孙 岩，王光伟，何新华，范兆军

(1.装甲兵工程学院科研部，北京100072;2.装甲兵工程学院信息工程系，北京100072;3.白城兵器试验中心，吉林白城137001)

信息化条件下的联合作战已经从作战力量的“平台对抗”发展到“体系对抗”，导致作战需求发生了根本的变化，对武器装备体系能力的论证提出了新的要求［1］。这种变化导致武器装备体系的规模越来越大，系统之间的连接越来越复杂，对互联、互通、互操作的要求越来越高。在紧密耦合构成的武器装备体系中，任何一个系统的缺失都会造成整个体系作战效能的大幅下降，甚至失效。在武器装备体系论证中，美军率先提出了C5ISR(C4ISR+Combat)的新概念，把认知域、信息域与物理域在理论上统一起来，把信息系统与武器平台论证融为一体，以杀伤链的优化为目的，支撑从作战概念、武器装备体系分析到武器平台的论证［2］。武器装备体系统一建模平台(直译为“国防建模统一平台”，Unified Platform for Defense Modeling，UPDM)［3］，是目前世界上最先进的体系工程和武器平台论证工具，支持作战能力与武器装备体系论证的最新标准，并为武器装备体系模型验证提供手段［4］。在体系工程领域，近2年来，美国及北约欧洲国家陆、海、空军及工业部门，如雷神、洛克希德、格鲁曼公司，均运用UPDM进行武器装备体系及武器平台的论证［5］。对美国国防部作战概念论证、雷神公司导弹防御体系论证等应用案例的分析表明:该平台已经成为西方军队武器装备体系和武器平台论证的核心工具。

1 UPDM系统分析

UPDM系统具备自动生成快速概念演示模型的能力，在武器装备体系论证和需求分析阶段，借助作战概念演示模型和系统概念演示模型，论证人员和系统分析人员与用户进行沟通，确认作战需求与系统总体需求。UPDM可以应用于现有设计过程中的总体论证、总体需求分析、总体设计、分系统需求分析、系统综合集成等阶段。在上述几个阶段，最初的设计输入是高层的作战需求，通过该工具，按照体系结构标准描述高层作战需求，重点描述高层作战概念、作战活动、作战指挥关系、作战节点连接和节点之间的信息交换等，得到作战体系结构设计，为总体论证和需求分析提供依据。

UPDM的核心功能包括UPDM Architect、UPDM Designer和UPDM Developer 3个组件。UPDM Architect是一个体系分析、评价与论证工具，能够用于作战流程(包含指控和火控)的分析和建模，通过流程仿真，分析、评价现有体系或待建体系。UPDM Designer是系统实现的体系结构工具，采用系统建模语言 SysML(Systems Modeling Language)［6］进行建模，通过模型验证手段来检查系统之间的行为交互，确保系统接口的正确性和可集成性。UPDM Developer能够以直观可视化的方式捕获需求及其覆盖情况，分析变更的影响，并模拟、执行和进行动画演示，生成完整的应用程序、关联模型和代码;还能够帮助开发者构建可执行的实时框架，根据需求进行可测试性设计，并在设计过程中同步生成文档。

2 建模方法

基于UPDM的武器装备体系建模采用了基于模型的系统工程方法［7］，其关键目标是:1)确认与导出所需的系统功能;2)确认相关的系统模式和状态;3)把已确认的系统功能和模式/状态分配到系统体系结构中。

这些目标意味着采用自顶向下的高层抽象的建模方式，重点是在确认与分配所需的功能和基于状态的行为，而不是其功能行为的细节［8］。基于模型的系统工程方法的基本思路是:首先，进行系统需求分析，生成系统用例模型;然后，基于系统用例进行系统功能分析、非功能性需求分析和架构设计;最后，对已分配的系统操作进行详细架构设计，得到从场景出发的系统架构模型，指导软硬件开发。

通过体系结构模型描述作战需求、各个组成系统的结构、逻辑关系、行为、接口，同时通过可执行的体系结构模型进行逻辑和行为的论证。

在作战体系结构的系统分析、设计及论证过程中，顶层设计人员根据作战使命精化作战概念、明确系统需求、优化顶层设计，从而在顶层设计阶段就提前解决了大量互联、互通、互操作问题，提高了后期综合集成的效率。通过UPDM形成逻辑架构及可验证的动态可执行模型，支持武器装备体系的作战性能和作战效能评估。

基于UPDM的装备体系论证过程从抽象到具体，自顶向下进行。首先从作战概念出发，导出抽象层次的作战体系结构概念模型，通过可执行模型的运行，在逻辑上对体系结构进行评价和评估;随着作战需求的逐渐清晰和细化，在行为层次和性能层次分别导出作战系统体系结构模型，并且分别对可执行模型进行评价和评估。总之，作战需求确定的每一个阶段分别根据不同作战概念对作战体系结构模型进行设计并不断扩充，然后通过可执行模型的运行和论证，推演对应的作战想定，从而确保作战体系结构模型满足作战需求。

