美國海軍開放架構戰略分析及其啟示*

謝勁松 胡 波

(海軍裝備部裝備采購中心 北京 100071)

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美國海軍開放架構戰略分析及其啟示*

謝勁松 胡 波

(海軍裝備部裝備采購中心 北京 100071)

在美軍推行轉型的過程中,美國海軍實施了“開放架構”戰略,探索將美國海軍各類信息系統全面轉向開發系統架構的途徑。經過十多年的建設,美國海軍取得了重要的進展,逐步完善了面向開放系統架構的技術、管理和基礎設施。論文對美國海軍“開放架構”戰略進行了探討和分析,歸納了開放架構實施中的成功經驗啟示。

美國海軍; 開放架構戰略

Class Number E843

1 引言

上個世紀末,美軍開始了以聯合作戰能力發展為目標的轉型,信息技術在軍隊中的革命性應用發展到一個新的階段。在此背景下,美國海軍實施了“開放架構”戰略,為美國海軍信息系統建設探索了一條極具特色的路徑。

美國海軍實施“開放架構”戰略,目的是解決美國海軍發展聯合作戰能力所面臨的信息系統建設的一系列關鍵問題,包括系統互操作能力、費用控制、快速升級及風險控制等問題,其最終目標是將美國海軍的各類作戰系統、武器系統全面轉換到模塊化的、具有互操作能力的、可快速升級且具有可承受性的開放系統技術體制[1],建立起高效的、面向開放系統方法的信息系統采辦管理體制,達到“在更短的周期內、以更少的費用,交付更高的作戰能力[2]”。

經過十年的推行,美國海軍獲得了豐富的經驗[3],建立起了“開放架構”戰略實施的框架,為后續階段完成戰略任務奠定了堅實的基礎。

作為推動美國海軍實現轉型的方案和路徑[4],“開放架構”戰略體現了美國海軍在信息時代繼續確保技術領先優勢的戰略雄心和轉型的要求。分析美國海軍“開放架構”戰略產生的背景,研究其包含的理念、技術體制變革、采辦政策變革的內容,梳理其發展的脈絡,剖析其面臨的問題和解決方案,對研究信息時代軍隊信息化建設途徑具有重要的借鑒意義。

2 “開放架構”戰略概述

2.1 “開放架構”戰略是實現“開放系統”方法的途徑

美國海軍的“開放架構”戰略是其向“開放架構”轉型的方案和路徑。2003年,美軍在信息技術領域全面轉向“開放系統”技術體制,要求“任何可行的情況下,應當應用模塊化的開放系統方法”[4],而“開放架構”是美國海軍應用模塊化“開放系統”方法的途徑和一整套方案[4]。

所謂“開放系統”,IEEE定義為開放系統是在接口、服務以及信息格式幾個方面實現了足夠多的開放規范,從而使經過良好工程過程的軟件能夠: 1) 僅經過最小的改動就能夠移植到較寬范圍的各類系統; 2) 能夠與本地或者遠程的系統進行互操作; 3) 與用戶交互時能夠支持用戶的移動性[5]。

美國海軍“開放架構”戰略是美國海軍針對如何在作戰系統和武器系統采辦中更好地運用“開放系統”方法所進行的探索,其目標是建立起符合“開放系統”原則,包括技術標準、工程規范、采辦流程、合同管理方法等措施的,新的國防系統開發和采辦管理體制。

2.2 “開放架構”戰略實施的背景

1) 信息時代與美軍轉型

上個世紀末,冷戰結束和信息技術高速發展對世界產生了深遠的影響。面對新的形勢,美軍開始了以聯合作戰能力為目標的全面轉型,此次轉型,以信息技術應用為手段,以建設具備聯合作戰互操作能力的信息基礎設施為重要支撐,使美軍在國防費大幅縮減的條件下,獲得更大的作戰能力。

