面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法研究*

劉 彬，孫 曉，杜曉明，楊志標(biāo)，王海卿（.軍械工程學(xué)院，石家莊 050003；.復(fù)雜系統(tǒng)仿真總體重點實驗室，北京 000）

面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法研究*

劉 彬1，孫 曉2，杜曉明1，楊志標(biāo)1，王海卿1
（1.軍械工程學(xué)院，石家莊 050003；2.復(fù)雜系統(tǒng)仿真總體重點實驗室，北京 100101）

針對目前軍事仿真系統(tǒng)開發(fā)中存在的軍事仿真規(guī)則提取不完備的問題，在充分發(fā)揮ECA規(guī)則提取方法優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，提出了面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法。該方法以實體狀態(tài)變遷為中心，運用系統(tǒng)論方法，重點分析實體的環(huán)境、功能、行為、組元和結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并將分析結(jié)果引入ECA規(guī)則。通過將該方法應(yīng)用于裝備搶修組實施搶修的規(guī)則提取中，驗證了其對于提高規(guī)則的完備性與可信性具有較好的效果。

面向?qū)嶓w，ECA規(guī)則，軍事仿真

0 引言

所謂規(guī)則就是事物發(fā)展過程中所遵循的規(guī)范與法則，事物的進展自始至終受到規(guī)則的約束［1］。軍事仿真規(guī)則是實施軍事系統(tǒng)建模與仿真的重要基礎(chǔ)，它明確地描述了軍事任務(wù)空間相關(guān)要素之間的關(guān)系，使一些定性的原則具體化為定量的規(guī)則，為實體進行智能決策提供依據(jù)，進而為開發(fā)人不在環(huán)軍事仿真系統(tǒng)提供保證［2］。軍事仿真規(guī)則為仿真系統(tǒng)開發(fā)人員的設(shè)計與實現(xiàn)過程提供了具體參照，進而決定著仿真過程的演化方向和結(jié)果。然而，軍事仿真規(guī)則對于絕大多數(shù)人來說是非常抽象的，很多開發(fā)人員不知道哪些軍事仿真規(guī)則對于系統(tǒng)開發(fā)有用，這就使得規(guī)則提取工作還存在一定的不完備性。

在軍事仿真規(guī)則提取過程中，ECA規(guī)則由于具有強大的語義表達能力，被系統(tǒng)開發(fā)人員廣泛使用［3］。為了提高規(guī)則提取的完備性，本文以ECA規(guī)則為基礎(chǔ)，提出了一種面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法，重點分析實體的狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)移，使軍事仿真規(guī)則更清晰地呈現(xiàn)在開發(fā)人員面前，從而使軍事仿真系統(tǒng)更好地表達真實系統(tǒng)，提高仿真的針對性。

1 ECA規(guī)則

ECA規(guī)則，最早應(yīng)用在數(shù)據(jù)庫共享領(lǐng)域，由于其具有簡潔、高效的特征，已經(jīng)在多個領(lǐng)域中進行使用。ECA規(guī)則包含3部分:事件（Event）、條件（Condition）和動作（Action），事件表示規(guī)則在什么時候可以執(zhí)行，條件表示在執(zhí)行一定動作之前必須要滿足的條件，而動作則是對事件的響應(yīng)。ECA規(guī)則可以用表格的方式進行描述，如表1所示。

表1 搶修組實施搶修指揮決策規(guī)則

ECA規(guī)則也可以用形式化方式表示:

RULE＜規(guī)則名稱＞［參數(shù)1，參數(shù)2，…，參數(shù)n］

When＜Event＞

If＜Condition1＞

Then＜Action1＞

If＜Condition2＞

Then＜Action2＞

……

End RULE＜規(guī)則名稱＞

ECA規(guī)則定義了什么時候需要觸發(fā)一個規(guī)則，當(dāng)規(guī)則被觸發(fā)以后，需要對條件進行判斷，如果條件滿足，則動作將會被執(zhí)行。ECA規(guī)則對應(yīng)的示意圖如圖1所示。

