面向任務(wù)的艦船系統(tǒng)信息流程仿真優(yōu)化方法

岳林，項(xiàng)國(guó)富，胡偉浩

中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢 430064

面向任務(wù)的艦船系統(tǒng)信息流程仿真優(yōu)化方法

岳林，項(xiàng)國(guó)富，胡偉浩

中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢 430064

針對(duì)目前艦船信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍以功能集成實(shí)現(xiàn)為主，難以提升全艦總體信息交互與信息處理效率的問(wèn)題，提出一種面向任務(wù)的艦船系統(tǒng)信息流程仿真優(yōu)化方法。該方法進(jìn)行全艦任務(wù)分解與艦員戰(zhàn)位關(guān)聯(lián)，然后采用DoDAF的體系結(jié)構(gòu)視圖技術(shù)建立面向戰(zhàn)位任務(wù)的艦船系統(tǒng)信息流模型。實(shí)驗(yàn)表明，該方法既可檢驗(yàn)信息流程的準(zhǔn)確性和合理性，也可評(píng)估信息交互模型的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行效率，可為艦船信息化總體方案驗(yàn)證優(yōu)化提供一種有效的定量分析技術(shù)途徑。

艦船系統(tǒng)；信息流程建模；人與系統(tǒng)模型；任務(wù)節(jié)點(diǎn)分解

0 引 言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展及各種電子信息裝備的大量應(yīng)用，全艦信息系統(tǒng)集成優(yōu)化對(duì)艦艇作戰(zhàn)效能提高的促進(jìn)作用愈發(fā)明顯。美、英等國(guó)海軍最新的艦船已突破僅從平臺(tái)或作戰(zhàn)角度單獨(dú)考慮信息化建設(shè)的局限，全艦信息一體化集成與綜合管理控制已成為技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，例如：美國(guó)最新的CVN-78核動(dòng)力航母及DDG-1000驅(qū)逐艦提出“全艦計(jì)算環(huán)境”（Total Ship Computing Environment，TSCE）概念［1］，并結(jié)合全艦任務(wù)對(duì)全艦信息化建設(shè)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮和規(guī)劃，使全艦的作戰(zhàn)指揮、操縱控制、損管、后勤保障、維修和訓(xùn)練等任務(wù)活動(dòng)的執(zhí)行實(shí)現(xiàn)綜合管理控制，從而明顯提高自動(dòng)化水平與作戰(zhàn)能力，并大幅減少了艦員數(shù)量（DDG-1000搭載艦員148人，而DDG-51 IIA為348人）［2］。

在DDG-1000的研制過(guò)程中，研制人員在開(kāi)發(fā)初期不僅梳理了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、作業(yè)流程、戰(zhàn)位需求，明確各系統(tǒng)功能和性能的配置，而且還從任務(wù)的角度對(duì)全艦信息系統(tǒng)進(jìn)行集成優(yōu)化設(shè)計(jì)，并采用美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架（DoDAF）［3］視圖技術(shù)進(jìn)行建模，形成了全艦信息系統(tǒng)的集成工程模型（IEM）。

在IEM模型庫(kù)中，每位艦員的任務(wù)線程行動(dòng)都可以在全艦任務(wù)模型上得以識(shí)別，并且每一項(xiàng)確定的任務(wù)都根據(jù)其各種特性結(jié)合儲(chǔ)存在任務(wù)倉(cāng)庫(kù)里的艦員行為規(guī)范與作業(yè)要求等數(shù)據(jù)進(jìn)行“任務(wù)分析”，最終生成艦上工作量和人員需求的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖，從而在不影響使用性能的前提下實(shí)現(xiàn)了DDG-1000有限的148名艦員的合理配置［4］。

