作戰體系能力需求敏捷開發方法研究

徐向前, 豆亞杰, 錢立煒, 姜 江, 楊克巍, 譚躍進

(國防科技大學系統工程學院, 湖南 長沙 410073)

0 引 言

海灣戰爭以來,以信息化、立體化、快節奏、不對稱為特點的現代戰爭模式在大數據與人工智能快速發展的影響下正在不斷發生新的變化,智能化體系作戰已經成為未來軍事發展的重要方向。作戰體系是由作戰要素、作戰單元、作戰力量等系統,按照一定的指揮關系、組織關系和運行機制構成,是具有體系對抗功能的有機整體。一個作戰體系的戰斗力生成通常始于作戰能力需求的開發[1]。作戰能力需求是指在特定作戰場景下,為實現目標任務而應具備的作戰能力。然而,由于未來戰爭發生突然,作戰周期短,戰場態勢變化快[1-4],并且傳統作戰體系能力需求開發論證周期長,應對外部環境變更的快速響應能力較差,頂層戰略設計人員與一線作戰指揮員之間存在“代溝”,這些因素共同導致了未來戰爭中作戰能力需求的快速精準獲取將會面臨極大的挑戰。

需求工程的敏捷開發方法將用戶故事作為用戶需求的來源并代替傳統的需求規格說明書,能夠實現用戶需求的快速響應與迭代,近年來已被各大互聯網企業廣泛應用[5-7]。用戶故事由“角色”“活動”“價值”三要素組成,通常表達為某個“角色”想要完成什么“活動”,來實現什么價值[8-10]。通過大量的用戶故事可以快速地對用戶需求進行準確描述,并在設計者與用戶等各方利益相關者之間搭起一座橋梁,使需求的敏捷開發成為可能[11-13]。如果將敏捷開發的思想遷移至作戰體系能力需求開發中,不但可以從理論上解決傳統需求工程方法開發論證周期時間長、需求獲取難、變更響應慢等問題,還可以在實踐層面為軍事體系需求工程智能化加速提質做好底層數據結構的搭建與準備,為未來軍事需求智能化獲取分析平臺的建設夯實基礎,真正實現軍事需求的智能化全壽命周期管理。

近年來,眾多專家學者將目光投向軍事需求開發領域,圍繞軍事領域需求生成問題進行了一系列的研究。劉文開等[14]圍繞裝備保障體系進行了基于能力的需求開發方法研究,建立了裝備保障體系需求開發的基本模型。Dou等[15]針對武器裝備能力需求開發中指標獲取難的問題,提出了基于區間數的元活動模型,利用元活動-能力映射方法生成了武器裝備能力需求清單。此外,針對作戰體系進行能力需求建模和分析也是軍事需求研究領域的一大熱點。剛建勛等[16]綜合運用作戰任務分解、任務活動關聯、能力非線性聚合、能力差距對比等方法對航母編隊作戰體系的能力需求進行了分析。陸飏等[17]通過構建作戰活動與能力的映射關系和需求方案約束模型實現了新型艦炮武器裝備系統的指標需求定量化生成。Li等[18]通過構建能力導向的時態作戰網絡,解決了高科技信息戰環境下武器裝備能力貢獻率的分析評估問題,為作戰體系的武器裝備能力需求生成提供了新思路。

