一种面向武器装备需求论证的作战概念设计方法

王灿 郭齐胜 穆歌

（1.陆军装甲兵学院，北京100072；2.军事科学院 系统工程研究院，北京100141）

1 引言

随着新军事变革的深入，作战能力生成途径从过去的“威胁驱动”革命性地向“战争设计”演进，世界军事强国已建立起“概念牵引、基于能力、面向体系”的装备需求论证模式［1］。当前，我军装备发展正由“跟踪仿研”向“自主创新”过渡，传统的装备需求论证面临着前瞻性不强、体系化不足等挑战。

针对这一问题，文献［2］提出了装备作战概念牵引装备发展的思路，采用体系结构思想构建了装备作战概念设计框架。文献［3］分析了装备作战概念设计的内涵，提出了基于DoDAF 多视图的装备作战概念设计方法。文献［4］提出了模型驱动的装备作战概念设计方法，并以新型装甲突击系统的“侦察、机动、打击一体联动”作战概念为例验证了方法的可行性。上述研究均提出了基于体系结构建模技术的设计方法，对装备作战概念的内涵、地位、作用等的认识已趋于一致，但缺乏对装备作战概念如何驱动装备需求论证的论述，设计方法有待完善。鉴于此，本文提出一种面向装备需求论证的作战概念设计方法，该方法是对现有方法在要素、流程和技术手段等方面的改进和完善。

2 设计思想

以装备需求论证工程化［5］、基于模型的体系工程等理论为指导，将作战概念设计与装备需求论证紧密耦合，一体化实施。按照概念和需求从无到有、由虚到实、由粗到细的生成规律，将设计过程划分为作战场景设计、作战任务设计和作战行动设计三个阶段，在每个阶段分别以不同的抽象层次、不同的粒度分析论证作战需求、能力需求和装备需求，如图1 所示。

三个阶段构成逻辑依赖关系，从左至右是概念和需求生成、细化的过程；从右至左是概念和需求向前追溯、确认的过程。作战场景设计支持特定问题背景下各种装备解决方案的初步构想和评估，设计开放度高，有助于促进装备原始创新；作战任务设计将作战场景关联至实际作战任务，从完成任务角度论证装备能力需求，从而保证装备有效融入联合作战体系；作战行动设计在任务设计基础上，进一步细致刻画装备系统在作战任务中的作战行动，从而支持详细性能指标的论证。在三个设计阶段的驱动下，装备需求从无到有、从抽象到具体、从模糊到精确，逐步细化、明晰，直至形成先进、完善的装备需求论证方案。

采用该设计方法能够改进传统单纯面向任务的线性论证模式。三个阶段循环迭代式设计能够在提高论证创新性的同时，保证论证工作由粗略到详细逐步推进；通过定义每一阶段的要素、环节和数据，使整个论证活动更加规范和透明，更容易被理解和实施；在每个阶段设置明确的结束准则，组织对论证成果的阶段性审查，有利于及早发现和解决问题，从而降低论证风险。

面向装备需求论证的作战概念设计是典型的复杂系统工程，应由传统的“面向系统、基于文档”向“面向体系、基于模型”转变。采用体系结构建模技术支持设计过程，充分发挥模型语言一致性好、易于追溯、易于工程化和验证、易于形成标准规范等优势，促进设计过程中跨军种、跨专业人员之间的交流沟通，促进数据资源的收集、分析和重用，提高设计效率和科学化水平。产生的体系结构数据和模型还可以应用于装备科研订购、试验训练、使用保障等装备发展全寿命周期活动，从而提高装备建设的体系化和规范化水平。

3 设计过程

3.1 作战场景设计阶段

此阶段是作战概念从无到有的诞生阶段，也是创新空间最为广阔的阶段。主要工作是：①分析相关的军事战略背景、上位作战概念以及预期作战环境中的威胁，确认待解决的能力需求缺口，界定问题的范围。②提出装备解决方案构想，包括装备的制胜机理和系统组成；选择适当的作战场景样本，每个作战场景分解为若干作战活动；分析这些场景和活动中装备的系统组成和作战方式。③对各个作战场景进行集成，得到装备的目标图像和能力特征。通过作战场景设计，粗线条勾勒装备的作战运用方式，反映装备在对抗中形成优势并取得胜利的基本原理，充分展现装备潜在的作战应用价值，建立起兼具创新性与可行性的装备需求雏形。

