基于VV&A過程的自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系

王許來，李宏偉，盧厚清，李瑞陽

(解放軍理工大學(xué) 野戰(zhàn)工程學(xué)院，南京　210007)

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基于VV&A過程的自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系

王許來，李宏偉，盧厚清，李瑞陽

(解放軍理工大學(xué) 野戰(zhàn)工程學(xué)院，南京210007)

可信度是仿真系統(tǒng)的核心指標(biāo)，對自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度進(jìn)行研究，首先要建立可信度評估的指標(biāo)體系。從自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)的功能任務(wù)出發(fā)，分析了該仿真系統(tǒng)的構(gòu)成。針對該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體系龐大等特點(diǎn)，采用基于VV&A過程初步建立了影響其可信度的指標(biāo)體系，并用專家意見法對該指標(biāo)體系該進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，建立的指標(biāo)體系層次清晰，很容易發(fā)現(xiàn)可信度較低的指標(biāo)對應(yīng)的具體建模環(huán)節(jié)，方便進(jìn)行修改，節(jié)省了時(shí)間和工作量。

自行舟橋；可信度；指標(biāo)體系

本文引用格式：王許來，李宏偉，盧厚清，等.基于VV&A過程的自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2016(8):61-65.

近年來，仿真技術(shù)作為最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，以其經(jīng)濟(jì)性好、安全性高、可重復(fù)使用以及不受天候條件和時(shí)間空間限制等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于國防、軍事及生物醫(yī)學(xué)等各領(lǐng)域[1-2]。因此，采用自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)代替實(shí)裝系統(tǒng)進(jìn)行研究及訓(xùn)練，不但可以降低成本、還能使作業(yè)人員提高新裝備的訓(xùn)練效率，快速形成戰(zhàn)斗力。

盡管使用仿真系統(tǒng)具有較多優(yōu)越性，但也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。仿真系統(tǒng)是以相似理論為基礎(chǔ)，對現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)或虛擬事物進(jìn)行構(gòu)造和試驗(yàn)分析的。因此建立的仿真系統(tǒng)不可能與模擬的現(xiàn)實(shí)事物一致[3]。并且隨著仿真對象的復(fù)雜性、開發(fā)人員對仿真對象知識獲取的不完整性，以及仿真技術(shù)本身的局限性，仿真系統(tǒng)必然存在可信度問題。

仿真可信度是對建模和仿真結(jié)果信心或信任的度量，是系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真的關(guān)鍵。缺乏足夠可信度的建模和仿真沒有任何意義，甚至?xí)斐蔀?zāi)難性的后果[4-6]。我軍在這方面的研究近年來取得了一定的成績，特別是在作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)可信度評估及導(dǎo)彈制導(dǎo)仿真系統(tǒng)可信度評估上有很大的貢獻(xiàn)[7-8]。但是針對自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)的研究，還沒有相關(guān)研究著作。因此，對自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)進(jìn)行可信度評估是必要且迫切的。

對仿真系統(tǒng)進(jìn)行可信度評估時(shí)，往往需要首先確定影響可信度的指標(biāo)因素，然后針對實(shí)際系統(tǒng)選用合適方法對可信度指標(biāo)進(jìn)行綜合。可見，建立可信度評估指標(biāo)體系是進(jìn)行可信度評估的基礎(chǔ)。

1　自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)分析

1.1系統(tǒng)的功能

自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)能夠涵蓋實(shí)裝設(shè)備的大部分操作，是在實(shí)裝的基礎(chǔ)上進(jìn)行抽象，設(shè)計(jì)出的一套簡易且保留訓(xùn)練重點(diǎn)的仿真。自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)是集機(jī)、光、電、信號處理、模式識別、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高精度、多用途、具有自診斷功能的訓(xùn)練仿真系統(tǒng)。采用視景仿真技術(shù)、激光定位技術(shù)、實(shí)時(shí)圖像識別技術(shù)、傳感器技術(shù)以及多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)了具有一定沉浸感的訓(xùn)練環(huán)境，再現(xiàn)了實(shí)裝訓(xùn)練和考核的情景。使學(xué)員能夠擺脫時(shí)間和空間的制約，在虛擬場景中進(jìn)行自行舟橋的操作訓(xùn)練。因此，該仿真系統(tǒng)需要具備以下訓(xùn)練功能：

