员、位置类型。

1.2 人员功能到角色的映射矩阵（HV-2）

HV-2人员功能到角色的映射矩阵确定和描述系统中与人相关的功能、人在与系统交互中的角色以及功能到人员角色的映射矩阵。首先将与作战人员相关的功能细分成作战任务，相应的作战任务与角色相对应，一个角色代表一项作战任务，它定义了组织环境下特定的行为，同时赋予处于该角色中的人相应的权威、责任，以及胜任该工作所需要的能力。HV-2涉及的数据要素包括人员、能力、活动、技能。

1.3 人员到系统的关系矩阵（HV-3）

HV-3人员到系统的关系矩阵［8］确定和描述了人员和系统之间的映射关系，并介绍了人员在系统中的能力和限制。人员和系统之间存在多对多的关系，一类人员可能同时支撑多个系统，一个系统可能同时由多类人员支撑。人不仅是体系中最重要和独特的系统，同时也是系统中连接最微弱的地方，或者最易出问题的地方。因此，表示系统中人的能力和限制也是需要的。如果系统需要人的接口，那么就必须考虑人的限制，以适应人的方式来设计系统，至少以可接受的水平来支持人。HV-3涉及的数据要素包括人员、系统。

1.4 人员与系统资源流描述（HV-4）

HV-4人员与系统资源流描述人员与系统的交互作用所消耗和产生的资源，强调了组织人员之间的资源传递，人员与系统之间的资源传递。产生资源到消耗资源的过程既是资源传递的过程，也是作战活动的执行过程。通过追踪人员与系统资源流的流动过程，可以对作战事件进行追踪，明确各个节点间交互的信息流关系，也可以自动生成人员到系统的关系矩阵。HV-4涉及的数据要素包括人员、系统、资源。

1.5 个体人员度量矩阵（HV-5a）和群体人员度量矩阵（HV-5b）

度量是衡量一个物体某些属性的量值。HV-5a和HV-5b［9］是描述体系架构内作战人员的度量，它提供了与人相关的属性、价值、性能指标。它将定性的价值映射到定量的性能指标和评估目标上，或者将可度量的指标映射到人的功能上。它为武器装备体系中作战人员的能力评估提供了基础，从而支持武器装备体系的整体作战效能的评估。

在本文中，主要提出人因可靠性为人员的度量指标，以此来提出和构建度量人的决策水平和训练水平的指标评价体系。人因可靠性可定义为，人在规定的条件下，在规定时间里，完成规定任务的概率。通过对人因可靠性的度量，可以对人员与作战活动的关系矩阵进行评估，从而提高装备体系的整体可靠性。

在装备体系中，人员的行为相互交叉、相互检查、相互影响，呈现出一种交互式的协调性作业，因此，人因可靠性度量可分为个体人因可靠性度量和群体人因可靠性度量，分别对一类个体人员和群体人员进行评估。HV-5涉及的数据要素包括人员、度量、期望的结果。

1.6 人员规则模型（HV-6）

人员规则模型（HV-6）［10］定义和描述了体系架构内限制人员的规则和条件，是人员执行活动的先决条件。HV-6包含了各种限制人员活动的规则集，这些规则集会影响各种视图的参数，从而影响人的系统。HV-6涉及的数据要素包括人员、规则。

上述7个视图产品模型概述了人因视图，图2描述了7个视图产品模型之间的关系。

如图2所示，人员关系结构图（HV-1）定义和描述了人员功能到角色的映射矩阵（HV-2），人员之间的关系、组织结构决定了系统中与人相关的功能、活动以及功能与角色之间的映射；人员功能到角色的映射矩阵（HV-2）支持人员与系统资源流描述（HV-4），人在系统中的角色使人与系统之间或人与人之间产生和消耗资源流；人员与系统资源流描述（HV-4）生成人员到系统的关系矩阵（HV-3），人员与系统之间资源流的产生和消耗使得人员与系统之间生成多对多的支撑关系；人员规则模型（HV-6）通过约束人员功能到角色的映射矩阵（HV-2）来间接影响人员到系统的关系矩阵（HV-3）；同时人员度量矩阵（HV-5）通过对人因可靠性等的度量对人在系统中的活动进行评估。

