基于UML導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障兵棋建模

高桂清，李承興，袁覃恩，鞠金鑫

（火箭軍工程大學(xué)，西安 710025）

0 引言

以用戶需求的角度進(jìn)行系統(tǒng)功能分析，將抽象化概念化的理念轉(zhuǎn)化為可以直接呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)者和對(duì)象用戶面前的多角度多層次的結(jié)構(gòu)和行為可視化圖形模塊，正是UML統(tǒng)一建模語(yǔ)言（Unified Modeling Language）的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，其在不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域所表現(xiàn)出用戶驅(qū)動(dòng)需求的核心價(jià)值，充分調(diào)動(dòng)用戶在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初所能發(fā)揮的積極作用，轉(zhuǎn)換思維角度，把用戶從末端的體驗(yàn)推到前端的開發(fā)，向設(shè)計(jì)和用戶兩者達(dá)到無(wú)縫連接的目標(biāo)靠近，盡可能通過(guò)這種方式使系統(tǒng)實(shí)用價(jià)值最大化。

兵棋推演是以兵棋為依托，通過(guò)在模擬的逼真戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下開展指揮訓(xùn)練、方案驗(yàn)證、戰(zhàn)法探索的一種有組織的對(duì)抗活動(dòng)，其是廣泛應(yīng)用于世界各軍兵種的主流指揮能力訓(xùn)練方法。結(jié)合導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障指揮特點(diǎn)規(guī)律，為導(dǎo)彈部隊(duì)的裝備保障指揮員提供科學(xué)有效的訓(xùn)練方式是系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的最終目的。

基于UML導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障兵棋推演系統(tǒng)的需求分析，描述建立多角度的功能和結(jié)構(gòu)模型，可從多視角給予系統(tǒng)更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、完善的設(shè)計(jì)，充分滿足用戶使用需求。

1 UML建模概述

UML統(tǒng)一建模語(yǔ)言概括起來(lái)主要由對(duì)象實(shí)體、關(guān)聯(lián)聯(lián)系、圖形圖例3種要素構(gòu)成。UML建模過(guò)程是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不同階段針對(duì)不同類別和對(duì)象需求建立不同模型，首先是對(duì)系統(tǒng)功能需求的基本描述，根據(jù)逐層次的分析結(jié)果，按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的模型結(jié)構(gòu)構(gòu)造需求模型；其次運(yùn)用逆序的方法解析系統(tǒng)類別，通過(guò)類之間的締結(jié)關(guān)系塑造系統(tǒng)外部對(duì)象對(duì)系統(tǒng)的功能需求；之后，建立包含交流機(jī)制、時(shí)間要素、行為動(dòng)作等必要條件的動(dòng)態(tài)行為模型?？偟膩?lái)說(shuō)，UML建模就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化區(qū)分狀態(tài)從內(nèi)向外、從靜到動(dòng)、從分散到集中、從模塊到整體的可視化塑造模型過(guò)程，其具體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 UML建模過(guò)程圖示

2 導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障兵棋推演系統(tǒng)簡(jiǎn)述

導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障兵棋推演系統(tǒng)是以兵棋為基本平臺(tái)，涵蓋兵力裝備組合等實(shí)體要素，氣象、地理、社會(huì)等環(huán)境要素，以及對(duì)抗、保障行動(dòng)等行為要素，既具有對(duì)抗、交互、模擬、驗(yàn)證等典型的兵棋模式，又融合導(dǎo)彈部隊(duì)導(dǎo)彈武器裝備維修保障內(nèi)容要素多、保障點(diǎn)多面廣、保障技術(shù)復(fù)雜的特點(diǎn)情況。

2.1 推演原理

兵棋和想定是組成兵棋推演系統(tǒng)的核心要素，開展兵棋推演訓(xùn)練推演者是核心，在以兵棋為實(shí)體運(yùn)行基礎(chǔ)的系統(tǒng)下，由想定給出初始的推演要素條件和規(guī)定，推演者驅(qū)動(dòng)控制棋子，規(guī)則約束行為和裁決行動(dòng)結(jié)果，從而不斷改變態(tài)勢(shì)，循環(huán)完成人在回路的對(duì)抗活動(dòng)。如圖2所示。