圖1ECA規(guī)則示意圖

在仿真系統(tǒng)開發(fā)過程中，事件可能是某個外部事件（extEvent）、內(nèi)部事件（intEvent）或特定時間事件（timeEvent），可以表示為多個子事件（e1，e2，…em）的組合，可以是邏輯運算“與”組合（e1∩e2∩…∩em），也可以是邏輯運算“或”組合（e1∪e2∪…∪em），還可以是由按照一定的順序發(fā)生的多個子事件組合［4］；條件是對系統(tǒng)運行過程已經(jīng)發(fā)生了的相關(guān)控制變量進行判斷；動作則是下一個行為的執(zhí)行。

ECA規(guī)則在表達實際系統(tǒng)運行過程方面具有很強的語義表達能力，能根據(jù)實際運行過程中的不同情況進行相應(yīng)的動作處理，它的事件作為一個相對獨立的成分，具有專門的監(jiān)測機制，在軍事仿真規(guī)則的提取過程中，可以按照每一個具體的事件進行規(guī)則的提取，從而使提取出的規(guī)則具備較好的完備性。

2 面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法

在軍事仿真系統(tǒng)開發(fā)過程中，通常是面向?qū)嶓w進行概念建模的，因此，本文認為，在提取軍事仿真規(guī)則時，也應(yīng)該面向?qū)嶓w進行提取，本文對ECA規(guī)則進行了擴充，形成了面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法，該方法是在清晰地描述系統(tǒng)運行業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，針對實體的不同狀態(tài)轉(zhuǎn)換，準(zhǔn)確、全面地提取軍事仿真規(guī)則的過程。

2.1 方法步驟

面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法步驟如下:

Step1:將某個軍事活動過程根據(jù)實體的不同狀態(tài)進行模塊劃分，然后分別對每個模塊進行情況判斷，對系統(tǒng)運行中與核心實體相關(guān)的事件進行分析，為下一步進行實體狀態(tài)分析做準(zhǔn)備；

Step2:根據(jù)系統(tǒng)論的思想［5］，從環(huán)境、功能、行為、組元、結(jié)構(gòu)等5個方面分析實體的狀態(tài)，這是進行規(guī)則提取的基礎(chǔ)；

Step3:從環(huán)境、功能、行為、組元、結(jié)構(gòu)等5個方面著手，分析事件的驅(qū)動是針對哪一個狀態(tài)的，進行條件分析；

Step4:根據(jù)條件的變化，分析實體的行為過程。具體步驟如圖2所示。

圖2 面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法示意圖

2.2 核心概念分析

事件:是一種行為的瞬時發(fā)生，這有兩方面含義:第1，事件是行為的標(biāo)志，行為可以是軍事命令、報告，也可以是軍事行動；第2，事件可以有一個時間參照點來指明。由于有的軍事行動是一個過程而不是時間點，因此，在定義事件時，必須指明其參照時間點。這個時間點可以是行為開始的瞬間，也可以是結(jié)束的瞬間，或者是某個階段的開始和結(jié)束。事件描述該規(guī)則何時被觸發(fā)。例如:當(dāng)指揮員接收到行軍命令，接下來就會觸發(fā)是否實施行軍的規(guī)則。

實體:是軍事行動的實施者，采用面向?qū)嶓w的好處是圍繞真實世界的概念來組織模型的思考問題的方式，被認為是解決復(fù)雜問題的最有希望的方法之一。例如在部隊行軍的行動過程中，人員實體、裝備實體貫穿在整個活動流程環(huán)節(jié)中，所以在分析軍事系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程、提取軍事仿真規(guī)則時，就可以把人員實體和裝備實體抽象出來作為具體的對象。