1) 駕駛艙內(nèi)部空間環(huán)境熟悉；

2) 自行舟橋相關(guān)理論知識學(xué)習(xí)；

3) 裝備操作訓(xùn)練(水、陸駕駛訓(xùn)練、門橋架設(shè)訓(xùn)練等)；

4) 理論考核及裝備訓(xùn)練考核。

1.2系統(tǒng)的構(gòu)成

為滿足上述功能，自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)以實(shí)裝系統(tǒng)為仿真對象，通過網(wǎng)絡(luò)、串口等多種通信方式，將系統(tǒng)的各個(gè)部分連接起來。以某型自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)為例，系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，其硬件系統(tǒng)包括操作控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)主機(jī)、顯示屏、電控面板及移動控制盒等；軟件部分包括自行舟橋總動力學(xué)仿真系統(tǒng)、視景管理系統(tǒng)、音頻仿真系統(tǒng)、訓(xùn)練導(dǎo)調(diào)系統(tǒng)等。操縱控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)用戶與虛擬操縱環(huán)境之間交互作用的主要手段；視景管理系統(tǒng)和音頻仿真系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)沉浸感的重要因素，主要實(shí)現(xiàn)虛擬三維舟體的運(yùn)動表現(xiàn)、視景音效的生成等；仿真計(jì)算機(jī)和仿真服務(wù)器之間用以太網(wǎng)連接，組成局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對操作手通過網(wǎng)絡(luò)的方式，監(jiān)控導(dǎo)調(diào)整個(gè)訓(xùn)練過程。基本構(gòu)成如圖1所示。

圖1　自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

系統(tǒng)分為仿真端和監(jiān)控端，監(jiān)控端作為服務(wù)器端，駕駛端作為客戶端。監(jiān)控端是系統(tǒng)的啟動段，它對系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)或者考核、訓(xùn)練或者考核前的啟動前設(shè)置，如：模式選擇、科目選擇、規(guī)則選擇、數(shù)據(jù)查詢、理論學(xué)習(xí)、系統(tǒng)設(shè)置等等操作；仿真端則完成與裝備相關(guān)的全部訓(xùn)練任務(wù)，它通過系統(tǒng)所提供的電控操作臺發(fā)送信號到仿真計(jì)算機(jī)，以驅(qū)動模擬設(shè)備完成相應(yīng)的任務(wù)。

通過對自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)的功能和構(gòu)成分析可知，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體系龐大，屬于大型復(fù)雜系統(tǒng)。影響該系統(tǒng)的可信度評估因素眾多，如何正確建立符合仿真目的的指標(biāo)體系是首先要解決的問題。

2　自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系構(gòu)建

本文在建立可信度評估指標(biāo)體系的過程中，依據(jù)目標(biāo)一致性原則、系統(tǒng)性原則、簡潔性原則以及可測性原則等，按照指標(biāo)體系構(gòu)建的3個(gè)流程，即理論準(zhǔn)備階段、指標(biāo)體系初設(shè)階段和指標(biāo)體系優(yōu)化[9]實(shí)施自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系的構(gòu)建。

2.1建立自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系選取方法

現(xiàn)存文獻(xiàn)中針對仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系構(gòu)建分類有兩種：基于仿真系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的方式構(gòu)建可信度評估指標(biāo)體系和基于校核、驗(yàn)證與確認(rèn)(VV&A)過程構(gòu)建仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系[10]。

1) 基于仿真系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的可信度評估指標(biāo)體系

基于仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)建立的可信度評估指標(biāo)體系，是指不考慮整個(gè)建模仿真過程，僅僅從仿真最終實(shí)現(xiàn)結(jié)果的各個(gè)功能部件方面考慮是否符合最終的仿真目的，體現(xiàn)的是仿真系統(tǒng)最終所能達(dá)到的效果水平。

