軍事信息系統(tǒng)的體系需求論證方法分析 *

高 斌 ，賀 慶

(中國(guó)電子科學(xué)研究院，北京100041)

0 引 言

隨著軍事信息系統(tǒng)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)之間的連接越來(lái)越復(fù)雜，交互越來(lái)越頻繁和緊密，以往強(qiáng)調(diào)單系統(tǒng)、單平臺(tái)的發(fā)展模式已經(jīng)難以滿足成體系、快速發(fā)展的需要。軍事信息系統(tǒng)發(fā)展也逐步從強(qiáng)調(diào)功能的系統(tǒng)工程轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)調(diào)能力的體系工程[1-2]。

經(jīng)過(guò)多年對(duì)體系工程的研究[3-6]，體系工程概念已基本達(dá)成共識(shí)。體系工程是通過(guò)設(shè)計(jì)、開發(fā)和集成復(fù)雜大系統(tǒng)來(lái)完成特定任務(wù)，實(shí)現(xiàn)能力、使命或期望結(jié)果的理論方法和技術(shù)。從體系的研制構(gòu)建過(guò)程來(lái)看，體系工程包括體系需求論證、架構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)研制、綜合集成和評(píng)估分析等過(guò)程。本文重點(diǎn)針對(duì)體系需求論證開展研究。

體系需求論證是指運(yùn)用有效的方法與技術(shù)開發(fā)任務(wù)需求，確定體系建設(shè)能力目標(biāo)，并用規(guī)范化文檔形式進(jìn)行描述、定義目標(biāo)體系的所有外部特征的一項(xiàng)復(fù)雜的過(guò)程。與系統(tǒng)需求的相對(duì)確定性不同，體系需求論證是不斷變化的，要根據(jù)外部環(huán)境變化和內(nèi)部系統(tǒng)演化而持續(xù)迭代。

軍事領(lǐng)域的體系需求論證，面向軍事人員和戰(zhàn)場(chǎng)，具有復(fù)雜性、易變性、對(duì)抗性等特征。美軍經(jīng)歷從“基于威脅”向“基于能力”的轉(zhuǎn)變，強(qiáng)調(diào)對(duì)己方軍事作戰(zhàn)能力的建設(shè)，以對(duì)抗不確定的未知威脅[7]；英軍強(qiáng)調(diào)“精明需求”，重點(diǎn)關(guān)注對(duì)體系全壽命周期的需要，而不只是最初的采購(gòu)需求[8]。

當(dāng)前，開展需求論證工作依然面臨需求獲取難、描述不統(tǒng)一、驗(yàn)證手段缺乏等問(wèn)題[9]。針對(duì)該問(wèn)題，本文開展了體系需求論證理念、方法、論證過(guò)程等方面的研究，以實(shí)現(xiàn)從體系用戶的任務(wù)需要到能力需求的轉(zhuǎn)換。

1 體系需求論證理念

理念是對(duì)思想、觀念的總結(jié)，是客觀事物的本質(zhì)反應(yīng)。體系需求論證的理念對(duì)軍隊(duì)建設(shè)、兵力運(yùn)用、戰(zhàn)法設(shè)計(jì)等產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。軍事領(lǐng)域的體系需求論證理念主要有基于威脅、基于能力和基于效果等，在實(shí)踐中經(jīng)常綜合多種理念開展需求論證。

1.1 基于威脅的需求分析

基于威脅的需求分析理念，以面臨的現(xiàn)實(shí)安全威脅為驅(qū)動(dòng)力，從假想敵可能發(fā)起的軍事威脅為出發(fā)點(diǎn)，以打贏或阻止戰(zhàn)爭(zhēng)為目的，以一個(gè)或幾個(gè)想定為背景，通過(guò)全面或局部力量間的對(duì)比分析，規(guī)劃己方所需力量。該理念源于應(yīng)對(duì)安全威脅的現(xiàn)實(shí)需要，有賴于安全威脅情況刺激，是情況刺激-反應(yīng)模式，具有被動(dòng)性、維持性等特點(diǎn)，適用于弱國(guó)面臨安全威脅大的強(qiáng)國(guó)，或者是處于冷戰(zhàn)狀態(tài)下的大國(guó)等情況，但該理念在面對(duì)不確定性較大的對(duì)手時(shí)有一定的局限性。

