基于能力縫隙的裝備技術體系論證分析方法*

簡平，熊偉，劉德生

(航天工程大學 復雜電子系統(tǒng)仿真實驗室，北京 101416)

0 引言

著名科學家錢學森曾經(jīng)指出，現(xiàn)代科學與技術呈現(xiàn)出相互依賴、相互促進的發(fā)展趨勢，應當把科學技術作為一個整體系統(tǒng)來研究[1-2]。技術體系是描述技術的組成結構、發(fā)展演化的規(guī)范架構。在軍事領域，裝備技術體系是武器裝備建設的重要基礎，是推動信息化建設和新軍事變革的重要力量，世界主要軍事強國高度關注裝備技術體系的發(fā)展和應用。裝備技術體系論證設計研究主要集中在技術體系結構研究和體系結構框架研究2方面，最早源于1991年美軍針對C4I系統(tǒng)技術發(fā)展提出了技術參考模型TRM，1993年以TRM為基礎開發(fā)制定了《信息管理技術體系結構框架》，將其確定為國防部信息系統(tǒng)集成的唯一框架，隨后發(fā)布了《聯(lián)合技術體系結構》1.0版，用于指導和規(guī)范系統(tǒng)的技術體系結構的設計與開發(fā)，并分別于1996年、1997年、2004年、2007年、2009年頒布了《C4ISR體系結構框架》(Command Control Communication Computer Intelligence Surveillance Reconnaissance Architecture Framework)1.0版和2.0版，《國防部體系結構框架》(Department of Defense Architecture Framework，DoDAF)1.0[3]，DoDAF 1.5[4]，DoDAF 2.0[5]，從多視圖的角度指導裝備技術體系的論證分析，這些體系結構框架只給出了體系結構的技術標準列表視圖TV-1和技術標準預測視圖TV-2 2種描述裝備技術體系的視圖模型。國內(nèi)相關學者參考美軍體系結構框架開展了技術體系概念、構建要素和構建框架等理論和方法進行了有益的探索研究[6-9]，對于面向未來作戰(zhàn)需求的裝備技術要素如何確定、技術體系如何構建和技術體系成果如何表示等裝備技術體系關鍵問題還需進一步深入研究。

軍事能力需求是裝備技術體系設計論證的邏輯起點，“現(xiàn)有什么能為、需要什么能力和發(fā)展什么能力”是指導武器裝備體系建設和推動技術發(fā)展的基本原則，它要求武器裝備體系建設及其技術發(fā)展既要充分利用現(xiàn)有武器裝備，又要滿足在未來作戰(zhàn)條件下的能力需求[10-11]。能力空間是指在特定使命任務下裝備體系能力集合及其能力之間的關系；能力縫隙，是指為達到預期的作戰(zhàn)效果，在規(guī)定的作戰(zhàn)條件和標準下采用一些手段和方法實施一系列作戰(zhàn)任務中所表現(xiàn)出的能力缺失和不足，發(fā)現(xiàn)和彌補能力縫隙是裝備體系建設和技術發(fā)展核心問題[12]。為此，本文從裝備體系能力需求空間和能力縫隙的角度出發(fā)，研究提出裝備技術體系論證分析的基本框架模型和方法流程，為構建滿足使命任務和能力需求、符合實際的裝備技術體系提供參考。

1 裝備技術體系概念內(nèi)涵

裝備技術體系是指為滿足多樣化、多層次能力需求和裝備需求，由各項技術組成的、具有層次結構和體系特征的技術集合，其核心是技術及技術之間的關系[13-14]。裝備技術體系源于裝備體系，技術體系構建的目標是滿足裝備體系的能力需求和使命任務要求，可見，裝備技術體系是武器裝備體系建設的重要基礎，是形成體系能力的關鍵核心要素，具有自適應性、整體目標性、層次關聯(lián)性、發(fā)展演化和涌現(xiàn)性等特點[15]。武器裝備體系建設和技術發(fā)展最核心的問題是找出武器裝備體系的現(xiàn)有能力與目標能力之間的差距，并分析影響差距的關鍵因素，而能力縫隙是裝備體系的現(xiàn)有能力與其在特定的條件下完成未來作戰(zhàn)任所需目標能力之間的差距的度量。

從技術體系構建需求和體系能力形成機理兩方面分析，面向需求的能力縫隙彌補和關鍵裝備技術突破是驅動裝備體系建設發(fā)展兩大核心要素，這三者之間的邏輯支撐關系可用圖1表示。一是從技術體系構建需求看，裝備體系及其構成要素由各項技術支撐，各項技術形成了緊密聯(lián)系的裝備技術體系，裝備技術體系中的關鍵技術對需求滿足、體系能力的提高有重要的影響，因此要基于未來體系多樣化、多層次的能力需求來確定發(fā)展什么裝備技術、如何發(fā)展技術。這即體現(xiàn)為“需求牽引裝備技術的發(fā)展”；二是從體系能力形成機理看，裝備體系能力是由各體系要素所具備的能力進行聚合形成的整體作戰(zhàn)能力，裝備體系能力的形成具有明顯的“木桶理論”，即任一體系要素能力的缺失而形成能力縫隙都會導致體系整體能力的下滑，因此要提升體系整體能力就必須有針對性地體系化規(guī)劃發(fā)展核心關鍵裝備技術，彌補能力縫隙的短板弱項。這即體現(xiàn)為“技術推動體系能力的建設”。

