基于活动-能力联接的航空保障装备体系结构建模

高 悦， 茹 乐， 迟文升， 周 庆

(1.空军工程大学装备管理与无人机工程学院，西安 710000；2.中国航空无线电电子研究所航空电子系统综合技术重点实验室，上海 200000)

0 引言

现代战争逐渐升级为体系作战，强调航空武器系统关联互补的复杂航空武器装备体系成为决定未来空战胜负的关键[1]。航空保障装备作为实施航空武器装备保障活动的重要资源，为飞机升空作战提供直接的地面保障力量，是保持和恢复装备完好性，维持装备作战能力的物质基础和必要条件[2]。然而，目前保障装备体系建设仍与体系作战要求有较大差距，主要体现在：基于传统文档依靠自然语言的体系设计模式难以适应体系对抗的发展要求，难以针对种类繁杂、功能多样、技术标准不一的保障装备进行有效规划，极大地增加了装备保障工作的难度；基于型号的航空装备发展论证方式缺乏对整个航空保障装备体系自身的论证和规划，导致航空保障装备通用化、系列化、模块化、信息化水平低。

近年来，先进作战概念指导下的武器装备体系建模研究受到广泛关注，成为国内外研究重点。建立航空保障装备体系模型可以解决上述问题，有力提升航空保障装备的体系能力，引导形成以需求为中心，面向实战化保障业务的精细化、信息化网络的航空保障装备发展方式，构建序列配套、精干敏捷的新型航空保障装备体系。目前对相应的航空保障装备体系建模研究较少，有基于能力的方法应用于武器装备体系结构建模[3]；基于模型驱动的武器装备体系设计[4]；对作战装备体系结构可执行框架进行研究[5]；从作战和系统视角对防空反导电子对抗装备进行体系建模[6]；面向服务对网络化维修保障信息系统的总体框架进行设计[7]；基于体系结构数据对无人潜航器协同反潜作战进行体系建模[8]等。这些研究分别从不同的角度对装备体系结构进行了描述并应用于作战想定，体现了体系建模理论与作战体系形态及装备构成相适应的特点，推动了装备体系的进一步研究和发展，也为保障装备体系结构的设计、分析提供了思路。因此，有必要从体系的视角把握航空保障装备体系的整体构成，从活动和能力角度出发建立航空保障装备体系结构模型，形成为作战保障能力提供有效支撑的工程方法，解决装备需求、能力、业务活动、系统功能关系不清、保障装备管理工作负担重、效率低、保障装备发展论证系统化困难等问题，加强现代战争条件下航空保障装备体系的发展建设。本文在对航空保障装备体系概念进行阐述的基础上，借鉴 DoDAF 2.0[9]体系结构框架，提出一种基于活动-能力联接的航空保障装备体系结构建模方法，并通过构建信息化航空维修保障装备体系结构模型对该方法进行验证。

1 航空保障装备体系

在体系工程理论不断深入的大背景下，战争发展趋势决定着保障方式，航空保障装备体系概念的产生和发展归因于航空武器装备体系发展的实际需求。航空保障装备是航空部队维修保障单位围绕航空作战和训练任务，直接或间接作用于航空装备，保持或恢复其质量、性能的各类装备的统称[10]。装备体系是在作战需求牵引下，由功能上相互补充、能力上相互促进的各类装备系统相互联接构成的更高层的集合体[11]。结合航空保障装备与装备体系的概念，航空保障装备体系是在保障需求牵引下，依据保障技术标准和规范，由数量、质量、功能上联系和补充的航空保障装备或航空保障装备系统组成，具备适应和支撑航空装备作战体系特点、作战任务的集合体。