1.2 基于能力的需求分析

基于能力的需求分析理念[10]，著眼期望塑造的能力，從不確定的多元威脅出發(fā)，在一定的經(jīng)濟(jì)條件約束下，對(duì)廣泛挑戰(zhàn)和多變環(huán)境所需要的軍事作戰(zhàn)能力進(jìn)行分析，意在明確需要什么能力來(lái)對(duì)抗未知威脅，達(dá)到“以不變應(yīng)多變”效果。該理念源于戰(zhàn)略目標(biāo)的牽引，是為了達(dá)到某種戰(zhàn)略目標(biāo)而謀求塑造能力的發(fā)展，是目標(biāo)牽引-塑造模式，具有主動(dòng)性、創(chuàng)新性等特點(diǎn)，適用于安全環(huán)境相對(duì)寬松的大國(guó)或者強(qiáng)國(guó)，尤其是崛起的大國(guó)，往往著眼于國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)，追求與之相適應(yīng)的軍事發(fā)展戰(zhàn)略。

1.3 基于效果的需求分析

基于效果的需求分析理念[11-12]，以獲得期望的作戰(zhàn)結(jié)果或?qū)橙嗽斐善谕鲬?zhàn)效果為目標(biāo)，通過(guò)協(xié)調(diào)、增效和累積等方式運(yùn)用己方軍事力量，達(dá)成敵方系統(tǒng)失能。這種理念以作戰(zhàn)結(jié)果為導(dǎo)向，反向提出我方的作戰(zhàn)運(yùn)用方式，具有前瞻性、結(jié)果性、對(duì)抗性等特點(diǎn)，適用于對(duì)抗性較為激烈的戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)中，在保障作戰(zhàn)任務(wù)完成的前提下，通過(guò)最優(yōu)使用我方作戰(zhàn)力量，盡可能減少己方損失。

2 體系需求論證方法

體系需求論證包括需求獲取、需求描述與建模、需求驗(yàn)證等階段，每一個(gè)階段都有相應(yīng)的論證方法，通過(guò)綜合運(yùn)用不同方法，獲取準(zhǔn)確需求。

2.1 需求獲取方法

需求獲取是指通過(guò)各種途徑收集和征詢，得到建設(shè)新體系或者其他相關(guān)信息，以及任務(wù)清單和部分能力約束和要求的過(guò)程。隨著體系規(guī)模的擴(kuò)大，需求獲取活動(dòng)不再僅限于體系開發(fā)的初期階段，它貫穿于整個(gè)體系開發(fā)的生命過(guò)程，常用方法有用戶訪談法、問(wèn)卷調(diào)查法和快速原型法等。

用戶訪談法是需求論證人員與用戶通過(guò)面對(duì)面交流與溝通的形式，進(jìn)行事實(shí)發(fā)現(xiàn)和信息聚集，通常采取召開會(huì)議的形式進(jìn)行座談或調(diào)研等。問(wèn)卷調(diào)查法是指就用戶需求中的一些個(gè)性化的、待進(jìn)一步明確的需求，通過(guò)發(fā)放問(wèn)卷調(diào)查表的方式，達(dá)到徹底弄清楚項(xiàng)目需求的方法。采用本方法，可有效地獲得大量不同崗位和專業(yè)人員的需求。快速原型法即把體系主要功能和接口快速開發(fā)制作為“原始樣機(jī)”，以可視化的形勢(shì)展現(xiàn)給用戶，及時(shí)征求意見和建議，從而明確無(wú)誤地確定用戶需求。三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用情況如表1所示，可根據(jù)實(shí)際情況綜合使用三種方法。

