基于活動-能力聯(lián)接的航空保障裝備體系結(jié)構(gòu)建模

高 悅， 茹 樂， 遲文升， 周 慶

(1.空軍工程大學(xué)裝備管理與無人機工程學(xué)院，西安 710000；2.中國航空無線電電子研究所航空電子系統(tǒng)綜合技術(shù)重點實驗室，上海 200000)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭逐漸升級為體系作戰(zhàn)，強調(diào)航空武器系統(tǒng)關(guān)聯(lián)互補的復(fù)雜航空武器裝備體系成為決定未來空戰(zhàn)勝負的關(guān)鍵[1]。航空保障裝備作為實施航空武器裝備保障活動的重要資源，為飛機升空作戰(zhàn)提供直接的地面保障力量，是保持和恢復(fù)裝備完好性，維持裝備作戰(zhàn)能力的物質(zhì)基礎(chǔ)和必要條件[2]。然而，目前保障裝備體系建設(shè)仍與體系作戰(zhàn)要求有較大差距，主要體現(xiàn)在：基于傳統(tǒng)文檔依靠自然語言的體系設(shè)計模式難以適應(yīng)體系對抗的發(fā)展要求，難以針對種類繁雜、功能多樣、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不一的保障裝備進行有效規(guī)劃，極大地增加了裝備保障工作的難度；基于型號的航空裝備發(fā)展論證方式缺乏對整個航空保障裝備體系自身的論證和規(guī)劃，導(dǎo)致航空保障裝備通用化、系列化、模塊化、信息化水平低。

近年來，先進作戰(zhàn)概念指導(dǎo)下的武器裝備體系建模研究受到廣泛關(guān)注，成為國內(nèi)外研究重點。建立航空保障裝備體系模型可以解決上述問題，有力提升航空保障裝備的體系能力，引導(dǎo)形成以需求為中心，面向?qū)崙?zhàn)化保障業(yè)務(wù)的精細化、信息化網(wǎng)絡(luò)的航空保障裝備發(fā)展方式，構(gòu)建序列配套、精干敏捷的新型航空保障裝備體系。目前對相應(yīng)的航空保障裝備體系建模研究較少，有基于能力的方法應(yīng)用于武器裝備體系結(jié)構(gòu)建模[3]；基于模型驅(qū)動的武器裝備體系設(shè)計[4]；對作戰(zhàn)裝備體系結(jié)構(gòu)可執(zhí)行框架進行研究[5]；從作戰(zhàn)和系統(tǒng)視角對防空反導(dǎo)電子對抗裝備進行體系建模[6]；面向服務(wù)對網(wǎng)絡(luò)化維修保障信息系統(tǒng)的總體框架進行設(shè)計[7]；基于體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)對無人潛航器協(xié)同反潛作戰(zhàn)進行體系建模[8]等。這些研究分別從不同的角度對裝備體系結(jié)構(gòu)進行了描述并應(yīng)用于作戰(zhàn)想定，體現(xiàn)了體系建模理論與作戰(zhàn)體系形態(tài)及裝備構(gòu)成相適應(yīng)的特點，推動了裝備體系的進一步研究和發(fā)展，也為保障裝備體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計、分析提供了思路。因此，有必要從體系的視角把握航空保障裝備體系的整體構(gòu)成，從活動和能力角度出發(fā)建立航空保障裝備體系結(jié)構(gòu)模型，形成為作戰(zhàn)保障能力提供有效支撐的工程方法，解決裝備需求、能力、業(yè)務(wù)活動、系統(tǒng)功能關(guān)系不清、保障裝備管理工作負擔(dān)重、效率低、保障裝備發(fā)展論證系統(tǒng)化困難等問題，加強現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下航空保障裝備體系的發(fā)展建設(shè)。本文在對航空保障裝備體系概念進行闡述的基礎(chǔ)上，借鑒 DoDAF 2.0[9]體系結(jié)構(gòu)框架，提出一種基于活動-能力聯(lián)接的航空保障裝備體系結(jié)構(gòu)建模方法，并通過構(gòu)建信息化航空維修保障裝備體系結(jié)構(gòu)模型對該方法進行驗證。

