一种基于视图的装备效能仿真评估流程设计

刘志钊，李艳红，胡晓峰，李 伟

（1．中国电子科学研究院，北京 100041；2．哈尔滨工业大学控制与仿真中心，黑龙江 哈尔滨 150001；3．上海机电工程研究所，上海 201109）

0 引 言

武器装备（简称装备）是用于作战和保障作战及其他军事行动的武器、武器系统、电子信息系统和技术设备、器材等的统称［1］。未来战争向“海陆空天电”一体化联合作战方向发展，战场环境的复杂变化使得装备性能指标无法全面反映装备在体系中发挥的作用［2］。只有科学、合理地评估装备效能，才能综合反映装备的作战效果，并进一步辅助装备的论证、设计和作战运用，优化装备设计参数和部署方案。因此，效能是装备研制、开发和使用的重要依据［3］，效能评估、分析与优化在装备的论证、研发和应用等方面均具有重要作用。

自第二次世界大战以后，以美国为首的发达国家不断深入研究仿真在军事作战中的应用，为装备效能仿真评估奠定了技术基础［4］。早期，仿真主要以模拟器的形式应用到战士训练中。随着科技的不断发展和应用需求的扩大，分布式交互仿真将地理上分布的训练模拟器和参训人员组成一个人机交互的联合作战系统。目前，仿真技术以全数字仿真、半实物仿真、实物仿真等形式渗透到日常训练、军事作战、联合演习等诸多场景。美国的《国防科学技术战略》、《国防技术领域计划》等具有前瞻性的报告中都将仿真作为提高军事能力和保持军事优势的重要技术之一［5］。

装备效能仿真评估是一个复杂的系统工程，涉及指标体系构建、仿真系统开发、仿真数据管理、效能评估与分析等多个步骤，并非一个人或一种角色就可以完成的，需要多人协同开展评估工作［6］。基于指标体系的评估是装备效能仿真评估的一种有效方法，但不同文献中效能评估流程各不相同，评估方法也多种多样，标准化评估流程的缺失影响了评估工作的展开。因此，本文主要研究一种基于视图的装备效能仿真评估流程。

1 用于装备效能仿真评估的视图设计

装备效能仿真评估涉及评估目的明确、仿真系统设计与实现、指标体系构建、评估方法选择、效能评估、分析优化、辅助决策等过程，相关角色包括委托者、效能评估者、被评估者、仿真系统开发者和其他利益相关者等。其中，效能评估者在每个环节都有任务分工，其工作贯穿了整个评估过程。参与式评估模式为这种过程繁多、人员复杂的评估工作提供了可行方法。

1．1 装备效能仿真评估视图设计

通过各个利益相关方的角色定位可知，装备效能仿真评估过程中委托者、仿真系统开发者、效能评估者的角色尤为重要。其中：委托者需要明确、清晰地表达评估目的，最终得到相应评估结果；仿真系统开发者需要具体的想定信息、装备仿真粒度和交互关系，进而开发并运行仿真系统，得到仿真结果数据；效能评估者首先需要将委托者的意图细化成具体的评估指标和典型仿真场景，然后指导仿真系统开发，根据仿真运行所得数据计算装备效能值，最终依据仿真评估结果给出意见和建议，汇报给委托者。由于文字描述容易产生歧义，因此需要以科学化、标准化的形式贯穿装备效能仿真评估全过程。

借鉴参与式评估模式、软件建模语言、美国国防部体系架构 框架（department of defense architecture framework，DoDAF）［7－10］等已有成果，结合装备效能仿真评估工作的特点，本文设计了评估视图（evaluation view，EV），具体描述如表1所示。

表1 装备效能仿真评估视图Tab．1 Views of equipment effectiveness simulation evaluation

EV－1～EV－9的图元用以下形式描述，如式（1）所示［11］。

式中：Id为图元标识（ID）；T为图元类型（Type）；I为图元输入（In）；O为图元输出（Out）；S为图元设置参数（Set）。

EV－1为效能分解视图，相关图元如表2所示。装备效能按照体系级、使命级、想定级3级效能的形式逐一分解，并指定每一级的综合评估方法。分解过程中，体系级效能逐渐明确评估目的和评估范围，最终分解成每个想定下装备的效能。

表2 EV－1图元信息Tab．2 Entity Info of EV－1

表2（续）

表3 EV－2图元信息Tab．3 Entity Info of EV－2

EV－3为想定组成视图，相关图元如表4所示。EV－3描述了每一个想定下需要仿真建模的实体信息。

表4 EV－3图元信息Tab．4 Entity Info of EV－3

EV－4为状态转换视图，相关图元如表5所示。EV－4是对EV－3中每一个实体运行规则的描述。

表5 EV－4图元信息Tab．5 Entity Info of EV－4

EV－5为数据流视图，相关图元如表6所示。EV－5描述实体间的数据流，为仿真系统中每一个实体接口的确定提供辅助信息。

表6 EV－5图元信息Tab．6 Entity Info of EV－5

EV－6为能力－效能关系视图，相关图元如表7所示。装备效能仿真评估是对体系效能的评价，然而相对于实际措施而言，装备能力指标更便于指导装备的改良和开发。为了定位能力需求，用EV－6描述与效能相关的能力。

表7 EV－6图元信息Tab．7 Entity Info of EV－6

EV－7为能力组成视图，图元如表8所示。EV－7深入分析与作战能力相关的性能指标，指明表征作战能力的关键要素。

表8 EV－7图元信息Tab．8 Entity Info of EV－7

EV－8为能力－部门关系视图，相关图元如表9所示。EV－7指明与作战能力相关的性能指标，EV－8则进一步明确了责任主体，指明由哪些单位部门来支撑能力的提升，进而提高装备效能。