上個世紀末,信息技術進入到高速發展的階段,技術創新和技術應用的深度和廣度都大幅提高。信息技術的廣泛應用提出了信息系統集成和互操作的需求,大大推動了開放標準體系的發展,使得基于開放標準的信息技術快速進入到網絡時代。

國防經費縮減和民用技術的高速發展,促使美軍在信息技術領域轉向采用商用技術和產品。20世紀90年代開始,美國防部開始在采辦法令中允許使用商用現貨產品,2003年,美國防部發布新的DoD5000系列采辦文件,在法律上確認了全面向“開放系統”技術體制轉型。

2) 美國海軍的轉型及信息系統建設的問題

在美軍轉型的整體戰略下,美國海軍提出了“21世紀海上力量”作為海軍轉型的藍圖,設想了在革命性的信息應用基礎上,將美國海軍力量連接成網絡化的整體,提供獨立的海上進攻、防御、前沿存在能力。針對轉型,美國海軍提出了信息技術的應用方式——FORCEnet,作為美軍GIG的海軍部分,支撐美國海軍的轉型。

實現FORCEnet對美國海軍來說是一個巨大的挑戰,既要解決系統之系統的集成,還需要對現役裝備進行網絡中心戰能力升級,不論是新能力的開發還是現有艦隊裝備的信息化改造,都存在非常大的困難和風險。

2.3 美國海軍探索開放系統技術方法的情況

從20世紀90年代開始,隨著商用信息技術的發展,美國國防部逐步改變了信息技術和產品的采辦政策,在這個過程中,美國海軍的各系統司令部和項目執行辦公室對如何有效采用開放系統技術和產品,經過了將近十年的多個階段的探索。

1) 采用商用現貨產品階段

1990年代的中后期,美國海軍開始將主要的武器系統和作戰系統的硬件更換成商用產品。其中,潛艇部門取得了非常成功的經驗。

1995年開始,美國海軍潛艇裝備部門開始實施水聲商用現貨快速插入(Acoustic Rapid COTS Insertion,ARCI)項目,在保留潛艇傳感器的基礎上,對聲納系統的信息處理部分采用開放系統技術體制進行改造[6]。通過采用商用計算機硬件產品,同時采用模塊化方法來開發信號處理和水聲應用軟件,ARCI項目實現了聲納信號處理系統的功能和處理能力每年升級一次的快速更新模式,計算機硬件與商用主流產品升級換代保持同步,既能夠不斷提高系統的處理能力,也能夠使整個服役期的計算機硬件替代費用大幅降低[7]。

ARCI項目得到美軍廣泛認可,成為推動“開放架構”戰略的重要經驗。

同一時期,弗吉尼亞級潛艇作戰系統開發、宙斯盾系統升級都采用了商用現貨,達到了既降低采辦費用,也大幅提升計算能力的目標。

運用苗頭預測法是解決勞動爭議“防調結合，以防為主”工作方針的具體要求。要做到“防調結合，以防為主”。必須及時掌握糾紛發展、變化的客觀規律，發現糾紛發展和深化的苗頭，洞察糾紛當事人思想和行為不斷變化的蛛絲馬跡，及時有針對性地采取措施．進行積極的疏導，把矛盾解決在萌芽狀態，防止其擴大和激化。

2) 通用計算環境階段

進入21世紀,在國防系統中采用開放系統技術和產品已成共識,美國海軍的大量作戰系統和武器系統的開發和升級都轉向開放系統體制,DDG1000、LCS、P-8A、E-2等項目都采用開放系統技術體制并在工程實現過程中獲得了許多實施經驗。

美國海軍開發DDG1000驅逐艦的作戰系統時,設計了基于開放系統技術體制的全艦計算環境,大量采用商用現貨硬件產品,并采用了開源的操作系統RedHat Linux,在開發費用、開發周期、風險控制等各個方面取得了顯著的成效,成為大型作戰系統開發的參照模式。