1 航空保障裝備體系

在體系工程理論不斷深入的大背景下，戰(zhàn)爭發(fā)展趨勢決定著保障方式，航空保障裝備體系概念的產(chǎn)生和發(fā)展歸因于航空武器裝備體系發(fā)展的實際需求。航空保障裝備是航空部隊維修保障單位圍繞航空作戰(zhàn)和訓(xùn)練任務(wù)，直接或間接作用于航空裝備，保持或恢復(fù)其質(zhì)量、性能的各類裝備的統(tǒng)稱[10]。裝備體系是在作戰(zhàn)需求牽引下，由功能上相互補充、能力上相互促進的各類裝備系統(tǒng)相互聯(lián)接構(gòu)成的更高層的集合體[11]。結(jié)合航空保障裝備與裝備體系的概念，航空保障裝備體系是在保障需求牽引下，依據(jù)保障技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，由數(shù)量、質(zhì)量、功能上聯(lián)系和補充的航空保障裝備或航空保障裝備系統(tǒng)組成，具備適應(yīng)和支撐航空裝備作戰(zhàn)體系特點、作戰(zhàn)任務(wù)的集合體。

2 基于活動-能力聯(lián)接的體系結(jié)構(gòu)建模方法

2.1 建模方法原理

保障裝備體系結(jié)構(gòu)是保障裝備體系的構(gòu)成基礎(chǔ)，表現(xiàn)為體系組成要素及要素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，反映了體系邏輯、行為等特征。DoDAF 2.0作為一種頂層框架，提供了8種視角用于指導(dǎo)體系結(jié)構(gòu)開發(fā)。目前裝備體系結(jié)構(gòu)建模的研究主要從作戰(zhàn)視角和系統(tǒng)視角出發(fā)，通過描述武器裝備作戰(zhàn)活動及相關(guān)系統(tǒng)實際的執(zhí)行過程，進行體系結(jié)構(gòu)開發(fā)，但孤立地分析保障活動、航空保障裝備及航空保障裝備系統(tǒng)難以反映出實際保障任務(wù)及執(zhí)行保障任務(wù)的保障裝備系統(tǒng)之間復(fù)雜關(guān)系的問題[12]。為能夠滿足未來體系化作戰(zhàn)裝備保障的客觀需要，需要面向航空裝備保障的任務(wù)需求和能力需求，在作戰(zhàn)視角和系統(tǒng)視角的基礎(chǔ)上，承接“保障任務(wù)需求牽引”和“保障能力需求印證”的體系設(shè)計理念[13]，通過結(jié)合能力視角和聯(lián)接視角，對任務(wù)和能力自頂向下地進行分解、映射，建立任務(wù)、能力、裝備相互聯(lián)接、印證的邏輯關(guān)系，形成保障活動與底層能力之間、保障活動與保障裝備之間和底層能力與保障裝備之間的數(shù)據(jù)流動，為體系能力構(gòu)想提供與戰(zhàn)略背景對應(yīng)的數(shù)據(jù)邏輯支持，使保障裝備體系建設(shè)與能力增長建立高度聯(lián)系?？紤]到戰(zhàn)場環(huán)境復(fù)雜化趨勢，航空保障裝備系統(tǒng)需要具備高度的動態(tài)適應(yīng)性，即隨著戰(zhàn)爭態(tài)勢和任務(wù)需求的變化能夠做出動態(tài)適應(yīng)性改變。在聯(lián)接任務(wù)和能力的基礎(chǔ)上建立支持保障活動描述的服務(wù)視圖，借鑒SOA思想[14]，根據(jù)裝備保障任務(wù)需求和保障裝備特點，面向保障任務(wù)流程對保障業(yè)務(wù)活動進行整合，通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和接口定義對保障系統(tǒng)功能進行服務(wù)化封裝，利用聯(lián)接視圖實現(xiàn)保障活動、保障裝備和保障服務(wù)的協(xié)調(diào)聯(lián)接，提高維修保障智能化和服務(wù)化水平。利用 DoDAF 框架提供的數(shù)據(jù)元模型和視圖產(chǎn)品，從任務(wù)、能力、聯(lián)接和服務(wù)多個角度對視圖產(chǎn)品進行選擇和組織，構(gòu)建基于活動-能力聯(lián)接的航空保障裝備體系結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示，形成了保障活動視圖集、保障服務(wù)視圖集、保障能力視圖集和聯(lián)接視圖集的關(guān)系模型。

