一種面向武器裝備需求論證的作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)方法

王燦 郭齊勝 穆歌

（1.陸軍裝甲兵學(xué)院，北京100072；2.軍事科學(xué)院 系統(tǒng)工程研究院，北京100141）

1 引言

隨著新軍事變革的深入，作戰(zhàn)能力生成途徑從過(guò)去的“威脅驅(qū)動(dòng)”革命性地向“戰(zhàn)爭(zhēng)設(shè)計(jì)”演進(jìn)，世界軍事強(qiáng)國(guó)已建立起“概念牽引、基于能力、面向體系”的裝備需求論證模式［1］。當(dāng)前，我軍裝備發(fā)展正由“跟蹤仿研”向“自主創(chuàng)新”過(guò)渡，傳統(tǒng)的裝備需求論證面臨著前瞻性不強(qiáng)、體系化不足等挑戰(zhàn)。

針對(duì)這一問(wèn)題，文獻(xiàn)［2］提出了裝備作戰(zhàn)概念牽引裝備發(fā)展的思路，采用體系結(jié)構(gòu)思想構(gòu)建了裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)框架。文獻(xiàn)［3］分析了裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，提出了基于DoDAF 多視圖的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)方法。文獻(xiàn)［4］提出了模型驅(qū)動(dòng)的裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)方法，并以新型裝甲突擊系統(tǒng)的“偵察、機(jī)動(dòng)、打擊一體聯(lián)動(dòng)”作戰(zhàn)概念為例驗(yàn)證了方法的可行性。上述研究均提出了基于體系結(jié)構(gòu)建模技術(shù)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)裝備作戰(zhàn)概念的內(nèi)涵、地位、作用等的認(rèn)識(shí)已趨于一致，但缺乏對(duì)裝備作戰(zhàn)概念如何驅(qū)動(dòng)裝備需求論證的論述，設(shè)計(jì)方法有待完善。鑒于此，本文提出一種面向裝備需求論證的作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)方法，該方法是對(duì)現(xiàn)有方法在要素、流程和技術(shù)手段等方面的改進(jìn)和完善。

2 設(shè)計(jì)思想

以裝備需求論證工程化［5］、基于模型的體系工程等理論為指導(dǎo)，將作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)與裝備需求論證緊密耦合，一體化實(shí)施。按照概念和需求從無(wú)到有、由虛到實(shí)、由粗到細(xì)的生成規(guī)律，將設(shè)計(jì)過(guò)程劃分為作戰(zhàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)、作戰(zhàn)任務(wù)設(shè)計(jì)和作戰(zhàn)行動(dòng)設(shè)計(jì)三個(gè)階段，在每個(gè)階段分別以不同的抽象層次、不同的粒度分析論證作戰(zhàn)需求、能力需求和裝備需求，如圖1 所示。

三個(gè)階段構(gòu)成邏輯依賴關(guān)系，從左至右是概念和需求生成、細(xì)化的過(guò)程；從右至左是概念和需求向前追溯、確認(rèn)的過(guò)程。作戰(zhàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)支持特定問(wèn)題背景下各種裝備解決方案的初步構(gòu)想和評(píng)估，設(shè)計(jì)開放度高，有助于促進(jìn)裝備原始創(chuàng)新；作戰(zhàn)任務(wù)設(shè)計(jì)將作戰(zhàn)場(chǎng)景關(guān)聯(lián)至實(shí)際作戰(zhàn)任務(wù)，從完成任務(wù)角度論證裝備能力需求，從而保證裝備有效融入聯(lián)合作戰(zhàn)體系；作戰(zhàn)行動(dòng)設(shè)計(jì)在任務(wù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)致刻畫裝備系統(tǒng)在作戰(zhàn)任務(wù)中的作戰(zhàn)行動(dòng)，從而支持詳細(xì)性能指標(biāo)的論證。在三個(gè)設(shè)計(jì)階段的驅(qū)動(dòng)下，裝備需求從無(wú)到有、從抽象到具體、從模糊到精確，逐步細(xì)化、明晰，直至形成先進(jìn)、完善的裝備需求論證方案。