表1 需求獲取方法優(yōu)缺點(diǎn)比較

2.2 需求描述與建模方法

需求描述與建模是通過(guò)規(guī)范化的方法和手段，建立體系需求模型，將已獲取的需求準(zhǔn)確地表現(xiàn)出來(lái)，便于達(dá)成一致的理解，減少二義性，提供直觀、通用、標(biāo)準(zhǔn)的圖表信息。已有大量文獻(xiàn)[13-17]提出了多種需求描述與建模方法，滿足描述建模需要。本文通過(guò)歸納，將需求描述建模方法總結(jié)為結(jié)構(gòu)化描述法和面向?qū)ο竺枋龇ǖ取?/p>

結(jié)構(gòu)化描述方法采用自頂向下分層解決的方法進(jìn)行分析、描述和構(gòu)造模型，按照特定功能劃分為不同模塊，通過(guò)對(duì)每個(gè)不同的模塊進(jìn)行描述，實(shí)現(xiàn)對(duì)體系的整體描述，一般應(yīng)用IDEF圖進(jìn)行描述。該方法具有較嚴(yán)密的邏輯性及較高的精確性，能有效地將一個(gè)較復(fù)雜體系逐層分解為更小的體系或系統(tǒng)，其描述方法直觀易懂，便于用戶交流。但缺點(diǎn)是由于被分解成的模塊體系結(jié)構(gòu)依賴于上層的業(yè)務(wù)劃分，對(duì)業(yè)務(wù)需求變化具有高度的敏感性，需求變更與追蹤管理工作量很大。

面向?qū)ο竺枋龇椒ɡ^承面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，通過(guò)使用對(duì)象和類兩種描述方式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶需求的描述。一般用UML對(duì)需求進(jìn)行描述。該方法優(yōu)點(diǎn)是以自然方式描述客觀世界，容易把握分析重點(diǎn)，系統(tǒng)功能和定義的操作實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，采用集成的思想提高了資源的可重用率。但缺點(diǎn)是開發(fā)的冗余較多，開發(fā)效率不高，實(shí)例化的對(duì)象依據(jù)客觀邊界劃分，很難保證描述的準(zhǔn)確性。

2.3 需求驗(yàn)證方法

需求驗(yàn)證用于確定論證成果在邏輯上是否一致，在性能和行為上是否可行，在效能上是否滿足用戶要求并達(dá)到最優(yōu)，重點(diǎn)進(jìn)行語(yǔ)法驗(yàn)證、一致性驗(yàn)證、邏輯合理性驗(yàn)證、完備性驗(yàn)證和規(guī)范性驗(yàn)證，一般使用需求評(píng)審法和需求模型執(zhí)行方法[18-19]。

需求評(píng)審法通過(guò)組織成立由用戶、研發(fā)人員、測(cè)試人員組成的評(píng)審小組，以會(huì)議的方式對(duì)成果進(jìn)行仔細(xì)檢查，解決需求文檔中二義性，消除模糊性。該方法簡(jiǎn)單易行，但難以處理大型、復(fù)雜的需求文檔，且由于審查過(guò)程涉及龐大的群體，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。

需求模型執(zhí)行方法可分為形式化驗(yàn)證和邏輯性驗(yàn)證。形式化驗(yàn)證能解決需求文檔中不一致和二義性；邏輯性驗(yàn)證往往依賴于可執(zhí)行驗(yàn)證技術(shù)，將信息流、數(shù)據(jù)流等內(nèi)容在用戶描述并建立起來(lái)的需求模型中進(jìn)行模擬運(yùn)行，再通過(guò)從用戶處得到的業(yè)務(wù)邏輯流程和規(guī)則來(lái)檢驗(yàn)其模型的正確性。

3 體系需求論證組織過(guò)程

體系需求論證過(guò)程是一個(gè)反復(fù)不斷迭代的過(guò)程，涉及多方的利益相關(guān)者：既涉及最終運(yùn)用體系完成其業(yè)務(wù)職能的使用方，也涉及對(duì)體系建設(shè)過(guò)程進(jìn)行規(guī)劃監(jiān)督的管理方，更有體系建設(shè)的研制方。因而，既要兼顧使用方對(duì)于體系的業(yè)務(wù)使用要求，又要兼顧技術(shù)發(fā)展所產(chǎn)生新的實(shí)現(xiàn)途徑需要，將業(yè)務(wù)需求和技術(shù)需求結(jié)合起來(lái)，共同驅(qū)動(dòng)需求論證過(guò)程。需求論證過(guò)程包括明確利益相關(guān)者的業(yè)務(wù)期望需求和定義研制方的技術(shù)實(shí)現(xiàn)需求。

