作戰概念及其建模研究綜述

韓 琦 李為民 李 寧 李 森 郭蓬松 陳文鈺

未來一段時期,是世界“百年未有之大變局”的重大量變階段,智能化浪潮躍然而興,顛覆性技術不斷涌現[1],全球化趨勢調整前行,各種矛盾沖突興盛活躍,大國博弈加劇,加速了戰爭形態、作戰方式、作戰能力和作戰理論等的變革.如果沒有正確作戰理論的指導,不可能有成功的作戰實踐,軍隊需要以前瞻的作戰理論指導未來戰爭實踐.而從某種程度上而言,作戰理論創新其本質是作戰概念的解構和建構.開發新的作戰概念的目的就是為了建立前瞻的作戰理論,以指導軍隊建設更好地聚集作戰資源、凝聚作戰能力,引領我軍部隊戰斗力由技術優勢（形成交戰能力）向戰術優勢（形成任務能力）進而向戰場優勢（形成行動能力）轉型升級.作戰概念開發可以牽引整體軍事發展.需要在智能化戰爭這一新的戰爭坐標維度下總結梳理戰爭史所重構出的“戰爭形態”新概念,為認知戰爭發展演變提供新視角,為進一步探尋新的方向和機遇提供可能.

馬賽克戰[2]、分布式作戰、多域戰[3-4]、全域戰、決策中心戰[5-6]、穿透型制空等美軍新型作戰概念層出不窮[7-8].我國也提出了體系中心戰[9]、社會認知戰[10]、全域智慧行動[11]、彈性殺傷網[12]、空間軌道博弈[13]、電磁頻譜戰等作戰概念[14].這些作戰概念反映了具有智能化特征的信息化戰爭的特點與未來戰爭形態的進一步發展趨勢,有些甚至是對作戰體系的深度重塑.將這些作戰概念向仿真或現實系統進行轉化時,需要完備、準確、詳盡的作戰概念模型支撐,否則就無法將這些作戰概念的使命、任務、實體、行動說清,不同領域的專家很難進行溝通,領域工程技術人員也難以將作戰概念進行完整、準確、高效的轉化,從而影響作戰概念有效實施.作戰概念所描述的作戰體系在作戰概念建模的過程中也可以得到初步檢驗.但從整體上系統總結和分析作戰概念尤其是其建模理論與應用的論著尚不多見,開發作戰概念迫切需要作戰概念建模技術.

本文總結分析了作戰概念內涵、體系框架、開發等作戰概念基本理論內容,梳理歸納了基于模型的系統工程與概念建模,作戰概念建模內涵、特征與原則、過程等作戰概念建模基本理論內容,然后分析探討了相關系統工程建模語言和方法在作戰概念建模中的應用及其優缺點,最后建立了對象過程方法論（object-process methodology,OPM）與系統建模語言（systems modeling language,SysML）結合美國國防部體系架構框架（Department of Defense Architecture Framework,DoDAF）的作戰概念建模綜合集成方法.期望能夠對未來作戰概念及其建模相關研究貢獻綿薄之力.

1 作戰概念基本理論

1.1 作戰概念內涵

對于作戰概念,還沒有權威統一的定義.這一方面是由于作戰概念涉及領域眾多,包括但不限于武器裝備、作戰指揮、軍事技術等,是一種復雜巨系統,另一方面也是由于這是一個舶來品,對其起源和發展起到了巨大推動作用的美軍沒有對這一概念進行完全的統一,我國的戰爭觀和戰爭思想與美國完全不同,也不可能照搬其概念.

美軍聯合出版物《J-02 國防部軍事及有關術語詞典》將作戰概念定義為：一種以口頭或圖形清楚、簡潔地表達聯合部隊指揮官目的意圖,如何利用資源完成任務的陳述要點.國內對于作戰概念的研究也是軍事領域的一個研究熱點.彭斯明等定義作戰概念為在特定時空條件下,針對特定的作戰問題,研究其本質規律,提煉出有關作戰問題的共性特點并對其抽象概括[15].張子偉等認為作戰概念是作戰理論的過渡形態[16],具有創新性、層次性和不確定性的特點.胥秀峰等認為作戰概念的本質是設計戰爭[16].而對于作戰概念要素的描述則一般可分為如表1 所示的幾個組成部分[15]：

表1 作戰概念要素組成Table 1 Composition of operational concept elements

綜合以上關于作戰概念的探討,結合本文對作戰概念的理解.本文認為：作戰概念是在未來某一特定的時空條件下,針對某一類作戰問題,研究其本質和規律,提煉出其共性特點并加以抽象概括,進而指導這一作戰問題的解決.作戰概念的本質是對未來一段時期軍隊作戰體系的設計、集成和構建,以及作戰要素的優化配置.簡言之,作戰概念就是針對具體作戰問題的理論解決方案,沒有作戰問題就不必開發作戰概念.

