基于UML导弹部队装备维修保障兵棋建模

高桂清，李承兴，袁覃恩，鞠金鑫

（火箭军工程大学，西安 710025）

0 引言

以用户需求的角度进行系统功能分析，将抽象化概念化的理念转化为可以直接呈现在设计者和对象用户面前的多角度多层次的结构和行为可视化图形模块，正是UML统一建模语言（Unified Modeling Language）的优势和特点，其在不同的系统设计领域所表现出用户驱动需求的核心价值，充分调动用户在系统设计之初所能发挥的积极作用，转换思维角度，把用户从末端的体验推到前端的开发，向设计和用户两者达到无缝连接的目标靠近，尽可能通过这种方式使系统实用价值最大化。

兵棋推演是以兵棋为依托，通过在模拟的逼真战场环境下开展指挥训练、方案验证、战法探索的一种有组织的对抗活动，其是广泛应用于世界各军兵种的主流指挥能力训练方法。结合导弹部队装备维修保障指挥特点规律，为导弹部队的装备保障指挥员提供科学有效的训练方式是系统设计研究的最终目的。

基于UML导弹部队装备维修保障兵棋推演系统的需求分析，描述建立多角度的功能和结构模型，可从多视角给予系统更加科学、严谨、完善的设计，充分满足用户使用需求。

1 UML建模概述

UML统一建模语言概括起来主要由对象实体、关联联系、图形图例3种要素构成。UML建模过程是在系统设计的不同阶段针对不同类别和对象需求建立不同模型，首先是对系统功能需求的基本描述，根据逐层次的分析结果，按照规范标准的模型结构构造需求模型；其次运用逆序的方法解析系统类别，通过类之间的缔结关系塑造系统外部对象对系统的功能需求；之后，建立包含交流机制、时间要素、行为动作等必要条件的动态行为模型。总的来说，UML建模就是一个标准规范化区分状态从内向外、从静到动、从分散到集中、从模块到整体的可视化塑造模型过程，其具体构成如图1所示。

图1 UML建模过程图示

2 导弹部队装备维修保障兵棋推演系统简述

导弹部队装备维修保障兵棋推演系统是以兵棋为基本平台，涵盖兵力装备组合等实体要素，气象、地理、社会等环境要素，以及对抗、保障行动等行为要素，既具有对抗、交互、模拟、验证等典型的兵棋模式，又融合导弹部队导弹武器装备维修保障内容要素多、保障点多面广、保障技术复杂的特点情况。

2.1 推演原理

兵棋和想定是组成兵棋推演系统的核心要素，开展兵棋推演训练推演者是核心，在以兵棋为实体运行基础的系统下，由想定给出初始的推演要素条件和规定，推演者驱动控制棋子，规则约束行为和裁决行动结果，从而不断改变态势，循环完成人在回路的对抗活动。如图2所示。

图2 兵棋推演原理

2.2 推演功能结构

兵棋推演系统基于兵棋对战争时间、空间、力量的模拟机理。使推演者可以扮演不同层级的战场指挥员角色，既可以置身于现代典型战争的模拟环境下，也可以根据当前所面临的形势任务进行灵活想定设定，并按照导弹部队装备维修保障任务行动的基本流程进行对抗推演活动，在规则的约束和支撑下运用不用的战术战法谋略思想进行指挥决策，同时验证方案计划、人员编配和力量部署的合理性，最终再根据推演者在推演过程中的指挥决策表现，进行量化的分析评估。

图3 装备维修保障指挥兵棋推演系统功能结构

1）模拟战争功能。模拟是兵棋推演系统的基础功能，可在静态和动态两个层面进行模拟。静态层面的模拟主要是对推演者担任不同层级岗位角色的模拟，不同战场下气候、地理、电磁、人文等条件环境的模拟，相对应时间和空间的模拟，预想对抗对象的模拟以及对现代典型战争想定情况的模拟；动态层面的模拟主要是对导弹部队的装备维修指挥，如计划拟制、文书撰写、命令传达、组织动员等行动流程的模拟。通过两个层面的综合模拟弥补了当前指挥训练平台现实弊端，为推演者在思维、心理和指挥行动上营造真实的打仗状态。

