任务与体系架构建模与仿真验证

一、 目的与意义

一流的军队建体系，二流的军队建系统，三流的军队建平台。体系者赢得战争，系统者应对战争，平台者输掉战争。建立体系就是要谋划赢得未来的战争。以信息为中心，相互依存和功能集成的作战是未来军事胜利的关键。

所构建任务与体系架构建模与仿真验证平台应以信息系统为核心，遵循现代系统工程“模型驱动体系架构、体系架构验证论证”的思想和方法，能够支持任务与体系架构建模与验证、装备作战概念/作战模式、战术战法研究和装备概念方案评估，客观评估新型概念装备在任务与体系架构中发挥的作用。能够支持用户通过与行业相关单位的合作，进行作战场景与模型的统一协同研究，提升协同论证能力。

所构建任务与体系架构建模与仿真验证平台需要融合信息域与物理域的模型，可以集成任务架构的仿真验证与体系架构的逻辑证明，这种集成能力是当前项目论证所需的核心集成技术，市场上的通用平台不具备这种集成能力。

二、 功能需求

所构建任务与体系架构建模与仿真验证平台应该支持美国国防部体系架构框架（DoDAF）的方法，利用作战场景的三维时空物理模型与信息模型、体系信息交互的时序图与系统内部行为的状态图及可视化仿真技术完成模型的动态特性、协调性和时间特性的验证；在此基础上，通过作战场景驱动任务与体系架构的行为模型，可视化仿真装备系统的运行，完成系统的作战概念、系统体系架构、系统的主要功能、接口验证，从而实现系统体系架构以及系统关键特征的检验、测试和评估。

构建任务与体系架构建模与仿真验证平台应该支持体系架构方案可执行模型的自动化生成；支持体系架构的在全局战场背景下的驱动和论证；提供体系架构的动态驱动和持续激励。支持通过概念模型的驱动进行需求确认，具备与多种仿真环境接口。

构建任务与体系架构建模与仿真验证平台可以应用于现有设计过程中的总体论证、总体需求分析、总体设计、分系统需求分析、系统综合集成等阶段。在上述几个阶段，最初的设计输入是高层的作战需求。通过该平台，按照体系架构标准描述高层作战需求，重点描述高层作战概念、作战活动、作战指挥关系、作战节点连接和节点之间的信息交换等，得到作战体系架构设计，为总体论证和总体需求提供依据。这些依据加深了对作战需求与装备需求的理解，通过对体系架构论证可以完整地论证装备对作战流程的支持。依赖于体系架构论证平台，可以通过模型进行高层概念仿真，从而对顶层设计进行确认，对作战需求进行校核和论证，挖掘作战需求，保证需求的一致性，顶层设计可实现性，从而帮助实现军方与工业部门之间对装备需求的有效沟通。

所构建任务与体系架构建模与仿真验证平台应支持以下功能：

1.横向交互功能

构造可互操作的系统体系架构面临着很多技术难题，最重要的一点是如何实现开放、异构系统之间架构互连、信息互通和服务互融。所以，必须有必要借鉴传统体系架构研究的成功经验，在对系统体系架构进行分层的基础上，考虑横向方向的交互(即对等层交互) ，并且要保证这种横向交互的开放性。横向交互在本质上是协议的交互，并且对等层之间对信息要求一定的服务质量。

图：高度复杂的作战环境需要集成架构中的系统具有更强的交互能力

2. 纵向交互功能

一个特定系统应用服务的构造，常常是出上至下各层服务功能的定制与组合，这实际上是通过系统各层的纵向交互(即相邻层交互)来实现的。同时，系统上层功能的实现需要借助于其下层所提供的服务，这种'服务提供/服务使用'关系也是通过纵向交互来完成。因此，基于模型的体系架构必须高度重视纵向交互。纵向交互本质上是服务的交互。

图2. 体系模型驱动的在各个层次的论证

3. 部件思想和部件交互功能

部件定义了其功能描述及交互接口，并将这些功能的实现封装起来，这样，实体部件的具体实现技术的改变不会影响其功能。体系架构的每一层都为它上面的层提供一些标准的部件，互操作体系架构借鉴了软件体系架构的研究思路，采用交互连接件来对部件之间的交互关系(横向协议交互和纵向服务交互) 进行建模。

三、 建模与仿真验证流程

1）任务能力分析过程

• 任务能力分析确认:

• 未来的能力差距

• 任务能力分析路线:

• 相关目标到能力差距

• 典型用例场景到任务区域

2）建模过程是以杀伤链为核心建立体系的动态可验证模型

3）确认能力与任务相对应的场景

4）利用已有的总体概念计划、作战作战场景、作战专家的想法形成基于时序的能力与任务

5）确认主要的可用于成功执行场景的作战节点与关键信息交换，插入未来任务与体系架构到作战场景中

6）建立杀伤链的过程的详细模型，用泳道显现参与节点的功能与信息交换。

7）建立基于时序的能力与任务需求，装备之间的交互如何实现所需的作战能力的指控过程与多个杀伤链场景。提出武器铰链与目标指示能力需求，武器铰链与目标指示能力是根据指控系统下达的作战指挥命令后实现对打击目标进行指示，并组织武器通道，实现武器系统铰链的能力。由于装备系统是一个响应的、实时的复杂系统，装备作战能力验证平台应该能够对时间、频度和性能进行验证。

8）根据时序图确立武器平台的对指控过程的消息（事件）的响应

9）加入对任务的绝对度量以帮助确认能力差距

10）使用架构作为差距分析工具；包括把确认的差距加入到集成架构的模型与联合能力文档中

11）应用独特的架构动画能力来提供动态场景的可视化，可以对模型的时序逻辑进行形式化的测试与验证，动态显示时序图与状态图之间的信息流，并实现人在回路的架构验证。

12）利用 3D的图形能力，集成“物理”模型（如雷达探测范围，卫星获取导弹轨迹等）与体系架构模型，使它们相互作用，更严谨地支撑作战概念需求开发/验证/可视化。用于作战演练/推演/作战场景训练，支持装备备选方案分析。

13）使模型支持体系中各个层次的论证，并生产多种格式的报告与演示场景。

（本文由作者王忠根据1月21日系统工程沙龙内容整理，需要本期沙龙PPT的请回复“PPT+姓名+单位+电话”）

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