用戶故事的概念來源于軟件工程領域近年來比較流行的敏捷開發方法。國外的專家學者對用戶故事的研究起步比較早,在基于用戶故事的敏捷需求理論與實踐中取得了一定的研究成果。查閱和搜集相關文獻資料后,可將用戶故事研究的關注點總結為用戶故事收集[19]、角色建模[20]、驗收測試[21]、評估[22]、發布計劃和迭代開發[23]、追蹤和交互[24]等方面。隨著人工智能技術的不斷發展,用戶故事與自然語言處理、機器學習、智能優化算法等方法的交叉融合使得需求敏捷開發呈現出新的創新點[12,25]。在最新的研究中,Nasiri等[26]借助自然語言處理技術實現了將用戶故事自動生成類圖并存儲在XML文件中。Kochbati等[27]借助機器學習和自然語言處理等方法,將系統自動分解為子系統,并通過用戶故事生成體系結構模型。Heaps等[28]利用深度學習模型從一組描述軟件產品行為的用戶故事中自動生成訪問控制信息,能夠為工程的控制、開發和審查提供幫助。國內圍繞用戶故事的研究成果較少,林榮峰等[29]將用戶故事方法應用于衛星姿軌控軟件設計的需求分析過程并提高了需求分析的準確性。王春暉等[30]從用戶故事缺陷定位角度出發,構建了用戶故事質量模型,利用自然語言處理方法進行缺陷檢測,并開發了用戶故事質量提升專用軟件工具,一方面有效地提高了用戶需求質量,另一方面也是國內用戶故事與人工智能技術結合的一次創新嘗試。

總體來看,雖然針對軍事系統或軍事體系需求的研究較多,但大多都是自頂向下逐步挖掘需求的過程,采用的方法也大多是管理學中的經典理論和算法,并未從根本上解決需求的雙向來源問題矛盾,即如何生成既能滿足上層決策者決心意志、又能符合底層執行者操作實際的共識需求。而針對用戶故事的研究重心雖然已經開始向人工智能領域靠攏,但尚未有專家學者提出如何在軍事復雜系統和體系作戰領域中運用用戶故事和智能化方法來解決傳統軍事需求開發過程中的痛點和難點問題。因此,本文基于軟件工程領域敏捷開發方法中的用戶故事思想,提出了以作戰活動需求為核心的作戰體系能力需求開發框架、方法和流程,解決了傳統作戰體系能力需求瀑布式開發的單向、線性、無反饋的問題,為下一步進行智能化加速提質技術的研究打下了理論基礎。

本文第1節主要介紹用戶故事相關的理論基礎;第2節介紹基于用戶故事的作戰體系能力需求敏捷開發方法;第3節給出應用本文方法的研究示例;第4節進行總結和展望。

1 理論基礎

用戶故事的概念起源于1998年一種名為極限編程(extreme programming,XP)的軟件工程方法學,最早作為XP中的一個小環節輔助用戶對所要開發的軟件進行簡單的功能需求描述。經過十多年的發展,用戶故事的內涵不斷得以豐富和完善,逐漸成為軟件開發過程中與用例圖地位相當的一種需求描述載體。

用戶故事通常用卡片的形式進行描述,如圖1所示。

圖1 用戶故事的卡片形式Fig.1 Card form of user stories

卡片的正面描述著用戶故事的核心三要素,即“角色”“活動”和“價值”。“角色”用于描述用戶故事的主體對象(或稱使用者);“活動”用于描述使用者想要進行的活動或對功能的需要;“價值”則用于描述完成或實現這項活動后,使用者能夠達到的目的或收益。卡片的反面則給出該用戶故事的規則和驗收標準,即當發生驗收標準中給出的事件時,如果軟件系統的反饋符合該用戶故事的規則或驗收標準,則可以認為該用戶故事的需求已經成功地被系統表達和響應。

用戶故事能夠在軟件系統開發初期快速地將虛無縹緲的用戶需求邊界確定下來,并細分為一個個獨立的功能點,幫助設計人員在極短時間內把握用戶的核心需求,并迅速展開下一步工作。表1給出了一個“顧客使用POS機消費”的用戶故事實例,該用戶故事的標題為《顧客使用POS機消費》,角色為“顧客”,活動為“想要刷POS機消費購物”,價值為“以便于沒攜帶現金時也可以消費購物”,此外還列出了該用戶故事的3種驗收標準。

表1 “顧客使用POS機消費”的用戶故事描述Table 1 User story description of “customers use POS to consume”

