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      DoDAF2.0及其應(yīng)用分析

      2015-04-24 07:31:02周榮坤張永利石教華
      艦船電子對(duì)抗 2015年1期
      關(guān)鍵詞:體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型國(guó)防部

      周榮坤,張永利,石教華

      (中國(guó)電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院,北京 100041)

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      DoDAF2.0及其應(yīng)用分析

      周榮坤,張永利,石教華

      (中國(guó)電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院,北京 100041)

      國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架(DoDAF)2.0是一套先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,對(duì)于規(guī)范裝備的"Top-Down"設(shè)計(jì)過(guò)程具有重要借鑒意義。分析了DoDAF2.0的元數(shù)據(jù)模型、開發(fā)過(guò)程和設(shè)計(jì)支撐環(huán)境,總結(jié)了"Top-Down"設(shè)計(jì)過(guò)程中需要重點(diǎn)開展的工作。

      國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架;聯(lián)合能力集成開發(fā)系統(tǒng);體系結(jié)構(gòu)

      0 引 言

      傳統(tǒng)裝備研制過(guò)程中,從軍事需求到系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)之間的缺少規(guī)范化方法的指導(dǎo),無(wú)法形成完整的“Top-Down”設(shè)計(jì)過(guò)程,導(dǎo)致軍事需求到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)之間的映射關(guān)系模糊、系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的約束不強(qiáng)等問(wèn)題。

      DoDAF2.0的目的正是為了讓國(guó)防部業(yè)務(wù)流程主管在其職責(zé)范圍內(nèi)確定體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)需求并對(duì)開發(fā)過(guò)程實(shí)施控制。DoDAF2.0是一套先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,對(duì)于規(guī)范裝備的“Top-Down”設(shè)計(jì)過(guò)程具有重要借鑒意義。

      1 國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架2.0

      DoDAF2.0嚴(yán)格區(qū)分了體系結(jié)構(gòu)模型和視圖、視角的概念,并進(jìn)一步提出了定制(Fit-for-Purpose)視圖的概念。模型是體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中的視圖模板,不含體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù);視圖是模型+體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù);視角是多個(gè)體系結(jié)構(gòu)視圖。DoDAF2.0在原來(lái)的全視圖(AV)、作戰(zhàn)視圖(OV)、系統(tǒng)視圖(SV)、技術(shù)視圖(TV)的基礎(chǔ)上,新增數(shù)據(jù)與信息視角、能力視角、服務(wù)視角和項(xiàng)目視角[1],如圖1所示。

      圖1 DoDAF2.0中提供的視角

      上述視角中所包含的視圖模板(不含數(shù)據(jù))稱為DoDAF模型(DoDAF-described Models)。在對(duì)DoDAF模型進(jìn)行定制或者組合使用的情況下,就稱為定制視圖。DoDAF2.0并不強(qiáng)制使用DoDAF模型。

      1.1 元數(shù)據(jù)模型

      任何建模類工具或方法論中,模型都表現(xiàn)為可視化視圖和數(shù)據(jù)2個(gè)層面的表達(dá)。具體到DoDAF2.0中,體系結(jié)構(gòu)方法、信息和展示(可視化)的關(guān)系如圖2所示。

      圖2 體系結(jié)構(gòu)方法、信息和展示(可視化)的關(guān)系

      與較早版本關(guān)注體系結(jié)構(gòu)“產(chǎn)品”描述相比,它更關(guān)注體系結(jié)構(gòu)“數(shù)據(jù)”。為了消除規(guī)范化文檔采用自然語(yǔ)言描述而存在的二義性,保證人與計(jì)算機(jī)對(duì)體系結(jié)構(gòu)描述理解一致,DoDAF2.0版基于國(guó)際防務(wù)企業(yè)體系結(jié)構(gòu)規(guī)范(IDEAS)基礎(chǔ)本體模型構(gòu)建了具備數(shù)學(xué)意義的DoDAF元模型(DM2)。