图2 人因视图产品关系图

2 实例研究

2.1 案例描述

我方由某野战防空旅担任某重点城市的防空任务，配有预警雷达执行预警任务，发现敌方飞机对我方某城市防空体系进行突防，企图内部袭击我方城市重要目标。我方体系中的预警雷达，发现且识别目标后，利用数据链和无线电通信链路向指挥控制中心传输目标信息，指挥控制中心对获得的信息进行处理，一方面进行态势评估，生成作战命令；另一方面控制中远程防空导弹武器系统的指控雷达系统对目标进行定位，等待作战命令准备对目标进行锁定射击拦截，获得打击命令后，对目标实施射击拦截，拦截后生成拦截报告传给指挥控制中心供态势评估所用，作出下一步作战指示［11］。

2.2 防空作战体系人员关系结构图（HV-1）

防空作战体系中涉及到的人员主要有：雷达兵、炮兵、导弹兵、指挥员，其中雷达兵是指操作雷达装备的具体人员；炮兵是指操作高炮的具体士兵；导弹兵是指操作导弹的具体士兵；指挥员是指完成任务分配、制定拦截方案的指挥官。因此，防空作战体系的人员关系结构图，如图3所示。

图3 防空作战体系人员关系结构图

2.3防空作战体系人员与系统的关系矩阵（HV-3）

通过分析防空作战体系的系统组成和作战流程，可以得出在防空作战体系中雷达兵、炮兵、导弹兵、指挥员与预警探测系统、指挥控制系统、拦截打击系统存在的支撑关系，如表3所示。

表3 防空作战体系人员与系统的关系矩阵

2.4 防空作战体系人员与系统资源流描述（HV-4）

在防空作战体系中人员与各子系统之间的相互作用产生和消耗资源，追踪系统中的人员与系统资源流，可以得到各个节点之间的相互作用关系，体系中人员与系统资源流描述如图4所示。

通过人员关系结构图、人员与系统资源流描述、人员与系统的关系矩阵3个人因视图产品，能够清晰看出人员在防空作战体系中所起的作用和承担的角色任务。

3 结论

本文在DoDAF已有的相关理论和实践成果的基础上，对武器装备体系结构的建模方法进行了研究，主要研究成果包括：①在已有的DoDAF视图产品的基础上，提出人因视图的数据元模型和人因视图产品列表；②分析了人因视图与已有的各视图之间的关联关系以及人因视图所包含的视图产品间的关系；③以防空作战体系为例进行人因视图的建模，说明人因视图对体系结构建模的重要性。

图4 防空作战体系人员与系统资源流描述

虽然本文取得了一些研究成果，但对于武器装备体系结构建模中人因视图的研究尚处于起步阶段，还有大量的问题有待进一步研究：首先是需要定量化地提出影响人的领导力和操作能力的度量指标，构建模型，完善人员度量矩阵；其次是将体系中的人员与装备相结合，建立网络或矩阵，探讨人对一体化联合作战的体系贡献度。

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Modeling Method of Arms Equipment Architecture Based on DoDAF Human View

LIANG Jie，TAN Yue-jin，ZHAN Guo-xiong，HE Shu
（School of Information System and Management，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China）

With the large-scale，high-tech weapon equipment coming into use in the war and association among multi-forces，the application of DoDAF in the weapon equipment architecture modeling improves greatly.Obviously，modeling the weapon equipment from the viewpoint of human beings has been a main focus of the research on DoDAF，and evaluating operational capability of weapon equipment system is very important to improve the operational efficiency under the condition of considering the human beings.In this paper，the viewpoint products and data meta-models in human view based on current DoDAF 2.0 viewpoint products are proposed，and implement the integration of human view with the DoDAF architecture framework effectively.And then，an illustrative example is used to demonstrate the feasibility and effectiveness the proposed approach.

DoDAF，human view，meta-models

TJ02

A

1002-0640（2017）02-0001-05

2015-12-11

2016-02-25

国家自然科学基金资助项目（71501182）

梁杰（1991-），女，山东寿光人，硕士。研究方向：国防采办与体系工程。