行業(yè)案例 | MBSE解決方案(二):基于DoDAF的武器裝備體系結(jié)構(gòu)建模





概述




在當前的信息化戰(zhàn)爭條件下,信息化程度不斷增加,交付端到端的信息能力的需求不斷增長,因此,如何使經(jīng)費支出最少、交付的系統(tǒng)規(guī)模更大,而且能夠互操作和信息共享,已成為體系頂層設(shè)計需要解決的重要課題。體系架構(gòu)的開發(fā)采用規(guī)范化的圖形、表格和文字,清晰、直觀、形象化地描繪了系統(tǒng)使命任務的范圍、需求、目標、背景、可行的解決方案、過渡策略和所需的標準,形成了定性與定量相結(jié)合的頂層設(shè)計方案。因此,體系架構(gòu)建模可作為系統(tǒng)頂層設(shè)計的重要手段之一。

為客觀評價武器裝備在體系作戰(zhàn)中的能力,本文針對導彈系統(tǒng)采用基于DoDAF的體系建模方法,利用多視圖模型,按照作戰(zhàn)概念、作戰(zhàn)活動、能力、需求指標的順序,構(gòu)建導彈體系論證模型,并形成具體的導彈性能指標。





應用的方法和工具




 1 

體系架構(gòu)框架DoDAF

DoDAF是美國國防部的制定的體系架構(gòu)框架,以指導和規(guī)范美軍的體系化和信息化建設(shè)。DoDAF可以作為軍事信息化的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計參考藍圖,綜合考慮業(yè)務、數(shù)據(jù)、應用、技術(shù)、標準、項目實施等多個方面。以便對大規(guī)模、復雜系統(tǒng)進行頂層設(shè)計,指導未來的系統(tǒng)建設(shè)。DoDAF的8個視角,可以全方位、全過程的對復雜軍事系統(tǒng)的分析設(shè)計提供路線圖和建模框架。

行業(yè)案例 | MBSE解決方案(二):基于DoDAF的武器裝備體系結(jié)構(gòu)建模的圖1

圖 1 體系架構(gòu)框架DoDAF


 2 

體系架構(gòu)建模工具 Modelook.EA

體系架構(gòu)建模工具Modelook.EA支持UPDM建模語言和DoDAF模型框架,用于開展面向復雜軍事組織體系和裝備體系的多視角、多視圖的體系架構(gòu)設(shè)計建模,開展任務需求分析,任務場景分析、體系架構(gòu)分析及體系架構(gòu)邏輯驗證等。

支持美國國防部體系架構(gòu)框架DoDAF2.0標準,全面支持8個視角52張視圖的圖形化建模,這些模型通過圖形、文檔、矩陣、表格等形式對視圖進行分析,提供統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲庫,保證各數(shù)據(jù)項目之間的一致性,實現(xiàn)了以數(shù)據(jù)為中心的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)方法。同時具備與多種仿真環(huán)境接口,可利用作戰(zhàn)場景的三維時空物理模型與信息模型、體系信息交互的時序圖與系統(tǒng)內(nèi)部行為的狀態(tài)圖及可視化仿真技術(shù)完成模型的動態(tài)特性、協(xié)調(diào)性和時間特性的驗證;在此基礎(chǔ)上,通過作戰(zhàn)場景驅(qū)動任務與體系架構(gòu)的行為模型,可視化仿真裝備系統(tǒng)的運行,完成系統(tǒng)的作戰(zhàn)概念、系統(tǒng)體系架構(gòu)、系統(tǒng)的主要功能、接口驗證,從而實現(xiàn)體系架構(gòu)在全局戰(zhàn)場背景下的驅(qū)動和論證。

行業(yè)案例 | MBSE解決方案(二):基于DoDAF的武器裝備體系結(jié)構(gòu)建模的圖2

圖 2 體系架構(gòu)建模工具 Modelook.EA





案例展示




 1 

建立高級作戰(zhàn)概念圖

以導彈作戰(zhàn)單元執(zhí)行防御任務為背景,建立OV-1 高級作戰(zhàn)概念圖。包括作戰(zhàn)海域、作戰(zhàn)目標、作戰(zhàn)方式以及作戰(zhàn)節(jié)點(通信衛(wèi)星、打擊導彈、雷達等)。

