基于DoDAF的装备保障信息系统集成体系结构设计

李文俊， 杨学强， 纪伯公

(1. 陆军装甲兵学院装备保障与再制造系， 北京 100072； 2. 陆军装甲兵学院科研学术处， 北京 100072)

集成体系结构是指由多个产品或透视图组成的体系结构，能促进与提升跨能力域和体系结构之间的集成与互操作性，具有抽象性、指导性、制约性、稳定性和可重用性等特点[1]，在系统集成建设的宏观规划、需求论证和集成应用等方面具有十分重要的作用。开展装备保障信息系统集成体系结构设计研究，在顶层设计层面对系统集成进行规划，对解决当前装备保障信息系统存在的顶层规划缺乏、完整性不够等问题，实现装备保障信息系统互联、互通、互操作，指导装备保障信息系统集成建设具有积极作用。

目前，有很多学者对装备保障信息系统集成体系结构进行了研究，如：陈超[2]采用武器装备统一建模平台(Unified Platform for Defense Modeling，UPDM)设计了空天协同观测系统体系结构；张波等[3]基于美国国防部体系结构框架(Department of Defense Architecture Framework，DoDAF)对预警探测情报保障体系结构的业务视图进行了设计；李皓等[4]提出了一种敏捷型装备原型系统顶层设计方法；夏伟等[5]采用面向服务的架构设计了网络化维修保障信息系统的总体框架；杨拥民等[6]从业务体系结构模型、系统体系结构模型和技术体系结构模型3方面设计了装备维修保障信息化体系结构；周伟祝等[7]参考基于状态维修的开放式架构，从系统功能结构、技术体系结构和组织架构3方面设计了通用保障图系统体系结构；惠永梅等[8]针对装备器材供应链集成体系结构问题展开了研究；姜志平等[9]参考多视图方法从作战、装备和集成3方面设计了综合电子信息系统能力参考资源描述框架。

然而，以上研究大多数采用的是面向装备保障业务过程的集成体系结构，在该体系结构中，装备保障业务活动与装备保障信息系统是紧密耦合的，难以对装备保障任务需求变化做到快速响应，不适应一体化联合作战装备保障的需求。为此，笔者提出面向服务的装备保障信息系统集成体系结构，实现装备保障业务和装备保障信息系统的解耦，并采用DoDAF方法对体系结构视图进行具体设计，以期在顶层设计层面对系统集成进行规划，规范装备保障信息系统集成建设过程。

1 装备保障业务分析

装备保障是指军队为满足作战及其他任务的需求而在装备调配、维修、经费等方面组织实施的保障[10]。其中，保障是指军队为遂行任务和满足其他需求而在有关方面组织实施的保证性和服务性的活动。根据我军现行编制体制及作战运用要求，装备保障的组织指挥和实施具有一种独特的运行方式：在编制体制上，装备保障机构直接由相应级别的军事主官领导并指挥其作战行动；在业务关系上，各级装备保障机构又有一条业务纵线，产生了其上下级之间一种特殊的领导关系。

装备保障主要包括装备管理、修理管理、器材管理、训练管理和战备管理等内容，管理对象涵盖装备、保障人员、器材、保障设施设备和保障经费等方面。装备保障业务内容和管理对象如图1所示。

在装备保障数据中，装备保障业务和管理对象分别对应装备保障业务数据和装备保障管理对象数据，其中，装备保障业务数据是在具体装备保障业务工作中对管理对象数据的具体运用。根据使用层次，装备保障数据可分为业务操作层、统筹管理层和决策规划层[11]。其中：业务操作层装备保障数据主要为各类作业登记信息，如装备进出场登记、故障报修和器材请领等；统筹管理层装备保障数据主要为各种业务处理信息，如计划审批和装备技术状况分析等；决策规划层装备保障数据主要为统计分析的综合信息，如保障态势、保障方案建议等。

2 面向服务的装备保障信息系统集成体系结构

一体化联合作战装备保障对装备保障信息系统集成提出了客观需求，不同装备保障信息系统之间的数据交换和信息融合越发频繁。而目前装备保障信息系统主要依托平时单项业务的局部需要纵向开发，没有统一的数据结构和系统平台，信息交互与共享困难。为了实现装备保障信息系统互联、互通、互操作，需要对系统间接口、数据交换标准等进行详细描述。

Web服务具备封装性完好、松散耦合性、标准协议规范、高可集成性等特征[12-13]。服务提供者将包含服务接口、服务访问地址等信息的服务发布到服务注册中心，服务使用者通过服务注册中心查询到该服务并调用时，无需关心服务的技术实现细节，且服务独立于底层实现和需求变更的特性有助于快速响应用户需求并降低系统集成的成本。因此，笔者在业务视图和系统视图之间引入服务视图，构建面向服务的装备保障信息系统集成体系结构，如图2所示。