圖2 兵棋推演原理

2.2 推演功能結(jié)構(gòu)

兵棋推演系統(tǒng)基于兵棋對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)間、空間、力量的模擬機(jī)理。使推演者可以扮演不同層級(jí)的戰(zhàn)場(chǎng)指揮員角色，既可以置身于現(xiàn)代典型戰(zhàn)爭(zhēng)的模擬環(huán)境下，也可以根據(jù)當(dāng)前所面臨的形勢(shì)任務(wù)進(jìn)行靈活想定設(shè)定，并按照導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障任務(wù)行動(dòng)的基本流程進(jìn)行對(duì)抗推演活動(dòng)，在規(guī)則的約束和支撐下運(yùn)用不用的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法謀略思想進(jìn)行指揮決策，同時(shí)驗(yàn)證方案計(jì)劃、人員編配和力量部署的合理性，最終再根據(jù)推演者在推演過(guò)程中的指揮決策表現(xiàn)，進(jìn)行量化的分析評(píng)估。

圖3 裝備維修保障指揮兵棋推演系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

1）模擬戰(zhàn)爭(zhēng)功能。模擬是兵棋推演系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，可在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)層面進(jìn)行模擬。靜態(tài)層面的模擬主要是對(duì)推演者擔(dān)任不同層級(jí)崗位角色的模擬，不同戰(zhàn)場(chǎng)下氣候、地理、電磁、人文等條件環(huán)境的模擬，相對(duì)應(yīng)時(shí)間和空間的模擬，預(yù)想對(duì)抗對(duì)象的模擬以及對(duì)現(xiàn)代典型戰(zhàn)爭(zhēng)想定情況的模擬；動(dòng)態(tài)層面的模擬主要是對(duì)導(dǎo)彈部隊(duì)的裝備維修指揮，如計(jì)劃擬制、文書撰寫、命令傳達(dá)、組織動(dòng)員等行動(dòng)流程的模擬。通過(guò)兩個(gè)層面的綜合模擬彌補(bǔ)了當(dāng)前指揮訓(xùn)練平臺(tái)現(xiàn)實(shí)弊端，為推演者在思維、心理和指揮行動(dòng)上營(yíng)造真實(shí)的打仗狀態(tài)。

2）想定管理功能。導(dǎo)調(diào)員在系統(tǒng)授權(quán)下可結(jié)合導(dǎo)彈部隊(duì)作戰(zhàn)任務(wù)特點(diǎn)、保障規(guī)律以及導(dǎo)彈武器裝備性能等關(guān)鍵因素，對(duì)推演條件和規(guī)則內(nèi)容的設(shè)置上，對(duì)推演空間范圍的劃定上，對(duì)推演時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的營(yíng)造上，對(duì)推演時(shí)間長(zhǎng)度和階段的定義上、對(duì)推演行動(dòng)背景企圖設(shè)定上、對(duì)編成力量分配和部署上，對(duì)推演對(duì)抗敵方力量的設(shè)計(jì)上，可進(jìn)行創(chuàng)建、修改、停止、查詢。

3）對(duì)抗推演功能。對(duì)抗是推演系統(tǒng)的核心功能，是對(duì)推演者核心能力的訓(xùn)練。一方面在部隊(duì)機(jī)動(dòng)、維修保障處置、防衛(wèi)防護(hù)等任務(wù)行動(dòng)上對(duì)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法的運(yùn)用，另一方面是推演者擬制部隊(duì)分組編配、力量部署、保障陣地選定等方案主要決策內(nèi)容的驗(yàn)證。