DDG-1000基于任務(wù)的系統(tǒng)工程建模方式從全艦每名艦員“任務(wù)線程”的角度分解系統(tǒng)功能，為海軍提供一種公共模型和語(yǔ)言來(lái)描述艦上的各種任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一致性，提高系統(tǒng)集成、工程管理以及產(chǎn)品控制的效率［5］。事實(shí)上，DDG-1000并非是第1艘采用人與系統(tǒng)集成（HSI）設(shè)計(jì)理念進(jìn)行全艦系統(tǒng)和人員建模的艦艇，但該設(shè)計(jì)理念卻在其研發(fā)與建造過(guò)程中得到了極大的發(fā)展和完善，從而實(shí)現(xiàn)了大幅減員情況下的安全保證和戰(zhàn)斗力提升［6］。

目前，艦船信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍以功能實(shí)現(xiàn)為主，國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)于艦船系統(tǒng)建模仿真的研究大多局限于系統(tǒng)內(nèi)部或某一類(lèi)目標(biāo)任務(wù)，例如艦船保障性工程建模［7］、動(dòng)力系統(tǒng)/設(shè)備建模［8］、作戰(zhàn)任務(wù)流程建模［9-10］，尚無(wú)相關(guān)從艦船總體層面的任務(wù)需求進(jìn)行信息流程建模分析與優(yōu)化的研究。為此，本文擬提出一種面向任務(wù)的艦船系統(tǒng)信息流程建模仿真與效能評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)從以往各功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)向基于任務(wù)的全艦信息系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，從全艦層次提升全艦信息化水平與信息使用效率。

1 任務(wù)分解與戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)建模

與傳統(tǒng)基于功能進(jìn)行信息建模的設(shè)計(jì)方式不同，面向任務(wù)的信息交互流程建模首先需從戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)作業(yè)角度，分析艦任務(wù)指揮執(zhí)行過(guò)程中的系統(tǒng)交互流程，為此，首先需要建立戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)模型，分析全艦艦員戰(zhàn)位類(lèi)型、作業(yè)任務(wù)、信息需求與指揮控制要求。

戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)建模首先需建立全艦任務(wù)剖面框架，然后將戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)與作業(yè)任務(wù)相關(guān)聯(lián)，最終生成戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)模型。其建模的主要過(guò)程如下。

1.1 全艦任務(wù)分解

根據(jù)艦使命任務(wù)和使用需求自上而下進(jìn)行全艦任務(wù)分解，從“頂層使命任務(wù)層→艦使命任務(wù)層→艦任務(wù)剖面層→系統(tǒng)任務(wù)剖面層→任務(wù)活動(dòng)模型層”進(jìn)行任務(wù)層次劃分，建立全艦任務(wù)層次模型，如圖1所示。

圖1 全艦任務(wù)層次模型示例Fig.1 The layered mode case of total ship mission

1）頂層使命任務(wù)層。

頂層使命任務(wù)一般包括國(guó)家目的、國(guó)家安全戰(zhàn)略、國(guó)家安全目標(biāo)、國(guó)家軍事目標(biāo)、海軍使命任務(wù)、編隊(duì)使命任務(wù)等，頂層使命任務(wù)即是任務(wù)分解的源頭。

2）艦使命任務(wù)層。

由頂層使命任務(wù)層對(duì)任務(wù)逐層分解得到水面艦船的使命任務(wù)。水面艦船的使命任務(wù)一般包含實(shí)施戰(zhàn)略威懾；打擊和殲滅敵空海陸力量，奪取一定海域的制空權(quán)或制海權(quán)，保衛(wèi)海上交通線，掩護(hù)潛艇出航，實(shí)現(xiàn)登陸作戰(zhàn)支援；參加打擊海盜、出訪、救護(hù)等非戰(zhàn)爭(zhēng)軍事行動(dòng)等。

3）艦任務(wù)剖面層。

艦任務(wù)剖面層是根據(jù)艦使命任務(wù)和相關(guān)使用需求，分析艦使命任務(wù)下本艦應(yīng)具備的種種任務(wù)或功能，如探測(cè)感知、航行操控等。