首先，把各装备保障信息系统按照统一的标准封装成各类装备保障服务并提供服务接口，实现装备保障业务和装备保障信息系统的解耦；然后，根据装备保障任务需求，对装备保障服务进行组合，实现装备保障资源和装备保障业务自组织协调动态重组，以适应一体化联合作战装备保障需求的快速变化。

3 基于DoDAF的集成体系结构视图设计

笔者借鉴典型、实用的DoDAF方法[14]对装备保障信息系统集成体系结构的视图进行具体设计，运用能力构想(CV-1)产品描述装备保障集成信息系统能力；运用顶层业务概念图(OV-1)、业务活动模型(OV-5)、业务节点连接描述(OV-2)、业务状态转变描述(OV-6b)、业务事件跟踪描述(OV-6c)和逻辑数据模型(OV-7)等产品描述装备保障业务流程、信息交换需求等；运用系统接口描述(SV-1)、系统功能描述(SV-4)、业务活动到系统功能追溯矩阵(SV-5)等产品描述装备保障信息系统间连接关系和功能组成；在把装备保障信息系统封装成装备保障服务的基础上，对面向装备保障业务活动的装备保障服务组合中所涉及的操作和服务连接关系进行分析。具体设计过程如下。

3.1 能力视图设计

能力是指系统为完成某项任务所具备的本领[15]，为了快速响应一体化联合作战装备保障需求变化，互联、互通、互操作的装备保障集成信息系统应具备的能力如图3所示，具体如下：

1) 资源管理能力。集成系统对装备保障全寿命业务过程产生的数据进行存储，通过军事信息通信网络实现装备保障业务在线处理和信息服务即时推送，为装备保障业务提供计算资源服务，支持装备保障业务应用的部署、升级。

2) 信息采集能力。集成系统通过射频识别、传感器等信息采集手段，感知装备技术状况、器材物资和各类装备保障活动的数据，按照一定的策略，对这些数据进行集中统管，为装备保障数据分析与决策支持提供基础。

3) 服务管理能力。集成系统把装备保障信息系统封装成服务，并发布到服务注册中心以供其他用户调用，实现装备保障信息系统互联、互通、互操作。

4) 业务处理能力。集成系统能够对装备管理、修理管理、器材管理、训练管理和战备管理等装备保障业务实现自组织协同在线处理。

5) 数据分析与决策支持能力。运用数据挖掘与大数据分析等工具方法对集成系统积累的装备保障业务全过程数据进行分析，可以评估装备战术技术状况、预测装备故障、分析器材消耗规律、生成保障态势和保障方案建议等，为装备保障决策提供支撑。

3.2 业务视图设计

3.2.1 装备保障顶层业务概念图(OV-1)

装备保障顶层业务概念图如图4所示，主要表现在一体化联合作战条件下装备保障的高级概念。在联合作战装备保障指挥中心(简称“联指中心”)的指挥调度下，如果装备使用单位对应的直接保障单位能够满足装备保障任务需求，则由其直接完成装备保障任务；如果需要保障支援，则联指中心基于装备保障信息系统，根据保障能力合理调度支援保障单位进行保障支援。

3.2.2 装备保障业务活动模型(OV-5)

采用统一建模语言(Unified Modeling Language，UML)方法对装备保障平时业务中的装备管理、修理管理和器材管理业务进行描述。其中：装备管理的基本任务是准确掌握装备的战术技术状况，计划装备的使用，正确组织实施装备的保管、保养，预防装备事故，充分发挥和保持装备的战术技术性能；修理管理的基本任务是组织实施装备的各类修理、零部件修复和自制件生产、战时抢救与抢修，保证装备恢复规定的技术状况；器材管理的基本任务是组织实施器材的计划筹措、存储、供应、运输、旧品回收、修旧利废等工作，保障部队平时与战时装备维修的需要。笔者选取陆军作战基本单元旅一级平时装备保障业务中的装备管理、修理管理以及器材管理业务进行描述，分别如图5-7所示。

3.2.3 装备保障业务节点连接描述(OV-2)

装备保障业务节点连接描述是以图形方式描述装备保障业务节点和这些业务节点间需求线的产品，主要包括装备保障业务节点、需求线、信息交换和装备保障业务活动等，如图8所示。其中：装备机关主要完成摩托小时均衡、装备动用控制、维修生产计划、维修经费计划、器材供应计划和器材筹措计划等活动；使用分队主要完成装备使用、装备保养和装备质量控制等活动；保障小组主要完成维修生产和维修质量控制等活动；装备仓库主要完成器材出入库和器材库存控制等活动。

3.2.4 装备保障业务活动顺序和时间关系描述(OV-6)