圖1 基于活動-能力聯(lián)接的視圖集關(guān)系模型Fig.1 View set relationship model based on activity-capability connection

2.2 建模步驟

DoDAF 2.0的8個視角共由52個視圖模型組成，有表格型、結(jié)構(gòu)型、映射型等。在實際的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計中，視圖產(chǎn)品的選用并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是根據(jù)需要的信息對模型進行剪裁，為得到航空保障裝備體系結(jié)構(gòu)的視圖產(chǎn)品邏輯模型，明確建模步驟，航空保障裝備體系結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循下列原則[15]。

1) 概念適用原則。航空保障裝備體系結(jié)構(gòu)視圖模型應(yīng)在明確的航空裝備保障概念指導(dǎo)下構(gòu)建。根據(jù)確定的保障背景、保障范圍和保障技術(shù)制度標(biāo)準(zhǔn)，選擇符合活動-能力聯(lián)接理論的相關(guān)產(chǎn)品，確定體系結(jié)構(gòu)建模的可視化需求，滿足航空保障裝備體系描述效果。

2) 模型關(guān)聯(lián)原則。航空保障裝備體系所選的視圖產(chǎn)品應(yīng)建立在一定的邏輯基礎(chǔ)上。一般情況下，依據(jù)概述和摘要信息(AV-1)開始體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)和設(shè)計，在需求分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)視圖產(chǎn)品的依賴關(guān)聯(lián)關(guān)系確定所選視圖的開發(fā)順序，如組織結(jié)構(gòu)關(guān)系(OV-4)建立在高級作戰(zhàn)概念(OV-1)分析基礎(chǔ)上，體系節(jié)點資源描述(OV-2)建立在活動模型(OV-5b)分析基礎(chǔ)上。

3) 迭代優(yōu)化原則。航空保障裝備體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的視圖產(chǎn)品開發(fā)是一個不斷迭代優(yōu)化的過程。首先在基本理論指導(dǎo)下確定粗略的視圖架構(gòu)，逐步迭代，根據(jù)反饋調(diào)整結(jié)構(gòu)、改變視圖，直至能夠得到滿足需要的精細視圖模型。

4) 由靜態(tài)到映射原則。本文將所選模型劃分為靜態(tài)模型和映射模型，通過靜態(tài)模型的需求分析，實現(xiàn)任務(wù)需求和能力需求向裝備需求的映射，分析出為完成保障任務(wù)所必須滿足的裝備條件和為滿足保障能力所演化的裝備類別，為體系結(jié)構(gòu)生成提供基礎(chǔ)。

本文在活動-能力聯(lián)接的體系結(jié)構(gòu)框架理論基礎(chǔ)上，結(jié)合航空保障裝備特點和上述原則，給出以下建模步驟。

1) 根據(jù)航空保障裝備體系概念，對系統(tǒng)頂層設(shè)計進行規(guī)劃，規(guī)范保障裝備體系建設(shè)過程。首先根據(jù)作戰(zhàn)設(shè)想背景，確定航空保障范圍、用途、用戶、背景和條件，建立AV-1；對保障任務(wù)的頂層概念進行圖形或文本描述，建立OV-1；描述未來作戰(zhàn)行動中對保障能力需求、戰(zhàn)略發(fā)展構(gòu)想，闡述其戰(zhàn)略背景和高層范圍，建立CV-1。