可以看到,通過用戶故事可以清晰地將用戶需求表述出來,并且盡可能地約束需求的邊界,聚焦滿足用戶需求需要實現的核心功能或需要解決的關鍵問題,使得需求的獲取更加敏捷高效。

2 基于用戶故事的作戰體系能力需求敏捷開發方法

本節主要介紹基于用戶故事的作戰體系能力需求敏捷開發方法,包含傳統作戰體系能力需求開發過程介紹及其存在的缺點,以及基于用戶故事思想的作戰體系能力需求敏捷開發框架、作戰體系能力需求建模方法和作戰體系能力需求敏捷開發流程。

2.1 傳統作戰體系能力需求開發過程

傳統作戰體系能力需求的開發是一個自頂向下,以中高層決策者和專業領域情報分析技術人員為主要參與對象,通過層層分解和映射轉化將首長的決心指示轉化為作戰體系任務活動、系統功能、裝備實體、人員戰法等詳細需求清單的過程,如圖2所示。圖2描述了傳統作戰體系能力需求開發的流程、方法以及各個階段的產品。首先,高層決策者按照首長決心和指示,綜合考量環境、人員、裝備、作戰周期、敵方信息等因素制定使命任務;其次,通過作戰任務分解,將使命任務層層分解形成詳細的子任務清單;再次,將任務與體系能力需求進行映射,依據體系能力需求框架規范制定該作戰體系下所需的體系能力需求;接著,分解細化體系能力需求,將抽象的體系能力需求轉化為比較具體的子能力需求清單;然后,將子能力需求與系統功能需求進行映射,進一步轉化為對作戰體系的系統功能需求并生成系統功能需求清單;最后,將系統功能需求與裝備實體進行映射關聯,生成該作戰體系下完成使命任務所需的武器裝備需求清單。

圖2 自頂向下的作戰體系能力需求開發過程Fig.2 Top down combat system-of-systems capability requirements development process

傳統的作戰體系能力需求開發論證周期較長,更適用于武器裝備長遠期的建設目標論證,但面對快節奏、不確定、多變化的動態戰場態勢,這一套方法顯然無法實現實時的保障和支撐。同時,傳統的作戰體系能力需求開發過程是一個自頂向下的線性單向瀑布式流程,缺少反饋和修改機制,一旦內、外部影響因素發生改變,將容易造成頂層戰略設計人員的需求與一線作戰指揮員的需求相矛盾的情況。因此,利用需求工程敏捷開發思維,在傳統作戰體系能力需求開發過程的基礎上加入自底向上的“用戶”反饋機制,實現用戶故事在作戰體系中的定制化,可以大大提升作戰體系能力需求開發的時效性和準確性。

2.2 基于用戶故事的作戰體系能力需求敏捷開發框架

針對傳統作戰體系能力需求開發過程存在的弊端,本文提出一種基于用戶故事的作戰體系能力需求敏捷開發方法,在結合傳統自頂向下的作戰體系能力需求開發過程中所使用的任務分解和映射轉化方法的基礎上,將傳統的瀑布式需求開發過程轉變為以用戶故事為主體的“V”模型結構框架,如圖3所示。

圖3 以用戶故事為主體的作戰體系能力需求敏捷開發框架Fig.3 Framework of combat system-of-systems capability requirements agile development focusing on user stories

如圖3所示,紅色框線表示傳統作戰體系能力需求開發流程,黑色框線則表示基于用戶故事的作戰體系能力需求敏捷開發框架。由圖3可知,本文提出的以用戶故事為主體的作戰體系能力需求開發框架并未完全摒棄傳統作戰體系能力需求開發的流程和方法,而是將其中的任務分解和映射轉化等主要方法步驟融合到“V”模型中,這不僅使決策者和專業技術人員在實際操作中能夠實現兩種需求開發方法的快速轉換和無縫銜接,同時也從根源上保證了本文提出的以用戶故事為主體的作戰體系能力需求開發框架所得出的能力需求分析結果,能夠與傳統作戰體系能力需求開發結果保持較高的一致性,從而使分析得到的作戰活動需求方案具備較高的可行性和合理性。