采用該設(shè)計(jì)方法能夠改進(jìn)傳統(tǒng)單純面向任務(wù)的線性論證模式。三個(gè)階段循環(huán)迭代式設(shè)計(jì)能夠在提高論證創(chuàng)新性的同時(shí)，保證論證工作由粗略到詳細(xì)逐步推進(jìn)；通過(guò)定義每一階段的要素、環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)，使整個(gè)論證活動(dòng)更加規(guī)范和透明，更容易被理解和實(shí)施；在每個(gè)階段設(shè)置明確的結(jié)束準(zhǔn)則，組織對(duì)論證成果的階段性審查，有利于及早發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，從而降低論證風(fēng)險(xiǎn)。

面向裝備需求論證的作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)是典型的復(fù)雜系統(tǒng)工程，應(yīng)由傳統(tǒng)的“面向系統(tǒng)、基于文檔”向“面向體系、基于模型”轉(zhuǎn)變。采用體系結(jié)構(gòu)建模技術(shù)支持設(shè)計(jì)過(guò)程，充分發(fā)揮模型語(yǔ)言一致性好、易于追溯、易于工程化和驗(yàn)證、易于形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)設(shè)計(jì)過(guò)程中跨軍種、跨專業(yè)人員之間的交流溝通，促進(jìn)數(shù)據(jù)資源的收集、分析和重用，提高設(shè)計(jì)效率和科學(xué)化水平。產(chǎn)生的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和模型還可以應(yīng)用于裝備科研訂購(gòu)、試驗(yàn)訓(xùn)練、使用保障等裝備發(fā)展全壽命周期活動(dòng)，從而提高裝備建設(shè)的體系化和規(guī)范化水平。

3 設(shè)計(jì)過(guò)程

3.1 作戰(zhàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)階段

此階段是作戰(zhàn)概念從無(wú)到有的誕生階段，也是創(chuàng)新空間最為廣闊的階段。主要工作是：①分析相關(guān)的軍事戰(zhàn)略背景、上位作戰(zhàn)概念以及預(yù)期作戰(zhàn)環(huán)境中的威脅，確認(rèn)待解決的能力需求缺口，界定問(wèn)題的范圍。②提出裝備解決方案構(gòu)想，包括裝備的制勝機(jī)理和系統(tǒng)組成；選擇適當(dāng)?shù)淖鲬?zhàn)場(chǎng)景樣本，每個(gè)作戰(zhàn)場(chǎng)景分解為若干作戰(zhàn)活動(dòng)；分析這些場(chǎng)景和活動(dòng)中裝備的系統(tǒng)組成和作戰(zhàn)方式。③對(duì)各個(gè)作戰(zhàn)場(chǎng)景進(jìn)行集成，得到裝備的目標(biāo)圖像和能力特征。通過(guò)作戰(zhàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)，粗線條勾勒裝備的作戰(zhàn)運(yùn)用方式，反映裝備在對(duì)抗中形成優(yōu)勢(shì)并取得勝利的基本原理，充分展現(xiàn)裝備潛在的作戰(zhàn)應(yīng)用價(jià)值，建立起兼具創(chuàng)新性與可行性的裝備需求雛形。

3.2 作戰(zhàn)任務(wù)設(shè)計(jì)階段

此階段是承上啟下的關(guān)鍵階段，也是作戰(zhàn)概念由虛到實(shí)的映射過(guò)程。主要工作是：對(duì)上一階段的裝備作戰(zhàn)場(chǎng)景進(jìn)行裁剪、組合并實(shí)例化，建立與實(shí)際作戰(zhàn)任務(wù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，明確裝備未來(lái)?yè)?dān)負(fù)的作戰(zhàn)任務(wù)，形成作戰(zhàn)任務(wù)的分解結(jié)構(gòu)，收集每項(xiàng)任務(wù)的承擔(dān)主體、內(nèi)容要求、環(huán)境條件等基本屬性；在上一階段裝備目標(biāo)圖像的基礎(chǔ)上，確定裝備在作戰(zhàn)任務(wù)中的席位設(shè)置和編配方式，建立裝備與實(shí)際部隊(duì)編制的關(guān)聯(lián)關(guān)系；分析作戰(zhàn)任務(wù)的基本屬性，得到裝備的任務(wù)能力需求，包括能力的分類、屬性、度量及時(shí)間框架等。通過(guò)作戰(zhàn)任務(wù)設(shè)計(jì)，明確裝備與聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù)、部隊(duì)、能力等方面的接口關(guān)系，從而保證新裝備有效融入聯(lián)合作戰(zhàn)體系，提高體系貢獻(xiàn)率。