3) “開放架構”思想形成

在各個領域向開放系統技術體制變革的過程中,美國海軍認識到有必要在整個海軍建立一套制度,達到既可以共享系統工程中的有效措施,也能夠實現整個海軍范圍內最大限度共享相同的技術產品和功能模塊。

為了更好地統籌水面艦艇作戰系統的開發,減少重復采辦,2002年,美國海軍成立了海軍綜合作戰系統(Integrated Warfare System,IWS)項目管理辦公室(Program Executive Office Integrated Warfare Systems,PEO-IWS),負責除航母以外各類水面艦艇平臺的作戰系統和武器系統項目管理。美國海軍賦予PEO-IWS探索水面艦艇模塊化作戰系統開發方法的任務,期望盡可能地提高水面艦艇作戰系統功能共享程度,實現整個水面艦艇作戰系統“全壽命可承受”的目標[7]。

PEO-IWS提出了統一技術體制和統一作戰系統功能架構的思想,采用DDG1000全艦計算環境類似的作戰系統功能架構,把作戰系統劃分層多個層次、各層次由多個功能模塊組成,通用硬件和通用的基礎軟件構成通用的計算環境,支撐由領域相關的功能模塊構成的各類作戰系統應用。PEO-IWS力圖通過統一的功能架構,為整個水面艦艇領域相同功能重復利用,提高作戰系統開發的速度和投資效率提供一個基礎[8]。

在探索模塊化開放系統方法的過程中,美國海軍結合實踐經驗和學術機構研究結論,明確了整個海軍整體協調轉型的要求,不僅在技術體制轉型,還必須在采辦管理制度,人員觀念實現轉變。2004年8月,美國海軍負責裝備研發和采辦的副部長發布了“開放架構”政策,建立起一個包含所有系統司令部和項目執行辦公室人員的專門機構——開放架構企業團隊(Open Architecture Enterprise Team,OAET),負責整個海軍實施“開放架構戰略”的全局工作,同時明確了各系統司令部和項目管理辦公室對“開放架構”實施的職責;之后,美國海軍作戰部發布了海軍開放架構需求文件[9],提出“開放架構”的原則,要求在所有的武器系統和作戰系統研制、升級中考慮“開放架構”的要求;此后,“開放架構”成為美國海軍的戰略,推動美國海軍全面實施向開放系統技術體制的變革。

2.4 “開放架構”戰略的目標及原則

“開放架構”戰略是美國海軍在海軍全局推行模塊化開放系統方法的戰略,這一戰略力圖通過在管理、技術及觀念三個層面的變革,在美國海軍建立起整套的、模塊化開放系統技術應用模式和管理制度。

“開放架構”戰略的最終目標,是將美國海軍作戰系統和武器系統轉變到“模塊化的、具有可承受的升級能力的系統”。

美國海軍認識到,實現“開放架構”的目標,必須有效地吸收信息技術進步的成果并結合軍隊裝備采辦和升級的特點,尋求適當的途徑,這個途徑,不僅包括技術上的變革,也包括在裝備采辦管理方面的變革。這些變革的要求,首先體現在基本的原則。美國海軍發布的開放架構需求文檔提出了系統開發必須遵循的五個基本原則[9]:

1) 模塊化設計及設計公開;

2) 可重用的應用軟件;

3) 可互操作的聯合作戰應用軟件和安全的消息交換;

4) 全壽命的可承受性;

5) 激勵競爭和協作。

上述各項原則,體現了開放系統方法要求和美軍裝備采辦特點,模塊化設計和設計公開是核心,快速升級和共性功能通用的基礎是模塊化;此外,全壽命的可承受性則體現了海軍裝備一次開發、多次升級的特點所要求的總體費用最優需求。