4）量化分析功能。系統(tǒng)在推演活動(dòng)過(guò)程中，實(shí)時(shí)記錄推演回合中雙方耗用的時(shí)間長(zhǎng)度信息，統(tǒng)計(jì)各型裝備的戰(zhàn)損率、計(jì)算推演者在進(jìn)行裝備維修保障推演行動(dòng)時(shí)的成本比和維修保障行動(dòng)執(zhí)行效率值，通過(guò)對(duì)推演進(jìn)程中推演者指揮決策關(guān)鍵點(diǎn)的量化，為推演者的評(píng)估提供科學(xué)可信的依據(jù)。

5）復(fù)盤評(píng)估功能。專家評(píng)委通過(guò)觀摩推演者在現(xiàn)場(chǎng)推演活動(dòng)的實(shí)際表現(xiàn)，也可選擇在復(fù)盤分析的同時(shí)，結(jié)合推演后臺(tái)系統(tǒng)分析統(tǒng)計(jì)的量化數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)對(duì)推演者在指揮決策、籌劃組織、控制協(xié)調(diào)和特情處置等能力方面的打分，進(jìn)行綜合的總結(jié)評(píng)估，并反饋改進(jìn)意見建議。

3 UML建模在導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障指揮兵棋推演的應(yīng)用

基于UML語(yǔ)言的建模方法就是對(duì)兵棋推演系統(tǒng)進(jìn)行不同角度、層級(jí)、類別的解析，按照一定順序依次轉(zhuǎn)化為可視化的圖例模型。

3.1 系統(tǒng)需求分析

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)基本樣式和導(dǎo)彈武器裝備更新?lián)Q代后維修保障標(biāo)準(zhǔn)變化，以及導(dǎo)彈部隊(duì)在裝備保障方面訓(xùn)練平臺(tái)的匱乏，兵棋推演系統(tǒng)可以滿足裝備維修保障指揮員指揮決策能力水平相對(duì)滯后的訓(xùn)練提升需求。

兵棋系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)建戰(zhàn)爭(zhēng)模擬功能，使指揮員置身于貼近實(shí)戰(zhàn)的訓(xùn)練環(huán)境和變化的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)中，并在推演對(duì)抗功能的驅(qū)動(dòng)下充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，練謀略練本事練心理。推演過(guò)程中，系統(tǒng)采用想定管理和量化分析功能，可由以往訓(xùn)練的主觀認(rèn)定態(tài)勢(shì)、預(yù)設(shè)訓(xùn)練進(jìn)程、固化評(píng)判結(jié)果，轉(zhuǎn)變?yōu)閼B(tài)勢(shì)變化指揮、行動(dòng)量化思考、數(shù)據(jù)提取分析。最后的總結(jié)評(píng)估功能由專家結(jié)合系統(tǒng)的量化打分，給指揮員一個(gè)科學(xué)客觀的綜合評(píng)估。

3.2 建立系統(tǒng)模型

推演系統(tǒng)模型分為靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為兩種模型。靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型包含對(duì)象功能需求、類、構(gòu)件、軟硬件搭接等元素，圖形格式主要有用例、類、構(gòu)件、部署；動(dòng)態(tài)行為模型包含活動(dòng)、時(shí)間、信息傳遞、流程等元素，圖形格式主要有活動(dòng)、順序和協(xié)作。

3.2.1 用例圖

以對(duì)象用戶的角度，構(gòu)建用戶與系統(tǒng)功能之間的聯(lián)系，并體現(xiàn)每個(gè)功能之間包含或被包含的關(guān)系，這是用例圖（Use-caseview）的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。用例（use-case）和對(duì)象用戶的關(guān)系就是系統(tǒng)所能夠?qū)崿F(xiàn)功能和具體操作使用人的關(guān)系。歸納總結(jié)，就是通過(guò)這個(gè)圖可以清晰展示哪個(gè)用戶角色可以完成什么具體工作。

依據(jù)導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障指揮特點(diǎn)，結(jié)合兵棋系統(tǒng)的需求分析和以用戶角度提供的使用功能。用戶包括推演者、導(dǎo)調(diào)員和評(píng)委，如下頁(yè)圖4所示，通過(guò)將三者與相對(duì)應(yīng)的用例關(guān)系進(jìn)行構(gòu)圖聯(lián)接，其中不同的用例下屬不同層級(jí)的子用例。