4）系統(tǒng)任務(wù)剖面層。

系統(tǒng)任務(wù)剖面層是結(jié)合系統(tǒng)任務(wù)剖面實(shí)現(xiàn)的功能類(lèi)型，分解艦任務(wù)剖面層的每項(xiàng)任務(wù)，如探測(cè)感知任務(wù)可分解為數(shù)據(jù)處理、信息感知、感知設(shè)備遙控等。

5）任務(wù)活動(dòng)模型層。

任務(wù)活動(dòng)模型源于系統(tǒng)任務(wù)剖面的分解，各種任務(wù)活動(dòng)實(shí)際對(duì)應(yīng)的就是艦員所執(zhí)行的一系列具體、明確的任務(wù)活動(dòng)或過(guò)程，系統(tǒng)任務(wù)的分解可采用如下幾類(lèi)原則：

（1）工況原則：根據(jù)艦的常規(guī)工況，如備戰(zhàn)備航、航渡、巡航、作戰(zhàn)、返航等工況進(jìn)行子任務(wù)的分解。

（2）功能原則：根據(jù)某系統(tǒng)任務(wù)剖面實(shí)現(xiàn)的功能類(lèi)型進(jìn)行分解。如艦船駕控保障任務(wù)根據(jù)實(shí)現(xiàn)的功能，主要從可達(dá)和可航行性、生命力需求、特殊艦船作業(yè)、浮標(biāo)及浮筒部署等功能類(lèi)型進(jìn)行子任務(wù)分解。又如自防御任務(wù)可從導(dǎo)彈攔截、防潛反潛和電子對(duì)抗等功能進(jìn)行子任務(wù)分解。

（3）目標(biāo)原則：在進(jìn)行作戰(zhàn)管理任務(wù)或其他任務(wù)分解時(shí)，可以作戰(zhàn)目標(biāo)為依據(jù)進(jìn)行子任務(wù)分解。比如艦艇攻擊任務(wù)可依據(jù)登陸、消滅敵艦艇、切斷運(yùn)輸航路等目標(biāo)進(jìn)行子任務(wù)分解。

（4）空間維度原則：在子任務(wù)的分解過(guò)程中，從作戰(zhàn)空間的維度（包括陸、海、空、天、電磁等）進(jìn)行子任務(wù)分解。

1.2 戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)關(guān)聯(lián)建模

基于以上任務(wù)層次模型與艦員戰(zhàn)位模型，結(jié)合指揮組織關(guān)系，梳理不同戰(zhàn)位人員的信息需求與指揮控制接口，將各戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)與任務(wù)活動(dòng)模型層的任務(wù)單元相關(guān)聯(lián)，進(jìn)行戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)建模。戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)關(guān)聯(lián)模型主要描述：戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)類(lèi)型、指揮關(guān)系、信息需求、任務(wù)活動(dòng)。如圖2所示，以作戰(zhàn)指揮任務(wù)涉及的幾個(gè)戰(zhàn)位為例，其分別關(guān)聯(lián)信息收集、信息處理、態(tài)勢(shì)生成、制定作戰(zhàn)計(jì)劃等任務(wù)活動(dòng)。

圖2 典型戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)關(guān)聯(lián)模型Fig.2 The activity relationship model for typical fight nodes

2 基于任務(wù)線程的系統(tǒng)信息交互建模仿真

本節(jié)結(jié)合上文提出的任務(wù)層次模型與戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)關(guān)聯(lián)模型，采用DoDAF的體系架構(gòu)和視圖技術(shù)進(jìn)行面向任務(wù)的艦船系統(tǒng)信息交互流程建模與仿真設(shè)計(jì)。

DoDAF中的運(yùn)作體系結(jié)構(gòu)包含7類(lèi)視圖，采用面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模語(yǔ)言UML進(jìn)行模型描述。本方法根據(jù)需要選用3類(lèi)視圖——運(yùn)作節(jié)點(diǎn)連接圖（OV-2）、運(yùn)作活動(dòng)圖（OV-5）、運(yùn)作狀態(tài)時(shí)序變化圖（OV-6c）描述面向戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)交互信息流模型。主要設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