用戶故事作為模型框架最底部的核心要素,起到了支撐整個框架流程的關鍵性作用。戰場態勢動態變化的直接體現就是外部因素(如環境、天氣、敵情等)和內部因素(如裝備、人員、作戰周期等)的變化,而以用戶故事為主體的作戰體系能力需求開發模型能夠快速適應這種變化,并以增加新的用戶故事和刪除舊的用戶故事的增量式迭代方式進行快速響應,避免了傳統作戰體系能力需求開發推倒重來且費時費力的做法。快速迭代變化的用戶故事集在作戰活動的指導下能夠進行信息反饋,反過來影響作戰活動的重新制定。同時,基于用戶故事映射聚合的系統功能需求也更加貼合戰場實際,從而形成的體系能力需求也更加符合一線指戰員的實際所需。以用戶故事為主體的“V”模型結構極大地彌補了傳統瀑布式的作戰體系能力需求開發論證周期長和無用戶反饋的缺陷,將作戰體系能力需求開發變成了一個多維立體有反饋的過程。

2.3 基于用戶故事的作戰體系能力需求建模

由于用戶故事的概念是在軟件開發領域提出的,因此將用戶故事用于作戰體系能力需求的開發,需要根據作戰體系的特點加以改造和定制,使其更好地適應作戰體系的特性。下面以用戶需求的卡片形式來說明用戶故事的核心概念轉換,如圖4所示。

圖4 用戶故事的核心概念轉換Fig.4 Core concept transformation of user stories

如圖4所示,用戶故事的概念整體轉換為作戰活動需求。用戶故事卡片的正面,“用戶故事卡片標題”轉換為“作戰活動需求名稱”;“角色”轉換為“裝備/人員”;“活動”轉換為“作戰活動內容”;“價值”轉換為“作戰效果”。用戶故事卡片的背面,“驗收標準”整體轉換為“作戰場景”。下面給出作戰活動需求的定義。

定義 1作戰活動需求:為完成作戰任務而需執行的作戰活動,是作戰體系能力需求開發的基礎需求來源,通常包含以下幾個要素:

(1) 作戰活動需求名稱:用以簡單地描述該項作戰活動的內容,如“發射導彈攻擊敵方機場跑道”;

(2) 裝備/人員:用以表示執行該項作戰活動的裝備或人員,一般為專有名詞,如“發射排”等;

(3) 作戰活動內容:用以描述該項作戰活動需求需要完成什么樣的作戰任務或具備什么樣的功能/非功能或性能指標,如“某導彈鎖定目標并成功發射”;

(4) 作戰效果:用以表述該項作戰活動被成功執行后實現的作戰目的或取得的作戰效果,如“炸毀敵方機場跑道,使得敵方軍機不能起飛,失去制空能力”;

(5) 作戰場景:包含“規則”“事件”“結果”三部分,用以描述不同場景下,該項作戰活動可能出現的不同狀態分支,如“當某導彈的戰斗部處于準備就緒狀態且目標機場的攻擊距離在1 600 km以內的條件下,發生了成功鎖定目標并發射出某導彈的事件,產生了成功炸毀敵方機場跑道、使得敵方軍機不能起飛、失去制空能力的結果”;或者“當某導彈的戰斗部處于準備就緒狀態且目標機場的攻擊距離超過1 600 km的條件下,發生了鎖定目標事件,產生了目標范圍超過導彈射程、無法鎖定目標機場、無法發射導彈、敵方機場未被摧毀的結果”。