3.3 作戰(zhàn)行動(dòng)設(shè)計(jì)階段

此階段是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的最后階段，也是裝備需求的詳細(xì)論證階段。主要工作是：以想定和剖面圖等方式分析特定作戰(zhàn)任務(wù)中裝備系統(tǒng)的具體作戰(zhàn)行動(dòng)，包括行動(dòng)的時(shí)序、規(guī)則、響應(yīng)的事件、狀態(tài)的變化等，收集性能指標(biāo)論證所需的詳細(xì)數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)運(yùn)行的具體數(shù)值、使用的特殊條件、環(huán)境的預(yù)期變化等；基于上述數(shù)據(jù)，運(yùn)用QFD 方法［6］等建立從任務(wù)能力需求到裝備系統(tǒng)參數(shù)的映射，得到裝備主要作戰(zhàn)使用性能指標(biāo)；根據(jù)指標(biāo)論證情況，確認(rèn)裝備的總體技術(shù)方案，包括裝備系統(tǒng)組成方案、編配方案、綜合配套方案等；采取邏輯驗(yàn)證、仿真推演等方法評(píng)估優(yōu)化性能指標(biāo)和技術(shù)方案；估算裝備研制的費(fèi)用，規(guī)劃研制時(shí)間進(jìn)度等。

4 體系結(jié)構(gòu)建模技術(shù)的應(yīng)用

4.1 模型選取

根據(jù)3 個(gè)設(shè)計(jì)階段的要素，基于DoDAF 2.0［7］提出適宜構(gòu)建的體系結(jié)構(gòu)模型，主要包括全景、作戰(zhàn)、能力和系統(tǒng)等4 個(gè)視角，共20 種視圖模型，見表1。

表1 適宜構(gòu)建的體系結(jié)構(gòu)模型

4.2 建模流程

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，體系結(jié)構(gòu)模型主要發(fā)揮收集數(shù)據(jù)、支持分析、促進(jìn)交流溝通等作用。為實(shí)現(xiàn)模型應(yīng)用與設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的緊密耦合，設(shè)計(jì)建模流程如圖2所示。

圖2 體系結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建流程

（1）作戰(zhàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)階段。①構(gòu)建AV-1，AV-2并在設(shè)計(jì)過(guò)程中持續(xù)維護(hù)；②構(gòu)建OV-1，描述裝備的典型作戰(zhàn)場(chǎng)景和制勝機(jī)理；③將OV-1 轉(zhuǎn)化為OV-2，描述作戰(zhàn)場(chǎng)景中裝備的系統(tǒng)組成和作戰(zhàn)方式；④將OV-2 轉(zhuǎn)化為OV-3，描述作戰(zhàn)場(chǎng)景中裝備系統(tǒng)之間的交互關(guān)系；⑤依據(jù)OV-3 構(gòu)建CV-1，描述作戰(zhàn)場(chǎng)景中裝備的能力特征。OV-3 和CV-1 作為該階段核心模型，將為后續(xù)的體系結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建提供可追溯的基礎(chǔ)。

（2）作戰(zhàn)任務(wù)設(shè)計(jì)階段。①依據(jù)OV-3 構(gòu)建OV-5a，描述裝備擔(dān)負(fù)的作戰(zhàn)任務(wù)；②依據(jù)OV-3構(gòu)建OV-4，描述作戰(zhàn)任務(wù)中裝備的席位設(shè)置和編配方式；③依據(jù)CV-1 和OV-5a 構(gòu)建CV-2，描述作戰(zhàn)任務(wù)中裝備的能力需求；④依據(jù)CV-2 構(gòu)建CV-3，描述作戰(zhàn)任務(wù)中裝備能力需求的時(shí)間框架；⑤依據(jù)CV-2 構(gòu)建CV-6，描述任務(wù)能力需求與作戰(zhàn)任務(wù)的追溯關(guān)系。該階段核心模型產(chǎn)品是OV-5a和CV-2，它們既是該階段其他模型的構(gòu)建基礎(chǔ)，也在三個(gè)階段之間發(fā)揮承前啟后的橋梁作用。

