基于DoDAF 的地面无人作战系统作战概念设计方法

张 宇，郭齐胜

（1.陆军装甲兵学院演训中心，北京 100072；2.航天工程大学宇航科学与技术系，北京 101416）

0 引言

随着大数据和人工智能技术的加速发展，战争形态呈现出信息化、智能化复合发展的显著特点，塑造智能化战场，发展智能自主化无人装备，成为世界军事强国谋取未来战争优势的重要选择［1］。在陆战领域，替代作战人员在危险、枯燥、恶劣的条件下遂行作战任务，拓展人类作战潜力，夺取战场不对称优势，是地面无人作战系统发展的主要目标［2］。近年来，人工智能技术加速迭代，智能化战争形态日新月异，作战需求的不确定性大大增加［3］，单纯依赖宏观抽象的作战概念描述，往往难以有效厘清作战概念的要素构成及其相互关系，不利于实现对作战概念的逻辑分析和推演验证［4］，亟需采用结构化的作战概念设计方法，明确不同作战概念要素具体内容和交互关系的设计方法。为此，基于体系结构框架方法，开展地面无人作战系统作战概念设计方法研究，阐述地面无人作战系统作战概念要素的设计与分析方法，为科学有效地锚定地面无人作战系统作战需求提供方法支撑。

1 设计内容

作战概念设计是作战设计的重要组成部分，重点是解决“打什么仗”“怎么打仗”的问题，强调对未来作战机理的前瞻性探究和创新性设计［5］，通过构建典型的作战场景，设计典型的交战方法，明确未来作战的对抗环境、作战任务、交战形式和能力特征，进而牵引部队的发展建设和作战实践。在武器装备发展论证领域，以作战概念创新为牵引，推动武器装备体系结构设计优化，促进部队战斗力生成模式转变，也日益成为武器装备发展论证的重要途径［6］。传统上，作战概念创新多采用经验归纳、头脑风暴等方法，集聚战争研究、军事战略、作战指挥、装备发展、作战运用、科学技术等多领域专家智力优势，粗略描述未来作战的基本场景，论证指出未来作战的主要特征和关键环节。为了便于进行结构化建模，可将作战概念分解为作战目标（或效果）、战场环境、作战对手、战斗方法、力量编组、作战行动、武器装备等7 类典型要素及其相互关系的集合，如图1 所示。

图1 作战概念要素构成及关系

1）战场环境。是适应未来战争发展趋势和典型威胁特征的各种环境要素的集合，主要包括自然环境、社会环境和网络电磁环境等。

2）作战对手。自古以来作战都是对抗性行动，作战对手可以被忽视，但从不会消失。作战对手的设计，既要考虑传统的正规作战力量，还要考虑各种非传统的潜在作战力量。同时，还要考虑作战对手武器装备的发展变化及其对作战方式的变化。

3）作战目标（或效果）。根据设定的战场环境和作战对手，明确提出未来作战的主要使命任务（或作战企图）以及要达成的作战效果，是对作战概念的战略性宏观设计，是指导战斗方法、力量编组、作战行动和武器装备设计的根本之道。

4）战斗方法。是为实现作战目标（或效果）而对作战运用过程的整体设计，是作战概念设计的灵魂，也是指导作战力量编组并开展作战行动的依据。战斗方法的设计，通常应充分反映作战的时代特征、作战对手的主要特点和预期的作战效果。战法设计的核心是找准敌人的短板或核心，发挥自身的作战优势，达到快速、精确制敌的目的。

5）力量编组。达成作战目标（或效果）的具体作战力量体系形态。当前，应顺应网络化时代的组织指挥要求，以兵力小型分散化、指挥扁平去中心化、效能释放一体化为主要目标，科学设计未来作战的作战力量构成和组织交互关系。

6）作战行动。为达成预期的作战目标（或效果），在战场环境和作战对手约束下，对作战力量体系及其组成作战单元具体运用方式的描述，包括作战行动的构成、关系及其主要指标要求。