      DM2由3個(gè)層次構(gòu)成,分別是概念數(shù)據(jù)模型(CDM)、邏輯數(shù)據(jù)模型(LDM)、物理交換規(guī)范(PES)。其中:

      (1) CDM定義了頂層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),用以創(chuàng)建非技術(shù)術(shù)語(yǔ)的體系結(jié)構(gòu)描述,提供各層次使用者和管理者能夠理解體系結(jié)構(gòu)描述的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

      (2) LDM在CDM基礎(chǔ)上增加了技術(shù)信息,基于IDEAS基礎(chǔ)本體將關(guān)系闡述為形式化定義。

      (3) 物理交換規(guī)范(PES)是基于可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(XML)技術(shù)構(gòu)建,在無(wú)二義的邏輯數(shù)據(jù)模型(LDM)基礎(chǔ)上增加特定通用數(shù)據(jù)類型和執(zhí)行屬性,自動(dòng)生成XML模式定義(XSD)文件。

      用PES可實(shí)現(xiàn)不同體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具之間的數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)描述在數(shù)據(jù)層面上的一致。

      PES是體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)交換規(guī)范,它提供了一個(gè)有效的、標(biāo)準(zhǔn)化的方法,實(shí)現(xiàn)不同體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具之間的數(shù)據(jù)交換。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師可借用各種軟件工具,基于可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言模式定義文件(XSD)來(lái)記錄體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和信息,然后將數(shù)據(jù)和信息存儲(chǔ)到聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫(kù)。由于使用了同樣的物理交換規(guī)范,因而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)理解上的一致性。

      PES使用XSD文件定義了52個(gè)視圖的文檔結(jié)構(gòu),DM2_PES_v2.02.xsd文件結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

      圖3 PES的XSD頂層結(jié)構(gòu)

      圖4 IdeasViews字段結(jié)構(gòu)

      其中:

      (1) IdeasEnvelope是數(shù)據(jù)交換文件的根元素;

      (2) IdeasData字段包括所有需要交換的DM2數(shù)據(jù)元素,通過(guò)XML文檔標(biāo)準(zhǔn)的“ID”和“IDREFS”定義數(shù)據(jù)元素的唯一標(biāo)識(shí)以及對(duì)標(biāo)識(shí)的引用;

      (3) IdeasViews字段詳述DoDAF視圖構(gòu)成,并通過(guò)“IDREFS”引用IdeasData區(qū)段內(nèi)的數(shù)據(jù)元素;

      (4) constraints通過(guò)XML文檔標(biāo)準(zhǔn)“key”和“keyref”,定義了IdeasEnvelop區(qū)段內(nèi)“IDFEFS”所指向的具體“ID”。

      DM2為軍事電子信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換規(guī)范。設(shè)計(jì)工具將設(shè)計(jì)成果導(dǎo)出成符合PES的XML數(shù)據(jù),就可以基于DM2對(duì)這些數(shù)據(jù)文件進(jìn)行集成,最終實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)成果集成。集成后的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成果依然是基于DM2的數(shù)據(jù),可以廣泛應(yīng)用于分析、匯報(bào)、驗(yàn)證、進(jìn)一步設(shè)計(jì)等,如圖5所示。

      圖5 基于DM2的設(shè)計(jì)成果集成

      通過(guò)“搜索和營(yíng)救”示例,說(shuō)明怎樣用物理交換規(guī)范XSD來(lái)記錄CV-2視圖,如圖6所示。搜索和營(yíng)救的CV-2視圖對(duì)應(yīng)的XML文件如圖7所示。

      圖6 搜索和營(yíng)救能力CV-2視圖

      圖7 搜索和營(yíng)救CV-2視圖對(duì)應(yīng)的XML文件

      雖然DoDAF2.0側(cè)重于體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),但是體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)必須通過(guò)體系結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行收集、組織、交換和利用(利用體系結(jié)構(gòu)工具),因此,在體系結(jié)構(gòu)的使用過(guò)程中,更多地體現(xiàn)為體系結(jié)構(gòu)視圖的運(yùn)用。