2) 組織保障背景、角色及組織間關(guān)系構(gòu)成，建立OV-4；組織保障活動節(jié)點及節(jié)點間信息交互，建立OV-2；描述保障裝備體系所需能力的層次結(jié)構(gòu)，進行細化和分解，建立CV-2；描述保障能力之間，子能力之間的依賴關(guān)系，建立CV-4。

3) 描述保障活動資源交互及交換相關(guān)屬性信息，建立OV-3；描述未來保障活動的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系和保障活動之間的輸入輸出關(guān)系，形成階段性保障活動模型，分別建立OV-5a，OV-5b；通過描述保障裝備體系能力對保障任務(wù)活動的支撐和實現(xiàn)，確定體系能力與活動的聯(lián)接關(guān)系，建立CV-6；在保障裝備體系能力描述的基礎(chǔ)上，確認保障裝備功能，建立SV-4，對系統(tǒng)功能、系統(tǒng)功能間的數(shù)據(jù)流進行描述。

4) 建立SvcV-1，描述保障服務(wù)的合成與交互；描述保障服務(wù)所執(zhí)行的功能以及保障服務(wù)功能之間的數(shù)據(jù)流，建立SvcV-4；描述航空保障裝備和航空保障裝備體系能力需求的聯(lián)接關(guān)系與航空保障裝備和保障活動的聯(lián)接關(guān)系，建立SV-5a和SV-5b。

5) 描述保障服務(wù)和保障裝備間的聯(lián)接關(guān)系，建立SvcV-3；描述保障服務(wù)到保障活動的聯(lián)接關(guān)系，建立SvcV-5；描述能力與支持它的服務(wù)資源之間的聯(lián)接關(guān)系，建立CV-7。

基于活動-能力聯(lián)接的視圖產(chǎn)品邏輯模型見圖2。

圖2 基于活動-能力聯(lián)接的視圖產(chǎn)品邏輯模型Fig.2 View product logic model based on activity-capability connection

3 案例分析

現(xiàn)代航空武器裝備信息化水平和保障要求大幅提升，為進一步提高信息化條件下航空維修保障能力和精細化水平，構(gòu)建類別齊全功能完備的信息化航空維修保障裝備體系，有必要進行信息化航空維修保障裝備體系結(jié)構(gòu)設(shè)計。限于篇幅，本文選取部分關(guān)鍵體系結(jié)構(gòu)建模過程進行說明。

3.1 保障概述和摘要信息

AV-1視圖是根據(jù)航空保障裝備概念建模形成的概述和摘要信息。隨著不同的作戰(zhàn)概念和作戰(zhàn)樣式的發(fā)展，對裝備保障提出了新的需求，通過著重說明作戰(zhàn)樣式以及對應(yīng)的作戰(zhàn)保障任務(wù)，保障區(qū)域、保障環(huán)境、保障時間、保障對象和保障裝備等綜合保障要素的具體內(nèi)容，詳細展現(xiàn)了保障目的和架構(gòu)，如圖3所示。

圖3 保障概述和摘要信息視圖Fig.3 Support overview and summary information view

3.2 保障組織關(guān)系視圖

組織關(guān)系圖OV-4用于描述各保障節(jié)點的指揮結(jié)構(gòu)和層級關(guān)系。信息化條件下基本作戰(zhàn)單元航空維修保障單元應(yīng)突出信息化主導(dǎo)，專業(yè)化、精細化管理職能。如圖4所示，航空維修保障單元組織節(jié)點主要包括基于信息系統(tǒng)的維修計劃指揮部門、裝備健康管理部門、安全監(jiān)管部門、質(zhì)量控制部門、維修訓(xùn)練部門、保障裝備部門以及直接維修保障的機組和專業(yè)組，用連接線標(biāo)記各保障節(jié)點間的協(xié)同關(guān)系和指控關(guān)系。