1）分析各戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)運(yùn)作活動(dòng)。

結(jié)合戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)模型，分析艦任務(wù)指揮控制執(zhí)行過(guò)程涉及各戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)的活動(dòng)，生成面向任務(wù)的戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)運(yùn)作活動(dòng)圖（OV-5）。運(yùn)作活動(dòng)圖主要反映作業(yè)流程、輸入輸出信息和戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)對(duì)象，描述任務(wù)基本執(zhí)行過(guò)程（圖3）。

圖3 作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)運(yùn)作活動(dòng)圖（OV-5）Fig.3 The operation view of operational command nodes

2）梳理各戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系。

針對(duì)戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)活動(dòng)與信息需求，分析各戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)之間任務(wù)活動(dòng)執(zhí)行中相關(guān)的操作指令與信息交互，生成面向戰(zhàn)位任務(wù)的節(jié)點(diǎn)連接圖（OV-2）。戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)連接圖主要表現(xiàn)某項(xiàng)艦任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)間的信息交互內(nèi)容、接口、連接關(guān)系以及指揮控制形式（下達(dá)指令或語(yǔ)音指揮）。

3）建立多戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)協(xié)作的任務(wù)執(zhí)行時(shí)序圖。

2018年9月15日，第二十四次全國(guó)地方立法工作座談會(huì)在浙江杭州召開(kāi)。中共中央政治局常委、全國(guó)人大常委會(huì)委員長(zhǎng)栗戰(zhàn)書(shū)出席會(huì)議并講話。他強(qiáng)調(diào)：“要以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想和黨的十九大精神為指導(dǎo)，總結(jié)改革開(kāi)放40年來(lái)我國(guó)立法工作特別是地方立法工作的成就和經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)地方立法工作與時(shí)代同步伐、與改革同頻率、與實(shí)踐同發(fā)展，為完善中國(guó)特色社會(huì)主義法律體系、推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展作出新貢獻(xiàn)?！?/p>

根據(jù)戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)連接圖（OV-2）與各戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)運(yùn)作活動(dòng)圖（OV-5），即可建立多節(jié)點(diǎn)協(xié)作任務(wù)執(zhí)行運(yùn)作狀態(tài)時(shí)序變化圖（OV-6c）。任務(wù)執(zhí)行時(shí)序變化圖主要描述參與任務(wù)的戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)對(duì)象、戰(zhàn)位狀態(tài)行為、信息跳轉(zhuǎn)關(guān)系及任務(wù)執(zhí)行時(shí)序順序。

3 基于信息交互模型的仿真優(yōu)化

基于系統(tǒng)信息交互模型，即可進(jìn)行模型驗(yàn)證與效能仿真，模型驗(yàn)證主要是為了分析各戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的作業(yè)線程執(zhí)行過(guò)程中是否存在沖突、死鎖、資源爭(zhēng)用、丟失等問(wèn)題，檢驗(yàn)和分析信息交互流程的準(zhǔn)確性和合理性；效能仿真則是通過(guò)設(shè)定仿真與環(huán)境參數(shù)，綜合分析評(píng)估信息交互模型關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行效率，為方案對(duì)比分析與設(shè)計(jì)優(yōu)化提供支持。

1）系統(tǒng)交互信息流模型流程驗(yàn)證。

模型流程驗(yàn)證主要對(duì)戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)完成某項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行的信息交互和狀態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)證。利用建模仿真軟件平臺(tái)，針對(duì)某任務(wù)的系統(tǒng)交互信息流模型，在戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)連接圖（OV-2）中設(shè)定戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)交互接口、通信方式、信息流向，并執(zhí)行運(yùn)作狀態(tài)時(shí)序變化圖（OV-6c）流程校驗(yàn)工具，順序執(zhí)行信息流程，當(dāng)執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生沖突、死鎖（死循環(huán)）、丟失（中斷）時(shí)便會(huì)停止并跳出，準(zhǔn)確定位流程中的錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)。