2 基于活动-能力联接的体系结构建模方法

2.1 建模方法原理

保障装备体系结构是保障装备体系的构成基础，表现为体系组成要素及要素间的关联关系，反映了体系逻辑、行为等特征。DoDAF 2.0作为一种顶层框架，提供了8种视角用于指导体系结构开发。目前装备体系结构建模的研究主要从作战视角和系统视角出发，通过描述武器装备作战活动及相关系统实际的执行过程，进行体系结构开发，但孤立地分析保障活动、航空保障装备及航空保障装备系统难以反映出实际保障任务及执行保障任务的保障装备系统之间复杂关系的问题[12]。为能够满足未来体系化作战装备保障的客观需要，需要面向航空装备保障的任务需求和能力需求，在作战视角和系统视角的基础上，承接“保障任务需求牵引”和“保障能力需求印证”的体系设计理念[13]，通过结合能力视角和联接视角，对任务和能力自顶向下地进行分解、映射，建立任务、能力、装备相互联接、印证的逻辑关系，形成保障活动与底层能力之间、保障活动与保障装备之间和底层能力与保障装备之间的数据流动，为体系能力构想提供与战略背景对应的数据逻辑支持，使保障装备体系建设与能力增长建立高度联系。考虑到战场环境复杂化趋势，航空保障装备系统需要具备高度的动态适应性，即随着战争态势和任务需求的变化能够做出动态适应性改变。在联接任务和能力的基础上建立支持保障活动描述的服务视图，借鉴SOA思想[14]，根据装备保障任务需求和保障装备特点，面向保障任务流程对保障业务活动进行整合，通过标准协议和接口定义对保障系统功能进行服务化封装，利用联接视图实现保障活动、保障装备和保障服务的协调联接，提高维修保障智能化和服务化水平。利用 DoDAF 框架提供的数据元模型和视图产品，从任务、能力、联接和服务多个角度对视图产品进行选择和组织，构建基于活动-能力联接的航空保障装备体系结构模型，如图1所示，形成了保障活动视图集、保障服务视图集、保障能力视图集和联接视图集的关系模型。

图1 基于活动-能力联接的视图集关系模型Fig.1 View set relationship model based on activity-capability connection

2.2 建模步骤

DoDAF 2.0的8个视角共由52个视图模型组成，有表格型、结构型、映射型等。在实际的体系结构设计中，视图产品的选用并没有统一的标准，而是根据需要的信息对模型进行剪裁，为得到航空保障装备体系结构的视图产品逻辑模型，明确建模步骤，航空保障装备体系结构设计应遵循下列原则[15]。

1) 概念适用原则。航空保障装备体系结构视图模型应在明确的航空装备保障概念指导下构建。根据确定的保障背景、保障范围和保障技术制度标准，选择符合活动-能力联接理论的相关产品，确定体系结构建模的可视化需求，满足航空保障装备体系描述效果。

2) 模型关联原则。航空保障装备体系所选的视图产品应建立在一定的逻辑基础上。一般情况下，依据概述和摘要信息(AV-1)开始体系结构的开发和设计，在需求分析的基础上，根据视图产品的依赖关联关系确定所选视图的开发顺序，如组织结构关系(OV-4)建立在高级作战概念(OV-1)分析基础上，体系节点资源描述(OV-2)建立在活动模型(OV-5b)分析基础上。

3) 迭代优化原则。航空保障装备体系结构设计的视图产品开发是一个不断迭代优化的过程。首先在基本理论指导下确定粗略的视图架构，逐步迭代，根据反馈调整结构、改变视图，直至能够得到满足需要的精细视图模型。

4) 由静态到映射原则。本文将所选模型划分为静态模型和映射模型，通过静态模型的需求分析，实现任务需求和能力需求向装备需求的映射，分析出为完成保障任务所必须满足的装备条件和为满足保障能力所演化的装备类别，为体系结构生成提供基础。

本文在活动-能力联接的体系结构框架理论基础上，结合航空保障装备特点和上述原则，给出以下建模步骤。

1) 根据航空保障装备体系概念，对系统顶层设计进行规划，规范保障装备体系建设过程。首先根据作战设想背景，确定航空保障范围、用途、用户、背景和条件，建立AV-1；对保障任务的顶层概念进行图形或文本描述，建立OV-1；描述未来作战行动中对保障能力需求、战略发展构想，阐述其战略背景和高层范围，建立CV-1。