3.1 業(yè)務(wù)期望需求

明確利益相關(guān)者的業(yè)務(wù)期望需求是體系工程的初始工作，確認(rèn)誰(shuí)是利益相關(guān)者，以及準(zhǔn)備如何使用體系滿足其業(yè)務(wù)職能需要。一般通過(guò)用例想定、設(shè)計(jì)參考使命任務(wù)和運(yùn)用使用構(gòu)想實(shí)現(xiàn)，主要流程包括確定利益相關(guān)者和明確利益相關(guān)者期望兩大步驟，其典型過(guò)程如圖1所示。

圖1 明確利益相關(guān)者業(yè)務(wù)期望需求流程

確定利益相關(guān)者的明確利益相關(guān)者：待建設(shè)的體系工程可能來(lái)自組織或上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)指示的要求，利益相關(guān)者就是那些受到本項(xiàng)使命任務(wù)結(jié)果影響或某種程度上對(duì)結(jié)果負(fù)有責(zé)任的組織或個(gè)人。利益相關(guān)者可以分為使用者和其他關(guān)注團(tuán)體。其中，使用者是那些直接接受體系的人，或是直接受益人；其他關(guān)注團(tuán)體通過(guò)提出寬泛約束對(duì)項(xiàng)目施加影響，在這些約束下滿足使用者的需求，例如，裝備管理組、規(guī)劃顧問(wèn)組、體系工程負(fù)責(zé)人等。

明確利益相關(guān)者的業(yè)務(wù)期望需求：需要明確利益相關(guān)者對(duì)指定項(xiàng)目的最終狀態(tài)或目標(biāo)產(chǎn)品是什么，或?yàn)轫?xiàng)目目標(biāo)增加約束范圍來(lái)確定。這些約束范圍可能包括(資源)消耗、交付時(shí)間、性能目標(biāo)，及其他非定量約束。經(jīng)過(guò)使命任務(wù)授權(quán)、使命任務(wù)目標(biāo)、運(yùn)行使用目標(biāo)、成功準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)動(dòng)因等一系列步驟，明確體系的目標(biāo)，表達(dá)體系最終用戶的需求，明確利益相關(guān)者期望、運(yùn)行使用構(gòu)想、輔助產(chǎn)品保障策略和效能指標(biāo)等。

3.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)需求

定義研制方的技術(shù)實(shí)現(xiàn)需求是把利益相關(guān)者的期望轉(zhuǎn)換成對(duì)體系問(wèn)題的定義，再轉(zhuǎn)換成經(jīng)認(rèn)定的技術(shù)需求，便于組織開展研制。以“需要”形式陳述的需求能夠用于定義體系分解結(jié)構(gòu)模型和相關(guān)附屬體系的設(shè)計(jì)方案。需求定義對(duì)利益相關(guān)者需求、系統(tǒng)開發(fā)需求和底層產(chǎn)品/組件需求等三方面需求進(jìn)行論證，逐漸形成層產(chǎn)品/組件需求文檔。通過(guò)初步評(píng)估利益相關(guān)者期望，以理解待解決的技術(shù)問(wèn)題并建立設(shè)計(jì)邊界，流程如圖2所示。