1.2 作戰概念體系框架

聯合是美軍所有作戰概念的基礎,其認為聯合作戰概念是銜接戰略指導和軍隊戰斗力生成之間的橋梁,可幫助美軍在訓練、裝備、人員、教育和條令等多個軍事領域實施轉型建設.

美軍作戰概念體系在名稱和架構上經歷過多次變化,從一開始的聯合愿景到目前的聯合概念,架構層次3 層、5 層都曾經出現過.2021 年,美軍聯合概念體系分為3 層,自頂向下依次包含聯合作戰頂層概念,聯合作戰概念和行動構想.聯合作戰頂層概念生成與全球趨勢、國家安全戰略、國防戰略、軍事戰略、戰區戰略依次相關,生成后可幫助確定聯合部隊發展需求,其聯合作戰頂層概念和作戰需求生成的示意圖如圖1 所示[17].

圖1 聯合作戰頂層概念和作戰需求生成示意圖Fig.1 Schematic diagram of top concept of joint operations and operation demand generation

本文認為設計完成的作戰概念應當層級清晰、體系完善.層級清晰可通過準確定位概念層級：例如“戰略層面、戰役層面、戰術層面”；“頂層概念、聯合概念、軍種概念”；并遵循“準確描述問題、創新解決方案、提出能力需求”以取得標準化、清晰化的層次結構.

1.3 作戰概念開發

美軍聯合概念開發過程主要依賴于自底向上的方法,該方法在每個軍種中獨立展開,但該過程沒有充分注意將各軍種的工作整合到聯合級別的整體作戰概念中.這雖然可使各個軍兵種用富有想象力的方式發展其作戰概念,但也導致每個軍種概念都專注于多域作戰的不同方面,并且其提出的許多作戰概念針對與大國的戰爭采取了不同的假設,這使集成變得困難.

盡管如此,本文認為相較于美軍,我軍對作戰概念開發的研究仍處于起步階段,很多關于作戰概念開發的研究屬于“跟跑美軍”,創新性、針對性、體系性、實踐性還需加強,作戰概念的開發路徑和方法也需要更加清晰.如表2 所示,作戰概念開發還應當注重預測性、迭代性、系統性和引領性.因此,作戰概念開發應注重采用凸顯我軍特色,適應中國特色體制機制的理技融合,循環論證,疊加發展的研發模式[18].一切為了戰斗力,堅持戰斗力這個唯一的根本的標準.但研究對作戰概念與戰斗力生成之間的關聯關系還不夠清晰.

表2 作戰概念開發特性Table 2 Development characteristics of operational concept

基于以上分析,如圖2 所示,本文認為作戰概念開發應以戰斗力生成為主線,在戰斗力潛能建設端注重滿足“兵力結構最佳設計、比例規模最佳配置、作戰要素最佳建設、功能能力最佳打造、訓保能力專業通用”,在戰斗力效能發揮端注重實現“作戰資源最佳部署,參戰力量最佳組合、兵力兵器最佳運用、指揮效能最佳發揮、訓戰效果最佳釋放、后裝保障持續充分”,把解決作戰問題作為目標,理順作戰概念構建邏輯,以適應新形勢下我軍領導指揮體制改革為要求,建立架構先進、系統關聯、層次分明、可操作性強的作戰概念體系.將科學技術發展、戰爭形態演變、制勝機理轉變；全球趨勢、國家安全戰略、國防軍事戰略；戰略環境、自然環境、社會環境、信息環境等作為頂層作戰概念輸入,以聯合建設構想、聯合作戰運用、聯合作戰威脅作為循環論證依據,構建頂層、聯合、軍種；戰爭、戰役、戰術等層次分明的領域聯合作戰概念體系和方向聯合作戰概念體系.