2）想定管理功能。导调员在系统授权下可结合导弹部队作战任务特点、保障规律以及导弹武器装备性能等关键因素，对推演条件和规则内容的设置上，对推演空间范围的划定上，对推演时战场环境的营造上，对推演时间长度和阶段的定义上、对推演行动背景企图设定上、对编成力量分配和部署上，对推演对抗敌方力量的设计上，可进行创建、修改、停止、查询。

3）对抗推演功能。对抗是推演系统的核心功能，是对推演者核心能力的训练。一方面在部队机动、维修保障处置、防卫防护等任务行动上对战术战法的运用，另一方面是推演者拟制部队分组编配、力量部署、保障阵地选定等方案主要决策内容的验证。

4）量化分析功能。系统在推演活动过程中，实时记录推演回合中双方耗用的时间长度信息，统计各型装备的战损率、计算推演者在进行装备维修保障推演行动时的成本比和维修保障行动执行效率值，通过对推演进程中推演者指挥决策关键点的量化，为推演者的评估提供科学可信的依据。

5）复盘评估功能。专家评委通过观摩推演者在现场推演活动的实际表现，也可选择在复盘分析的同时，结合推演后台系统分析统计的量化数据，以及系统对推演者在指挥决策、筹划组织、控制协调和特情处置等能力方面的打分，进行综合的总结评估，并反馈改进意见建议。

3 UML建模在导弹部队装备维修保障指挥兵棋推演的应用

基于UML语言的建模方法就是对兵棋推演系统进行不同角度、层级、类别的解析，按照一定顺序依次转化为可视化的图例模型。

3.1 系统需求分析

随着现代战争基本样式和导弹武器装备更新换代后维修保障标准变化，以及导弹部队在装备保障方面训练平台的匮乏，兵棋推演系统可以满足装备维修保障指挥员指挥决策能力水平相对滞后的训练提升需求。

兵棋系统通过构建战争模拟功能，使指挥员置身于贴近实战的训练环境和变化的战场态势中，并在推演对抗功能的驱动下充分发挥其主观能动性，练谋略练本事练心理。推演过程中，系统采用想定管理和量化分析功能，可由以往训练的主观认定态势、预设训练进程、固化评判结果，转变为态势变化指挥、行动量化思考、数据提取分析。最后的总结评估功能由专家结合系统的量化打分，给指挥员一个科学客观的综合评估。

3.2 建立系统模型

推演系统模型分为静态结构和动态行为两种模型。静态结构模型包含对象功能需求、类、构件、软硬件搭接等元素，图形格式主要有用例、类、构件、部署；动态行为模型包含活动、时间、信息传递、流程等元素，图形格式主要有活动、顺序和协作。

3.2.1 用例图

以对象用户的角度，构建用户与系统功能之间的联系，并体现每个功能之间包含或被包含的关系，这是用例图（Use-caseview）的实质内容。用例（use-case）和对象用户的关系就是系统所能够实现功能和具体操作使用人的关系。归纳总结，就是通过这个图可以清晰展示哪个用户角色可以完成什么具体工作。

依据导弹部队装备维修保障指挥特点，结合兵棋系统的需求分析和以用户角度提供的使用功能。用户包括推演者、导调员和评委，如下页图4所示，通过将三者与相对应的用例关系进行构图联接，其中不同的用例下属不同层级的子用例。

3.2.2 类图

类，顾名思义就是同属相同特性、共同范畴事物的集合，可以是具体的实例，也可以是对理论层次上的总结定义。根据系统需求和功能分析，把不同类之间的相互联系相互归属关系转化为可视化的静态结构，这种图形称之为类图。

兵棋是系统的核心支撑，推演是系统运行的主要形式，通过对二者类的分解提取，并描述聚合在系统下这些类之间的相互关系，从而形成统一的兵棋推演系统类。系统类由导调员类、推演者类、评委类、想定管理类、想定类、决策类、对抗类、裁决类、态势类、兵棋系统类、背景企图类、量化分析类，如图5所示。