系統(tǒng)交互信息流模型流程驗(yàn)證與建模設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)迭代的過(guò)程，即在系統(tǒng)初始信息交互流程設(shè)計(jì)方案的輸入下，建立信息流模型，通過(guò)流程驗(yàn)證分析，反過(guò)來(lái)檢驗(yàn)信息流模型，保證流程的正確性與合理性。

2）系統(tǒng)交互信息流模型效能仿真與優(yōu)化。

模型效能仿真則是利用建模仿真平臺(tái)，針對(duì)所建立的系統(tǒng)交互信息流模型，根據(jù)研究目的和內(nèi)容制定相應(yīng)的仿真試驗(yàn)項(xiàng)目，設(shè)置仿真參數(shù)并執(zhí)行仿真模型，評(píng)估系統(tǒng)方案效能，支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

模型仿真首先需結(jié)合研究目的與內(nèi)容進(jìn)行仿真參數(shù)設(shè)置，主要包括任務(wù)場(chǎng)景、仿真運(yùn)行參數(shù)、事件狀態(tài)轉(zhuǎn)移仿真參數(shù)與任務(wù)執(zhí)行成本參數(shù)等的設(shè)置。

（1）任務(wù)場(chǎng)景設(shè)置：設(shè)定艦船當(dāng)前的工況、任務(wù)事件。

（2）仿真運(yùn)行參數(shù)設(shè)置：進(jìn)行仿真模型的初始化設(shè)置，如仿真次數(shù)、仿真時(shí)間。

（3）事件狀態(tài)轉(zhuǎn)移仿真參數(shù)設(shè)置：戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)處理動(dòng)作執(zhí)行概率、狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件等。

（4）任務(wù)執(zhí)行成本參數(shù)設(shè)置：轉(zhuǎn)移處理任務(wù)活動(dòng)消耗成本，包括執(zhí)行時(shí)間、人力需求、資源成本等。

通過(guò)以上參數(shù)設(shè)置，仿真運(yùn)行系統(tǒng)交互信息流模型，即可統(tǒng)計(jì)分析各戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)的平均使用率、任務(wù)的平均執(zhí)行時(shí)間、平均消耗成本等指標(biāo)，可確定任務(wù)執(zhí)行過(guò)程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，評(píng)估任務(wù)執(zhí)行效能，從而綜合驗(yàn)證評(píng)估信息交互模型效能。

4 模型效能仿真與分析實(shí)驗(yàn)

本節(jié)以艦船作戰(zhàn)工況下的典型作戰(zhàn)任務(wù)為例，選擇IBM Rational Rhapsody為仿真建模平臺(tái)，設(shè)定仿真與環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行信息流模型仿真分析，確定任務(wù)執(zhí)行過(guò)程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，分析評(píng)估不同信息交互方案下的任務(wù)執(zhí)行效能，從而驗(yàn)證所提出的信息交互流程仿真優(yōu)化方法的有效性。

4.1 仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定

1）任務(wù)場(chǎng)景設(shè)定。

假定艦船當(dāng)前位于作戰(zhàn)工況下，接收上級(jí)指示對(duì)所在海域執(zhí)行區(qū)域防空任務(wù)，發(fā)現(xiàn)一架敵機(jī)從某方向進(jìn)入我方領(lǐng)海，艦指揮員根據(jù)預(yù)定方案立即實(shí)施攔截，敵機(jī)被擊落的時(shí)間窗口服從正態(tài)分布normal（25，8），其中25為期望值，8為方差。由此，可設(shè)定腳本函數(shù)如下：