圖4 保障組織關(guān)系視圖Fig.4 Support organization relationship view

3.3 保障能力分解視圖

在信息化條件下，航空維修保障裝備體系能力需求分析是對航空維修保障基本保障單元信息化維修保障能力的描述和分析。能力構(gòu)想視圖CV-1描述了體系保障能力的戰(zhàn)略背景和高層范圍。在裝備保障概念分析下，從裝備保障發(fā)展生命周期和直接或間接參與的保障方式入手，對能力需求進行概括總結(jié)，將信息化航空維修保障能力劃分指揮控制能力、資源管理能力、輔助維修能力、維修作業(yè)能力、作業(yè)支持能力。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建能力分解視圖CV-2，從CV-1劃定的能力范圍出發(fā)，對能力進行逐層分解，建立能力結(jié)構(gòu)樹。如圖5所示，以輔助維修能力為例，輔助維修能力主要實現(xiàn)航空維修保障單元的維修過程相關(guān)信息的數(shù)字化，通過對機載健康數(shù)據(jù)、飛參數(shù)據(jù)、油液分析和歷史故障信息等數(shù)據(jù)的收集、分析和處理，基于預(yù)測和健康管理的手段和方法，實時或事后實現(xiàn)飛機和發(fā)動機的故障預(yù)測和健康評估，為維修保障態(tài)勢管理和輔助決策奠定了基礎(chǔ)。

圖5 保障能力分解視圖Fig.5 Breakdown view of support capability

3.4 保障活動視圖

保障活動視圖OV-5主要包括保障活動分解視圖OV-5a和保障活動關(guān)系視圖OV-5b，分別如圖6和圖7所示。圖6和圖7描述了裝備保障航空維修保障基本保障單元所承擔(dān)的航空維修保障任務(wù)相關(guān)的保障活動構(gòu)成和保障活動流程。

圖6 保障活動分解視圖Fig.6 Breakdown view of support activity

OV-5a從任務(wù)范圍出發(fā)，對任務(wù)進行逐層分解，反映了保障任務(wù)活動的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系。將航空維修保障任務(wù)活動分為計劃指揮、質(zhì)量控制、狀態(tài)監(jiān)控與預(yù)警、作業(yè)管理和訓(xùn)練管理5個部分，如狀態(tài)監(jiān)控與預(yù)警又可分為飛參判讀、飛行狀態(tài)監(jiān)控、發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控、故障預(yù)警和風(fēng)險管理。OV-5b主要描述各保障節(jié)點之間的控制流和數(shù)據(jù)流，在OV-5a的基礎(chǔ)上通過活動聯(lián)接關(guān)系較為清晰地表達了復(fù)雜的保障業(yè)務(wù)邏輯。

圖7 保障活動關(guān)系視圖Fig.7 Relationship view of support activity

3.5 保障能力與保障活動的聯(lián)接視圖

在構(gòu)建保障能力視圖與保障活動視圖的基礎(chǔ)上，通過保障能力與保障活動的映射矩陣CV-6，強化了信息化航空維修保障概念分解下維修保障任務(wù)活動與體系能力的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如表1所示。在聯(lián)接過程中，保障活動為保障能力提供了需求依據(jù)，保障能力為保障活動提供行為支撐，驗證了各保障能力在保障活動中的歸屬性和各保障活動對保障能力的依賴性，并且通過關(guān)聯(lián)分析，明確了在航空維修保障活動各階段依賴的保障能力需求量和各保障能力在保障活動各階段的需求次數(shù)，在此基礎(chǔ)上可以對信息化航空維修保障裝備體系能力和信息化保障活動進行完善和優(yōu)化，作為檢驗和發(fā)展保障能力主體裝備的可靠依據(jù)。

