裝備需求論證支持系統柔性設計理論研究

樊延平， 郭齊勝， 何國良

(裝甲兵工程學院裝備指揮與管理系， 北京100072)

裝備需求論證支持系統柔性設計理論研究

樊延平， 郭齊勝， 何國良

(裝甲兵工程學院裝備指揮與管理系， 北京100072)

針對裝備需求論證實踐的多樣化應用需求，以裝備需求論證任務、環節、流程及其信息資源服務為核心，分析了裝備需求論證支持系統柔性的概念內涵與主要特征，提出了裝備需求論證支持系統柔性設計的目標定位、指導理念、主要內容、遵循原則與實施步驟，建立了裝備需求論證支持系統柔性設計的總體框架，為構建具備柔性的裝備需求論證支持系統奠定了理論基礎。

裝備需求；論證支持系統；柔性設計；理論框架

裝備需求論證的核心任務是提出裝備需求方案。目前，圍繞裝備需求方案生成，開發或引進了一些比較典型的應用軟件，如武器裝備體系結構描述工具[1]、System Architect[2]、Raphsody[3]等軟件。但是，由于裝備需求論證方法的不確定性以及系統應用需求的差異性，導致裝備需求論證流程不規范、裝備需求內容描述不一致、裝備需求論證信息資源結構異化等問題突出，不能滿足裝備需求論證業務的靈活變化，不能支撐裝備需求論證全流程、全要素、全系統的綜合設計和有機集成，造成裝備需求論證支持系統重復建設嚴重。本文以基于能力的裝備需求論證方法為基礎[4]，從裝備需求論證支持系統的任務、環節、流程和信息資源出發，研究裝備需求論證支持系統的柔性特征及其設計內容與框架，為設計實現具有柔性的裝備需求論證支持系統提供理論支撐。

1 概念內涵與主要特征

柔性被認為是一種適應變化的能力，并廣泛應用于生產、物流、決策、仿真等領域[5-7]。裝備需求論證支持系統作為一種服務于裝備需求論證業務應用的軟件系統，應能夠適應裝備需求論證支持系統外部環境的變化，滿足裝備需求論證業務應用需求。為此，裝備需求論證支持系統柔性可定義為：裝備需求論證支持系統適應裝備需求論證任務、環節、流程和信息資源動態變化的能力，即當裝備需求論證任務、環節、流程和信息資源發生調整或改變時，裝備需求論證支持系統通過調整或優化系統的業務流程、功能組合和支持數據，滿足裝備需求論證任務要求和內容變化的能力。

裝備需求論證支持系統的柔性可歸納為2個方面：1)系統整體的可變性，即以系統業務流程和信息資源的“變”適應應用需求的“變”；2)系統基本元素的不變性，即以系統基本功能模塊和底層數據模型的“不變”化解應用需求的“多變”。 具體地講，裝備需求論證支持系統的柔性主要有易變性、適應性、平穩性和可控性4個特征。

易變性是指用較小的代價實現裝備需求論證支持系統形態的變化[8]，是表征系統能否“變化”的特征。當應用需求發生變化時，系統應能夠在不重新進行編碼和編譯的情況下，實現裝備需求論證業務流程、功能模塊和信息資源的重組與優化，滿足裝備需求論證應用模式的變化需求。如：在進行不同論證類型的論證任務時，系統應允許用戶通過參數的設置改變系統的功能流程，滿足相應類型的論證應用需求。

適應性是指裝備需求論證支持系統的柔性可以滿足應用需求變化的程度，表征了裝備需求論證支持系統柔性的“有效度”。軟件系統結構、模塊功能、信息數據結構的穩定性與應用需求不可預測的靈活性與多變性是制約裝備需求論證支持系統可變性與不變性的一對基本矛盾。為此，必須采用合適的軟件系統架構技術和程序模塊化技術，在保證論證基本環節、業務流程、功能組合和信息資源服務的基礎上，盡可能提高裝備需求論證支持系統的柔性適應性。如：當同一類型論證任務采用不同的論證流程時，系統應具有應對此種需求變化的適應能力。

平穩性是指裝備需求論證支持系統基于應用需求變化調整后，系統功能模塊和數據模型的基本特征應保持不變，表征了裝備需求論證支持系統組成元素在柔性變化后的有效程度。如：在不同的應用需求中，組成論證流程的環節發生了變化，部分環節同時出現在不同的論證流程中，但是環節的數據需求及其數據格式發生了變化，應保證該環節在不同的流程中能夠有效工作。