圖2 作戰概念開發邏輯Fig.2 Development logic for operational concept

圖3 軍事概念建模與作戰概念建模的區別Fig.3 The differences between military concept and operational concept modeling

2 作戰概念建模基本理論

作戰概念創新需要以體系工程為牽引,指導軍隊未來15 年左右長期建設,將軍事設計的藝術性和工程方法的科學性進行有機鉸鏈,需要有嚴格、嚴謹且科學的方法支撐[19-20].

2.1 基于模型的系統工程與概念建模

21 世紀初,為了應對系統復雜性和創新設計,基于模型的系統工程（model-based systems engineering,MBSE）應運而生[21-22],作為一種工程范式變革,是研究與設計具有非線性、非結構、邏輯嚴密、交互復雜等特點的一類系統的關鍵技術.MBSE 是相對于基于文件的系統工程方法（document-based systems engineering,DBSE）而言的,能以系統模型方式形式化表達系統復雜交互作用[23].

在基于模型的系統工程領域,概念模型（conceptual model）是描述系統相關知識的模型,其是對系統需求、性能、功能、結構、行為等諸多物理和信息屬性綜合描述的一種藍圖.因此,MBSE 需要一種包括通用元模型、描述語言、建模規則及建模工具等在內的嚴格概念建模方法論[23].

MYLOPOULOS 定義概念建模（conceptual modeling,CM）為形式化地描述周圍客觀和社會世界的活動,其目的是方便領域的理解和交流[24].DORI 稱描述系統相關知識的過程在科學界和工程領域稱為概念建模,其產品稱為概念模型[23].而Dale Pace 稱概念模型是由仿真語義環境和仿真概念構成的.仿真語義環境描述領域；仿真概念是開發者關于如何構建仿真的觀點,包括使命空間信息和仿真空間信息[25].

曹曉東等定義概念建模就是構建概念模型的過程.而概念模型是對真實世界的第一次抽象,是構建后續相關模型的基本參照物[25].本文認為概念建模是對真實世界相關知識的第一次抽象描述,目的是方便不同領域人員對知識的一致性理解和交流.

設計模型（design model）是描述系統特征的模型,描述過程稱為設計建模.設計模型的價值在于支持制造（硬件加工和軟件編碼）,是制造系統的直接依據.

概念建模需要先于設計建模,其道理不言自明：認識、設計和實現過程必須依次開展[27].概念建模為設計建模提供認識基礎.概念模型使利益相關方對系統及相關事物達成一致認識和理解,在此基礎上開展設計建模,才能讓設計模型的質量得到保障.

2.2 作戰概念建模內涵

有很多研究將作戰概念建模與軍事概念建模混淆,首先對這兩個概念進行辨析.

作戰概念建模是為了完整、準確、清晰地描述作戰概念,運用語言、符號、表格、圖形等對想象的真實戰爭系統進行抽象和簡化描述.作戰概念模型是軍事領域專家與技術開發人員之間的聯系橋梁,其需要一套能夠正確、完整、一致地描述相關戰爭領域內的知識與規則.

軍事概念建模,是指軍事人員依據條令、條例等對戰場環境、作戰意圖、參戰實體和行動方案等軍事行為和空間要素等進行抽象與表示的過程[26].其目的是為作戰仿真系統的開發提供準確可靠的軍事依據[27].或者說是在作戰系統和仿真模型之間構造一個中間層次模型,用以將需仿真的作戰系統的行為和特性表示清楚[28].

不同于軍事概念建模,作戰概念建模是對想象的真實戰爭系統的第一次抽象,是對想象的真實戰爭系統存在的各類實體、發生的戰爭或戰爭準備行動和交互等進行概念描述的與仿真實現無關的視圖.作戰概念建模更多的是對未來戰爭的抽象,它的抽象性、創新性、指導性、復雜性更強,難度也更大.具體來說,這是因為軍事領域專家提供的作戰構想,是一個想象的真實戰爭世界,只提供了作戰概念建模所需的高層次信息.作戰概念建模人員只能從各種可靠知識源收集對建模內容進行描述的,足夠全面和詳細的信息,并在預先定義的通用語義環境下,采用規范的表示法,形成完備而詳盡的格式化文檔.因而,如何更好地進行作戰概念建模的研究具有重要的意義.

需要注意的是,作戰概念建立的概念模型還需要進一步拓展深化成數學模型和仿真模型,利用兵棋系統等作戰實驗手段,進一步檢驗概念思想方法的正確性和概念建模的準確性,并對作戰概念及其概念模型進行進一步調整.限于篇幅,本文重點關注作戰概念及其建模,在此對實驗和仿真不作探討.