图4 导弹部队装备维修保障兵棋推演系统用例图

图5 导弹部队装备维修保障兵棋推演系统类图

类图中每一类都有本身的概念和描述。导调员类包含姓名、具体分工、现实岗位级别等信息；推演者类包含姓名、扮演红蓝方角色、现实岗位级别等信息；评委类包含姓名、现实岗位级别和擅长专业领域信息；想定管理类包含创建、停止、修改、查看信息，是对想定类的执行；想定类包含想定代号、类型、时间（轮数）和具体内容信息，编成部署类、战场环境想定类、时空想定类、角色想定类、条件规则类、对抗对象想定类是其继承类；决策类包含决策对象、手段、内容、形式，是推演者随着战场态势变化做出的命令决心；对抗类包含对抗时间、对抗形式、对抗手段等，是推演者双方具体的推演活动行为；裁决类包含裁决规则、裁决对照表、裁决范围、随机数，用于裁决推演对抗行动结果；态势类包含标记符号、类别、对象、空间、数量，呈现整个战场的形势变化情况，收集各类态势信息；兵棋系统类包含使用对象、类型、范围等信息，由棋子、棋盘空间和规则组成；背景企图类包含推演时期、背景、参加方、目的企图等信息，是推演活动的基本背景情况；量化分析类包含时间长度、数值、类别等记录计算的各个信息要素。

3.2.3 构件图

每一个构件都是具有其特定功能的物理结构代码，通过构件图描述这些构件之间的相互关系和影响，图中的构件具有规范的标准接口，体现的是模块化的扩展和更换。构件主要是面向开发者的不同类别代码或者与之等价的文档。根据导弹部队装备维修保障指挥兵棋推演系统需求分析，其构件图由9个构件模块组成，如图6所示。

图6 导弹部队装备维修保障兵棋推演系统构件图

3.2.4 活动图

活动图主要体现的是在规范化的兵棋推演流程中每一项具体活动内容和相对应的动作行为，按照控制条件，通过既定的顺序依次执行，使设计人员和用户有了更加清晰直观的逻辑印象。如图7、图8所示，导弹部队装备维修保障指挥兵棋推演系统活动流程从想定准备到总结评估分为准备和实施两个阶段。

图7 推演准备阶段活动图

图8 推演实施阶段活动图

3.2.5 顺序图

顺序图描述的是用例对象基于时间进度条码下的行为消息传递和反馈，体现的是动作行为信息传递的时机、顺序和过程。顺序图中每一个系统用例都有自己的时间轴，随着推演进程，时间发生变化，用例对象之间进行动态协作，传递不同的信息流。

根据推演系统需求分析，利用顺序图模型，具体描述为导调员创建想定，通过系统将想定下发至推演者，同时战场态势生成，推演者根据态势情况制定决策，发出决策，开始推演，系统在决策驱动推演行动后进行裁决，态势随之改变，再次开始新一轮决策，如此循环直至回合/阶段结束，如若推演过程偏离训练目的和初衷，可由导调员施加干预。推演活动过程中导调员和评委可全程实时查看态势显示，而后评委根据系统反馈量化分析结果，进行复盘评估。如下页图9所示。

3.2.6 协作图

协作图没有特定的时间顺序要求，其主要突出对象与对象之间在无动作行为下的信息传递和收发等协作关系。如图10所示，推演系统中的对象相互向箭头方向传递通信信息。

3.2.7 部署图

部署图主要描述系统软件和硬件之间的物理结构关系。如图11所示，根据系统功能分析，每个结点部署的硬件设备进行对应连接，进而体现出了每个结点上的执行部件与其相对应的内部运行软件，完成整个推演系统的结构体系搭建。

4 结论

本文通过UML可视化建模技术在导弹部队装备维修保障指挥兵棋推演系统中的应用，从用户角度出发，对系统进行了需求分析和体系塑造，在总体设计的基础上，按照规范标准的图形语言，完成了一系列可视化系统模型，形成了较为系统完善的兵棋推演设计体系。UML建模语言具有广泛的适应性和使用域，是将问题由抽象概念直接映射到程序界面的“桥梁工具”，为认识问题、解决问题提供了规范化的统一标准。

图9 导弹部队装备维修保障兵棋推演系统顺序图

图10 导弹部队装备维修保障兵棋推演系统协作图

图11 导弹部队装备维修保障兵棋推演系统部署图