3.2.2 類圖

類，顧名思義就是同屬相同特性、共同范疇事物的集合，可以是具體的實(shí)例，也可以是對(duì)理論層次上的總結(jié)定義。根據(jù)系統(tǒng)需求和功能分析，把不同類之間的相互聯(lián)系相互歸屬關(guān)系轉(zhuǎn)化為可視化的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，這種圖形稱之為類圖。

兵棋是系統(tǒng)的核心支撐，推演是系統(tǒng)運(yùn)行的主要形式，通過(guò)對(duì)二者類的分解提取，并描述聚合在系統(tǒng)下這些類之間的相互關(guān)系，從而形成統(tǒng)一的兵棋推演系統(tǒng)類。系統(tǒng)類由導(dǎo)調(diào)員類、推演者類、評(píng)委類、想定管理類、想定類、決策類、對(duì)抗類、裁決類、態(tài)勢(shì)類、兵棋系統(tǒng)類、背景企圖類、量化分析類，如圖5所示。

圖4 導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障兵棋推演系統(tǒng)用例圖

圖5 導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障兵棋推演系統(tǒng)類圖

類圖中每一類都有本身的概念和描述。導(dǎo)調(diào)員類包含姓名、具體分工、現(xiàn)實(shí)崗位級(jí)別等信息；推演者類包含姓名、扮演紅藍(lán)方角色、現(xiàn)實(shí)崗位級(jí)別等信息；評(píng)委類包含姓名、現(xiàn)實(shí)崗位級(jí)別和擅長(zhǎng)專業(yè)領(lǐng)域信息；想定管理類包含創(chuàng)建、停止、修改、查看信息，是對(duì)想定類的執(zhí)行；想定類包含想定代號(hào)、類型、時(shí)間（輪數(shù)）和具體內(nèi)容信息，編成部署類、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境想定類、時(shí)空想定類、角色想定類、條件規(guī)則類、對(duì)抗對(duì)象想定類是其繼承類；決策類包含決策對(duì)象、手段、內(nèi)容、形式，是推演者隨著戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)變化做出的命令決心；對(duì)抗類包含對(duì)抗時(shí)間、對(duì)抗形式、對(duì)抗手段等，是推演者雙方具體的推演活動(dòng)行為；裁決類包含裁決規(guī)則、裁決對(duì)照表、裁決范圍、隨機(jī)數(shù)，用于裁決推演對(duì)抗行動(dòng)結(jié)果；態(tài)勢(shì)類包含標(biāo)記符號(hào)、類別、對(duì)象、空間、數(shù)量，呈現(xiàn)整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)的形勢(shì)變化情況，收集各類態(tài)勢(shì)信息；兵棋系統(tǒng)類包含使用對(duì)象、類型、范圍等信息，由棋子、棋盤空間和規(guī)則組成；背景企圖類包含推演時(shí)期、背景、參加方、目的企圖等信息，是推演活動(dòng)的基本背景情況；量化分析類包含時(shí)間長(zhǎng)度、數(shù)值、類別等記錄計(jì)算的各個(gè)信息要素。

3.2.3 構(gòu)件圖

每一個(gè)構(gòu)件都是具有其特定功能的物理結(jié)構(gòu)代碼，通過(guò)構(gòu)件圖描述這些構(gòu)件之間的相互關(guān)系和影響，圖中的構(gòu)件具有規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)接口，體現(xiàn)的是模塊化的擴(kuò)展和更換。構(gòu)件主要是面向開發(fā)者的不同類別代碼或者與之等價(jià)的文檔。根據(jù)導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障指揮兵棋推演系統(tǒng)需求分析，其構(gòu)件圖由9個(gè)構(gòu)件模塊組成，如圖6所示。