2.3 作戰概念建模的特征與原則

2.3.1 作戰概念建模的特征

從不同視角出發,作戰概念建模具有前瞻性、復雜性、體系性、層次性、遞進性等特征.

1）前瞻性.作戰概念可在未來一定時期明確作戰目標、設計作戰場景、確定作戰原則、構建作戰體系.概念建模也是一個從無到有的設計過程,所涉及的裝備、對手、場景、環境等都是不確定的,需要依靠軍事領域專家的預測.作戰概念建模與軍事概念建模有很多相似的地方,但是作戰概念相對于軍事概念更加抽象且超前,所能獲得先驗知識更少,所以在建立概念模型時,技術人員需要與軍事專家進行充分溝通,將這些預測通過合理方式描述出來.因此,作戰概念建模具有很強的前瞻性,有效的作戰概念建模可以成為牽引部隊未來發展的直接動力.

2）復雜性.戰爭系統是最復雜的真實世界系統之一[17].作戰概念是想象的戰爭系統,世界局勢變化、未來技術發展等的不確定性更加劇了這種復雜性.作戰概念建模需要很好地處理這種復雜性,使模型的逼真度恰到好處,以合適的粒度描述模型.作戰概念建模是一項涉及多領域融合、跨學科交叉、多類別人員參與的復雜建模過程.概念模型建立的質量會對下一步的數學模型和仿真模型建立起到關鍵性的影響,并會影響到未來裝備需求的論證,所以作戰概念建模還具有主導性,這種主導性也加劇了這一問題的復雜性.

3）體系性.作戰概念所研究的內容都是以系統之系統（體系）的形式出現的,要解決的是體系級別的問題,這就決定了作戰概念建模需要運用體系工程的思維和方法,系統地劃分概念建模要素與層次、構建建模流程,設定概念建模目標,確定體系結構.

4）層次性.由于作戰概念是一個涵蓋宏觀到微觀的作戰理論體系.因此,作戰概念建模既有對頂層作戰概念的宏觀描述,也有對裝備作戰功能的微觀描述.具有頂層、聯合、軍種；戰爭、戰役、戰術等不同層次的作戰概念建模需求.不同層次需求會對作戰概念建模的不同方面提出不同內容、不同程度的要求.而各層次之間需要能夠有機聯系,自上而下指導、自下而上支撐.

5）遞進性.作戰概念需要能夠指導軍隊未來15年左右的長期建設.考慮到戰爭領域發展的巨大不確定性和復雜性以及專家預測的有限性,隨著戰略環境的變化,科學技術的發展,領域專家認識的不斷深化,作戰概念的相關內容也需要作出一定的調整.因此,作戰概念建模也需要進行長期持續的研究,對建模過程中的重大問題進行持續性地修訂和補充完善,具備一定的遞進性.

2.3.2 作戰概念建模的原則

曹曉東等提出概念建模應當把握以下3 條原則：1）適度抽象原則,模型的真正價值來源于抽象過濾掉那些不相關的細節；2）真實可信原則,主觀臆斷的知識會使模型產生重大的變形或失真；3）針對問題原則,只有做到針對問題,才能在對所關注的作戰使命空間進行合理分解的基礎上,構建對各個相對獨立的使命空間要素進行詳細描述的概念模型.并提出如果是軍事概念模型,概念建模還要遵循紅藍區分與戰場對抗原則,這樣才能符合作戰雙方對抗的實際[17].本文認為作戰概念建模除了以上原則外,還需要注重加強以下3 條原則：1）想象與真實融合原則,這是因為作戰概念是想象的真實戰爭世界,沒有想象不行,脫離實際也不行,已有的作戰力量的狀態、具備的能力,以及在作戰概念設計時間范圍內作戰力量能夠發展到什么程度,這些在作戰概念建模時都應當考慮；2）詳略得當原則,由于作戰概念涉及的內容非常多,沒有必要也不可能將全部視圖模型構建出來,詳略得當地根據研究或任務需要,構建所需視圖模型即可；3）易于修改原則,作戰概念開發過程中不確定因素非常多,承擔風險較大,建立的模型視圖應便于修改,使模型能夠不斷螺旋迭代升級.