圖2 技術(shù)需求定義流程

首先，確定設(shè)計(jì)方案必須遵從的約束條件或體系產(chǎn)品將使用的約束條件，辨識(shí)已經(jīng)在設(shè)計(jì)控制下并且不能變更的那些單元，有助于縮小對(duì)潛在設(shè)計(jì)方案進(jìn)行權(quán)衡分析的范圍。其次，建立體系內(nèi)各系統(tǒng)交互必需的物理接口和功能接口。隨著對(duì)約束條件、物理/功能接口和功能/行為期望的全面理解，需求可通過(guò)建立性能標(biāo)準(zhǔn)做進(jìn)一步定義。性能表述為需求的定量部分，用來(lái)表示每個(gè)產(chǎn)品被期望完成的功能。最后，需求應(yīng)該被定義為可接受的“需求”闡述，每個(gè)闡述僅含一個(gè)“需要”的完整語(yǔ)句，最終形成技術(shù)需求和技術(shù)性能指標(biāo)。

4 典型案例

為闡述上述所提出的方法和過(guò)程的有效性，選取外軍島嶼奪控作戰(zhàn)[20]為典型實(shí)例，從業(yè)務(wù)期望需求和技術(shù)實(shí)現(xiàn)需求等進(jìn)行需求論證。

4.1 案例背景

島嶼奪控作戰(zhàn)是在聯(lián)合指揮所的統(tǒng)一指揮下，聯(lián)合作戰(zhàn)編隊(duì)對(duì)侵占和據(jù)守島嶼之?dāng)硨?shí)施的進(jìn)攻奪取與有效控制的作戰(zhàn)。島嶼奪控作戰(zhàn)具有作戰(zhàn)進(jìn)程銜接緊，保持控制權(quán)難度大和突擊上島限制多等特點(diǎn)，存在需求變化調(diào)整頻繁、需求描述不夠細(xì)致等問(wèn)題，能夠較為充分地體現(xiàn)出體系建設(shè)過(guò)程中面臨的問(wèn)題。

4.2 論證過(guò)程

聚焦外軍島嶼奪控作戰(zhàn)過(guò)程中對(duì)于信息系統(tǒng)的建設(shè)需要，開展體系需求論證，以期找準(zhǔn)需求，并對(duì)其需求進(jìn)行精準(zhǔn)描述，牽引和規(guī)范后續(xù)研制建設(shè)，主要包括三個(gè)步驟。

(1)明確利益相關(guān)者

經(jīng)過(guò)對(duì)外軍島嶼奪控作戰(zhàn)的前期資料收集后，項(xiàng)目組確定外軍在執(zhí)行該項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)過(guò)程中涉及的海區(qū)奪控、島嶼奪占和島嶼防御等階段。每個(gè)階段涉及的利益相關(guān)者也不盡相同。以海區(qū)奪控為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。為明確利益相關(guān)者，項(xiàng)目組假定目標(biāo)用戶，采用問(wèn)卷調(diào)查法對(duì)目標(biāo)用戶進(jìn)行調(diào)研，以逐步明確該項(xiàng)作戰(zhàn)階段中涉及到的關(guān)鍵用戶，設(shè)計(jì)了用戶需求說(shuō)明書和問(wèn)卷調(diào)查表，如圖3所示。

一、被調(diào)研用戶基本信息被調(diào)研單位名稱被調(diào)研用戶姓名職位聯(lián)系電話郵編二、業(yè)務(wù)調(diào)研表業(yè)務(wù)部門名稱職能序號(hào)職能名稱12…職能序號(hào)1職能名稱業(yè)務(wù)描述業(yè)務(wù)事項(xiàng)名稱業(yè)務(wù)需要哪些數(shù)據(jù)相關(guān)業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范業(yè)務(wù)關(guān)系檢查協(xié)同分類協(xié)同業(yè)務(wù)名稱業(yè)務(wù)協(xié)同關(guān)系描述涉及相關(guān)部門單位內(nèi)跨部門協(xié)同業(yè)務(wù)跨單位協(xié)同業(yè)務(wù)三、業(yè)務(wù)發(fā)展方向表序號(hào)發(fā)展方向描述1(如:整體方向)2(如:工作重點(diǎn)如何加強(qiáng))3(如:工作難點(diǎn)怎樣解決、改善)