行業(yè)案例 | MBSE解決方案(二):基于DoDAF的武器裝備體系結(jié)構(gòu)建模的圖3

圖 3 OV-1高級作戰(zhàn)概念圖


 2 

導彈作戰(zhàn)活動模型

作戰(zhàn)活動模型OV-5b是根據(jù)作戰(zhàn)概念細分為若干個具有時序關(guān)系的作戰(zhàn)任務,并將每個作戰(zhàn)任務進一步分解,得到更為具體的作戰(zhàn)活動。根據(jù)防御導彈作戰(zhàn)單元的攔截作戰(zhàn)任務,可以建立如下圖所示的作戰(zhàn)活動模型。

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圖 4 OV-5b導彈作戰(zhàn)活動模型


 3 

導彈作戰(zhàn)事件跟蹤模型

作戰(zhàn)事件跟蹤描述模型OV-6c提供了多個作戰(zhàn)節(jié)點之間信息交互的時間序列,描述了某一場景中的行動軌跡。有助于定義作戰(zhàn)節(jié)點的接口,以便在正確的時間完成賦予它的作戰(zhàn)活動。根據(jù)防御導彈作戰(zhàn)單元的攔截作戰(zhàn)任務,可以建立如下圖所示的作戰(zhàn)事件跟蹤模型。

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圖 5 OV-6c導彈作戰(zhàn)事件跟蹤模型


 4 

導彈能力需求模型

武器裝備能力是指在既定的軍事背景和戰(zhàn)場環(huán)境下,為完成既定的作戰(zhàn)任務和使命,實現(xiàn)戰(zhàn)略目標,對武器裝備提出的能力要求。

作戰(zhàn)活動-能力映射矩陣CV-6是通過作戰(zhàn)活動研究作戰(zhàn)單元所需要的作戰(zhàn)能力,并將作戰(zhàn)活動與作戰(zhàn)能力進行映射,可以直觀清晰表達出作戰(zhàn)活動與所需能力的對應關(guān)系。通過分析防御導彈作戰(zhàn)單元執(zhí)行作戰(zhàn)任務活動與能力之間的關(guān)系,可建立如下圖所示的防御導彈的作戰(zhàn)活動-能力映射模型。

行業(yè)案例 | MBSE解決方案(二):基于DoDAF的武器裝備體系結(jié)構(gòu)建模的圖6

圖 6 CV-6導彈作戰(zhàn)活動-能力映射矩陣


 5 

導彈指標模型

武器裝備指標指體系結(jié)構(gòu)中的武器裝備各自單獨具有的屬性,特別是表現(xiàn)出的與作戰(zhàn)相關(guān)的特性指標。對武器裝備能力需求進行分析,經(jīng)過逐級分解映射,將裝備能力需求轉(zhuǎn)化為武器裝備實體的功能及性能指標。

通過梳理目標任務和需求指標的關(guān)系,然后篩選出與關(guān)聯(lián)度較高的指標作為底層具體指標,綜合確定出如下圖所示的導彈指標模型(以火力打擊能力為例),可以直觀體現(xiàn)從防御導彈作戰(zhàn)能力到系統(tǒng)功能和性能指標的關(guān)系。

行業(yè)案例 | MBSE解決方案(二):基于DoDAF的武器裝備體系結(jié)構(gòu)建模的圖7

圖 7 導彈指標模型





總結(jié)和收益




針對現(xiàn)有指標體系建立存在的問題,應用基于DoDAF的指標建立方法。從系統(tǒng)工程的角度對導彈作戰(zhàn)單元體系進行分析,按照作戰(zhàn)目標、作戰(zhàn)活動、能力要素、性能指標的順序,層層分解得到從使命任務出發(fā)的性能需求結(jié)構(gòu),從而建立合理的作戰(zhàn)能力評估指標體系。從建立指標體系的過程可知:該方法可以避免專家在指標體系建立過程中主觀因素的影響,能夠客觀表示出導彈作戰(zhàn)單元的作戰(zhàn)能力,使指標體系的構(gòu)建更加符合實際需求。最后分析了各個指標的內(nèi)涵和作用,為研究導彈作戰(zhàn)單元作戰(zhàn)能力奠定了基礎(chǔ),具有較高的應用價值。

開展基于模型的武器裝備體系結(jié)構(gòu)建模工作具有以下優(yōu)勢:

1


采用基于DoDAF的體系結(jié)構(gòu)建模方法,全面構(gòu)建任務和體系架構(gòu)建模能力;

2


掌握模型化的裝備體系分析方法,提升武器裝備作戰(zhàn)場景和交聯(lián)關(guān)系的分析能力,豐富武器裝備論證手段,提升武器裝備總體論證能力;

3


基于模型的論證過程可以在其他型號論證過程中進行模型復用,有利于提升多型號的并行論證和研制工作效率。



文章來源: 杉石科技

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