CreateToken（“敵機(jī)”）；

SetTokenTime（“敵機(jī)”，normal（25，8））。

2）仿真運(yùn)行參數(shù)設(shè)置。

進(jìn)行任務(wù)執(zhí)行仿真模型的初始化設(shè)置，主要進(jìn)行以下參數(shù)設(shè)置：

SetSimTime（2500）；//將仿真總時(shí)間設(shè)置為2 500 s。

SetSimCount（100）；//將仿真次數(shù)設(shè)置為100。

3）事件狀態(tài)轉(zhuǎn)移仿真參數(shù)設(shè)置。

由于每個(gè)戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)任務(wù)處理需要相關(guān)的執(zhí)行概率、狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件，即需設(shè)定相關(guān)條件轉(zhuǎn)移腳本函數(shù)（normal為正態(tài)分布函數(shù)），如本文中反導(dǎo)事件下反導(dǎo)活動(dòng)的總概率為1，其對(duì)應(yīng)可執(zhí)行電子干擾、導(dǎo)彈攔截、近程反導(dǎo)3種措施，各自的執(zhí)行概率分別為 0.2，0.4和0.4，如表 1所示。

表1 任務(wù)執(zhí)行概率設(shè)置Tab.1 The probability of mission performing

4）執(zhí)行成本參數(shù)設(shè)置。

由于轉(zhuǎn)移處理任務(wù)活動(dòng)還需要消耗一定的作業(yè)時(shí)間、人力需求和資源開(kāi)銷(xiāo)（本實(shí)驗(yàn)暫定：成本＝戰(zhàn)位人次×作業(yè)時(shí)間×資源開(kāi)銷(xiāo)），故需綜合以上因素，對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)成本進(jìn)行參數(shù)與腳本設(shè)置，如表2所示，其中任務(wù)活動(dòng)編號(hào)與表1中的任務(wù)活動(dòng)名稱(chēng)對(duì)應(yīng)。

表2 執(zhí)行成本設(shè)置Tab.2 The cost of perform

4.2 模型效能分析

仿真運(yùn)行系統(tǒng)交互信息流模型，即可統(tǒng)計(jì)分析各戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)的平均使用率、任務(wù)的平均執(zhí)行時(shí)間、平均消耗成本等指標(biāo)，從而綜合驗(yàn)證評(píng)估信息流模型效能。

1）節(jié)點(diǎn)平均使用率分析。

根據(jù)仿真運(yùn)行結(jié)果，相關(guān)節(jié)點(diǎn)的平均使用率（本試驗(yàn)中為各戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)在多次任務(wù)仿真流程中的參與次數(shù)平均值）如圖4所示。

圖4 任務(wù)節(jié)點(diǎn)使用率Fig.4 The using ratio of mission nodes

可見(jiàn)，艦長(zhǎng)指揮戰(zhàn)位基本處于繁忙狀態(tài)，說(shuō)明在對(duì)空作戰(zhàn)方面可以進(jìn)行對(duì)空指揮決策授權(quán)或增加艦指揮處理節(jié)點(diǎn)，以縮短對(duì)空作戰(zhàn)反應(yīng)時(shí)間。

2）任務(wù)活動(dòng)的平均執(zhí)行時(shí)間。

根據(jù)仿真運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，相關(guān)任務(wù)活動(dòng)的平均執(zhí)行時(shí)間（本試驗(yàn)中為各任務(wù)活動(dòng)在多次任務(wù)仿真流程中的執(zhí)行時(shí)間平均值）如圖5所示。

圖5 任務(wù)活動(dòng)的平均執(zhí)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)Fig.5 The average time of mission activities

可見(jiàn)，信息處理活動(dòng)所占用的執(zhí)行時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，所以信息處理可視情增加執(zhí)行戰(zhàn)位節(jié)點(diǎn)、提高處理能力或改變處理方式（分類(lèi)或并行處理），減少任務(wù)活動(dòng)占用時(shí)間。

3）平均消耗成本。

根據(jù)仿真運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，每個(gè)任務(wù)活動(dòng)的平均消耗成本（本試驗(yàn)中為各任務(wù)活動(dòng)在多次任務(wù)仿真流程中的消耗成本平均值）如圖6所示。