可控性是指裝備需求論證支持系統的柔性變化應在系統設計者可控范圍之內，即系統柔性變化是具有約束條件的相對柔性，而非“無邊無際”的絕對柔性。如：面向不同應用模式時，流程構建時應在流程構建規則的指導下進行；否則，系統可拒絕用戶的柔性變化請求。

2 目標定位

裝備需求論證支持系統柔性設計不同于一般意義上的系統設計，主要目的是為了增強裝備需求論證支持系統滿足不同應用需求的柔性，設計重點是采取合適的方法實現裝備需求論證支持系統數據、信息資源、功能模塊與業務流程的靈活配置和按需組合。從內容、流程、數據和應用4個方面對裝備需求論證支持系統柔性設計目標歸納如下。

1) 在內容上，設計統一的裝備需求描述模型。規范統一的裝備需求論證內容描述是裝備需求論證支持系統柔性設計的基礎。通過規范裝備需求論證內容的要素組成和相互關系，構建裝備需求論證工作模板，明確裝備需求模型組成和描述方式，解決因應用不同而造成的裝備需求描述不一致問題，確保各軍兵種領域裝備需求論證人員能夠對裝備需求論證內容具有相對統一的理解與認識，確保裝備需求論證結論具有較高的可比性，進而提高裝備需求論證的規范性，為設計具備一定柔性的裝備需求論證業務模型奠定基礎。

2) 在流程上，適應不同應用需求功能流程的靈活構建。流程是組織管理體系的核心，通過對組織戰略的分解與細化，有機協調組織戰略不同層次目標的實現途徑與方法，決定著組織的價值，也是保證組織“正確地做事”的關鍵[9]。裝備需求論證支持系統柔性設計的關鍵就是要梳理裝備需求論證的典型業務流程，分析裝備需求論證業務流程的變化特征，研究裝備需求論證業務流程的柔性構建方法，建立能夠適應多種應用需求的裝備需求論證流程規劃方法和規則，為實現裝備需求論證支持系統的功能柔性提供支撐。

3) 在數據上，以數據元模型為基礎實現知識共享重組。建立裝備需求論證數據元模型，統一裝備需求論證數據的要素組成和相互關系，定義裝備需求論證數據的描述結構和描述方式，研究面向不同應用需求的業務流程的數據重組和集成方法，解決裝備需求論證數據結構、描述方式、描述粒度和描述視角差異較大的問題，提高裝備需求論證支持系統數據模型的適應能力，滿足多樣化裝備需求論證應用需求。

4) 在應用上，快速適應多樣化的裝備需求論證應用需求。適應外部環境的快速變化是裝備需求論證支持系統柔性設計的根本目標，也是應對種類繁多、形式靈活的裝備需求論證應用實踐的根本措施。在裝備需求論證支持系統柔性設計時，應透徹分析裝備需求論證不同應用需求的特點與規律，以共性流程為中心，以裝備需求模型與數據統一描述為基礎，以滿足不同應用需求的裝備需求論證基本環節和信息資源柔性化設計為重點，為實現裝備需求論證支持系統柔性設計提供理論與方法支撐。

3 指導理念

為實現裝備需求論證支持系統柔性設計目標，應立足于系統用戶的業務應用需求，采用業務流程驅動的系統設計理念，挖掘業務過程中蘊含的各種業務活動及其規則，研究裝備需求論證業務流程與系統功能的分離方法，從而滿足裝備需求論證支持系統的柔性構建要求。

基于業務流程驅動的系統設計理念，主要是通過對多樣化裝備需求論證業務流程的綜合分析，建立適應各種不同論證需求的裝備需求論證業務流程，進而以業務流程為中心，進行裝備需求論證支持系統的功能設計和數據設計。基于業務流程驅動的系統設計理念，打破了傳統的基于功能分解的系統構造方法，聚焦系統用戶的業務需求，并且能夠以業務流程的靈活變化促進系統組織結構的調整與優化，進而達到提高運行效率、優化資源配置與優化協作關系的目的。

基于業務流程驅動的系統設計理念，通常需要對裝備需求論證的業務流程進行抽象，建立裝備需求論證業務活動的層次化分解結構，直到能夠充分地描述每個業務活動為止。然后，采用合適的方法和技術，通過自頂向下分解與自底向上組合相結合的操作實現裝備需求論證支持系統的柔性設計目標。基于業務流程驅動的系統設計包括業務功能、業務過程和業務任務3個層次的設計，如圖1所示。支持不同層次的裝備需求論證信息資源按照各層的信息資源需求依次分解與組合。