3 “開放架構”戰略的變革情況

美國海軍認識到,“開放架構”戰略目標不僅僅是技術的改變就可以達到,而必須通過管理方面和技術方面整體協調的變革,形成適應開放系統技術體制的采辦流程和制度,技術實現的系統工程方法,以及各類人員的觀念。因此,“開放架構”的實施過程,包括了三個方面的主要措施。

1) 變革海軍的流程和管理措施,以“利用開放系統技術體制,達到快速部署可承受的、具備互操作能力的系統”;

2) 在技術層面提供基于開放系統技術體制的系統工程領導,以更小的經費、更快的速度,獲得更加通用化的,具有互操作性的能力;

3) 改變海軍和海軍陸戰隊的文化,以更深入地落實開放系統方法的原則。

3.1 “開放架構”戰略的主要措施

為推進“開放架構”戰略,在OAET的主導下,美國海軍在技術、管理和培訓三個方面系統地推行新的措施。

在管理層面,美國海軍主要的措施包括:公開設計資料,談判獲取適當的數據產權、增加全局協作、強化方案審查、發展新的管理模式、變革合同管理、增強工業界競爭、針對全壽命可承受性進行設計。

在技術層面,美國海軍主要的措施包括:采用模塊化系統、發布接口規范、隔離專用部件、采用得到廣泛使用的標準、重復使用軟件部件、開發有互操作能力的應用軟件、確保安全的數據交換。

在培訓層面,美國海軍著力在軍方和工業部門推廣“開放架構”戰略的思想,力圖取得各個方面的共識和支持,主要的措施包括:在美國國防采辦大學開設“開放架構”的訓練課程,定期舉行軍方和工業部門參與的學術會議和工業日,支持美國海軍研究生院開展“開放架構”方面的研究等。

3.2 “開放架構”戰略的基礎建設

為了把“開放架構”戰略所要求的新的技術措施和管理措施落到實處,形成可操作的流程和方法,提供可利用的工具和標準,美國海軍首先推動了相關基礎建設。

1) 模塊化開發方法的基礎建設

在模塊化開發模式下,部件或模塊成為最重要的資產。“開放架構”戰略的基礎建設,包括開發統一的技術參考模型及建立海軍共用的模塊庫,來更好地支撐海軍范圍的模塊化開發方法。

技術參考模型是一個對系統結構、功能組成和技術標準進行定義或規范的集合,是系統設計中劃分模塊的標準及系統功能結構定義的框架。“開放架構”戰略確定將美國海軍類型眾多的作戰系統和武器系統的技術參考模型統一到盡量少的幾個模型,以最大限度地提高整個海軍范圍內國防系統模塊的重復利用程度。

美國海軍統一技術參考模型的工作包含各領域協調和海軍范圍的協調,首先是各系統司令部及項目管理辦公室內進行統一和協調,然后,通過OAET的總體協調,平衡領域獨特性和通用性要求,兼顧現有系統轉換的考慮,在海軍范圍內開發全海軍共用的幾個技術參考模型。海軍共用的技術參考模型采用一致的基礎計算服務架構,而在領域特有功能的劃分和定義中體現領域的特點。目前,水面艦艇、航空、C4I系統的升級已經全面向新的技術參考模型遷移。

美國海軍建立了“軟硬件資產重用企業系統”——SHARE[10](Software/Hardware,Asset Reuse Enterprise environment),作為整個海軍可共用的功能模塊的資源庫,在資源庫中,保存了軟件模塊、硬件部件的設計資料、功能定義、技術規范、關鍵接口定義等部件使用過程中必須了解的信息以及軟件的代碼。

與SHARE相配套的,有模塊提交的認證機制和模塊共用的授權許可證制度。模塊提交的認證機制決定什么模塊可以進入SHARE,授權許可證制度則決定軍方及國防承包商如何訪問SHARE及使用SHARE中模塊資產的知識產權許可方式。