通過對用戶故事的內涵進行定制化建模和轉換,形成了一種新的針對作戰體系能力需求開發的“用戶故事”——“作戰活動需求”。“作戰活動需求”以作戰活動需求名稱、裝備/人員、作戰活動內容、作戰效果為核心要素,以作戰場景為驗證該“作戰活動需求”的檢驗標準,在戰時由前線指揮員快速提出,作為作戰體系能力需求開發過程的需求數據來源能夠提高作戰體系能力需求開發過程對需求動態變化的感知靈敏度,從而使作戰體系能力需求的開發更加敏捷。

大量的作戰活動需求共同構成了一個“需求庫”,結合圖3可以構建新的作戰體系能力需求開發定制化模型框架,如圖5所示。

圖5 作戰體系能力需求開發定制化模型框架Fig.5 Customized model framework for combat system-of- systems of capability requirements development

作戰活動需求庫中的需求條目之間往往存在一些關聯關系,根據常見的作戰活動類別和真實作戰活動關系,本文將作戰活動需求之間的關聯關系歸納為5種,分別為協同關系、重復關系、依賴關系、互斥關系和共生關系。

定義 2協同關系:當存在協同關系的兩個作戰活動需求在同一作戰目標下被同時激活時,能夠發揮出“1+1>2”的作戰效能,用于描述作戰任務中作戰活動之間真實存在的協同、配合等關系。協同關系用實心圓點雙箭頭表示。

定義 3重復關系:當存在重復關系的兩個作戰活動需求在同一作戰目標下被共同激活時,只能夠發揮出“1+1<2”的作戰效能,用于描述作戰任務中作戰活動之間真實存在的替代、備選等關系。協同關系用空心圓點雙箭頭表示。

定義 4依賴關系:當兩個作戰活動需求存在依賴關系時,其中一個作戰活動需求能夠被激活的前提條件是另一個作戰活動需求已經被激活,用于描述作戰任務中作戰活動之間真實存在的指揮、控制等關系。協同關系用空心尖箭頭表示,箭頭一端為依賴其他作戰活動需求的作戰活動需求,線一端為被其他作戰活動需求所依賴的作戰活動需求。

定義 5互斥關系:當兩個作戰活動需求存在互斥關系時,無法在同一作戰目標下被同時激活,用于描述作戰任務中作戰活動之間真實存在的競爭、矛盾等關系。互斥關系用空心三角雙箭頭表示。

定義 6共生關系:當兩個作戰活動需求存在互斥關系時,在同一作戰目標下必須被同時激活,用于描述作戰任務中作戰活動之間真實存在的隸屬、配屬等關系。共生關系用實心三角雙箭頭表示。

為了更加清晰地描述和展示作戰活動需求庫中眾多作戰活動需求之間及其與作戰體系系統功能需求、體系能力需求等要素之間的關聯關系,本文引入領域映射矩陣(domain mapping matrix,DMM)模型,在此基礎上構建用于描述體系結構中不同要素之間關聯關系的超立方映射模型,如圖6所示。體系中的不同要素兩兩之間的關聯關系構成關聯矩陣,多個關聯矩陣構成超立方映射模型。通過超立方映射模型,可以清晰地對作戰活動需求之間及其與作戰體系系統功能需求、體系能力需求等要素之間的關聯關系進行管理和展示,結合基于XML語言自主開發的“某體系結構建模工具”,可以更為便捷地對關聯數據進行管理和相關分析。

圖6 體系結構關系的超立方映射模型Fig.6 Hypercubic mapping model for system-of-systems architecture relationships

厘清作戰活動需求庫中的需求之間的關聯關系,不僅能夠輔助一線指戰員根據外部因素和內部因素的變化提出新的作戰活動需求,還可以為作戰活動需求庫充實需求信息,為實現作戰體系能力需求的自動化導出生成數據以提供支持,加速作戰體系能力需求開發過程。