圖1 能力縫隙、裝備體系和關鍵技術之間的關系圖Fig.1 Relations of capability space,capability cap and key technic

2 基于能力空間和能力縫隙的裝備技術體系構建框架

“現(xiàn)有什么能力、需要什么能力和發(fā)展什么能力”是指導裝備體系建設的基本原則，“現(xiàn)有什么技術、需要什么技術和發(fā)展什么技術”能為裝備體系建設的重要支撐，裝備體系建設是由一系列關鍵裝備技術(技術體系)的研究攻關和實現(xiàn)應用等環(huán)節(jié)構成，由此可見，“現(xiàn)有什么技術、需要什么技術和發(fā)展什么技術”等技術體系論證分析問題的目標是服務于裝備體系建設發(fā)展，來源是體系能力需求和能力縫隙，為此，本文建立了基于能力縫隙的技術體系論證分析基本框架(如圖2所示)，提出了以現(xiàn)有能力分析、目標能力分析、能力縫隙評價、能力-裝備-技術映射、技術體系結構構建等為主要內(nèi)容的技術體系論證分析基本過程，通過分析裝備體系的能力縫隙，構建與之對應的裝備技術體系結構，形成裝備技術體系的發(fā)展戰(zhàn)略和路線圖，指導現(xiàn)有技術體系和裝備體系的發(fā)展與優(yōu)化。

3 裝備技術體系構建方法流程

根據(jù)基于能力空間和能力縫隙的裝備技術體系構建總體框架，具體方法流程如下：

3.1 裝備體系現(xiàn)有能力分析

依據(jù)現(xiàn)有裝備體系的組成與結構，從單個裝備的關鍵指標自下而上地分析裝備體系現(xiàn)有能力，構建裝備體系現(xiàn)有能力空間。

裝備體系是由一系列裝備系統(tǒng)組成的有機整體，而裝備系統(tǒng)能力由裝備部件的多個關鍵指標來支持。因此，裝備體系現(xiàn)有能力分析是以現(xiàn)有武器裝備的關鍵指標為起點，從裝備的關鍵指標到單個武器裝備能力，之后到裝備體系能力的一個自底向上的分析過程，如圖3所示。

3.2 裝備體系目標能力分析

在聯(lián)合作戰(zhàn)概念、特定作戰(zhàn)環(huán)境和條件下，從作戰(zhàn)使命分析開始，到作戰(zhàn)任務分解，自頂向下地分析裝備體系的能力需求，構建目標能力空間。

裝備體系目標能力分析核心環(huán)節(jié)包括作戰(zhàn)任務需求分析和體系能力需求分析，其基本思路如圖4所示。作戰(zhàn)任務需求分析主要解決裝備體系需“完成哪些任務、如何完成任務”的問題，旨在明確完成預期作戰(zhàn)使命的作戰(zhàn)任務、條件和標準，形成作戰(zhàn)任務清單，包括確定作戰(zhàn)使命-任務分解、作戰(zhàn)活動分析等內(nèi)容。體系能力需求生成是解決裝備體系“完成作戰(zhàn)任務目標參戰(zhàn)人員和裝備/系統(tǒng)必須具備什么樣的能力”的問題，以作戰(zhàn)任務需求分析中確定的作戰(zhàn)任務為依據(jù)，結合假想對手的作戰(zhàn)能力范圍，確定完成作戰(zhàn)任務的體系能力需求，形成作戰(zhàn)能力清單。這個過程也可以理解為作戰(zhàn)任務到作戰(zhàn)能力的映射過程。具體包括任務-能力分解、能力指標分析等活動。

3.3 裝備體系能力縫隙分析

裝備體系能力縫隙分析是“由頂向下”的能力開發(fā)與“由底向上”集成匯合進行能力差距的比較和評價，即是對現(xiàn)有能力空間和目標能力空間進行分析對比，評價裝備體系的能力縫隙。能力縫隙分析通過對能力需求及裝備能力的分析，評估能力縫隙的大小，按照作戰(zhàn)能力提升情況進行裝備發(fā)展規(guī)劃、計劃的制訂和裝備關鍵技術的攻關，實現(xiàn)裝備體系能力的優(yōu)化，可以為裝備建設和關鍵技術體系論證的實踐活動提供指導。裝備體系能力縫隙分析的主要環(huán)節(jié)包括能力縫隙發(fā)展、能力縫隙度量和能力縫隙彌補等3個環(huán)節(jié)，如圖5所示。

圖2 基于能力縫隙裝備技術體系構建總體框架Fig.2 Basic framework of technology system demonstration based on capability gap