2) 组织保障背景、角色及组织间关系构成，建立OV-4；组织保障活动节点及节点间信息交互，建立OV-2；描述保障装备体系所需能力的层次结构，进行细化和分解，建立CV-2；描述保障能力之间，子能力之间的依赖关系，建立CV-4。

3) 描述保障活动资源交互及交换相关属性信息，建立OV-3；描述未来保障活动的层次结构关系和保障活动之间的输入输出关系，形成阶段性保障活动模型，分别建立OV-5a，OV-5b；通过描述保障装备体系能力对保障任务活动的支撑和实现，确定体系能力与活动的联接关系，建立CV-6；在保障装备体系能力描述的基础上，确认保障装备功能，建立SV-4，对系统功能、系统功能间的数据流进行描述。

4) 建立SvcV-1，描述保障服务的合成与交互；描述保障服务所执行的功能以及保障服务功能之间的数据流，建立SvcV-4；描述航空保障装备和航空保障装备体系能力需求的联接关系与航空保障装备和保障活动的联接关系，建立SV-5a和SV-5b。

5) 描述保障服务和保障装备间的联接关系，建立SvcV-3；描述保障服务到保障活动的联接关系，建立SvcV-5；描述能力与支持它的服务资源之间的联接关系，建立CV-7。

基于活动-能力联接的视图产品逻辑模型见图2。

图2 基于活动-能力联接的视图产品逻辑模型Fig.2 View product logic model based on activity-capability connection

3 案例分析

现代航空武器装备信息化水平和保障要求大幅提升，为进一步提高信息化条件下航空维修保障能力和精细化水平，构建类别齐全功能完备的信息化航空维修保障装备体系，有必要进行信息化航空维修保障装备体系结构设计。限于篇幅，本文选取部分关键体系结构建模过程进行说明。

3.1 保障概述和摘要信息

AV-1视图是根据航空保障装备概念建模形成的概述和摘要信息。随着不同的作战概念和作战样式的发展，对装备保障提出了新的需求，通过着重说明作战样式以及对应的作战保障任务，保障区域、保障环境、保障时间、保障对象和保障装备等综合保障要素的具体内容，详细展现了保障目的和架构，如图3所示。

图3 保障概述和摘要信息视图Fig.3 Support overview and summary information view

3.2 保障组织关系视图

组织关系图OV-4用于描述各保障节点的指挥结构和层级关系。信息化条件下基本作战单元航空维修保障单元应突出信息化主导，专业化、精细化管理职能。如图4所示，航空维修保障单元组织节点主要包括基于信息系统的维修计划指挥部门、装备健康管理部门、安全监管部门、质量控制部门、维修训练部门、保障装备部门以及直接维修保障的机组和专业组，用连接线标记各保障节点间的协同关系和指控关系。

图4 保障组织关系视图Fig.4 Support organization relationship view

3.3 保障能力分解视图

在信息化条件下，航空维修保障装备体系能力需求分析是对航空维修保障基本保障单元信息化维修保障能力的描述和分析。能力构想视图CV-1描述了体系保障能力的战略背景和高层范围。在装备保障概念分析下，从装备保障发展生命周期和直接或间接参与的保障方式入手，对能力需求进行概括总结，将信息化航空维修保障能力划分指挥控制能力、资源管理能力、辅助维修能力、维修作业能力、作业支持能力。在此基础上构建能力分解视图CV-2，从CV-1划定的能力范围出发，对能力进行逐层分解，建立能力结构树。如图5所示，以辅助维修能力为例，辅助维修能力主要实现航空维修保障单元的维修过程相关信息的数字化，通过对机载健康数据、飞参数据、油液分析和历史故障信息等数据的收集、分析和处理，基于预测和健康管理的手段和方法，实时或事后实现飞机和发动机的故障预测和健康评估，为维修保障态势管理和辅助决策奠定了基础。

图5 保障能力分解视图Fig.5 Breakdown view of support capability

3.4 保障活动视图

保障活动视图OV-5主要包括保障活动分解视图OV-5a和保障活动关系视图OV-5b，分别如图6和图7所示。图6和图7描述了装备保障航空维修保障基本保障单元所承担的航空维修保障任务相关的保障活动构成和保障活动流程。