為了使作戰體系能力需求的提出更加規范,本文結合用戶故事卡片設計作戰體系能力需求采集模板,用于輔助一線指戰員生成作戰體系能力需求,如圖7所示。模板中作戰活動需求5個要素的描述語言結構在圖4中已經說明。此外,本文依據用戶故事編寫的INVEST(independent,negotiable,valuable,estimable,small,testable)六準則制定作戰活動需求的編寫建議,如表2所示。作戰活動需求編寫建議表作為需求填報時的規范和指導,能夠幫助一線指戰員在填報作戰活動需求時提高需求質量,盡可能地減少需求信息的冗余和噪音。

圖7 作戰體系能力需求采集模板Fig.7 Combat system-of-systems capability requirements collection template

表2 作戰活動需求編寫建議Table 2 Proposal for preparation of operational activity requirements

2.4 基于用戶故事的作戰體系能力需求敏捷開發流程

根據以上基于用戶故事對作戰體系能力需求開發的建模,本文給出作戰體系能力需求敏捷開發流程如下。

步驟 1高層決策人員根據首長的決心指示制定戰略層面宏觀的使命任務。

步驟 2高層決策人員、專業技術人員以及作戰指揮人員根據內外部影響因素的情報信息對使命任務進行階段劃分,并針對不同階段的使命任務進行任務分解,形成子任務清單,也可稱為任務目標清單。

步驟 3將任務目標清單發放給涉及任務執行的一線指戰員,一線指戰員根據環境、天氣、敵情、裝備、人員、作戰周期等內外部影響因素的信息,按照作戰活動編寫建議表的規范要求填寫作戰活動需求信息表。

步驟 4決策人員和專業技術人員將收集的大量作戰活動需求信息表進行過濾篩選,提取關鍵信息并刪除冗余信息,進一步明確各個作戰活動需求之間的關聯關系,最終形成一個支撐完成本項任務目標的作戰活動需求庫。

步驟 5根據決策人員和專業技術人員的經驗知識,提取出能夠完成任務目標的作戰活動需求組合,在此基礎上將作戰活動需求映射聚合成系統功能需求。

步驟 6在作戰體系能力框架的指導下,將映射聚合生成的系統功能需求進一步映射轉換生成作戰體系能力需求。

步驟 7當戰場態勢發生變化,由一線指戰員根據態勢變化信息快速提出新的作戰活動需求,決策人員和專業技術人員在原有作戰活動需求組合的基礎上進行增量式改動,并回到步驟5。

相比傳統作戰體系能力需求開發瀑布式的單向線性過程,本文提出的基于用戶故事思想的作戰體系能力需求開發流程重點關注如何快速響應戰場態勢動態變化所帶來的需求變化,將需求開發的核心放在對戰場態勢變化最敏感、提出需求最實際的一線指戰員所提出的作戰活動需求上,采用增量式的響應機制能夠更快速地更改需求,總體上形成一種有反饋且不斷迭代的需求開發模式。

3 示例研究

本節通過一個虛擬戰例來體現本文提出的基于用戶故事的作戰體系能力需求敏捷開發方法的應用流程,以及與傳統作戰體系能力需求開發方法相比敏捷高效的特點。

任務想定:紅軍某合成旅預定于某時某分向A陣地發起進攻,命令旅屬工兵分隊協同偵察分隊抵近A陣地前沿進行工程偵察,查明對方防御地帶工事構筑、障礙物設置類型和密度情況,并進行上報。同時,于預定時間之內完成為進攻分隊清掃雷場,于較難通過地區架設橋梁,摧毀敵方障礙物,實現保障第一梯隊向進攻地域開進的作戰目標。

作戰體系能力需求開發過程如下。

(1) 任務階段劃分,明確任務目標

根據上級下達的使命任務,可以將該使命任務劃分為兩個階段:抵近偵察階段(編號階段1)和排障架橋階段(編號階段2)。通過任務分解可以將階段1的任務目標分解為抵近陣地前沿(編號任務目標1.1)、偵察對方防御工事(編號任務目標1.2)、上報情報信息(編號任務目標1.3);將階段2的任務目標分解為清掃雷場(編號任務目標2.1)、架設橋梁(編號任務目標2.2)、摧毀對方障礙物(編號任務目標2.3),如圖8所示。