3.2 作战任务设计阶段

此阶段是承上启下的关键阶段，也是作战概念由虚到实的映射过程。主要工作是：对上一阶段的装备作战场景进行裁剪、组合并实例化，建立与实际作战任务的关联关系，明确装备未来担负的作战任务，形成作战任务的分解结构，收集每项任务的承担主体、内容要求、环境条件等基本属性；在上一阶段装备目标图像的基础上，确定装备在作战任务中的席位设置和编配方式，建立装备与实际部队编制的关联关系；分析作战任务的基本属性，得到装备的任务能力需求，包括能力的分类、属性、度量及时间框架等。通过作战任务设计，明确装备与联合作战任务、部队、能力等方面的接口关系，从而保证新装备有效融入联合作战体系，提高体系贡献率。

3.3 作战行动设计阶段

此阶段是整个设计过程的最后阶段，也是装备需求的详细论证阶段。主要工作是：以想定和剖面图等方式分析特定作战任务中装备系统的具体作战行动，包括行动的时序、规则、响应的事件、状态的变化等，收集性能指标论证所需的详细数据，如系统运行的具体数值、使用的特殊条件、环境的预期变化等；基于上述数据，运用QFD 方法［6］等建立从任务能力需求到装备系统参数的映射，得到装备主要作战使用性能指标；根据指标论证情况，确认装备的总体技术方案，包括装备系统组成方案、编配方案、综合配套方案等；采取逻辑验证、仿真推演等方法评估优化性能指标和技术方案；估算装备研制的费用，规划研制时间进度等。

4 体系结构建模技术的应用

4.1 模型选取

根据3 个设计阶段的要素，基于DoDAF 2.0［7］提出适宜构建的体系结构模型，主要包括全景、作战、能力和系统等4 个视角，共20 种视图模型，见表1。

表1 适宜构建的体系结构模型

4.2 建模流程

在设计过程中，体系结构模型主要发挥收集数据、支持分析、促进交流沟通等作用。为实现模型应用与设计环节的紧密耦合，设计建模流程如图2所示。

图2 体系结构模型构建流程

（1）作战场景设计阶段。①构建AV-1，AV-2并在设计过程中持续维护；②构建OV-1，描述装备的典型作战场景和制胜机理；③将OV-1 转化为OV-2，描述作战场景中装备的系统组成和作战方式；④将OV-2 转化为OV-3，描述作战场景中装备系统之间的交互关系；⑤依据OV-3 构建CV-1，描述作战场景中装备的能力特征。OV-3 和CV-1 作为该阶段核心模型，将为后续的体系结构模型构建提供可追溯的基础。

（2）作战任务设计阶段。①依据OV-3 构建OV-5a，描述装备担负的作战任务；②依据OV-3构建OV-4，描述作战任务中装备的席位设置和编配方式；③依据CV-1 和OV-5a 构建CV-2，描述作战任务中装备的能力需求；④依据CV-2 构建CV-3，描述作战任务中装备能力需求的时间框架；⑤依据CV-2 构建CV-6，描述任务能力需求与作战任务的追溯关系。该阶段核心模型产品是OV-5a和CV-2，它们既是该阶段其他模型的构建基础，也在三个阶段之间发挥承前启后的桥梁作用。

（3）作战行动设计阶段。①从OV-5a 出发构建OV-6 系列，描述装备子系统的作战行动；②依据OV-3，OV-6 系列构建SV-3，描述装备系统间应重点关注的交互关系；③基于OV-6 系列构建SV-7，描述装备系统的主要作战使用性能指标；④依据SV-3 和SV-7 构建SV-10 系列，描述装备系统功能对作战事件的响应，用于对性能指标和技术方案的详细分析和评估优化；⑤依据CV-3，SV-3和SV-7 构建SV-8，对装备的研制进度进行规划。

5 应用示例

为提高陆上战术分队突击作战能力，使其能够在高强度对抗环境中持续作战，完成任务并有效降低人员伤亡，根据“加速OODA 链”“跨域增效”“功能解耦”等制胜机理，提出小型无人机与无人战车协同作战概念。本示例概要性展示其设计过程。