2.4 作戰概念建模過程

作戰概念模型的建立可以劃分為以下幾個主要階段：1）作戰概念知識獲取——從軍事領域專家想象中的戰爭世界以及權威信息源和非正式需求（文檔形式）中獲取知識,并用自然語言進行解釋和說明,該階段主要是為了分析需求與獲取信息；2）作戰概念模型描述——把自然語言描述轉化為以適當的形式表示的作戰概念模型；3）作戰概念模型的驗證——從語法、語義、語用等各個方面驗證作戰概念模型的正確性[25,29].

而從作戰概念提出到應用的全視角來看,可將其劃分為以下幾個過程：1）軍事領域專家提出作戰概念（想象的真實戰爭世界）；2）作戰系統工程人員對作戰概念進行首次抽象描述,建立作戰概念模型,并初步確認作戰概念；3）建立設計模型,軍事運籌人員依據概念模型進行數學建模得出數學模型,協同技術人員建立仿真模型,驗證概念模型；4）工程制造人員和部隊人員依據設計模型進行軍隊建設,形成預想中的戰爭系統真實世界,并檢驗設計模型.作戰概念建模應用過程如圖4 所示.

圖4 作戰概念建模應用過程示意圖Fig.4 Schematic diagram of application process for operational concept modeling

3 作戰概念建模語言與方法

建模語言與方法是作戰概念模型描述的重中之重,也是作戰概念建模的核心.作戰概念建模使用的建模語言不是通常所說的自然語言,它是一種半正式的語言,可以定義模型中元素的種類,以及元素之間的關系,在圖形建模語言的情況下,還可以通過定義使用一系列標識法,從而在繪制圖表時顯示元素和關系[30].概念建模語言和方法有時難以進行區分,例如對象過程方法論OPM 就既是一種概念建模方法,又是一種概念建模語言.建模方法類似于一種路線圖,實際上就是“認識并描述變化”的方法.它是建模技術團隊創建系統模型要執行的一系列有關設計任務的文檔[30].

本章將對作戰概念建模中常見的語言和方法進行簡要論述與總結,并提出一種綜合集成方法.其中,常用的語言和方法主要有Petri 網、統一建模語言（unified modeling language,UML）、SysML、OPM、集成計算機輔助制造定義（integrated computer aided manufacturing definition method,IDEF）、DoDAF 等.還有一些方法如實體關系E-R 方法因為其分析復雜問題時使用比較困難,不適合于動態模型的建模與表示,并被傳統數據模型限制,在作戰概念建模領域應用較少,在此限于篇幅,不多作介紹.

3.1 Petri 網

Petri 網是1962 年Carl Adam Petri 在其博士論文中首次提出的,因其可以幫助檢驗流程并驗證概念模型的正確性,被認為是所有流程定義語言之母.Petri 網的優勢在于能夠進行嚴謹的數學分析和明晰清楚的圖形顯示,可以較為詳細地描繪出作戰過程中的體系內部運動機理[31].Petri 網在作戰概念建模應用方面,季軍亮等利用更具顯性特征的Petri 網可達標識圖對建立的UML 多層反導協同作戰任務規劃概念模型進行了驗證[32].朱延雷等建立了基于Petri 網的空間信息支援反導作戰指揮控制系統概念模型[33],運用可達標識圖的方法對其活動模型進行了動態特性分析.但Petri 網在描述體系的組成結構等體系特征時存在困難,模型也難以區分層次.

3.2 UML

UML 是一種面向對象語言,其采用視圖和文字相結合的表達方式[34].UML 誕生于上世紀90 年代初.1997 年年底,對象管理組織宣布采納UML1.1 作為基于面向對象技術的標準建模語言.它吸取了許多其他面向對象建模語言的長處,較為直觀,且UML圖形與DoDAF 視圖產品能夠較好地進行對應.有部分學者認為采用UML 來對作戰概念進行建模能夠具有良好的應用前景.如彭斯明等將其用于分布式防御作戰概念的形式化描述[35],郝琳等人將其用于美軍動能反衛的作戰系統概念建模[43].

但是UML 使用起來較為繁難,復雜度高,領域人員較難上手,其根深蒂固的計算機本位思想及某些概念的缺失（如需求的可追溯性）成為其在系統工程應用中難以取得成功的障礙[36].