圖6 導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障兵棋推演系統(tǒng)構(gòu)件圖

3.2.4 活動(dòng)圖

活動(dòng)圖主要體現(xiàn)的是在規(guī)范化的兵棋推演流程中每一項(xiàng)具體活動(dòng)內(nèi)容和相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作行為，按照控制條件，通過(guò)既定的順序依次執(zhí)行，使設(shè)計(jì)人員和用戶有了更加清晰直觀的邏輯印象。如圖7、圖8所示，導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障指揮兵棋推演系統(tǒng)活動(dòng)流程從想定準(zhǔn)備到總結(jié)評(píng)估分為準(zhǔn)備和實(shí)施兩個(gè)階段。

圖7 推演準(zhǔn)備階段活動(dòng)圖

圖8 推演實(shí)施階段活動(dòng)圖

3.2.5 順序圖

順序圖描述的是用例對(duì)象基于時(shí)間進(jìn)度條碼下的行為消息傳遞和反饋，體現(xiàn)的是動(dòng)作行為信息傳遞的時(shí)機(jī)、順序和過(guò)程。順序圖中每一個(gè)系統(tǒng)用例都有自己的時(shí)間軸，隨著推演進(jìn)程，時(shí)間發(fā)生變化，用例對(duì)象之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)作，傳遞不同的信息流。

根據(jù)推演系統(tǒng)需求分析，利用順序圖模型，具體描述為導(dǎo)調(diào)員創(chuàng)建想定，通過(guò)系統(tǒng)將想定下發(fā)至推演者，同時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)生成，推演者根據(jù)態(tài)勢(shì)情況制定決策，發(fā)出決策，開始推演，系統(tǒng)在決策驅(qū)動(dòng)推演行動(dòng)后進(jìn)行裁決，態(tài)勢(shì)隨之改變，再次開始新一輪決策，如此循環(huán)直至回合/階段結(jié)束，如若推演過(guò)程偏離訓(xùn)練目的和初衷，可由導(dǎo)調(diào)員施加干預(yù)。推演活動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)調(diào)員和評(píng)委可全程實(shí)時(shí)查看態(tài)勢(shì)顯示，而后評(píng)委根據(jù)系統(tǒng)反饋量化分析結(jié)果，進(jìn)行復(fù)盤評(píng)估。如下頁(yè)圖9所示。

3.2.6 協(xié)作圖

協(xié)作圖沒(méi)有特定的時(shí)間順序要求，其主要突出對(duì)象與對(duì)象之間在無(wú)動(dòng)作行為下的信息傳遞和收發(fā)等協(xié)作關(guān)系。如圖10所示，推演系統(tǒng)中的對(duì)象相互向箭頭方向傳遞通信信息。

3.2.7 部署圖

部署圖主要描述系統(tǒng)軟件和硬件之間的物理結(jié)構(gòu)關(guān)系。如圖11所示，根據(jù)系統(tǒng)功能分析，每個(gè)結(jié)點(diǎn)部署的硬件設(shè)備進(jìn)行對(duì)應(yīng)連接，進(jìn)而體現(xiàn)出了每個(gè)結(jié)點(diǎn)上的執(zhí)行部件與其相對(duì)應(yīng)的內(nèi)部運(yùn)行軟件，完成整個(gè)推演系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系搭建。

4 結(jié)論

本文通過(guò)UML可視化建模技術(shù)在導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障指揮兵棋推演系統(tǒng)中的應(yīng)用，從用戶角度出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析和體系塑造，在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的圖形語(yǔ)言，完成了一系列可視化系統(tǒng)模型，形成了較為系統(tǒng)完善的兵棋推演設(shè)計(jì)體系。UML建模語(yǔ)言具有廣泛的適應(yīng)性和使用域，是將問(wèn)題由抽象概念直接映射到程序界面的“橋梁工具”，為認(rèn)識(shí)問(wèn)題、解決問(wèn)題提供了規(guī)范化的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

圖9 導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障兵棋推演系統(tǒng)順序圖

圖10 導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障兵棋推演系統(tǒng)協(xié)作圖

圖11 導(dǎo)彈部隊(duì)裝備維修保障兵棋推演系統(tǒng)部署圖