表1 保障能力與保障活動的聯(lián)接視圖(節(jié)選)

3.6 系統(tǒng)功能描述視圖

在保障任務(wù)和保障能力視圖設(shè)計的基礎(chǔ)上，構(gòu)建信息化航空維修保障裝備系統(tǒng)集成的系統(tǒng)視圖，如圖8所示，將系統(tǒng)功能分解為樹狀結(jié)構(gòu)。信息化航空維修保障裝備系統(tǒng)主要包含5個功能模塊：維修指揮功能、狀態(tài)監(jiān)控功能、維修作業(yè)管理功能、維修訓(xùn)練功能和系統(tǒng)支持功能。經(jīng)由進一步功能分解、映射形成支持子功能的實體裝備結(jié)構(gòu)，如維修作業(yè)管理功能分解包括維修保障裝備管理、便攜式維修輔助裝置設(shè)備、射頻管理設(shè)備、照相管理設(shè)備、維修信息網(wǎng)絡(luò)終端、維修人員管理系統(tǒng)。

圖8 系統(tǒng)功能描述視圖Fig.8 Description view of system function

3.7 保障活動到系統(tǒng)功能的聯(lián)接視圖

圍繞保障活動需求，尋找能夠支持和保證業(yè)務(wù)活動的系統(tǒng)功能以及相應(yīng)的維修保障裝備，將航空維修保障活動需求映射為信息化航空維修保障裝備需求，實現(xiàn)保障活動到保障裝備之間的聯(lián)接。如表2所示，通過保障活動與保障系統(tǒng)功能的映射矩陣，反映了系統(tǒng)功能對保障活動的支持狀態(tài)，突出系統(tǒng)功能差距與功能冗余，即現(xiàn)有系統(tǒng)功能能否滿足任務(wù)活動的需求，每一項保障活動是否有系統(tǒng)功能對應(yīng)的裝備來支持。對缺少支撐的保障活動可依據(jù)任務(wù)需求的滿足度和重要度以及技術(shù)成熟度等因素對相應(yīng)系統(tǒng)或裝備加以研制或補充完善。在OV-5a的基礎(chǔ)上，建立航空維修保障裝備體系能力需求到信息化航空維修保障裝備的聯(lián)接視圖，確認保障裝備是否成功覆蓋到所有保障能力需求，保證所有信息化航空維修保障能力都得到必要的航空維修保障裝備的支持。

表2 保障活動到系統(tǒng)功能的聯(lián)接視圖(節(jié)選)

3.8 保障服務(wù)功能描述視圖

在定義保障服務(wù)接口SvcV-1的基礎(chǔ)上，通過定義和劃分保障服務(wù)的順序組合，形成特定的業(yè)務(wù)處理流程，建立保障服務(wù)功能描述視圖SvcV-4，如圖9所示。描述了根據(jù)不同保障用戶的需求，采用不同粒度的保障功能單元服務(wù)化封裝方式，所形成的面向信息化航空維修保障裝備的航空維修保障裝備服務(wù)實現(xiàn)了保障裝備系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)狀態(tài)一致性的轉(zhuǎn)變。

圖9 保障服務(wù)功能描述視圖Fig.9 Support service function description view

4 結(jié)束語

本文在DoDAF 2.0標(biāo)準(zhǔn)框架下，對航空保障裝備體系進行研究，通過選取視圖模型對保障活動視圖、保障能力視圖、保障服務(wù)視圖和聯(lián)接視圖進行建模，建立了以任務(wù)、能力、裝備相互聯(lián)接、印證為基礎(chǔ)的具備動態(tài)適應(yīng)性的航空保障裝備體系結(jié)構(gòu)模型，并以信息化航空維修保障裝備為例，建立了信息化航空維修保障裝備體系結(jié)構(gòu)，為信息化航空保障裝備的研發(fā)和拓展提供了方向，為現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下航空保障裝備體系發(fā)展論證提供了依據(jù)。