2) 基于VV&A過程建立的可信度評估指標(biāo)體系

基于VV&A過程建立的可信度評估指標(biāo)體系是指按照仿真系統(tǒng)建模與仿真(M&S)開發(fā)過程為基礎(chǔ)建立的指標(biāo)體系，對應(yīng)于建模仿真的校核和驗(yàn)證過程，體現(xiàn)的是整個(gè)建模仿真過程的綜合評估結(jié)果。

從本質(zhì)上講，兩種方式所涉及的評估指標(biāo)都是以仿真目的為最終目標(biāo)所建立的指標(biāo)體系。然而，在建立的過程中，兩種方式有各自的特點(diǎn)，不僅僅是構(gòu)建方式的不同，在考慮的因素、詳細(xì)程度上也是有所差別的。第一種方法所建立的指標(biāo)體系需要反復(fù)修正以使其全面完整、簡明科學(xué)，并且各指標(biāo)間互不相容，對于可信度較低的指標(biāo)，也不易發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)建模具體某環(huán)節(jié)出的問題，往往需要對該指標(biāo)所對應(yīng)的模型進(jìn)行校核與驗(yàn)證，從而找出問題所在，然后進(jìn)行相應(yīng)的修改，效率不高，且這種方式建立的指標(biāo)體系詳細(xì)程度較低，大多適用于模型的可信度評估。第二種方式是從仿真系統(tǒng)M&S開發(fā)過程出發(fā)，按照過程各個(gè)階段對其進(jìn)行可信度分析，所建立的指標(biāo)體系詳細(xì)程度高，建立過程經(jīng)濟(jì)、高效，這種方式適用于對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行的可信度評估，使用范圍比較廣。本研究從仿真系統(tǒng)M&S開發(fā)過程出發(fā)，依據(jù)VV&A過程模型初設(shè)自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系。

2.2基于VV&A過程的自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系初設(shè)

根據(jù)自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系建立方法，本文主要自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)的VV&A過程出發(fā)，初設(shè)自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估的指標(biāo)體系。

VV&A活動一方面可以找出系統(tǒng)可信度相關(guān)的因素，支撐可信度評估指標(biāo)體系的建立；另一方面可以為末端指標(biāo)的可信度評估提供信息和證據(jù)。所以對自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)進(jìn)行可信度評估，首先需要建立其VV&A過程模型，本研究根據(jù)自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)的開發(fā)過程及系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)，建立如圖2所示自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)VV&A過程模型。

圖2　自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)VV&A過程模型

以VV&A過程所做工作為基礎(chǔ)，分析影響可信度的主要因素，可以較容易地使所建立的可信度指標(biāo)體系趨于完整，并且滿足各指標(biāo)間互不相容這個(gè)原則。

因此，本文根據(jù)自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)的開發(fā)過程及VV&A過程，收集與評估目標(biāo)相關(guān)的研究資料、文獻(xiàn)、要求規(guī)范，并借鑒了有關(guān)學(xué)者的研究成果，在此基礎(chǔ)上，初步建立了自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系，如圖3所示，圖3中符號標(biāo)注了可信度指標(biāo)的可信度值。

圖3　自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度指標(biāo)體系初設(shè)

從建立的指標(biāo)體系結(jié)果看，利用基于VV&A過程建立的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)清晰，層次分明，同時(shí)避免了影響自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度因素間的相互重疊，節(jié)省了后續(xù)指標(biāo)體系優(yōu)化過程的時(shí)間和步驟。

2.3自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系優(yōu)化

雖然，通過VV&A過程建立的指標(biāo)體系避免了指標(biāo)體系間的重復(fù)，但由于研究人員在知識水平及認(rèn)知水平上或多或少都有所偏差，因此，在整理相關(guān)資料的基礎(chǔ)上建立的指標(biāo)體系難免出現(xiàn)遺漏，因此，還需要進(jìn)一步對上述建立的指標(biāo)體系進(jìn)行優(yōu)化。本研究采用專家意見法(Delphi Method)對圖3建立的指標(biāo)體系進(jìn)行優(yōu)化。