圖8 任務階段劃分和任務目標分解Fig.8 Task phase division and task goal decomposition

(2) 下發任務清單,收集作戰活動需求

將任務目標清單下發給一線指戰員,指戰員根據外部因素(包括天氣、環境、敵情等)和內部因素(裝備、人員、作戰周期等)提報作戰活動需求。以任務目標2.1清掃雷場為例,指戰員根據階段1獲取的情報信息,提報作戰活動需求。

根據情報,已知內外部因素信息如下。

外部因素信息:執行任務時間段內天氣晴,偏東風2級,氣溫15 ℃～22 ℃,需排雷區域長度、寬度為100 m×300 m,面積為30 000 m2,目標地區地勢較緩,為5°左右上升坡面,上有低矮樹木覆蓋,地雷數量不明,地雷觸發方式主要有壓發、拉發兩種,不排除有其他復雜類型的地雷。

內部因素信息:可參與掃雷任務的人員編制有一個掃雷排,約30人;掃雷裝備有氣壓拋射掃雷器(5枚,用于排爆拉發式地雷,射程為50～90 m,具有體積小、重量輕、攜帶方便的特點);遙控雷場清障車(1輛,可在坡度小于40°的坡面作業,用于掃除淺層防步兵地雷、清除灌木叢和鏟運樹木,需從他部調配);智能排雷機器人(2臺,在植被較矮、較稀疏、地勢平緩的區域作業,需要專業操作手,協助人工排雷);履帶式綜合掃雷車(1輛,采用火箭彈大面積爆破淺層地雷,排雷效率高,車身體積較大);單兵掃雷儀(數量若干,適用于單兵作業的掃雷裝置)等,距離進攻部隊開進到此區域的時間還有6 h。

作戰活動需求提報結果如表3所示(部分展示)。

表3 作戰活動需求提報結果Table 3 Reporting results of operational activity requirements

續表3Continued Table 3

(3) 構建作戰活動需求庫,生成需求組合方案

提取作戰活動需求的關鍵信息,檢查是否存在明顯的缺失、矛盾等錯誤,如作戰活動2.1.1的場景1中遺漏了“風力等級等于2級時”的情況,修改后將所有合理的作戰活動需求歸入作戰活動需求庫中。進一步地,確定庫中不同作戰活動需求之間的關聯關系,如作戰活動需求2.1.4依賴作戰活動需求2.1.1,作戰活動需求2.1.4和作戰活動需求2.1.5存在協同關系等,如圖9所示。

圖9 作戰活動需求關系圖Fig.9 Correlation diagram of operational activity requirements

決策者綜合考慮敵情、時間、成本、作戰效能、任務完成度等因素,在一定條件下選擇、制定出最優的作戰需求組合方案,并按照方案下達執行命令。

假設決策者制定的作戰需求組合方案由作戰活動需求2.1.1、作戰活動需求2.1.2、作戰活動需求2.1.4、作戰活動需求2.1.5構成。作戰活動需求2.1.1作為作戰活動需求2.1.4的依賴需求項需要首先開展,而后具有協同關系的作戰活動需求2.1.2、作戰活動需求2.1.4和作戰活動需求2.1.5同步開展,最大化任務的執行效率。

具體任務描述為:首先由5名操作手手持氣壓拋射掃雷器間隔10 m進行掃雷;然后將目標區域的拉發式地雷進行部分排除后,由10名掃雷兵、1輛遙控雷場清障車(配備2名操作手和1名觀察員)、2臺智能排雷機器人(配備4名專業操作手)同步展開排雷任務;之后10名掃雷兵間隔3 m,成群推進掃除壓發式地雷,2名操作手和1名觀察員操控1輛遙控雷場清障車跟隨單兵進行二次掃雷和灌木叢清除;最后4名專業操作手操控2臺智能排雷機器人協助掃雷兵處理并掃除其他類型的地雷。