圖1 基于業務流程驅動的系統設計層次構想

業務功能層主要解決系統整體層次對不同類型業務應用的適應能力，如支持發展戰略需求、體制需求、規劃計劃需求和型號需求等的論證業務功能；業務過程層是圍繞不同類型的業務功能對裝備需求論證支持系統功能流程的設計，是保證裝備需求論證活動有效開展的基礎；業務任務層是對裝備需求論證基本問題的分析與設計，通過任務層功能操作模型的建模與組合分析，支持業務過程層的業務功能流程設計。

4 主要內容

裝備需求論證支持系統柔性設計的核心是面向不同應用需求的裝備需求論證流程設計，并以流程為中心，牽引系統功能、需求模型、數據模型、信息資源和系統架構的設計。圍繞裝備需求論證流程設計，著眼于滿足不同應用需求的業務功能需求，采用基于業務流程驅動的系統設計理念，按照裝備需求論證支持系統數據層、操作層和業務層3個層次，將裝備需求論證支持系統柔性設計的內容分為基本環節設計、信息資源設計、業務流程設計和信息資源服務設計4個方面，如圖2所示。

圖2 裝備需求論證支持系統柔性設計內容及其相互關系

1) 基本環節設計。通過不同類型、不同任務、不同應用模式裝備需求論證業務流程的共性分析，提出裝備需求論證的基本環節，建立面向基本環節的裝備需求描述模板，研究裝備需求論證基本環節的模塊化封裝和柔性化實現方法，為規范裝備需求模型和提供可重用的系統功能模型提供基礎。

2) 信息資源設計。以裝備需求論證業務流程信息資源需求為牽引，提出裝備需求論證信息資源的種類及其描述結構，研究裝備需求論證信息資源的共享重用機理及其模型結構，為實現信息資源的統一描述和共享重用奠定基礎。

3) 業務流程設計。以不同類型裝備需求論證任務中多樣化應用需求為牽引，以裝備需求論證基本環節為基礎，研究裝備需求論證柔性環節的特征和模型結構，研究面向不同應用模式的裝備需求論證流程柔性構建方法，為實現裝備需求論證業務流程的靈活構建提供方法支撐。

4) 信息資源服務設計。以服務于裝備需求論證流程信息資源需求為目標，從任務、環節、子流程、流程等多個層次研究裝備需求論證信息資源的集成重組與服務方法，提供裝備需求論證信息資源服務的針對性與準確性。

5 遵循原則

裝備需求論證支持系統柔性設計應遵循模塊化、分離性、松耦合3項原則[10]。

1) 模塊化。裝備需求論證業務流程操作功能和數據模型的模塊化，是實現裝備需求論證流程柔性構建和信息資源柔性服務的前提條件。這就要求構成裝備需求論證業務功能過程的基本元素必須是功能獨立、可裝配的模塊。當面向不同應用需求構建業務流程時，系統能夠根據用戶需求快速地選擇模塊類型，組裝形成適應應用需求的業務功能系統。裝備需求論證支持系統的模塊主要包括基本環節模塊和數據模塊2類：基本環節模塊用于描述組成裝備需求論證流程基本活動的功能，并規范其數據結構和接口關系；數據模塊用于為裝備需求論證過程中用到的各類信息資源進行建模，以期形成全局范圍內統一描述、統一管理的數據資源體系。

2) 分離性。與剛性系統相比，裝備需求論證支持系統的柔性是為了適應應用需求的易變性。在裝備需求論證中，應用需求的變化必將導致論證流程、功能和數據需求、信息資源的變化，但這種“易變性”是相對于裝備需求論證流程、功能與數據的不變性而言的。因此，在裝備需求論證支持系統柔性設計時，應深入分析應用需求變化對裝備需求論證支持系統柔性設計的影響，確定哪些因素將導致系統設計的變化，并盡可能按照系統要素的變化特征分離出不變的要素和變化的要素，進而通過變化要素的柔性化設計，實現裝備需求論證支持系統的柔性目標。

3) 松耦合。模塊化設計要求各個模塊之間的關聯關系最小化。系統模塊之間的關聯性或相互依賴性越低，系統柔性就越高。應用需求變化的直接結果是裝備需求論證支持系統業務流程、功能與數據需求、信息資源服務的重新設計，模塊之間關聯關系決定了裝備需求論證支持系統柔性設計的成敗。因此，在裝備需求論證任務、環節、基本功能模塊和數據模型保持獨立的前提下，應盡可能減少模塊間的關聯和交互，增強裝備需求論證支持系統柔性設計的靈活性。