（3）作戰(zhàn)行動(dòng)設(shè)計(jì)階段。①?gòu)腛V-5a 出發(fā)構(gòu)建OV-6 系列，描述裝備子系統(tǒng)的作戰(zhàn)行動(dòng)；②依據(jù)OV-3，OV-6 系列構(gòu)建SV-3，描述裝備系統(tǒng)間應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的交互關(guān)系；③基于OV-6 系列構(gòu)建SV-7，描述裝備系統(tǒng)的主要作戰(zhàn)使用性能指標(biāo)；④依據(jù)SV-3 和SV-7 構(gòu)建SV-10 系列，描述裝備系統(tǒng)功能對(duì)作戰(zhàn)事件的響應(yīng)，用于對(duì)性能指標(biāo)和技術(shù)方案的詳細(xì)分析和評(píng)估優(yōu)化；⑤依據(jù)CV-3，SV-3和SV-7 構(gòu)建SV-8，對(duì)裝備的研制進(jìn)度進(jìn)行規(guī)劃。

5 應(yīng)用示例

為提高陸上戰(zhàn)術(shù)分隊(duì)突擊作戰(zhàn)能力，使其能夠在高強(qiáng)度對(duì)抗環(huán)境中持續(xù)作戰(zhàn)，完成任務(wù)并有效降低人員傷亡，根據(jù)“加速OODA 鏈”“跨域增效”“功能解耦”等制勝機(jī)理，提出小型無(wú)人機(jī)與無(wú)人戰(zhàn)車協(xié)同作戰(zhàn)概念。本示例概要性展示其設(shè)計(jì)過(guò)程。

5.1 作戰(zhàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)階段

將作戰(zhàn)概念分解為部署展開、協(xié)同機(jī)動(dòng)、協(xié)同獵殲、協(xié)同突擊等典型作戰(zhàn)場(chǎng)景。以協(xié)同獵殲場(chǎng)景為例，其作戰(zhàn)活動(dòng)包括隱蔽進(jìn)入任務(wù)區(qū)域、無(wú)人機(jī)偵察目標(biāo)、無(wú)人機(jī)傳遞目標(biāo)技術(shù)諸元、無(wú)人戰(zhàn)車火力打擊、無(wú)人機(jī)評(píng)估毀傷效果等，如圖3 所示。

圖3 作戰(zhàn)場(chǎng)景及作戰(zhàn)活動(dòng)設(shè)計(jì)示例

作戰(zhàn)場(chǎng)景及作戰(zhàn)活動(dòng)反映了裝備抽象的作戰(zhàn)方式，與作戰(zhàn)任務(wù)無(wú)關(guān)。可針對(duì)每個(gè)作戰(zhàn)場(chǎng)景構(gòu)建OV-1，OV-2 和OV-3 模型（1 個(gè)或多個(gè)），以節(jié)點(diǎn)和交互的方式描述該場(chǎng)景下裝備的系統(tǒng)組成和作戰(zhàn)運(yùn)用方式。圖4 為協(xié)同獵殲場(chǎng)景的OV-2 模型示例，該模型顯示，裝備的系統(tǒng)組成包括無(wú)人機(jī)系統(tǒng)、無(wú)人戰(zhàn)車系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和運(yùn)載保障系統(tǒng)；由指揮控制系統(tǒng)控制其他系統(tǒng)，并與上級(jí)組織建立通信鏈路；無(wú)人機(jī)和無(wú)人戰(zhàn)車系統(tǒng)之間沒(méi)有信息交互，二者的協(xié)同由指揮控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；無(wú)人機(jī)和無(wú)人戰(zhàn)車系統(tǒng)能夠接收運(yùn)載保障系統(tǒng)的位置信息，能夠在失控情況下返回運(yùn)載保障系統(tǒng)。

圖4 協(xié)同獵殲作戰(zhàn)場(chǎng)景的OV-2 模型示例

分析作戰(zhàn)場(chǎng)景中所涉及的裝備能力需求，得到裝備的能力特征。能力特征反映了裝備能力需求的基本屬性，不涉及具體的數(shù)值，見表2。完成所有作戰(zhàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)后，對(duì)裝備的系統(tǒng)組成和能力特征進(jìn)行集成，并進(jìn)行階段性評(píng)估和優(yōu)化。