圖3 裝備體系現(xiàn)有能力分析思路Fig.3 Analysis of the existing capability of equipment system

圖4 裝備體系目標能力分析思路Fig.4 Analysis of the target capability of equipment system

圖5 裝備體系能力縫隙分析思路Fig.5 Analysis of the capability gap of equipment system

(1) 能力縫隙發(fā)現(xiàn)

在獲取能力需求指標的基礎上，探索確定能力縫隙存在的能力缺項及其影響因素，獲取對能力有重要影響的條件(參數(shù))，得到對裝備體系能力縫隙的總體認識。

(2) 能力縫隙度量

根據(jù)能力縫隙的影響因素，構建裝備體系的能力縫隙向量，明確能力縫隙向量各元素的量化方法，由此給出體系能力縫隙的度量模型。

(3) 能力縫隙彌補分析

以體系能力需求為目標，分析確定體系能力提高的裝備系統(tǒng)解決方案及其技術體系方案，達到體系能力縫隙彌補的目的。

3.4 能力-裝備-技術映射關系分析

根據(jù)能力需求和能力縫隙，分析確定需要發(fā)展的裝備系統(tǒng)，初步構建能力與裝備映射關系，論證提出裝備體系各技術領域、技術方向和關鍵技術等技術清單，在此基礎上分析裝備與技術映射關系、能力與技術映射關系。

技術體系需求來源于作戰(zhàn)任務、作戰(zhàn)能力、裝備體系等需求，作戰(zhàn)任務需求、作戰(zhàn)能力需求、裝備體系需求、裝備技術需求具有本質的一致性，是分別從任務域、能力域、裝備域和技術域對體系需求的描述。建立作戰(zhàn)任務需求，作戰(zhàn)能力需求、裝備體系需求和裝備技術需求之間的關聯(lián)關系，是確保這4項需求一致性的關鍵，也是提高裝備體系論證科學性的重要支撐。QFD(quality function deployment)方法是一種用戶需求驅動的系統(tǒng)化分析方法，通過構建作戰(zhàn)任務-作戰(zhàn)能力質量屋，分析作戰(zhàn)任務需求、作戰(zhàn)能力需求、裝備體系需求、裝備技術之間的映射關系，根據(jù)作戰(zhàn)任務清單中明確的作戰(zhàn)任務需求確定作戰(zhàn)能力需求，進而確定裝備體系功能需求和裝備體系需求，最終明確技術體系需求，如圖6所示。

3.5 技術體系結構視圖模型構建

以初步構建的能力-裝備-技術映射關系為基礎，以能力縫隙彌補為目標，借鑒DoDAF框架理論，采用多視圖的體系結構方法構建裝備技術體系結構視圖框架及模型，用于指導技術體系發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃論證。其基本思路如圖7所示。

在構建技術體系結構視圖模型過程中，對原有技術視圖進行擴展，加入技術體系屬性構成、內(nèi)外關系、技術評價和發(fā)展構想等技術體系構建基本要素，形成包括技術組成視圖TV-1、技術標準體系視圖TV-2、技術與能力映射視圖TV-3、技術與裝備映射視圖TV-4、技術評價視圖TV-5和技術發(fā)展路線視圖TV-6等視圖模型為核心技術體系結構建?？蚣埽鐖D8所示。

為實現(xiàn)對裝備技術體系進行有效評價，在傳統(tǒng)技術成熟度評價指標的基礎上，引入技術先進性和緊迫性評價指標，采用技術評價視圖TV-5對所構建的技術體系的技術能力和狀態(tài)進行定性與定量分析。技術評價視圖TV-5主要針對技術體系中最底層的關鍵技術，對應的每一個技術問題，將本技術目前的技術狀態(tài)與國外的技術狀態(tài)對標，結合國內(nèi)技術需求，對技術成熟度、先進性和緊迫性進行系統(tǒng)梳理和評估，并給出定量等級，如表1所示。

圖6 能力-裝備-技術映射關系分析思路Fig.6 Analysis of the mapping relationship between capability,equipment and technology

圖7 技術體系結構視圖分析思路Fig.7 Analysis of technical architecture view

表1 技術評價視圖TV-5示意Table 1 Technical evaluation view TV-5

4 結束語

裝備技術具有投資風險高、實現(xiàn)難度大、多學科交叉、顛覆性與創(chuàng)新性強等特點，如何從使命任務和體系能力的角度出發(fā)科學分析裝備技術的發(fā)展趨勢、論證裝備技術的技術體系、提出裝備技術的發(fā)展路線與應用模式，是科學發(fā)展和高效應用裝備技術的重要保證。本文提出的基于能力空間和能力縫隙的論證分析方法能夠為面向使命任務和能力需求的裝備技術體系構建提供一種行之有效的方法途徑，后續(xù)將對能力縫隙模型、技術體系結構視圖模型和技術評價模型等論證分析模型進行深入研究，進一步完善裝備技術體系論證分析方法，支撐典型裝備技術體系論證。