      1.2 開發(fā)過(guò)程

      DoDAF2.0定義了一個(gè)6步體系結(jié)構(gòu)開發(fā)過(guò)程,如圖8所示。

      開發(fā)過(guò)程主要包括[2]:

      (1) 確定體系結(jié)構(gòu)的使用意圖。

      (2) 確定體系結(jié)構(gòu)的范圍。

      (3) 確定支持體系結(jié)構(gòu)開發(fā)所需的數(shù)據(jù):

      (a) 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師為滿足體系結(jié)構(gòu)目標(biāo)和范圍所需的概念,利用DoDAF2.0第2卷中的附錄B,確定所需的DoDAF模型;同時(shí)確定所需的Fit-for-Purpose視圖。

      (b) 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師審查,包括DM2概念數(shù)據(jù)模型、DM2邏輯數(shù)據(jù)模型和DM2概念、關(guān)聯(lián)與屬性。

      圖8 體系結(jié)構(gòu)開發(fā)過(guò)程

      (4) 收集、組織、關(guān)聯(lián)、存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù):

      (a) 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師確定需要收集數(shù)據(jù)的特定的體系結(jié)構(gòu)DM2元模型組,及其概念、關(guān)聯(lián)和屬性。

      (b) 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師收集所需的DoDAF模型、Fit-for-Purpose視圖、DM2元模型組、概念、關(guān)聯(lián)和屬性。

      (c) 利用所識(shí)別的元模型組,體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師確定收集數(shù)據(jù)的方法。

      (5) 為支持體系結(jié)構(gòu)目標(biāo)進(jìn)行分析,利用所識(shí)別的元模型組,體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師確定數(shù)據(jù)的使用。

      (6) 編寫決策者所需的文檔結(jié)果。利用所識(shí)別的元模型組,體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師和決策者確定數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式。

      1.3 支撐環(huán)境

      DoDAF2.0并不約束使用哪種工具來(lái)進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),但是,為了保證體系結(jié)構(gòu)描述一旦進(jìn)行注冊(cè),就能被發(fā)現(xiàn)、共享,要求體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具具有2個(gè)基本特性:

      (1) 能利用PES進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的收集、組織、存儲(chǔ)和共享;

      (2) 能從國(guó)防部元數(shù)據(jù)注冊(cè)系統(tǒng)(DMR)中進(jìn)行XML數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出;能在國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)注冊(cè)系統(tǒng)(DARS)中進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)注冊(cè)。

      國(guó)防部有一系列體系結(jié)構(gòu)資源,這些資源應(yīng)作為體系結(jié)構(gòu)視圖開發(fā)過(guò)程中的參考和指導(dǎo),包括[1]:

      (a) 國(guó)防部信息企業(yè)體系結(jié)構(gòu);

      (b) 國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)注冊(cè)系統(tǒng);

      (c) 國(guó)防部信息技術(shù)組合庫(kù);

      (d) 國(guó)防部信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和概要注冊(cè)系統(tǒng);

      (e) 聯(lián)合C4I項(xiàng)目評(píng)估工具;

      (f) 聯(lián)合通用系統(tǒng)功能清單;

      (g) 指示管理/決策支持系統(tǒng);

      (h) 元數(shù)據(jù)注冊(cè)系統(tǒng);

      (i) 海軍體系結(jié)構(gòu)要素參考指南;

      (j) 服務(wù)注冊(cè)系統(tǒng);

      (k) 通用聯(lián)合任務(wù)清單。

      國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)注冊(cè)系統(tǒng)(DARS)在體系結(jié)構(gòu)開發(fā)和共享過(guò)程中發(fā)揮重要作用。DARS最初是基于保密網(wǎng)建設(shè)的,后來(lái)擴(kuò)展到非密網(wǎng)。DARS系統(tǒng)配置如圖9所示。