装备保障业务活动顺序和时间关系主要描述的是装备保障业务的动态特性。其中：装备保障业务状态转变(OV-6b)产品描述装备保障业务活动对不同事件的响应及状态变化过程；装备保障业务事件跟踪描述(OV-6c)产品描述装备保障业务节点之间信息交换的时间、事件顺序。笔者以装备保养过程为例描述其业务状态转变，如图9所示；以装备动用为例，描述其业务事件跟踪，如图10所示。

3.2.5 逻辑数据模型(OV-7)

逻辑数据模型主要描述业务活动间及其交换信息的逻辑结构，提供信息名称、类型、属性或特征及其相互关系。由于各装备保障业务所包含的数据量大，内容各异，而所有装备保障业务的管理对象基本一致，涵盖装备、人员、经费、设施、设备、资料等对象。因此，本文以装备保障管理基础对象信息为主体构建装备保障逻辑数据模型，如图11所示。

3.3 系统视图设计

在业务视图设计的基础上，设计装备保障信息系统集成的系统视图。

3.3.1 系统接口描述(SV-1)

装备保障业务活动节点间系统接口关系如图12所示。可以看出：装备管理、修理管理、器材管理、训练管理、战备管理、人员管理和设施设备管理等业务系统间均存在接口关系。需要指出的是，出于简化图形复杂度的需要，图12中的接口线在实际中并不止一条。以装备管理、修理管理、器材管理系统为例，进一步详细描述了3个系统组件间接口关系，如图13所示。其中：接口1-a为装备修理任务；接口1-b和2-a均为装备修理计划；接口2-b为修理器材需求；接口3-a为装备使用计划；接口3-b为装备保养器材需求。

3.3.2 系统功能描述(SV-4)

装备保障集成信息系统主要包含角色管理、资源管理、系统管理和应用管理4大功能模块，如图14所示。其中，应用管理模块包含装备管理、修理管理和器材管理等装备保障业务应用子系统。以器材管理子系统为例，其主要包含申请计划、分配计划、出库入库、库存管理、旧品管理和基数管理等功能。

3.3.3 业务活动到系统功能追溯矩阵(SV-5)

业务活动到系统功能追溯矩阵体现业务视图与系统视图之间的关系，描述业务活动与系统功能之间的映射关系。其中，业务活动来自业务视图中的业务活动模型，系统功能与SV-4中的系统功能一致。装备保障业务能力到系统追溯矩阵如表1所示，其中：装备保障能力包括装备管理能力、装备修理能力、器材保障能力、装备保障训练能力、装备保障战备能力、保障设施设备、保障人员和装备保障信息；“·”表示装备保障信息系统与装备保障能力存在支撑关系。

3.4 服务视图设计

DoDAF中的服务视图有服务接口描述(SvcV-1)、服务功能描述(SvcV-4)、业务活动与服务功能映射矩阵(SvcV-5)等10个产品，其形式与系统视图产品类似。

根据不同装备保障用户需求，可采用不同粒度对装备保障信息系统进行服务化封装，如图15所示。针对分队用户，可根据“服务之间松耦合、服务内部高内聚、专注于完成一项业务能力”的原则，将装备保障信息系统封装成动用申请、故障报修、器材请领等细粒度的装备保障业务操作服务；针对机关用户，可封装成计划制定与审批、技术状况统计与分析等装备保障统筹管理服务；针对首长用户，可封装成保障态势分析、保障需求预测、保障方案建议等装备保障决策规划服务。各装备保障服务对外发布应用程序接口(Application Programming Interface，API)以供调用。用户可根据装备保障需求，灵活组合装备保障服务，以高效完成装备保障任务。

表1 装备保障业务能力到系统追溯矩阵

在面向装备保障业务活动的装备保障服务组合中，主要涉及服务的动态加入、退出和替换[16]3种操作。其中，服务的替换操作又可以分解为原有服务的退出和新的服务加入2个过程。

服务组合过程中所涉及的服务之间接口连接关系如图16所示。其中：在顺序接口连接关系中，执行装备保障服务Si之后，才能执行装备保障服务Sj；在选择接口连接关系中，执行装备保障服务Si之后，至少选择S1,S2,…,Sm中的一个服务执行；在并发接口连接关系中，执行装备保障服务Si之后，才能执行所有服务S1,S2,…,Sm；在合并接口连接关系中，S1,S2,…,Sm中至少执行一个服务后，才能执行Sj；在同步接口连接关系中，所有服务S1,S2,…,Sm全部执行后，才能执行Sj。

4 结论

装备保障信息系统集成体系结构设计属于顶层设计问题，其对规范指导装备保障信息系统集成建设过程具有重要作用。笔者基于DoDAF方法从能力视图、业务视图、系统视图和服务视图4方面设计了面向服务的装备保障信息系统集成体系结构，有助于实现装备保障服务柔性组合，快速响应装备保障需求变化，提升装备保障能力。下一步,将对装备保障服务粒度确定与封装方法进行研究。