3.3 SysML

2001 年1 月,為了在復雜系統工程項目中的利益相關方之間建立可以共同使用的建模語言,SysML應運而生.SysML 對UML 進行了擴展,增加了強大的系統工程功能,從而可以對更廣泛的系統進行建模,并記錄系統設計的所有方面[30].彭斯明等提出將SysML 用于作戰概念的描述規范化與可視化[15,37],分析了將DoDAF 和SysML 相結合用于作戰概念描述的方法,提出采用多視圖產品形式規范化描述作戰概念的作戰背景、能力需求、體系構成和作戰活動等,還提出了基于領域建模語言的作戰概念描述方法[37].田明虎等也將SysML 與DoDAF 進行結合,構建了包含全視圖、作戰視圖、能力視圖、系統視圖等4 類19 個基于SysML 的裝備作戰概念DoDAF 視圖產品模型[38].SysML 對UML 作了擴展,增加了強大的系統工程功能,從而可以對更廣泛的系統建模,并記錄系統設計的所有方面.基于OPM 模型表示的SysML 視圖與UML 視圖之間聯系與區別的分類如圖5 所示[23].

圖5 基于OPM 模型表示的SysML 區別于UML 視圖分類Fig.5 SysML represented by OPM model distinguishing from UML view classification

3.4 OPM

OPM 是由以色列Dov Dori 教授提出的一種將對象與過程視為同等重要的通用系統建模方法,其既是一種語言也是一種方法論[23,39].OPM 已經于2015年被國際標準化組織采納為ISO/PDPAS 19450 標準,標準名稱《Automation systems and integration——Object-Process Methodology》（自動化系統與集成——對象過程法）,并被確定為MBSE 兩大核心語言之一（另一語言是SysML）,并且是MBSE 六大方法論之一.Dori 出版專著將OPM 和SysML 進行了綜合運用和對比,楊峰等對該書進行了翻譯并在國內出版[23].劉志琦等研究了對象過程方法論的軍事概念模型改進以及OPM 模型到DoDAF 作戰視圖的轉換方法,以保持作戰視圖中各個模型的一致,提高開發效率[40-41].

OPM 成為國際標準的時間相對來說還比較短,因此,OPM 在作戰概念建模領域的應用相較于UML、SysML 等還不夠廣泛.僅有少量建模工具可供支持,文獻資料有限,但在學術界和軍事界正迅速被得到認可[42-45].

3.5 IDEF

IDEF 是1981 年美國空軍制定的集成化計算機輔助制造（integrated computer aided manufacturing,ICAM）這一工程中的概念方法,由20 世紀70 年代提出的體系結構化分析方法基礎上發展而來.它已經從剛開始的IDEF0、IDEF1、IDEF2 針對不同應用情況發展到IDEF14 的一系列16 套方法（包含IDEF1X在內）,在概念建模中經常被使用的是IDEF0、IDEF1X 和IDEF3[46].陳毅雨等進行了基于IDEF0 的武警部隊的反恐裝備作戰任務的需求分析研究[47],李大喜等采用IDEF0 和UML 對空基反導作戰進行了概念建模研究[48].

IDEF 方法的語義描述精確程度高,模型便于理解,但缺少面向對象設計的功能[49],且難以表達系統的同步一致性、并發性以及活動間的沖突等動態特性[50].

3.6 DoDAF

DoDAF 由20 世紀90 年代美軍構建的指揮、控制、通信、計算機、情報及監視與偵察（C4ISR）演化而來.DoDAF 已成為加拿大、英國和北約等進行國防體系構建遵循的標準[51].國外,美軍已經應用DoDAF 對新型裝備的作戰概念進行了較為詳細的概念建模,具有一定的參考價值.國內,郭齊勝等建立了基于DoDAF 的裝備作戰概念及其設計方法[52].田明虎、彭斯明等將SysML 與DoDAF 結合,采用DoDAF多視圖產品的形式對作戰概念的各個方面進行了規范化描述[15,38].

DoDAF 在作戰概念體系設計、作戰體系結構建模等很多方面都有應用[53-57],顯示了作為國防體系構建標準的廣泛認可[58].但是由于其包含較多的視圖產品,卻不涉及具體開發使用的描述語言,導致相關產品的開發復雜度較高,開發周期時間也往往很長,并且視圖之間還有可能出現不一致的情況.