2) 管理制度建設

管理制度變革的目標是建立漸進式采辦模式,美國海軍在美國國防部采辦管理制度的框架下,對國防系統的采辦制度進行了變革,建立起支持獨立模塊采辦的漸進采辦制度。

首先,美國海軍在采辦管理的流程中嵌入“開放架構”管理機制,在多個里程碑審查和節點審查中,增加“開放架構”審查條目,并明確規定評價各類項目系統工程規劃是否符合“開放架構”要求的準則。

針對新的采辦制度,美國海軍發布了《“開放架構”項目管理員合同指南》文件[11],對新的采辦模式下合同的內容和“開放架構”原則的運用提供指導和規范,要求海軍項目管理員”用開放架構“的語言簽訂合同。

此外,美國海軍發布了“開放架構”評估工具[12](Open Architecture Assessment Tool,OAAT),為項目管理員和海軍作戰部的相關部門對項目和系統的“開放架構”成熟程度進行評估。

4 “開放架構”戰略的啟示

美國海軍“開放架構”戰略實施已經將近十年,在十年的發展中,美國海軍取得了顯著的進步,分析其成功的經驗,可以得到以下啟示:

1) 在軍用系統中全面應用開放系統技術體制是可行的。

美國海軍“開放架構”戰略發展的經驗表明,應用開放系統技術體制,采納商用信息技術應用中成功的工程經驗,對實現軍用系統快速開發,在技術上是完全可行的。

2) 采用開放系統技術體制的關鍵是采用模塊化開發方法。

模塊化開發方法對軍用大型系統,以及存續生命周期非常長的軍用系統的開發、升級是非常有效的。通過應用模塊化開發方法,可以充分實現大范圍的軟件模塊的重復使用,降低軍方采購的總體成本,在經濟上可承受是完全可行的。

3) 應用開放系統技術體制的關鍵還在于建立適應其運用的采辦管理機制。

美國海軍“開放架構”戰略實施過程中,逐步形成了支撐開放系統技術運用和模塊化開發方法的業務運行機制。要實現充分競爭和模塊化采辦,改變軍方的采辦政策,協調軍工部門競爭和協作是非常重要和關鍵的。

4) 要改變人的觀念。

“開放架構”戰略是全面的轉型,對新的理念的認同,并在行動中有共同的目標,是“開放架構”戰略成功的關鍵。在開放系統技術體制轉型中,傳統的采辦體制、機制對人的思想的同化必須通過新的理念的灌輸才能得到改變。

5 結語

美國海軍根據其作戰系統開發升級的特點,推行“開放架構”戰略,有效地建立起了面向開放系統技術體制的作戰系統開發和管理模式,為信息時代海軍信息化的發展提供了重要借鑒。

美國海軍在“開放架構”戰略實施中,從海軍全局角度來考慮統一技術參考模型,建立全局公用的資源庫,強調管理和培訓方面的配套建設,對信息技術資產比重日漸加重的各國海軍提高信息能力提供了非常有益的經驗。

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[12] Naval OAET, USA. Open Architecture Assessment Tool, Version 1.1[CP/OL]. https://acc.dau.mil/OA/,2013.

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《艦船電子工程》編輯部

Analysis and Suggestion for the “Open Architecture” Strategy of USA Navy

XIE Jinsong HU Bo

(Equipment Procurement Center of the Equipment Department of the Navy, Beijing 100071)

In the course of USA military transforming, the USA navy conducted the “Open Architecture” strategy which was promoted to transform the warfare systems of the navy to the open system architecture. As the strategy had been carried for more than ten years, great improvement had been achieved in open system architecture oriented technology, business transforming and infrastructure establishement. In this paper, the “open architecture” strategy was discussed and analyzed with many successful stories and suggestions presented in details.

USA navy, “Open Architecture” strategy

2015年2月7日,

2015年3月18日

謝勁松,男,博士,工程師,研究方向:指控系統總體技術。胡波,男,博士,高級工程師,研究方向:電子信息裝備總體技術。

E843

10.3969/j.issn1672-9730.2015.08.001