表2 協(xié)同獵殲作戰(zhàn)場(chǎng)景的能力特征示例

5.2 作戰(zhàn)任務(wù)設(shè)計(jì)階段

作戰(zhàn)任務(wù)的屬性信息，如承擔(dān)主體、內(nèi)容要求、環(huán)境條件等通常包含結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可為此階段設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。首先，將作戰(zhàn)場(chǎng)景實(shí)例化為作戰(zhàn)任務(wù)。例如，上述協(xié)同獵殲場(chǎng)景可關(guān)聯(lián)至邊境奪要作戰(zhàn)任務(wù)中的先期戰(zhàn)斗子任務(wù)，目標(biāo)是殲滅或驅(qū)逐掩護(hù)（警戒）之?dāng)?，查明敵部署情況，為主力行動(dòng)創(chuàng)造條件。將所有關(guān)聯(lián)到的作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行分類整理，構(gòu)建OV-5a 模型，收集作戰(zhàn)任務(wù)的屬性信息。

其次，基于裝備的目標(biāo)圖像和作戰(zhàn)任務(wù)，設(shè)計(jì)裝備的席位設(shè)置和編配方式。例如，整個(gè)裝備系統(tǒng)設(shè)5 個(gè)席位，包括指揮員1 名、無(wú)人機(jī)系統(tǒng)操作員1名、無(wú)人戰(zhàn)車系統(tǒng)操作員1 名、維護(hù)保障人員1 名和駕駛員1 名；以上人員和裝備編為1 個(gè)班，在某型部隊(duì)所屬的坦克連編成下行動(dòng)。此過(guò)程是為了建立裝備與部隊(duì)實(shí)際編制的關(guān)聯(lián)，可構(gòu)建OV-4 模型支持此過(guò)程。

最后，依據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)的屬性信息論證提出裝備的任務(wù)能力需求，構(gòu)建CV-2，CV-3 和CV-6 等模型。此階段的能力需求應(yīng)從作戰(zhàn)任務(wù)出發(fā)確定能力屬性，即執(zhí)行過(guò)程中的效能度量（Measure of Effectiveness，MOE），通常用一組數(shù)值描述，見表3。整理形成每項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)對(duì)裝備的能力需求，并進(jìn)行評(píng)估優(yōu)化。

表3 裝備的任務(wù)能力需求示例

5.3 作戰(zhàn)行動(dòng)設(shè)計(jì)階段

基于作戰(zhàn)任務(wù)，以想定和剖面圖等形式提出裝備系統(tǒng)運(yùn)行的具體數(shù)據(jù)，從而支持裝備系統(tǒng)性能指標(biāo)的論證，可構(gòu)建OV-6 系列模型支持此過(guò)程。例如，在邊境奪要作戰(zhàn)先期戰(zhàn)斗任務(wù)中，設(shè)計(jì)協(xié)同獵殲坦克的作戰(zhàn)行動(dòng)，圖5 為該行動(dòng)的OV-6c 模型。該模型顯示了各裝備系統(tǒng)的行動(dòng)剖面，并附加了論證性能指標(biāo)需要補(bǔ)充的額外數(shù)據(jù)。

圖5 協(xié)同獵殲坦克作戰(zhàn)行動(dòng)的OV-6c 模型示例

依據(jù)任務(wù)能力需求、作戰(zhàn)行動(dòng)想定和剖面圖數(shù)據(jù)，采用QFD 方法建立從效能度量到性能度量（Measure of Performance，MOP）的映射。圖6 為采用QFD 方法論證無(wú)人戰(zhàn)車火力打擊性能指標(biāo)的示例。分析該行動(dòng)中各個(gè)裝備系統(tǒng)的性能指標(biāo)，構(gòu)建SV-7，SV-8，SV-10 等模型。

最后，對(duì)裝備多種任務(wù)和行動(dòng)下的性能指標(biāo)和技術(shù)方案進(jìn)行集成，形成平衡優(yōu)化的裝備需求論證方案。

6 結(jié)束語(yǔ)

以裝備需求論證工程化、基于模型的系統(tǒng)工程等理論為指導(dǎo)，提出了作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)與裝備需求論證緊密耦合、分階段迭代完善的設(shè)計(jì)思路，論述了作戰(zhàn)場(chǎng)景、作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)行動(dòng)3 個(gè)設(shè)計(jì)階段的特點(diǎn)和主要工作，基于DoDAF 2.0 提出了適宜構(gòu)建的模型和建模流程，并通過(guò)示例分析概要性展示了該方法的應(yīng)用過(guò)程。下一步將圍繞設(shè)計(jì)工作模式創(chuàng)新、工具手段研發(fā)、設(shè)計(jì)成果管理等進(jìn)一步深入研究探索，不斷提高設(shè)計(jì)方法的科學(xué)性和完善性。