一种面向体系的信息活动过程设计方法

高岚岚，刘怡静，刘 然，乐 剑，黄 婧

（军事科学院，北京 100091）

0 引言

在大融合的信息化时代，原本较为独立的系统在特定的环境中需要经过结构重组，生成新型关系，这样就出现了多系统之间的矛盾、冲突、聚合、协作、演化等复杂情况，众多目标和诉求使巨型系统呈现出一种混沌状态，也出现了建设、集成，再建设、再集成的恶性循环现象。对此，系统工程界提出了“体系工程”的构想，指出体系是由若干有着独立性、自主性、异构性、分布性的使命共同体构成的多系统之系统［1-3］。面向体系构建，需要探讨新型顶层设计方法，将体系设计的目光放在建设和运作的前面［4］。

针对现有方法不能支持信息活动过程设计的问题，本文在剖析和分析体系运作基本原理基础上，提出了一种面向体系的信息活动过程设计方法，以信息活动过程作为主体勾画出体系的运作结构，适用于全面地理解体系、设计体系和依据使命引导体系的演进。

1 体系运作基本原理

体系有其特定的产生背景，体系运作原理是对已有知识的归纳，是理论研究和方法创新的依据，本章介绍体系运作的基本原理。

1.1 信息主导原理

信息是事物意义的表述，有信号、符号、知识和定势4 种形态［5］，如图1 所示。信息的初始形态是信号，是信息的物理形态，存在于能量活动的波形震荡中［5］。人类通过数据等形式对信号进行标记，称之为符号，符号是信息活动的基础。人对事物运作规律的认知，称之为知识，知识是动态构建并用符号进行表征的。人类思维活动的一种固有状态，称之为定势，定势是利用知识自组织创建的信息形态，文化、规则、价值观等都是定势的一种具体体现［6］。

图1 信息形态示意图Fig.1 Schematic diagram of information form

信息的4 种形态贯穿于物理域、认知域和社会域，信息形态的有序转换，驱动了物理域、认知域和社会域的行为活动，称为信息主导原理［7］。假设如果没有信息形态转换的链接作用，物理域仅仅是能量的活动，根本不存在认识域和社会域；如果没有符号、知识这类高级信息形态的转换，认知域与社会域之间无法形成互动关系，认知也就无法成为社会行为的基础，也就没有人类文化的诞生。信息主导原理贯穿于体系设计、构建和运作的整个过程，体系设计需要充分考虑信息主导原理，全面考虑4 个域的活动和相互关系，把握住体系的实质［7-9］。

1.2 活动原理

活动是人类与周围客观事物交流与改变物质环境的过程，是人类进化和社会发展的“隐动力”，其本质是利用信息获取利益，包括探测、识别、传输、表示、存储（记忆）、控制、构造、传播、思维、决策等［10］。以军事活动为例，其活动范围涵盖物理域、认知域、社会域和信息域构成的世界，包括观察、感知、判断、决策、计划、施控、机动和打击一系列行为的循环过程，其中，军事信息活动与军事活动相互渗透、相互融合，信息形态转换和链接构成了一体化的作战空间，产生了军事活动的循环过程，如图2所示。信号、符号、知识和定势的横向交互产生了群体和组织行为，形成了军事组织内个体、要素、机构之间的互动协作关系。观察、认识、设计、构建和运作体系，必须从信息活动入手，根据信息活动的规则对社会活动再设计，实现人（组织、管理）、业务与信息技术的融合，对承载信息活动的信息系统提出需求、规则、功能和技术要求。

图2 军事活动与军事信息活动的映射关系Fig.2 Mapping relationship between military activities and military information activities

2 复杂系统建模分析方法简介

分析复杂系统的常用方法有GRAI2Nets（graphs with results&activities interrelated 2 Nets）、MERIS［11］及IDEF［12］（ICAM DEF ignition methods）方法。GRAI 2Nets 是1977 年由法国Bordeaux 大学自动化实验室设计的，主要用于描述系统间相关活动的转换；MERIS 是在1978 年和1979 年，由法国工业部和科研机构设计的，用于描述系统多活动间的转换；IDEF 是在1981 年，由美国空军设计ICAM（Integrated Computer Aided Manufacturing）工程时发布的。IDEF 相比前两种方法更加成熟和完备，目前该体系从IDEF0 到IDEF14 共有16 套方法，还在不断发展完善中。该套方法能从复杂系统的功能、信息、对象等多角度进行建模，通过建模程序获取不同类型的信息，用于创建系统图像表达、分析系统模块和实现系统间转换，最广为人知的是IDEF0～IDEF4。

1）IDEF0：功能建模

以图形化和结构化的方式，将系统中的功能、功能间的限制、功能间关系、相关信息与对象表达出来，使系统开发人员得以藉由图形便可清楚知道系统的运作方式及功能实现所需的各项资源，并为开发人员及用户提供一种标准化与一致性的语言。