表9 EV－8图元信息Tab．9 Entity Info of EV－8

EV－9为效能发展阶段视图，相关图元如表10所示。EV－1～EV－8都是静态的视图，从效能组成、仿真实体、相关能力和指标等方面进行描述，EV－9添加了时间的概念，描述了装备效能在各个阶段的提升情况，为每一个阶段效能的预期提供支撑。

表10 EV－9图元信息Tab．10 Entity Info of EV－9

1．2 功能及特点分析

DoDAF包括8类共计52个模型，大量模型与装备效能仿真评估工作无关。如果照搬这些模型，会造成设计工作大幅增加，且核心工作不凸显。装备效能仿真评估中还有一个重要的工作是仿真建模过程，这部分内容DoDAF中未涉及。本文所提出的9个视图设计的工作量更加简化、思路更加清晰、应用更加贴合装备效能仿真评估背景，聚焦了效能分解、仿真建模、效能评估、效能分析等全流程的关键工作节点，为不同评估角色的沟通提供工具支撑。

EV－1～EV－9从“效能是什么”、“如何仿真建模”和“如何改进”、“预期成果怎么样”等4个问题展开。其中：EV－1和EV－2将装备效能逐层分解，最终分解为可度量的指标，构成了装备效能仿真评估的指标体系，回答了“效能是什么”的问题；EV－3～EV－5则描述了仿真系统的组成、实体的运行规则、实体之间的交互关系，为仿真系统的开发提供依据，回答了“如何仿真建模”的问题；EV－6～EV－8将效能与作战能力、性能指标、单位部门关联起来，为效能提升提供指导，为明确提升哪些能力、关注哪些性能指标、哪些单位部门负责等提供借鉴，回答了“如何改进”的问题；EV－9描述效能的动态发展，为每一个阶段的效能预期提供量化指导，回答了“预期成果怎么样”的问题。

2 基于视图的装备效能仿真评估流程

借鉴参与式评估模式，结合上述评估视图，本文提出了一种基于视图的装备效能仿真评估流程，如图1所示，具体流程如下：

1）明确效能评估目的和评估对象；

2）绘制视图EV－1、EV－2，辅助指标体系构建；

图1 装备效能仿真评估流程图Fig．1 Simulation and evaluation flow chart of equipment effectiveness

3）绘制视图EV－3～EV－5，辅助仿真系统开发者建立装备仿真系统；

4）实验设计并运行仿真系统；

5）仿真数据统一管理；

6）配置底层指标；

7）选择综合评估方法；

8）仿真评估装备效能；

9）绘制视图EV－6～EV－9；

10）根据分析目的，实验设计并运行仿真系统；

11）仿真结果数据管理；

12）配置并计算效能分析指标；

13）采用灵敏度分析、回归分析等方法进行分析；

14）整理效能评估和效能优化结果，并给出建议。

3 应用实例

以某全球打击系统的效能评估为例，其使命包括拦截导弹、打击恐怖分子会议和打击大规模杀伤武器设备3个方面。拦截导弹效能又分为对不同国家导弹的拦截效能，由此构建该系统体系级能效视图EV－1，如图2所示。

图2 EV－1示意图Fig．2 Sketch map of EV－1

针对拦截A国导弹的效能，又可以分为战略导弹拦截效能和战术导弹拦截效能，而战略导弹的拦截效能可以分为对不同型号战略导弹的拦截概率，由此可以得到相应的想定级视图EV－2，如图3所示，其它的效能类似。

图3 EV－2示意图Fig．3 Sketch map of EV－2

拦截A国导弹想定总体上由红蓝两方组成，以红方为例，兵力部署分为多个战区（一、二、三等），不同战区又含有不同的装备，相应的想定组成视图EV－3如图4所示。

图4 EV－3示意图Fig．4 Sketch map of EV－3

想定组成视图设计完成后，要考虑的就是装备状态的状态转换视图，A国导弹拦截想定的状态转换是由拦截指令引起的，具体情况如图5所示。

图5 EV－4示意图Fig．5 Sketch map of EV－4

根据相应的状态转换视图，设计装备的数据流图，如图6所示。

图6 EV－5示意图Fig．6 Sketch map of EV－5

通过EV1～EV5，研究人员就可以建立装备仿真系统，根据评估目的设计实验，并运行仿真系统，进而得到仿真结果。然后，根据仿真结果数据配置底层指标，并选择综合评估方法，通过层层综合得到装备效能的仿真评估结果。如果需要效能分析，仿真研究人员可以根据分析内容构建EV－6～EV9。例如，本系统中全球打击效能可以通过分析探测能力、拦截能力和干扰能力3部分得到，由此可以建立相应的作战能力与效能的关系视图EV－6，如图7所示。

图7 EV－6示意图Fig．7 Sketch map of EV－6

之后，根据EV－6就可以构建视图EV－7～EV－9，具体过程类似于前面视图的建立，这里不再赘述。

4 结束语

为了进一步标准化装备效能仿真评估工作，本文设计了一种基于视图的装备效能仿真评估流程。首先，根据装备效能仿真评估背景，结合美国DoDAF和仿真建模等相关知识，设计了9个评估相关的视图及其图元；然后，设计了一种基于视图的装备效能仿真评估流程，将设计的9个视图融入装备效能仿真评估流程中；最后，以某全球打击系统为例介绍了本文所提流程的使用，为装备效能仿真评估工作的开展奠定良好的基础。后续需要进一步优化视图的设计，提高该方法的泛化能力，争取建立一种通用的基于视图的仿真评估流程。