6 實施步驟

通過規范化、模塊化和柔性化3個步驟可實現裝備需求論證支持系統柔性設計目標。

1) 規范化[11]。該步驟包括裝備需求規范化和信息資源規范化2個方面，主要目標是實現裝備需求與信息資源的統一描述。裝備需求規范化是以裝備需求論證相關標準法規為依據，通過裝備需求論證業務活動的分解，確定裝備需求論證的基本環節組成，明確各個環節的主要功能、研究方法和數據需求，建立規范一致的裝備需求論證基本環節描述模板，為裝備需求論證人員共同理解和統一描述裝備需求提供依據。信息資源規范化是以有效支持裝備需求論證業務流程分析為目標，采用自底向上的組合方法，通過基本環節、業務流程和功能領域的信息資源需求分析，定義裝備需求論證信息資源元模型結構及其模型描述模板，為實現裝備需求論證支持系統全局范圍內的數據一致描述奠定基礎。

2) 模塊化。其核心是建立結構化、參數化的裝備需求模型和信息資源模型。按照模塊功能相互獨立的原則，根據裝備需求論證基本環節描述模板和信息資源描述模板的相關內容，研究模板中相關內容的邏輯關系，設計裝備需求論證基本環節和信息資源的參數化模型，為進行面向流程的裝備需求論證基本環節組合設計以及信息資源重組與服務奠定基礎。

3) 柔性化。該步驟包括基本元素柔性化和基本元素組合化2個方面：基本元素柔性化包括基本環節柔性化設計和信息資源柔性化設計；基本元素組合化包括流程柔性構建和信息資源重組與柔性服務?；经h節與信息資源的柔性化是以基本環節和信息資源參數化模型為基礎，依據基本環節與信息資源的參數變化情況，進行基本環節和信息資源模型的多態設計。流程柔性構建是以裝備需求論證基本環節模型為基礎，研究裝備需求論證流程的組合規則和組合方法，分析不同應用模式下的裝備需求論證流程構建方法。信息資源重組與柔性服務是以裝備需求論證業務流程信息資源需求為出發點，研究信息資源的重組方法及其服務方式，增強信息資源服務的針對性與準確性，提高信息資源建設效益。

7 總體設計框架

面向多樣化應用實踐需求，基于業務流程驅動的系統設計理念，采用自頂向下分解與自底向上組合相結合的設計方法，按照規范化、模塊化、柔性化的實施步驟，可構建如圖3所示的裝備需求論證支持系統柔性設計框架。

圖3 裝備需求論證支持系統柔性設計框架

1) 自頂向下的裝備需求論證活動分解。根據裝備需求論證領域要求，分解提出裝備需求論證的活動組成，明確各項活動的具體要求，回答裝備需求論證“由哪些活動組成”、“每個活動如何分析”等問題，作為確定裝備需求論證基本環節的依據，并為統一裝備需求描述和數據描述奠定基礎。

2) 基本元素的規范化、模塊化與柔性化設計。以構成系統的最小元素(基本環節和信息資源元模型)為研究對象，研究基本元素的規范化描述、模塊化與柔性化設計方法，為適應多樣化應用需求變化的業務流程構建以及信息資源重組與服務提供基本組件。

3) 面向應用、自底向上的模塊組合。以多樣化裝備需求論證應用需求為牽引，以基本元素模塊化與柔性化設計結果為基礎，研究裝備需求論證支持系統的流程柔性構建方法和信息資源柔性服務方法，滿足裝備需求論證的業務應用需求。

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(責任編輯: 王生鳳)

Research on the Flexible Design Theory for Equipment Requirement Demonstration Support System

FAN Yan-ping, GUO Qi-sheng, HE Guo-liang

(Department of Equipment Command and Administration, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)

Aiming at the multiple application requirements in the field of equipment requirement demonstration, the tasks, links, flows and their required information resources are emphasized when designing the equipment requirement demonstration support system. The conception connotation and main characters of the flexibility of the equipment requirement demonstration support system are discussed firstly. Then the design goal orientation, guiding ideas, main contents, following principle and implementation steps for the flexibility of the equipment requirement demonstration support system are put forward. And the whole flexible design framework for the equipment requirement demonstration support system is built, which lays a theoretical foundation for constructing flexible equipment requirement demonstration support system.

equipment requirement; demonstration support system; flexible design; theory framework

1672-1497(2015)05-0001-05

2015-08-16

軍隊科研計劃項目

樊延平(1980-)，男，講師，博士。

E917

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2015.05.001