美军装备体系正向设计研究

summercatty 2022-03-14

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当前，体系化联合作战已成为装备建设领域的共识。联合作战体系能力的形成主要是通过侦、控、打、评杀伤链的闭合来实现。而体系化联合作战的核心思想便是将原来由单平台独自完成的包含侦、控、打、评四个环节的杀伤链解耦后，由多个平台来协同完成，从而扩大了侦察的范围，增加了火力打击的手段，并可通过网络的重构来提升整个体系的弹性恢复能力。但是联合作战体系杀伤链闭合的验证不能仅仅由自身体系来实现，还需要对手体系即蓝军体系的参与，在红蓝双方对抗中验证我方联合作战体系的作战效能。

蓝军体系主要是采用仿真建模的手段，尽可能真实地模拟强敌对手的作战行为。在蓝军体系仿真过程中有两方面内容非常关键，一是蓝军体系内各装备本身的作战性能，如目标探测范围、打击距离等；二是蓝军体系的作战流程，即蓝军体系是如何指挥决策并执行的。蓝军体系建设的目标以美军为主，而如果要从整体上去理解美军蓝军体系，就需要从美军的体系化设计的指导思想、设计方法与工程过程去进行全面了解。因此本文梳理了美军在体系设计过程中的正向设计思路，从战略指导、到联合作战概念、在到需求分析的JCIDS与架构设计的DoDAF，以及美国的体系工程过程管理，可为蓝军体系建设提供参考。

一

体系及其特征分析

1.体系概念

“体系”，又称为“系统之系统”（Systems of Systems，SoS），关于SoS的有据可查的文献中最早可以追溯至1964年，一篇关于纽约市城市模型的了论文《城市系统中的城市系统》中提到了“Systems within Systems”。但当时，系统论才刚刚兴起，人们区分系统与体系的差异的需求也没那么强烈。真正将体系研究提升日程的还是美国国防部，随着多兵种联合作战的需求越来越迫切，美国国防部的防务理论发生了根本的改变，从“基于威胁”向“基于能力”转变。“基于威胁”是一种自下而上的发展思路，各军兵种专注于单武器平台的开发。而“基于能力”是一种自上而下的发展思路，需要将各武器平台通过网络连接起来协同作战，从而使各种作战体系集中式爆发，给美国国防部的规划与采购带来了管理上的困境。组成体系的成员系统隶属于各军兵种，一方面都承担有自身的使命，不能一味地迁就体系层面的要求，而不顾本来的目标；另一方面，系统的维护和升级也有独立的负责团队，体系级管理团队如何与各系统级的管理团队之间协调好，也是个问题。现实的问题倒逼“Systems of Systems”成为研究的焦点。

2.体系的本质特征

体系与一般系统的区别是什么？从概念定义上，钱学森将系统定义为，由相互作用相互依赖的若干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整体。INCOSE将体系定义为，由管理上和/或操作上独立的系统组成的，能够完成成员系统无法独立完成的任务的对象系统。从概念上可以看出，体系是一类特殊的系统，是系统的一个子集，但不是所有系统都能称作体系。Maier总结了体系区别于系统的五个特征，分别是：操作独立性、管理独立性、演化式开发过程、行为涌现性、地理分布性。随着人们对体系的研究的深入，其它一些体系与系统的区别也被提出来，包括：在耦合性上，系统的各组成部分是紧耦合的，而体系是松耦合的；在需求边界上，系统具有明确的边界，而体系没有明确的边界等。

我们以联合作战概念下的某一作战体系为例，来理解Mayer提出的体系的特征，首先作战体系的成员系统部署在不同地理位置上，系统间通过网络连接起来，共同涌现出体系的整体任务能力，体系的成员系统在组成体系之间都是彼此独立的，有自己的任务目标和独立的管理团队，即使体系解散了，它们仍能找到自己的定位，而随着体系整体任务需求的变化或者各成员系统的技术升级，作战体系会进化到新的形态。

二

美军装备体系的正向设计

美军已形成一整套比较成熟的武器装备体系化设计的方法体系。从作战概念设计的联合作战顶层概念CCJO，到需求开发的联合能力集成开发系统JCIDS，到架构设计的国防部体系结构框架DoDAF,再到体系工程指南SE for SoS，形成了一条从需求到设计的正向设计之路。

