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一、研究价值 随着先进信息化技术的应用，现代作战模式和战场环境已经发生了根本性的改变。以美国为首的西方国家在新一代装备发展思路上也发生了根本性的转变，逐渐实现了装备发展由平台化向体系化的过渡，基于作战任务和战法进行装备体系构建与更新。 在此背景下，装备保障作为武器装备的重要组成和战技性能，也必须顺应和融入装备体系化发展的趋势，与装备对象体系进行一体设计。另外，伴随装备的功能组成与任务模式的日趋复杂多变，与之相匹配的保障系统的体量规模和运行模式也日益呈现出体系的独立性、交互性、动态性等特征，应将保障系统视为保障体系，进行规划、设计与评价。 针对装备保障体系，传统的保障性工程在装备保障设计与建模过程中反映出诸多问题： （1）全面系统地进行保障性分析越来越困难； （2）保障性分析所需的必要信息严重匮乏，特别在研制早期，除了任务需求外，装备设计、使用和保障信息均无法及时获得； （3）在保障性分析过程中，存在大量随机性因素的影响，使得保障难于建模分析； （4）装备的保障与效能、战备完好性、寿命周期费用等综合性能参数之间关系非常复杂，很难用精确的常规数学模型建模分析； （5）装备的使用涉及大量非定量因素，难以用数学方法表达和分析； （6）缺乏预计、评估和验证的工具等。 鉴于上述问题，需要引入和应用面向复杂装备保障体系的建模与仿真方法作为论证与研制的补充手段，支持装备综合保障工作的有效展开。 本文提供两种适用于装备保障体系的建模与仿真思路，初步建立起基于模型的、适用于复杂装备体系保障的、有别于传统保障性工程的装备保障体系业务方法。实现对装备保障体系的需求论证，方案设计、评价与优化，以及作战适用性验证与评估等业务过程的有力支撑及技术方法的有益探索，解决装备保障体系的论证、设计、评估问题。 二、主要思路 本文针对服务于装备或装备体系的保障体系，提供两种建模与仿真的思路。 一种思路阐述了从系统模型、资源模型、任务模型、过程模型和组织模型等维度对装备保障体系进行多视图关联建模、一致性分析与仿真优化，并对各视图建模重要且成熟的技术方法进行概要内容阐述、应用要点及优劣分析。 另一种思路阐述了基于能力的装备体系需求分析方法，并运用QFD对装备体系保障能力要求进行分析，以指导装备保障体系DoDAF建模，并研究其与仿真之间的关系，提出DoDAF产品驱动仿真框架。 2.1 思路一：集成化装备保障体系多视图建模与仿真 （1） 集成化装备保障体系多视图模型构建 装备保障体系模型是对装备保障进行抽象得到的对于装备保障体系某个或某些方面的描述。由于装备保障体系是非常复杂的系统，不可能用一个模型描述清楚，因此装备保障体系模型的一个显着特点是多视图特性，即由一组模型组成，每个子模型完成装备保障体系某个局部特性的描述，按照一定的约束和连接关系将所有子模型组成在一起，构成整个装备保障体系模型。 装备保障体系建模是建立全部或部分装备保障体系系统模型、资源模型、任务模型、过程模型和组织模型等的过程。它通过一系列步骤和采用一定的方法，对装备保障体系进行分析和简化，在去掉对建模目的影响不大的许多细节后，得到一个抽象模型。集成化多视图装备保障体系模型拓扑结构如下图所示。
图1 装备保障体系模型体系拓扑结构 如上图所示，各视图模型不是孤立的，而是有密切的联系。装备保障体系中的某些要素可以在不同的模型中以不同的粒度出现。例如，系统模型、组织模型的要素在过程模型中均能得到一定程度的表达，而任务模型也包含过程信息，过程模型是在任务模型的基础上分解产生的。在上述五个模型中，过程模型居于核心地位，驱动模型体系动态仿真运行、分析优化。 （2） 装备保障体系各视图需保持一致性 由于多视图建模方法采用多个不同视图模型描述装备保障体系的不同侧面，但模型之间彼此独立，容易产生模型内容不一致的问题，导致后续分析、优化结果出现差错。采用分解方法建立的层次化模型，应当保证上下层模块之间的一致性，即同一视图的纵向细化一致性与视图间的横向映射一致性。纵向一致性可以在视图模型细化的过程中加以保证，横线一致性可通过关联消解、制定一致性规则等方式确保一致性。 （3） 装备保障体系多视图建模主要方法 （a） 装备保障体系的系统建模方法 系统模型，不仅描述被保障的装备，还描述与装备匹配的保障系统，是其他几种模型建模依据。装备保障体系的系统建模方法，主要有基于Agent的装备保障体系结构建模、基于IDEF0的装备保障体系功能建模。 （b） 装备保障体系的组织建模方法 组织模型，是对系统模型、过程模型、资源模型的重要补充，也是其他模型的重要基础，一般由静态结构和动态结构组成，主要方法有基于UML的保障组织结构建模、基于层次结构图的保障组织结构建模。 （c） 装备保障体系的任务建模方法 任务模型描述装备保障体系需要完成的使命任务，使命任务是装备保障体系其他模型存在的基础，通过其他模型共同完成承担的使命任务。使命任务可分解细化，以便建立与其他视图之间的对应关系。最实用的方法是基于表单的装备保障体系任务建模。 （d） 装备保障体系的资源建模方法 保障资源是组织完成各种装备保障任务的物理元素的集合，是装备保障组织结构赖以执行任务或为任务执行提供支持的物质因素。