      圖9 DARS系統(tǒng)配置圖

      2 DoDAF在JCIDS中的應(yīng)用

      DoDAF模型在美國(guó)防部流程中被廣泛應(yīng)用。聯(lián)合能力集成開發(fā)系統(tǒng)(JCIDS)的主要目標(biāo)是確保作戰(zhàn)人員獲得成功執(zhí)行其所被賦予任務(wù)的能力。JCIDS定義了一套協(xié)同流程,利用聯(lián)合概念和一體化體系結(jié)構(gòu)描述來(lái)識(shí)別能力差距以及彌補(bǔ)差距的“條令、組織、訓(xùn)練、裝備、領(lǐng)導(dǎo)、教育、人員、設(shè)施”(DOTMLPF)與策略方法[2]。通過(guò)改變聯(lián)合DOTMLPF和策略,從而開發(fā)新的能力。在美國(guó)防部的主要流程中,JCIDS側(cè)重能力開發(fā);計(jì)劃,規(guī)劃,預(yù)算和執(zhí)行(PPBE)側(cè)重投資分析和組合管理;國(guó)防采購(gòu)系統(tǒng)(DAS)側(cè)重裝備采購(gòu),如圖10所示。

      圖10 JCIDS、PPBE與DAS

      DoDAF通過(guò)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品(模型/視圖)來(lái)支撐國(guó)防部的主要流程,如圖11所示。

      圖11 體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品(模型/視圖)對(duì)國(guó)防部主要流程的支持關(guān)系

      3 結(jié)束語(yǔ)

      在體系結(jié)構(gòu)的使用過(guò)程中,更多地體現(xiàn)為體系結(jié)構(gòu)視圖(設(shè)計(jì)產(chǎn)品)的運(yùn)用,但是體系結(jié)構(gòu)視圖離不開體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的支撐,因此,需要重點(diǎn)從方法、數(shù)據(jù)和環(huán)境3個(gè)方面規(guī)范裝備“Top-Down”設(shè)計(jì)過(guò)程:

      (1) 方法是指要有理論指導(dǎo),并且具有規(guī)范的設(shè)計(jì)建模過(guò)程程序,規(guī)定各階段的設(shè)計(jì)產(chǎn)品和設(shè)計(jì)產(chǎn)品之間的約束關(guān)系;

      (2) 數(shù)據(jù)是指堅(jiān)持以數(shù)據(jù)為中心的工程方法,體現(xiàn)為設(shè)計(jì)過(guò)程中,以數(shù)據(jù)為中心傳遞設(shè)計(jì)產(chǎn)品,將頂層設(shè)計(jì)中的模型能一致貫徹到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的模型(含數(shù)據(jù)模型);

      (3) 環(huán)境是指要有支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工具,以及較為完善的參考資源。

      [1] Architecture Working Group.DoD Architecture Framework Version 2.0[EB/OL].http://www.us.armv.mil/suite/page/454707,2009-05-28.

      [2] Joint Capabilities Integration and Development System(CJCSI 3170.01H)[EB/OL].http://www.dtic.mil/cjcs_directives,2012-01-10.

      Analysis of DoDAF2.0 and Its Application

      ZHOU Rong-kun,ZHANG Yong-li,SHI Jiao-hua

      (China Academy of Electronics and Information Technology,CETC,Beijing 100041,China)

      Department of defense architecture framework (DoDAF) 2.0 is a set of advanced system design method,which is of significant reference meanings to regulate the "Top-Down" design course of equipments.This paper analyzes the metadata model,developing process and design supporting environment of DoDAF2.0,summarizes the key work required to be performed during the "Top-Down" design process.

      department of defense architecture framework;joint capability integrated development system;system structure

      2014-08-06

      E9

      A

      CN32-1413(2015)01-0018-05

      10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.01.004

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