3.7 作戰概念建模的綜合集成方法

前述典型作戰概念建模與方法的優缺點對比見表3.總之,包含以上多種建模語言和方法都可用于對作戰概念形成形式化、結構化、層次化、可視化的描述,方便不同領域專家的交流以及技術人員理解與建模.但由于作戰概念建模的前瞻性、復雜性、系統性、遞進性等特征,對概念建模的準確性、簡潔性和建模能力等提出了更高要求,作戰概念建模往往容易出現定義不清晰、結構不合理、特征不清楚、原則不掌握等問題.

表3 典型作戰概念建模語言與方法對比表Table 3 Comparison of typical modeling language and methods for operational concept

表3 中,DoDAF 作為被廣泛認可的國防體系構建標準,可為體系架構模型的設計開發提供規范、指導原則、規劃方案、視圖模型及產品說明等,以便于實現系統間集成與互操作.

OPM 和SysML 是MBSE 兩大核心語言.但二者也都有特點,其中OPM 具有概念簡潔,可同時描述對象和過程兩種要素,可同時運用圖形和文字兩種方式進行模型描述,系統特征表達清晰充分等優點,而SysML 系統建模能力強,內容豐富而全面使用領域廣泛.表4 對OPM 與SysML 語言適合的開發階段及優缺點進行了總結.通過表4 對比可以看出,OPM和SysML 語言可以結合起來,形成優勢互補,在概念設計的早期階段應用OPM 對整體進行描述,在概念設計后期階段應用SysML 對概念中需要詳細描述的部分進行豐富全面的描述,此外,Grobstein 和Dori還設計和應用了OPM 模型自動生成多類SysML視圖的方式[59],這就更方便這兩種語言之間的融合運用.

表4 OPM 和SysML 語言開發階段與細化對比Table 4 Comparison of OPM and SysML language development phases and specifics

基于以上討論,本文提出OPM 與SysML 語言結合DoDAF 視圖框架的作戰概念建模綜合集成方法.其中,OPM 與DoDAF 結合可主要為頂層作戰概念等進行建模,便于簡潔清晰地描述整個作戰體系的層次結構和行為與結構的結合,避免DoDAF 視圖中易出現的視圖之間不一致的情況.OPM 與DoDAF 結合進行概念建模,可以先考慮利用OPM 建立作戰概念描述的體系對象模型,開發DoDAF 中OV-4 組織關系圖等,再考慮作戰對抗過程,建立DoDAF 中OV-5a 作戰活動分解樹等視圖,最后考慮將體系對象模型和對抗過程模型集成在統一視圖中進行描述,得到對象過程統一的作戰概念模型視圖,對應DoDAF中OV-5b 作戰活動等模型的開發.SysML 與DoDAF結合,便于在需要描繪作戰概念某些具體方面的細致建模,如某新型裝備作戰流程等,這一過程可采用SysML 用例圖、塊定義圖、活動圖、時序圖、需求圖等,建立DoDAF 作戰事件跟蹤描述OV-6c,系統功能模型SV-4 等視圖.

因此,OPM 與SysML 語言結合DoDAF 視圖框架的作戰概念建模方式,具有明顯的協同作用,可詳略得當、簡潔清晰、重點突出地描述作戰概念.因此,該綜合集成方法相較其他方法具有一定優勢,預計其將成為未來作戰概念建模的主流方式之一.

4 結論

智能化戰爭時代即將來臨,作戰體系正向多域融合方向發展.在未來多維復雜戰場環境下,亟需形成一個高效組織、緊密協同且能獨立自主遂行作戰任務的“模塊化、彈性化、多能化”的聯合作戰體系.為了搶占未來戰爭制勝先機,美軍作戰概念不斷推陳出新,國內對于作戰概念的研究也方興未艾.面對這些想象的真實戰爭系統,為更好地描述未來作戰體系殺傷鏈各要素相互嵌入、相互增強、相互影響等特性,適應大規模異構復雜體系的多維度、多層次、多領域協同模型構建,迫切需要形成架構先進、系統關聯、層次分明、可操作性強的作戰概念體系及其對應的建模理論與方法.

但作戰概念及其建模研究容易出現定義不清晰、結構不合理、特征不清楚、原則不掌握等問題.因此,本文梳理并總結了作戰概念基本理論、作戰概念建模基礎、建模語言與方法等方面的知識內容,對相關研究進行了研討,最后提出了一種新的作戰概念建模綜合集成方法.下一步的工作還需要落實在領域和方向作戰概念的建模研究、仿真實驗、實踐應用中,持續進行相關研究,為作戰和裝備等體系設計論證、發展與運用打牢厚實基礎.