装备保障的任务执行、功能实现、组织成员的活动、最终目标的完成等都必须得到资源的支持。资源模型是对过程模型、系统模型和组织模型的重要补充。常用的资源建模方法有IEM、CIM-OSA、ARIS、UML等。其中，UML作为一种面向对象的建模技术被各领域广泛认同，在资源建模方面也表现出很大的优势。 （e） 装备保障体系的过程建模方法 过程建模，是通过定义其组成活动，以及活动之间的逻辑关系来描述、设计保障过程，是仿真分析的前提，是过程诊断、分析、评估、改进等活动的基础。主要方法有IDEF系列、扩展的事件过程链、i*结构模型、扩展流程图法、UML、Petri网等。但上述方法均不能单独全面满足装备保障过程建模的所有功能，而IDEF3和Petri网综合法有强大的描述和分析能力，符合装备保障体系过程建模要求。 2.2 思路二：基于能力需求的装备保障体系DoDAF建模与仿真 （1） 装备保障体系能力需求分析 在能力层面考察装备体系作战需求时，能力要求作为使命任务的内在需求，具有相对稳定性，当使命任务需求发生变化时，能力需求可部分调整以适应变化。
图4 基于能力的体系需求分析框架 结合上述装备体系需求分析框架，面向装备体系维修保障要求，建立相应的基于QFD的装备体系保障能力分析过程框架，通过作战任务到保障能力，再到能力指标分解，得到装备体系初步保障能力指标体系，用于后续装备体系结构开发以及保障仿真，其实质是构建装备体系的保障能力到保障指标的映射矩阵并进行映射与分解过程。 （2） 装备保障体系DoDAF建模 DoDAF是适用于装备体系结构开发顶层的、全面的框架和概念模型，提供了不同的视图集来对体系结构进行开发，为装备体系结构的描述、表示以及任务活动执行过程的集成建模定义了一种通用途径，用于保证定义在组织机构之间的统一性，便于体系结构的相互理解、比较和集成建模。在针对装备体系保障任务建模的过程中，并不需要用到DoDAF的所有产品，需要通过分析保障任务来对DoDAF进行剪裁。根据装备保障体系特点，对装备体系结构的形式化描述需要包含四方面： (1) 保障目标描述，即保障任务要实现什么样的效果，需要什么样的保障能力； (2) 保障要素描述，即完成保障任务需要的人员、物资、设备、零备件、设施等，在DoDAF中体现为执行者； (3) 保障活动描述，即由执行者在完成保障任务时需要进行的活动和各种操作； (4) 保障活动之间的描述，即执行者所执行的各个保障活动之间的交互关系。 根据建模描述需求在DoDAF框架中选取适当的产品对装备体系结构进行建模，如图5所示。
图5 装备体系结构建模 （3） 基于可执行装备保障体系结构的仿真优化 依据一定的映射机制，将基于DoDAF框架的装备保障体系各视图（系统视图、作战视图、能力视图等）转换为可执行模型，通过仿真结果验证、评价体系设计，从而达到保障迭代持续优化的目标。可行的基于可执行体系结构的仿真模型有IDEF3模型、多智能体仿真模型、GERT模型、Petri模型等。 三、应用方向 本文阐述的两种装备保障体系建模与仿真思路，可在航空、航天、船舶、电子、兵器等各领域使用，典型应用方向和场景如下： （1） 面向体系型号的保障需求论证与作战适用性鉴定 伴随装备体系化发展的趋势，型号论证逐渐从单装论证转变为体系论证，传统的单装保障论证方法逐渐不再适用，基于体系工程进行装备保障需求论证成为必选，其核心是装备保障体系的建模与仿真。另外，基于论证框架的变革，装备试验鉴定也需要以作战为牵引、以体系为对象开展，而出于方法连续性、场景完整性和推演灵活性等因素，仿真是最实用、最有效、最经济的技术手段。 （2） 基于模型的保障性设计与分析 当前传统的基于文档的系统工程越来越不能适应复杂武器装备正向设计与多专业协同的诉求，基于模型的系统工程越来越得到装备各级研制部门的重视。保障性作为武器装备研制重要的一个特性和专业，也需要与时俱进地探索和发展基于模型的设计分析方法，形成成熟、可行的装备保障体系建模与仿真方法，确保有效融入到型号研制的过程中，与各专业同步协调的设计与交付。 （3） 可视化的保障方案评价与优化 保障方案是保障性工程的实施的起点和终点，贯穿装备保障性工程的各个阶段。传统的保障方案以文档的形式为主，是否满足研制与使用要求难以评价，而建模与仿真手段使静态、枯燥、无声的保障方案变得可动态演示、可动画展现、可反复推演、可量化评估，从而颠覆了保障方案设计与评价的方式，让保障更能满足专业自身“综合、权衡”的特点，最终更能与装备对象协调匹配，进而提升装备的战备完好性和任务成功性。 四、总结 本文从体系的视角看待装备保障系统，探索了面向装备保障体系的两种建模与仿真思路，简要介绍了第一种思路：集成化装备保障体系多视图建模与仿真，重点介绍了第二种思路：基于能力需求的装备体系DoDAF建模与多智能体仿真，阐述了装备保障体系建模与仿真的应用领域与场景，为型号论证、研制及评估单位在新的技术背景和业务模式下与时俱进地推进和变革保障性工程理论方法和应用技术提供了可供借鉴的路径。 |
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