經(jīng)多輪迭代修改，項(xiàng)目組逐漸明確海區(qū)奪控階段中重點(diǎn)活動(dòng)包括作戰(zhàn)海區(qū)預(yù)警偵察、海上態(tài)勢(shì)融合、威脅評(píng)估、作戰(zhàn)決策、兵力接敵機(jī)動(dòng)、火力打擊和戰(zhàn)果評(píng)估等作戰(zhàn)活動(dòng)，其主要涉及到的利益相關(guān)方包括聯(lián)合作戰(zhàn)指揮所、海軍特遣艦隊(duì)指揮所、水面艦艇突擊群指揮所、空中突擊群指揮所、掩護(hù)兵力群指揮所等，因此可以建立利益相關(guān)者列表，如表2所示。

表2 利益相關(guān)者列表

(2)明確利益相關(guān)者業(yè)務(wù)期望需求

采用資料收集法，確定利益相關(guān)方對(duì)于待開發(fā)信息系統(tǒng)的期望。經(jīng)過(guò)對(duì)外軍島嶼奪控作戰(zhàn)的材料收集和整理，擬采用結(jié)構(gòu)化的方法對(duì)其期望進(jìn)行描述。利益相關(guān)者重點(diǎn)需要執(zhí)行海區(qū)奪控、島嶼奪占和島嶼防御三個(gè)階段，每個(gè)階段在階段目標(biāo)和兵力運(yùn)用上有所不同，但對(duì)于情報(bào)信息獲取、實(shí)施指揮控制、作戰(zhàn)要素協(xié)同運(yùn)用和作戰(zhàn)效果評(píng)估等四個(gè)方面有共性期望。由于篇幅有限，主要以作戰(zhàn)要素協(xié)同運(yùn)用期望中的武器協(xié)同運(yùn)用期望為例進(jìn)行結(jié)構(gòu)化描述，如圖4所示。

圖4 武器協(xié)同運(yùn)用結(jié)構(gòu)化描述示例圖

(3)定義研制方的技術(shù)實(shí)現(xiàn)需求

通過(guò)詳細(xì)分析，明確開發(fā)系統(tǒng)之間的功能以及功能接口關(guān)系。

面向島嶼奪控作戰(zhàn)對(duì)于軍事信息系統(tǒng)的構(gòu)建需求，應(yīng)具備信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化、情報(bào)獲取多元化、指揮決策智能化、武器控制數(shù)字化等特征，能夠簡(jiǎn)化指揮流程，縮短指揮周期,提高作戰(zhàn)指揮效能和整體作戰(zhàn)的能力。綜合考慮，提出信息融合處理、協(xié)同指揮決策、聯(lián)合行動(dòng)控制、通信保障、安全保密等功能要求，并用結(jié)構(gòu)化方法描述各類功能之間的接口關(guān)系。

經(jīng)過(guò)分析設(shè)計(jì)，形成《島嶼奪控作戰(zhàn)需求規(guī)格說(shuō)明》，并采用需求評(píng)審法，對(duì)設(shè)計(jì)成果的邏輯性和可行性進(jìn)行檢驗(yàn)。設(shè)計(jì)了評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，總分100分，如表3所示，并組織利益相關(guān)方、海上作戰(zhàn)專家、架構(gòu)設(shè)計(jì)專家、開發(fā)專家和測(cè)試評(píng)估專家等開展需求檢驗(yàn),進(jìn)一步提高論證成果可行性，降低后期風(fēng)險(xiǎn)。

表3 需求評(píng)審評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)大型軍事信息系統(tǒng)研制建設(shè)過(guò)程中存在的需求獲取難、描述不統(tǒng)一、驗(yàn)證手段缺乏等問(wèn)題，基于體系工程過(guò)程，研究了一般常用的需求論證的理論和方法，并從業(yè)務(wù)期望需求和技術(shù)實(shí)現(xiàn)需求兩個(gè)方面創(chuàng)新提出了需求論證的組織過(guò)程，便于需求論證工作落地實(shí)施。此外，以外軍島嶼奪控作戰(zhàn)為典型案例，闡述了所提出需求論證方法和過(guò)程的有效性，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述方法和組織過(guò)程。下一步將針對(duì)需求論證過(guò)程中使用的常用工具展開研究，提高需求論證工作效率。