2）IDEF1：信息建模

在需求分析时对系统的信息资源进行分析和交流，用来确定组织中的管理信息，分析哪些问题是由缺乏合适的信息引起的，哪些信息需要管理等。

3）IDEF1X：数据建模

IDEF1X 是IDEF1 的延伸版本，差异在于IDEF1用来描述系统中信息的存储及信息之间的关系，IDEF1X 侧重于实体属性和实体关系之间的数据模型。

4）IDEF2：仿真建模

该内容已被广泛应用的仿真软件SLAM 和SIMAN 所覆盖，已被自然淘汰。

5）IDEF3：过程建模

解决了IDEF0 不能反映时间和时序的问题，可以和仿真软件相结合，用来检验过程的合理性并指导过程重构，为描述系统的过程提供一种结构化的优化方法。

6）IDEF4：对象建模

采用图形化的语法和图示，将面向对象的设计作为系统开发框架的一部分，而不是相隔离的两个过程。

3 面向体系的信息活动设计过程

针对体系不断演进的特点，传统系统工程分析方法已难以适用于体系结构设计，需要在理论和方法上有进一步的发展和创新。本文提出一种面向体系的信息活动过程设计方法，该方法为跨领域、跨部门的体系结构设计提供持续性细化的方法指导，通过多次迭代逐步细化，最终接近可操作的实体系统设计，设计过程分为5 个步骤。

1）构建活动模型。要进行体系结构设计，要把一个大的体系或系统分解成若干项活动，形成体系运作的整体架构，若活动较多，则采用从大到小多次活动迭代的方式展开活动过程设计，包括活动模式、活动流程和活动的交互方式等。通过构建活动模型和活动过程模型，将若干相关活动关联集成为一体，得到活动的行为模式表达。2）描述协作关系。活动模型和活动过程模型构建之后，需要对信息活动跨域、跨部门的协作关系进行判断，避免在体系结构设计中造成活动模型构建冗余、信息资源调度和系统部署配置不合理。3）定义接口关系。以活动为索引，定义活动模型的接口属性关系，方法是把接口关系从逻辑概念向物理实现逐步细化，将输入输出连接形成输入、输出属性值。4）分类信息结构。信息结构分类是体系设计的重要组成部分，用于指导信息格式标准的建设，分析标准的完备程度。方法是通过构建信息分类模型，描述活动产生的信息以及信息的来源，形成以信息处理过程为分类的树状结构。5）活动迭代。综合上述4 个步骤，进行活动迭代，将每一个信息活动过程迭代细化为若干个自定义的迭代，经过多次反复迭代，逐步细化，最终使体系设计接近于可操作的实体系统设计。实施流程图，如图3 所示。

图3 面向体系的信息活动设计方法流程图Fig.3 Flow chart of system-oriented information activity design method

4 应用实例

下面以人事管理活动设计为例，描述面向体系的信息活动过程设计方法实施过程。

4.1 构建活动模型

人事管理活动过程如下页图4 所示，包括“数据采集”“档案管理”等共9 个活动，每个活动包括一个输入界面和一个输出界面，通过信息流表明活动之间的信息传递关系。信息流上描述了两个活动之间传递的信息，如“数据采集”和“档案管理”两个活动之间转换的信息为“人员基本数据”，该信息包括“姓名”“出生年月”“职务”等属性。

图4 人事管理信息活动过程Fig.4 Personnel management information activity process

将图4 进行抽象和分析后，形成表1 的活动过程说明，其中活动名称和标识读取的是活动过程模型中的活动信息，在该表中可对“活动说明”进行编辑，使每一个活动的作用和意义能够达成唯一的理解。

表1 人事管理信息活动过程说明Table 1 Process description of personnel management information activities

4.2 描述协作关系

图5 人事管理活动的协作关系视图给出了两个单位X 和Y 的人事管理协作关系，两个单位用两个泳池表示，每个泳池各包含两个泳道，分别表示X 和Y 的业务部门和人事部门，跨部门和跨所的信息流采用虚线表示，如X 的人事部门的“调出”活动经过信息流转换到Y 的业务部门的“调入”活动。

图5 人事管理协作关系视图Fig.5 View of personnel management collaboration relationship

4.3 定义接口关系

下页表2 给出了图5 中活动的输入界面描述，共针对信息采集等9 个活动，描述了各活动的名称、标识信息，该活动对应输入界面的名称、标识信息、界面描述，并给出了对应界面的4 种属性，其中，“方式”属性包括人机交互、传感器接入、数据导入、语音、服务等，“时敏性”属性包括“实时”和“非实时”，“距离”属性包括“本地”“异地”“远距离”“近距离”，“安全”属性包括“机密”“秘密”“内部”“非密”。

表2 输入活动界面Table 2 Input activity interface

4.4 分类信息结构

以图5 中的数据采集活动为例，给出对应的信息转换矩阵，如表3 所示。该活动对应“人员填报”“档案建档”“批复文件”3 个输入信息，同时对应“人员基本数据”“人员调配数据”“人员培训数据”“人员任命数据”“人员考评数据”共5 个输出信息，每个信息包括一系列对应属性。输出信息和输入信息属性的对应关系采用打钩的方式，如输出信息“人员基本数据”的属性“姓名”通过输入信息“档案建档”的属性“个人基本情况”转换而来。

表3 数据采集活动的信息转换模型Table 3 Information conversion model of data acquistion activities

4.5 活动迭代

综合前4 个步骤，任免活动按照活动迭代模型，细分为考核评价、后备遴选、选拔配备和免职退休4 个子活动，形成157 页图6 任免活动迭代视图。

图6 任免活动迭代视图Fig.6 Iterative view of appointment and dismissal activities

5 结论

体系的有效性是由信息活动过程的有效性决定的，体系结构设计应围绕信息活动设计展开。本文充分考虑了体系运作的基本原理，提出了一种面向体系的信息活动过程设计方法，把顶层设计落实到每个领域的系统建设环节，在体系结构设计的指导性、可操作性等方面有明显的优势，达到减少利益干扰，按照发展愿景勾画理想体系结构的目的，为体系持续发展、激发涌现效果打下基础。