狀態(tài):是一種存在的狀況，是在實體執(zhí)行特定任務(wù)時的過程情況，它描述了一個實體在業(yè)務(wù)過程中的一個時間段［6］。它可以是一個對象等待某事件發(fā)生時的一段時間，也可以是實體執(zhí)行持續(xù)活動時的一段時間。在此過程中實體的性質(zhì)相似，具有一定的時間穩(wěn)定性，即在一段有限時間內(nèi)保持實體的外在狀況和內(nèi)在特性的相對穩(wěn)定。換言之，處于相同狀態(tài)的實體對于同一事件具有相同的反應(yīng)，如實體的環(huán)境狀態(tài)、功能狀態(tài)、行為狀態(tài)、結(jié)構(gòu)狀態(tài)等。

條件:是實體狀態(tài)的一種變遷，表明實體在所處環(huán)境、功能、行為、結(jié)構(gòu)等方面發(fā)生改變，進入另一個狀態(tài)。例如，部隊（實體）處于行軍狀態(tài)，當(dāng)這種狀態(tài)改變?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài)時，該實體的條件也就發(fā)生了改變。

行為:指當(dāng)條件發(fā)生改變后，實體所表現(xiàn)出來的動態(tài)過程。行為可以是單一行為，也可以是復(fù)雜行為。例如:部隊在行軍過程中，由于面臨敵情，指揮員命令部隊進入隱蔽狀態(tài)，那么相關(guān)的人員、裝備都要進行隱蔽過程中的相關(guān)行動，這一系列行動就是復(fù)雜行為。

在軍事系統(tǒng)運行的過程中，實體的狀態(tài)需要不斷地變遷，只有有效地應(yīng)對這種變遷，才能進一步完成接下來的任務(wù)，這就需要裝備指揮員進行相應(yīng)的情況判斷。在進行軍事系統(tǒng)仿真的過程中，如何將上述過程模擬出來，是仿真實現(xiàn)的關(guān)鍵。目前，人不在環(huán)的仿真系統(tǒng)是一種應(yīng)用較多的方法，而人不在環(huán)運行的關(guān)鍵則是運行規(guī)則。

3 應(yīng)用示例

本文以戰(zhàn)時裝備搶修組的搶修規(guī)則為例，來說明面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法的可行性。

事件分析:有裝備發(fā)生損壞，裝備指揮員下達搶修的命令，搶修組應(yīng)該分析是否接收到搶修命令。

實體分析:對搶修組當(dāng)前所處的環(huán)境進行分析，主要包括敵情、道路、天氣等；分析搶修組的功能狀態(tài)為搶修功能、搶救功能；分析搶修組的行為狀態(tài)為待命狀態(tài)；搶修組的人員組成為4人，裝備組成為1輛通用搶修車。

條件分析:分別對環(huán)境、功能、行為、結(jié)構(gòu)進行分析，如果滿足條件，則實施相應(yīng)行為。例如對于環(huán)境，需要給出條件，以判斷敵情所處的等級、道路是否通暢、天氣狀況等。如果在仿真系統(tǒng)中，上述情況都可以用等級表示（0、1、2、3級）。

行為分析:假設(shè)搶修組符合搶修條件，就需要進行搶修行為，而搶修行為則是復(fù)雜行為，包括了機動、展開、修理、撤收、機動等5個單一行為。假設(shè)搶修組不符合搶修條件，則提供搶修無法實施的報告。

通過上述分析，可以得到表2的搶修組搶修規(guī)則。

表2 搶修組實施搶修指揮決策規(guī)則

在上述的ECA規(guī)則的基礎(chǔ)上，逐條對規(guī)則條件進行數(shù)據(jù)定量設(shè)置，就可得到軍事仿真規(guī)則中的搶修組實施搶修的指揮決策規(guī)則，最后，用形式化方法可以進行如下表示:

RULE＜Equipment Repair＞［Repair order，Enemy situation，Road condition，Weather condition，Repair function，Group state，People num，Repair equipment］