7）武器装备。支撑作战力量编组和作战行动实施的物质基础，包括武器装备的功能、构成、数量和相互关系。体系化联合运用是信息化、智能化条件下武器装备运用的基本要求，以信息网络为支撑，以作战能力构建目标，统筹各类武器装备的功能构成、功能范围和相互关系，是科学构建未来作战武器装备体系的关键。

2 设计框架

2.1 视图选用

针对地面无人作战系统作战概念的要素构成及特点，遵循美国国防部体系结构框架（Department of Defense Architecture Framework，DoDAF）的“适用”原则［7］，主要从作战视角、能力视角和系统视角3个视角，选用高级作战概念图（OV-1）、作战活动模型（OV-5b）等视图作为作战概念设计的基本模型，如下页表1 所示。

2.2 总体框架

作战概念设计涉及战争规律、军事战略、作战指挥、装备发展、科学技术多个领域，是对作战概念各要素及其相互关系的结构化建模，目的是为了从多个视角全面系统深入地描述作战概念。通常采用图示分析、结构化分析、面向对象、运筹计算等方法，按照作战概念的要素构成，详细分析各类作战概念要素的具体内容和相互关系，建立相应的模型，进而准确勾画作战概念的具体运用场景和运用方式，形成具体、可操作的作战概念方案。基于DoDAF 的作战概念设计方法是一种典型的结构化方法，总体框架如图2 所示。

战场环境-作战对手-战斗方法设计。采用高级作战概念图（OV-1），以图文结合方式，从宏观上粗略描绘未来作战的战场环境、作战对手、战斗方法等要素，帮助用户尽快把握作战概念的基本特征。

表1 地面无人作战系统作战概念视图选择与定义

图2 地面无人作战系统作战概念设计总体框架

作战目标（或效果）设计。采用能力视角中的能力构想（CV-1），从宏观上提出作战概念设计要达成的预期作战目标（或效果），形成指导作战概念设计的顶层能力要求，结合战场环境、作战对手和战斗方法的定义情况，对其进行体系化的分析，采用能力分类（CV-2）、能力隶属关系（CV-4），明确作战概念中应达到的作战能力具体指标以及指标间的相互关系。

作战行动设计。以能力构想（CV-1）为指导，采用作战活动模型（OV-5b）进行作战行动的分解及时序关系分析，确定作战概念中各类主要行动的主要内容及其相互关需。

力量编组设计。采用作战节点连接描述（OV-2）进行作战力量体系的编成结构建模，明确各类、各层次作战行动的执行主体及其隶属关系；采用组织关系图（OV-4）进行各级作战力量编成的组织指挥关系，为构建完整的侦察、判断、决策、行动作战链条提供支撑。

武器装备设计。以作战节点连接描述（OV-2）为依据，确定武器装备体系的构成和主要功能，分别采用系统接口描述（SV-1）和系统功能描述（SV-4）进行建模。同时，通过构建作战活动与系统追溯矩阵（SV-5b）模型，确定武器装备体系及其功能对作战行动的匹配能力，进一步优化武器装备体系构成及功能组合。

3 设计方法

3.1 分解建模方法

包括作战活动建模、力量编组建模、作战能力建模和装备体系建模4 个方面。

3.1.1 基于分解的作战行动建模

作战行动是为满足作战目标（或效果）要求由作战力量体系主动采取的行为。作战行动的规划和设计，通常是在考虑战场环境和作战对手的情况下，根据作战目标（或效果）的要求对战斗方法的具体化。对于相同的作战目标（或效果），因采取了不同的战斗方法而形成不同的作战行动方案，作战行动方案中的作战行动的主要用途和实施方法也会呈现较大的差异。因此，作战行动建模时，应基于作战目标（或效果）和战斗方法，自顶向下，按照作战目的、按照阶段、作战地域或作战功能进行作战行动的分解设计［8］。

作战行动分解建模通常可采用IDEF0 或UML等结构化的建模语言，作战行动分解建模的结果形成初步的作战行动清单［9］。以某地面无人作战平台城市道路侦察突击作战为例，采用IDEF0 方法，可构建如图3 所示的作战行动分解结构。