本研究采取專家意見法的具體實(shí)施過程是：首先將初設(shè)的自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)制作成一張調(diào)查問卷，然后選擇相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥ㄟ^現(xiàn)場咨詢或者函件等方式將調(diào)查問卷發(fā)給各個(gè)專家，而后專家以匿名的方式反饋回各自意見，將此過程反復(fù)直到專家的意見趨于集中，最后獲得高準(zhǔn)確率的集體判斷結(jié)構(gòu)。此方法是優(yōu)化指標(biāo)體系的一種有效方法[11]。

本文選擇的專家主要來源于自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)VV&A技術(shù)人員(包括自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)的用戶、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目開發(fā)者、校核與驗(yàn)證代表、專家小組、自行舟橋主題專家以及第三方評測機(jī)構(gòu))[12]，專家概況如表1所示。

表1　指標(biāo)體系專家意見法專家概況

經(jīng)過兩輪專家咨詢，統(tǒng)計(jì)各位專家對初設(shè)的自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系的意見，又新增了兩個(gè)二級指標(biāo)，是一級指標(biāo)物理設(shè)備V&V下的指標(biāo)(C5接口、C6硬件響應(yīng)時(shí)間)，兩個(gè)三級指標(biāo)，是新增二級指標(biāo)接口下的指標(biāo)(C511兼容性、C512一致性)。通過專家意見法，優(yōu)化了自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系。優(yōu)化后的指標(biāo)如圖4所示。

圖4　優(yōu)化自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系

3　結(jié)束語

本研究利用基于VV&A過程初設(shè)了自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估指標(biāo)體系，從初設(shè)的指標(biāo)體系結(jié)果看，采用這種方式建立的指標(biāo)體系層次分明、結(jié)構(gòu)清晰，避免了影響可信度因素間相互重疊的現(xiàn)象發(fā)生。但指標(biāo)體系是否真正完整，還需要進(jìn)一步對其進(jìn)行檢驗(yàn)，針對自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)開發(fā)過程中涉及的知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜、學(xué)科體系交叉明顯的特點(diǎn)，采用專家意見法就可以更好地解決上述問題。從最終結(jié)果看，采用上述兩種方法建立的指標(biāo)體系滿足了全面完整、簡明科學(xué)，指標(biāo)間互不相容的原則，并且容易發(fā)現(xiàn)可信度低的指標(biāo)所對應(yīng)的環(huán)節(jié)。

指標(biāo)體系的建立只是自行舟橋訓(xùn)練仿真系統(tǒng)可信度評估的基礎(chǔ)工作。如何對底層指標(biāo)進(jìn)行量化，選用合適的評估方法求得可信度值是下一步需要繼續(xù)研究的問題。

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(責(zé)任編輯唐定國)

Credibility Evaluation Index of Amphibious Pontoon Bridge Training Simulation System Based on VV& A Process

WANG Xu-lai，LI Hong-wei，LU Hou-qing，LI Rui-yang

(Field Engineering College, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China)

Simulation credibility is the key performance for a simulation system. For amphibious pontoon bridge training simulation system, the first step to research simulation credibility is to establish the simulation credibility evaluation framework. From the function of task view, this article analyzed the composition of the amphibious pontoon bridge training simulation system. In view of the complex structure and huge system, the evaluation index based on VV&A process was established, and the index was optimized used the Delphi Method. From the results, the evaluation index is legible, and easily located to where the problem is, and is convenient to modify, saves time and effort.

amphibious pontoon bridge; credibility; index system

2016-02-07；

2016-03-07

王許來(1988—)，女，碩士，助理工程師，主要從事作戰(zhàn)工程保障與國防工程系統(tǒng)分析；李宏偉，男，博士，講師，主要從事系統(tǒng)仿真與評估及戰(zhàn)場工程偵查研究。

10.11809/scbgxb2016.08.014

format:WANG Xu-lai，LI Hong-wei，LU Hou-qing,et al.Credibility Evaluation Index of Amphibious Pontoon Bridge Training Simulation System Based on VV& A Process[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(8):61-65.

V217.4

A

2096-2304(2016)08-0061-05

【后勤保障與裝備管理】