1.美军的概念指导文件链

美军装备体系设计的正向设计之路在顶层战略指导上体现在他的战略指导文件链。如图1所示。国家安全战略作为最顶层文件，描述了美国的地缘政治与地缘经济空间，体现了美国的国家利益。往下是美国的国家防御战略，从国家利益分解到了政治-军事利益。再往下是美国的国家军事战略，与军事作战相关的核心战略。最后是联合作战概念，作为美军武器装备发展的顶层指导。这种对战略的分层处理，便于不同层次的利益相关人员（责任领导）专注于处理本层次的战略问题，且下一层次选择的措施是为了实现上一层次的目标，从而最终形成合理的因果传递链条。

图1 美军战略指导文件链

2.美军联合作战顶层概念

联合作战是指两种或两种以上的军种统一军事行动。美军提出的空陆联合、海空联合、多域联合等都属于联合作战的范畴。联合有两种形态，一种坚持个体的独立性，强调个体间的协调配合；一种将联合深入到融合的程度，联合变成了一体化，一体化源于联合而高于联合，如空海一体战、海军一体化火力防空等。现代战争强调信息互通与整体效能，因此联合的形态倾向于一体化，这也是体系化作战的核心设计思想，即将杀伤链分解，让不同的成员系统各司其职，各自发挥自身优势，并形成体系整体优势。

《联合作战顶层概念》从美军联合作战面临的作战环境，国家面临的安全挑战，军事活动的基本类型，联合作战通用条令，联合作战带来的影响以及联合作战存在的风险等方面进行了阐述。《联合作战顶层概念》中提到对作战行动的理解，不仅仅是战场上战斗而已，还包括安全活动、合作参与以及救援与重建，所谓联合作战是指这四种作战活动的集成运用，没有固定的模板，指挥官需要根据实际的战役目标，来灵活选择军事活动类别。而决定一场战役的胜利是多因素的，即使是战场上击败了敌人，也未必一定会赢得胜利。《联合作战顶层概念》还给出了联合作战中应该遵守的通用条令以及采用联合作战概念将给军队带来的影响。该文件作为美军体系化设计的顶层指导文件，是体系工程正向设计的起点，对于我们理解美军的其它联合作战概念以及美军体系化设计中的其它方法都有很好的参考价值。

3.美军联合能力集成开发系统JCIDS

美军装备发展的需求开发已经由原来的基于威胁的开发转向基于能力的开发方式。基于威胁的需求开发是一种自下而上的思路，首先由各军兵种根据各自领域面临的敌对威胁，建立独立的战略愿景与需求,然后由各军兵种进行独立的试验评估、分析验证与方案选取,并独立开发各自的系统与平台,最后进行后期的集成应用，因为缺乏前期的协调与沟通，这种思路开发出来的系统之间只能具有部分的互操作能力。随着美军一系列联合作战概念的相继提出以及体系与体系工程理论越来越受到美国国防部的重视，这种需求开发方法逐渐暴露出了严重的缺陷,造成了美军装备体系内部各类系统“烟囱林立”，而无法顺利实现跨军兵种的联合集成。

图2 基于威胁的需求产生系统与JCIDS对比图

为应对上述问题，2003年6月，美军发布了CJCSI3170.01C《联合能力集成和开发系统（JCIDS）》及其实施细则，对原来的CJCSI3170.01B《需求生成系统》做出了全面修改。JCIDS的最终目的是得到指导装备开发的需求建议，它的主要分析过程称作基于能力的评估过程（Capability-Based Assessment，CBA），典型的CBA过程如图3所示。联合能力分析的输入为国防部战略指南与联合作战概念，经过功能域分析（Functional Area Analysis, FAA），功能需求分析（Functional Needs Analysis，FNA）与功能解决方案分析（Functional Solutions Analysis，FSA），最终得到包含装备解决方案与非装备解决方案的更改建议文档（DCR）。其中一体化体系架构为联合能力分析时的中间产物，实现联合能力必须开展体系化设计，而体系化设计的基础是确定体系架构。在JCIDS的解决方案分析FSA中提到了一类非装备解决方案，即DOTMLPF，是条令、机构、训练、装备、领导和培训、人员以及设施的字母缩写。这是一种新的思路，因为不是所有的能力需求目标都需要通过开发新的装备来达成，还可以综合运用DOTMLPF手段来实现，这样既能快速满足能力要求，也能避免了研发经费的浪费，同时这种非装备的解决方案还增进了对现有装备体系的理解，扩展了现有装备体系的应用范围。