圖6 任務(wù)活動(dòng)的平均消耗成本統(tǒng)計(jì)Fig.6 The average cost of mission activity

如圖6所示，導(dǎo)彈攻擊（9）、導(dǎo)彈攔截（11）的平均消耗成本較高，這是因?yàn)閷?dǎo)彈資源成本較高，因此需在作戰(zhàn)流程中加強(qiáng)作戰(zhàn)方案設(shè)計(jì)，在保證相同命中概率的情況下進(jìn)行武器使用規(guī)劃。同時(shí)，作戰(zhàn)計(jì)劃的修改調(diào)整會(huì)極大地增加消耗成本，如若將“方案確認(rèn)”原來(lái)的重確認(rèn)機(jī)率從10%調(diào)整至20%，則相關(guān)任務(wù)活動(dòng)成本約上升20%～30%?？梢?jiàn)，在對(duì)空作戰(zhàn)流程中，任務(wù)執(zhí)行的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在于作戰(zhàn)計(jì)劃的制定，需根據(jù)作戰(zhàn)需求優(yōu)化作戰(zhàn)計(jì)劃，提高任務(wù)執(zhí)行效率。

接下來(lái)，針對(duì)以上方案（重確認(rèn)10%）改變對(duì)空方案，即將電子干擾（8）、導(dǎo)彈攔截（11）和近程反導(dǎo)（12）執(zhí)行概率改為0.4，0.2和 0.4，進(jìn)行2種作戰(zhàn)方案的成本評(píng)估分析，如圖7所示。

圖7 兩種方案的效能對(duì)比Fig.7 The comparison of two schemes

從仿真結(jié)果可以看出，方案2的總體成本相比原方案降低了約4%。可見(jiàn)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析不同方案模型的仿真結(jié)果，即可基于定量依據(jù)進(jìn)行多種方案的效能對(duì)比與驗(yàn)證優(yōu)化。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)采用面向任務(wù)的信息流程仿真優(yōu)化方法對(duì)全艦任務(wù)執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行仿真分析，即可確定任務(wù)執(zhí)行過(guò)程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，評(píng)估任務(wù)執(zhí)行效能，為全艦任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中的系統(tǒng)信息交互流程優(yōu)化與多方案對(duì)比提供有力支持。

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A mission-oriented simulating and optimizing method for the shipborne system information flow

YUE Lin，XIANG Guofu，HU Weihao
China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

Aiming at the problem that the design of ship information system is still based on the functional integration,whose overall information exchanging and disposal efficiency can be difficult to promote,a mission-oriented simulating and optimizing method for ship's system information flow is proposed.By dissecting the ship's missions and relating those to the fighting node,an information flow model of the shipborne system is established by adopting the technology of DoDAF architecture view.The simulation results show that the presented method is not only applicable in checking the veracity and rationality of the information flow,but is also capable of evaluating the key node and the efficiency of information exchanging models,which serves as a feasible method of quantitative analysis in validating and optimizing the scheme of ship informatization.

shipborne system；information flow modeling；human and system model；mission node resolving

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：U665.2

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2015.06.017

http∶//www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20151110.1026.038.html期刊網(wǎng)址：www.ship-research.com

岳林，項(xiàng)國(guó)富，胡偉浩.面向任務(wù)的艦船系統(tǒng)信息流程仿真優(yōu)化方法［J］.中國(guó)艦船研究，2015，10（6）：114-119，125.YUE Lin，XIANG Guofu，HU Weihao.A mission-oriented simulating and optimizing method for the shipborne system information flow［J］.Chinese Journal of Ship Research，2015，10（6）：114-119，125.

2015-03-11 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-11-10 10∶26

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61303238）

岳林（通信作者），男，1982年生，博士，工程師。研究方向：艦船信息化。E-mail：elfyue1982＠163.com

項(xiàng)國(guó)富，男，1984年生，博士，工程師。研究方向：艦船信息化。E-mail：15926415460＠163.com

喻 菁］