图6 保障活动分解视图Fig.6 Breakdown view of support activity

OV-5a从任务范围出发，对任务进行逐层分解，反映了保障任务活动的层次结构关系。将航空维修保障任务活动分为计划指挥、质量控制、状态监控与预警、作业管理和训练管理5个部分，如状态监控与预警又可分为飞参判读、飞行状态监控、发动机状态监控、故障预警和风险管理。OV-5b主要描述各保障节点之间的控制流和数据流，在OV-5a的基础上通过活动联接关系较为清晰地表达了复杂的保障业务逻辑。

图7 保障活动关系视图Fig.7 Relationship view of support activity

3.5 保障能力与保障活动的联接视图

在构建保障能力视图与保障活动视图的基础上，通过保障能力与保障活动的映射矩阵CV-6，强化了信息化航空维修保障概念分解下维修保障任务活动与体系能力的关联关系，如表1所示。在联接过程中，保障活动为保障能力提供了需求依据，保障能力为保障活动提供行为支撑，验证了各保障能力在保障活动中的归属性和各保障活动对保障能力的依赖性，并且通过关联分析，明确了在航空维修保障活动各阶段依赖的保障能力需求量和各保障能力在保障活动各阶段的需求次数，在此基础上可以对信息化航空维修保障装备体系能力和信息化保障活动进行完善和优化，作为检验和发展保障能力主体装备的可靠依据。

表1 保障能力与保障活动的联接视图(节选)

3.6 系统功能描述视图

在保障任务和保障能力视图设计的基础上，构建信息化航空维修保障装备系统集成的系统视图，如图8所示，将系统功能分解为树状结构。信息化航空维修保障装备系统主要包含5个功能模块：维修指挥功能、状态监控功能、维修作业管理功能、维修训练功能和系统支持功能。经由进一步功能分解、映射形成支持子功能的实体装备结构，如维修作业管理功能分解包括维修保障装备管理、便携式维修辅助装置设备、射频管理设备、照相管理设备、维修信息网络终端、维修人员管理系统。

图8 系统功能描述视图Fig.8 Description view of system function

3.7 保障活动到系统功能的联接视图

围绕保障活动需求，寻找能够支持和保证业务活动的系统功能以及相应的维修保障装备，将航空维修保障活动需求映射为信息化航空维修保障装备需求，实现保障活动到保障装备之间的联接。如表2所示，通过保障活动与保障系统功能的映射矩阵，反映了系统功能对保障活动的支持状态，突出系统功能差距与功能冗余，即现有系统功能能否满足任务活动的需求，每一项保障活动是否有系统功能对应的装备来支持。对缺少支撑的保障活动可依据任务需求的满足度和重要度以及技术成熟度等因素对相应系统或装备加以研制或补充完善。在OV-5a的基础上，建立航空维修保障装备体系能力需求到信息化航空维修保障装备的联接视图，确认保障装备是否成功覆盖到所有保障能力需求，保证所有信息化航空维修保障能力都得到必要的航空维修保障装备的支持。

表2 保障活动到系统功能的联接视图(节选)

3.8 保障服务功能描述视图

在定义保障服务接口SvcV-1的基础上，通过定义和划分保障服务的顺序组合，形成特定的业务处理流程，建立保障服务功能描述视图SvcV-4，如图9所示。描述了根据不同保障用户的需求，采用不同粒度的保障功能单元服务化封装方式，所形成的面向信息化航空维修保障装备的航空维修保障装备服务实现了保障装备系统信息数据状态一致性的转变。

图9 保障服务功能描述视图Fig.9 Support service function description view

4 结束语

本文在DoDAF 2.0标准框架下，对航空保障装备体系进行研究，通过选取视图模型对保障活动视图、保障能力视图、保障服务视图和联接视图进行建模，建立了以任务、能力、装备相互联接、印证为基础的具备动态适应性的航空保障装备体系结构模型，并以信息化航空维修保障装备为例，建立了信息化航空维修保障装备体系结构，为信息化航空保障装备的研发和拓展提供了方向，为现代战争条件下航空保障装备体系发展论证提供了依据。