When＜Repair order=1＞

If＜Enemy situation=0＞＜Road condition=1＞＜Weather condition=1＞＜Repair function=1＞

＜Group state=1＞＜People num＞3＞＜Repair equipment＞0＞

Then＜Move＞＜Spread＞＜Repair＞＜Withdraw＞＜Move＞

Else

＜Report Fail＞

End RULE＜Equipment Repair＞

面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法，運用ECA規(guī)則的事件驅(qū)動機制，充分考慮實體的狀態(tài)屬性，可以使系統(tǒng)運行過程中的任何事件均可作為提取規(guī)則的開始，從而保證了提取出的軍事仿真規(guī)則的完備性。在情況判斷的過程中，結(jié)合現(xiàn)實的軍事情況判斷和仿真系統(tǒng)的最終模擬目的進行規(guī)則提取，可以確保提取出的規(guī)則的可信性。同時面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法具有較好的擴展性，條件部分的分析面向?qū)嶓w進行的，每一個方面都可以根據(jù)模擬目的的實際情況隨時增加新的條件因素。目前，該方法已經(jīng)被應(yīng)用于××軍事仿真系統(tǒng)的開發(fā)中，起到了很好的效果。

4 結(jié)論

本文針對目前軍事仿真系統(tǒng)開發(fā)中存在的軍事仿真規(guī)則提取不完備的問題，在充分發(fā)揮ECA規(guī)則提取方法優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，提出了面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法，該方法以實體狀態(tài)變遷為中心，可以為提高仿真系統(tǒng)的開發(fā)效率，提取完備的、可信的軍事仿真規(guī)則提供參考。需要說明的是，該方法作為一種新的規(guī)則提取思路，只是在框架上對相關(guān)軍事仿真規(guī)則的提取過程給出了優(yōu)化，但對于軍事仿真規(guī)則的沖突檢測等方面還考慮較少，需要在今后的工作中繼續(xù)深入研究。

［1］葉雄兵，董獻洲，季明，等.作戰(zhàn)模擬規(guī)則探討［J］.軍事運籌與系統(tǒng)工程，2009，23（4）:56-61.

［2］申耀德，杜曉明，葛濤，等.基于規(guī)則的裝備保障指揮決策模型研究［J］.計算機測量與控制，2012，20（1）:135-137.

［3］AZADEH A，HOSSEINI N.A hybrid computer simulationadaptive neuro-fuzzy inference system algorithm for optimization of dispatching rule selection in job shop scheduling problems under uncertainty［J］.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2015，79（1）: 135-145.

［4］劉曉伶.基于ECA規(guī)則的情境感知系統(tǒng)建模方法研究［D］.大連:大連理工大學(xué)，2013.

［5］苗東升.系統(tǒng)科學(xué)大學(xué)講稿［M］.北京:中國人民大學(xué)出版社，2007.

［6］潘麗麗.基于狀態(tài)ECA規(guī)則和Web服務(wù)的業(yè)務(wù)過程集成方法研究［D］.青島:中國海洋大學(xué)，2008.

Research on Entity-oriented Military Simulation Rule Collection Method

LIU Bin1，SUN Xiao2，DU Xiao-ming1，YANG Zhi-biao1，WANG Hai-qing1
（1.Ordnance Engineering College，Shijiazhuang 050003，China；2.Science and Technology on Complex Systems Simulation Laboratory，Beijing 100101，China）

In developping the military simulation system，how to draw military simulation rules completely is an important problem.To solve this problem，an entity-oriented military simulation rule collection method based on ECA rule is given in this paper.This method takes entity state changes as center，and the entity’s environment，function，behavior，element and structure state，then leads the results to the ECA rule.Finally，the method is applied in the rule’s collection of equipment rush repairing，and the method’s credibleness and completeness are proved.

entity-oriented，ECA（event，condition，action）rule，military simulation

TP<391.9 class="emphasis_bold">391.9 文獻標(biāo)識碼：A391.9

A

1002-0640（2017）03-0021-04

2016-01-11

2016-02-18

國家自然科學(xué)基金資助項目（60904071）

劉 彬（1984- ），男，江蘇徐州人，講師，博士。研究方向：裝備保障效能評估、系統(tǒng)建模與仿真。