图3 CBA流程与输出结果图

4.美国国防部体系架构框架DoDAF

美军为在基于威胁的发展模式下各军兵种各自为战的需求开发思路导致美军装备发展“烟囱”林立，装备间的互联互通互操作能力较差，美国国防部在统筹开展基于C4ISR的多兵种联合作战设计时，面临着不同装备供应商之间技术体制不一样，无法实现一体化设计与评估的问题。为此，1995年，美国国防部专门成立了“C4ISR一体化任务小组”，颁布了C4ISR架构框架1.0版。2002年，美国国防部提出从“以威胁为基础”向“以能力为基础”的兵力计划构想转变。实现这一目标的最有效方法就是开发和使用一体化的架构。鉴于C4ISR架构框架在实践运用中发挥的巨大效益，2003年1月颁布了国防部架构框架DoDAF1.0版草案，到了2009年5月，发布了较为稳定的DoDAF2.0。英国与北约参照美国的DoDAF,也分别发布了自己的统一架构框架规范，称作MoDAF与NAF，国际对象管理组织OMG将三者合并推出了统一架构框架UAF（Unify Architecture Framework，UAF），从而形成了统一的体系架构描述规范。

DoDAF是一种多维度、多视图描述方法，该体系架构框架主要分为三个层次，视点（View Point），视图（View）以及模型与数据。模型是指用于收集数据的模板。视图表示使用格式或模型的一组相关信息。视点描述了从一个或多个角度绘制并以特定方式使用应该出现在个人视图中；模型加数据构成了视图，多张视图构成了某一类视点，视点是指视图的类型。DoDAF2.0中包含了8类视点，分别是全视点、能力视点、系统视点、操作视点、数据和信息视点、项目视点、服务视点与标准视点。其结构图如图4所示。DoDAF是美国国防部在联合作战指导思想下，为统一不同装备开发商之间的架构设计规范，并将其管理的6大核心流程统一起来而开发的架构描述标准。DoDAF只是一种体系架构描述方法，而不是体系架构设计方法。

图4 DoDAF架构框架关系图

5.美国国防部体系工程指南

为指导美军的装备体系建设，美国国防部于2008年发布了《体系工程指南》。在该指南中提出了体系工程的核心过程模型，给出了7个核心要素过程执行的细则以及传统的系统工程过程与核心要素过程之间的关系。如图5所示。1)转换能力目标。能力目标是体系存在的必要性，体系能力目标是整个体系工程的总目标，因此如何将体系的能力目标分解为成员系统的需求是体系构建的关键。2)理解系统和关系。体系的能力目标是通过成员系统间交互与协作共同涌现出来的，因此成员系统之间的关系是体系设计的重要内容。3)能力目标性能评估。体系工程的验证与确认过程是评估体系的效能输出对能力目标的满足程度，因此该过程也是非常重要。体系开发过程中有两个层次的测试，一个是开发测试和评估，一个是操作测试和评估，体系能力目标的性能评估主要在操作测试和评估层次，即在体系的成员系统开发完成后，在体系层进行体系整体的集成后开展体系能力目标验证。4)开发、演进和维护体系框架。体系一般都具有较为稳定的架构，体系的架构来源于现实的业务逻辑，而随着业务目标的变化，体系的架构会随之改变，需要持续维护，因此该过程也是体系工程的核心元素过程。5)监测和评估变化。体系是持续进化的，没有“完成”的模式。体系业务需求的改变，成员系统的升级以及非预期的涌现性的发现，都会带来体系的进化，体系设计者需要随时关注体系中的变化并评估变化对体系的影响，因此该过程也是体系工程的核心元素过程。6)处理新需求和选项。一旦体系中出现新的需求，设计者需要分析需求的影响和优先级，并协调新需求的利益相关方共同处理，这项核心元素过程活动最终将形成一份用于使SoS不断演进的技术规划。7)体系的协调升级。在发现和分析完体系新的需求后，需要对体系的升级工作进行计划与组织。