5.1 作战场景设计阶段

将作战概念分解为部署展开、协同机动、协同猎歼、协同突击等典型作战场景。以协同猎歼场景为例，其作战活动包括隐蔽进入任务区域、无人机侦察目标、无人机传递目标技术诸元、无人战车火力打击、无人机评估毁伤效果等，如图3 所示。

图3 作战场景及作战活动设计示例

作战场景及作战活动反映了装备抽象的作战方式，与作战任务无关。可针对每个作战场景构建OV-1，OV-2 和OV-3 模型（1 个或多个），以节点和交互的方式描述该场景下装备的系统组成和作战运用方式。图4 为协同猎歼场景的OV-2 模型示例，该模型显示，装备的系统组成包括无人机系统、无人战车系统、指挥控制系统和运载保障系统；由指挥控制系统控制其他系统，并与上级组织建立通信链路；无人机和无人战车系统之间没有信息交互，二者的协同由指挥控制系统实现；无人机和无人战车系统能够接收运载保障系统的位置信息，能够在失控情况下返回运载保障系统。

图4 协同猎歼作战场景的OV-2 模型示例

分析作战场景中所涉及的装备能力需求，得到装备的能力特征。能力特征反映了装备能力需求的基本属性，不涉及具体的数值，见表2。完成所有作战场景设计后，对装备的系统组成和能力特征进行集成，并进行阶段性评估和优化。

表2 协同猎歼作战场景的能力特征示例

5.2 作战任务设计阶段

作战任务的属性信息，如承担主体、内容要求、环境条件等通常包含结构化数据，可为此阶段设计提供数据支持。首先，将作战场景实例化为作战任务。例如，上述协同猎歼场景可关联至边境夺要作战任务中的先期战斗子任务，目标是歼灭或驱逐掩护（警戒）之敌，查明敌部署情况，为主力行动创造条件。将所有关联到的作战任务进行分类整理，构建OV-5a 模型，收集作战任务的属性信息。

其次，基于装备的目标图像和作战任务，设计装备的席位设置和编配方式。例如，整个装备系统设5 个席位，包括指挥员1 名、无人机系统操作员1名、无人战车系统操作员1 名、维护保障人员1 名和驾驶员1 名；以上人员和装备编为1 个班，在某型部队所属的坦克连编成下行动。此过程是为了建立装备与部队实际编制的关联，可构建OV-4 模型支持此过程。

最后，依据作战任务的属性信息论证提出装备的任务能力需求，构建CV-2，CV-3 和CV-6 等模型。此阶段的能力需求应从作战任务出发确定能力属性，即执行过程中的效能度量（Measure of Effectiveness，MOE），通常用一组数值描述，见表3。整理形成每项作战任务对装备的能力需求，并进行评估优化。

表3 装备的任务能力需求示例

5.3 作战行动设计阶段

基于作战任务，以想定和剖面图等形式提出装备系统运行的具体数据，从而支持装备系统性能指标的论证，可构建OV-6 系列模型支持此过程。例如，在边境夺要作战先期战斗任务中，设计协同猎歼坦克的作战行动，图5 为该行动的OV-6c 模型。该模型显示了各装备系统的行动剖面，并附加了论证性能指标需要补充的额外数据。

图5 协同猎歼坦克作战行动的OV-6c 模型示例

依据任务能力需求、作战行动想定和剖面图数据，采用QFD 方法建立从效能度量到性能度量（Measure of Performance，MOP）的映射。图6 为采用QFD 方法论证无人战车火力打击性能指标的示例。分析该行动中各个装备系统的性能指标，构建SV-7，SV-8，SV-10 等模型。

最后，对装备多种任务和行动下的性能指标和技术方案进行集成，形成平衡优化的装备需求论证方案。

6 结束语

以装备需求论证工程化、基于模型的系统工程等理论为指导，提出了作战概念设计与装备需求论证紧密耦合、分阶段迭代完善的设计思路，论述了作战场景、作战任务、作战行动3 个设计阶段的特点和主要工作，基于DoDAF 2.0 提出了适宜构建的模型和建模流程，并通过示例分析概要性展示了该方法的应用过程。下一步将围绕设计工作模式创新、工具手段研发、设计成果管理等进一步深入研究探索，不断提高设计方法的科学性和完善性。