图3 基于IDEF0 方法的作战行动分解示例

3.1.2 基于分解的作战能力建模

依据能力构想（CV-1） 分解生成能力分类（CV-2），是对宏观的作战目标（或效果）的具体化。由于信息网络的支撑作用，网络中心化的作战体系其能力指标往往是网络化的指标体系，而不宜采用层次型的指标体系［10］。根据前述复杂体系研究中还原论与整体论的关系可知，在能力需求建模中，首先，应根据作战能力的特点或用途进行分解；然后，应根据作战能力之间的关系进行网络结构的构建。以某小型地面无人作战集群作战能力分解为例，可形成如图4 所示的网络化能力结构。

图4 能力分解结构示例

3.1.3 基于分解的力量编组建模

作战力量编组具有显著的层级结构，采用作战节点描述（OV-2）和组织关系图（OV-4）模型。某无人分队城市战斗作战节点描述（OV-2）如图5 所示。

图5 无人分队城市战斗作战节点描述（OV-2）模型

3.1.4 基于分解的装备体系建模

武器装备体系的分解建模，采用系统接口描述（SV-1）和系统功能描述（SV-4）模型。其中，系统接口描述（SV-1）主要用于说明装备体系的装备种类构成及其相互之间的关系。

某作战分队控制中心、侦察无人机、爬壁机器人和火力打击系统4 类装备及其相互关系的系统接口（SV-1）模型如图6 所示。

图6 某作战分队装备体系构成及关系

3.2 映射关联方法

通过建立能力与作战行动矩阵（CV-6）和作战行动与系统矩阵（SV-5b）2 类映射模型，实现作战域与能力域、作战域与装备域的关联映射，即能力需求牵引作战行动设计，作战行动牵引武器装备设计，武器装备支撑作战行动实施，作战行动实施满足能力需求，如图7 所示。

图7 基于映射的能力域、作战域和装备域关联

3.2.1 能力与作战行动映射

以作战行动分解生成的作战行动清单和作战能力分解提出的能力需求清单为输入，采用二维矩阵方式，按照作战行动的层次和能力需求的层次逐层构建关联矩阵，以确认作战行动产生的作战能力是否与能力需求匹配。

某城市作战中爬壁机器人潜入室内实施火力侦察引导打击的能力与作战行动映射矩阵如表2所示，“√”表示作战行动与能力需求之间存在映射关系，否则，表示无映射关系。

3.2.2 作战行动与武器装备映射

以作战行动分解提出的作战行动清单和提出的武器装备体系构成清单为输入，采用二维矩阵方式，选择合适层次的作战行动与武器装备构建关联矩阵，以确认关键作战行动均已获得合理的武器装备支持。某城市作战火力侦察引导打击的作战行动与武器装备映射矩阵如下页表3 所示，“√”表示作战行动与武器装备之间存在映射关系，否则，表示无映射关系。

3.3 交互优化方法

针对作战行动之间的交互特征，建立作战行动交互模型（即作战活动模型OV-5b），确认作战行动之间的制约或协同关系，实现由要素（或分系统）向体系整体的聚合涌现。

某城市作战分队的作战行动交互模型如图8所示，反映了不同作战节点（力量编组）遂行作战行动的逻辑关系。

表2 能力与作战行动映射矩阵举例

表3 作战行动与武器装备映射矩阵举例

图8 某城市作战分队作战活动模型（OV-5b）

4 结论

作战概念设计是系统挖掘地面无人作战系统作战需求的重要手段，设计效果的优劣直接决定了地面无人作战系统作战需求提出的准确程度，进而影响地面无人作战系统的设计研制和作战运用。基于体系结构框架方法，以结构化建模方式替代传统的文档描述方式，实现了地面无人作战系统作战概念关键要素，及其关系的结构化设计和半定量化分析，提高了作战概念设计的准确性和系统性。由于地面无人作战系统种类繁多，不同类型的地面无人作战系统的作战运用需求差异很大，针对特定类型地面无人作战系统的预期技术特征和功能用途，有针对性地创造作战需求并设计作战概念，才能取得较好设计效果。