在顶层设计过程中，输入是高层作战需求，借助UPDM进行体系结构设计，形成符合DoDAF 2.0、SysML1.0和MoDAF1.2等规范的作战体系结构、系统体系结构和分系统设计产品，由于该支撑平台提供统一的描述和管理手段，各阶段的设计产品可平滑地用作下一阶段的设计输入［9-10］。UPDM的应用过程与其他系统开放工具的关系如图1所示。在UPDM支持下，根据体系结构设计，自动生成可运行的先期概念演示模型。借助该概念演示模型，在系统论证的早期阶段，设计人员可以与用户讨论大系统的作战应用，确认系统需求。

图1 UPDM的应用过程与开发工具的关系

UPDM支持体系结构方案可执行模型的自动化生成;支持体系结构的全局战场背景下的驱动和论证，提供体系结构的动态驱动和持续激励;支持通过概念模型的驱动进行需求确认，具备与Matlab、HLA等仿真环境互联接口;能够结合软件设计工具、硬件研发平台和测试平台开展系统的设计和开发。

3 建模过程

基于UPDM的武器装备体系建模重点围绕基于使命能力分析结论，确定与任务相应的场景，以杀伤链为核心构建动态可验证模型，分析体系与使命要求的差距等过程展开。

1)通过使命能力分析，确认能力与任务相对应的场景。使命能力分析过程包括使命能力分析确认、恰当的使命区域与使命、使命区域范围/军事问题等。通过分析使命能力到国防战略、相关目标到能力差距、典型用例场景到使命区域，进而在相应场景下以杀伤链为核心建立体系的动态可验证模型。

2)利用已有的总体概念计划、作战方案和军事专家的设想形成基于时序的能力与任务描述。

3)确认主要的可用于成功执行场景的作战节点与关键信息交换，插入未来装备体系到作战场景中。建立杀伤链过程的详细模型，分析杀伤链中各参与节点的功能及节点间信息交换。

4)建立基于时序的能力与任务需求，通过武器装备体系之间的交互实现作战能力所需的指控过程与多个杀伤链场景，根据时序图确立武器平台对指控过程消息(事件)的响应。

5)应用体系结构动画功能，可视化显示动态场景，可以对模型的时序逻辑进行形式化的测试与验证，动态显示时序图与状态图之间的信息流，并实现人在回路体系结构验证。

6)利用UPDM的3D图形集成能力，集成“物理”模型(如雷达探测范围、卫星获取导弹轨迹等)与体系结构模型，使它们相互作用，支持作战演练、方案推演、装备体系方案论证等。以典型导弹防御体系建模为例，对其进行使命能力分析，对发现、跟踪、修正、锁定目标、向目标开火等基本任务进行分析，形成体系能力与任务描述，如图2所示。按照时序，对杀伤链中各节点之间的信息交互进行建模，形成基于时序的武器装备体系能力与任务模型，如图3所示。

4 结论

基于UPDM的武器装备体系建模过程通过使命能力分析设置场景，形成基于时序的能力与任务描述，实现作战能力所需的指控过程与多个杀伤链场景。最后，以可视化显示动态场景，并对模型的时序逻辑进行形式化的测试与验证。该建模方法将作战能力与武器装备体系论证整合为一体，具备武器装备体系模型验证能力，为武器装备体系的作战性能和作战效能评估提供了支持。

［1］ 安卫平，彭希文，周晓宇.联合作战新论［M］.北京:国防大学出版社，2003:57-58.

［2］ Chiefs of Joint Staff.Joint Capabilities Integration and DevelopmentSystem ［EB/OL］.(2004-07-03)［2012-12-01］.http://en.wikipedia.org/wiki/Joint-Capabilities_Intergration_Development_System

［3］ Object Management Group.UPDM［EB/OL］.(2012-01-03)［2012-12-01］.http://www.omg.org/spec/UPDM/2.0/PDF/

［4］ Office of the ASN.Naval Capability Evolution Process Guidebook:Volume I［R］.USA:Office of the ASN(RDA)，2005.

［5］ Office of the ASN.Naval Capability Evolution Process Guidebook:VolumeⅡ［R］.USA:Office of the ASN(RDA)，2005.

［6］ SysML Partners.System Modeling Language(SysML)Specification Version 1.0［EB/OL］.(2005-11-14)［2012-12-01］.http://www.sysml.org/docs/specs/SysMLv1.0a-051114R1.pdf

［7］ Sousa-Poza A，Kovacic S，Keating C.System of Systems Engineering:An Emerging Multidiscipline［J］.Int J System of Systems Engineering，2008，1(1/2):1-17.

［8］ Hsu J，Axelband E，Rouse B，et al.How to Engineer the Emergent Behavior of a System of Systems［EB/OL］.［2012-12-01］.http://www.doc88.com/P-550559243513.html

［9］ DoD Architecture Framework Working Group.DoD Architecture Framework Version 2.0［R］.USA:Department of Defense，2009.

［10］ Ang H W，Nicholson D，Mercer B.Improving the Practice of DoD Architecting with the Architecture Specification Model［EB/OL］.［2012-12-01］.http://www.mitre.org/work/tech_papers/tech_papers_05/05_0423/05_0423.pdf