(4) 將作戰活動需求組合映射聚合為系統功能需求

根據作戰活動需求組合所使用的人員和裝備,可以大致將整個排雷裝備體系分為3個系統,分別為人工掃雷系統、遙控掃雷系統和智能掃雷系統,每個系統對應的系統功能如表4所示。

表4 各個系統對應的系統功能Table 4 System functions corresponding to each system

(5) 在作戰體系能力框架的指導下,映射聚合生成作戰體系能力需求

根據上級發布的作戰體系能力框架,檢索與執行任務目標2.1清掃雷場的排雷裝備體系相關聯的能力需求,結果如圖10所示。

圖10 “清掃雷場”體系能力需求示意圖Fig.10 Schematic diagram of capability requirements of “minefield clearing” system-of-systems

(6) 根據戰場態勢變化,收集新的作戰活動需求,調整已有作戰活動需求組合,生成新的作戰體系能力需求

隨著作戰活動的推進,戰場態勢動態變化,內、外部影響因素也在不斷發生改變。當改變后的內、外部影響因素已不再滿足原有根據作戰活動需求組合制定的作戰方案時,由一線指戰員快速提出新的作戰活動需求,決策者和專業技術人員對新提出的作戰活動需求進行審核后將其加入作戰活動需求庫中,并在原有作戰活動需求組合方案的基礎上進行快速修改,從而生成新的作戰方案和作戰體系能力需求。

如當風力等級變化為8級時,作戰活動需求2.1.1已不可行,進而導致作戰活動需求2.1.2、作戰活動需求2.1.4和作戰活動需求2.1.5組成的協同作業模式失效,故原制定的作戰方案已不可行。此時,一線指戰員提出新的作戰活動需求“搭設隱蔽工事”,決策人員將其與作戰活動需求2.1.3“駕駛履帶式綜合掃雷車掃雷”組合形成新的作戰方案,即在不被敵方偵察哨發現并打擊的情況下,使用火箭彈大面積爆破淺層地雷。

通過不斷更新作戰活動需求庫,可以實時調整作戰方案響應動態變化的戰場態勢,還能夠為作戰體系能力需求開發的智能化加速提質提供數據儲備,賦予其新的戰略價值,將作戰活動需求庫變為作戰活動需求知識庫。

4 結束語

本文提出了基于用戶故事的作戰體系能力需求敏捷開發方法,以系統工程“V”模型和用戶故事思想為基礎重新設計了作戰體系能力需求開發框架,對作戰體系能力需求進行了建模,對其信息要素和采集模板進行了定制,并提出了一套完整的作戰體系能力需求開發流程,最后用一個簡單的作戰任務示例演示了作戰體系能力需求的開發過程,極大程度地改進了傳統瀑布式作戰體系能力需求開發過程單向、線性、無反饋的缺點,解決了作戰體系能力需求的提出既能滿足上層決策者決心意志又能符合一線指戰員實際執行的需求雙向來源矛盾問題,大大提升了作戰體系能力需求開發的效率。

本文提出的框架、方法和流程目前僅停留在管理理論層面,部分環節還缺乏算法和數學模型的支持,這也是本文的不足之處。未來的研究將在本文的基礎上持續重點深入3個方向的研究:一是作戰體系能力需求敏捷開發的前端輸入智能化,主要采用自然語言處理技術和深度學習算法實現面向文本的需求自動采集與質量監測,能夠大幅提高需求的采集效率和質量;二是作戰活動需求的組合優化,主要采用智能優化算法實現最優作戰方案的自動化生成,能夠輔助決策者面對戰場態勢動態變化快速做出方案調整;三是作戰活動需求知識庫構建,主要通過大量數據構建作戰活動需求的知識圖譜,能夠賦予作戰活動需求知識庫“智慧”,來實現智能化的需求推薦。