基于DoDAF的武器装备体系需求分析方法.pdf

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52662009,30（22）计算机工程与设计ComputerEngineeringandDesign0引言武器装备体系是在一定的战略指导、作战指挥和保障条件下，为完成一定的作战任务，由功能上相互联系、相互作用的各种武器装备系统组成的更高层次系统。

进入新时期以来，装备发展更加注重体系建设需求，装备需求论证从以前的注重单个军兵种、某一类武器装备的个性需求向注重多个军兵种、装备体系下的联合需求发展，从基于威胁、自底向上的模式向基于能力、自顶向下的模式转变。

这种装备需求论证的新特点和新趋势对装备需求论证技术尤其是需求分析的方法提出了更高的要求。

如何从体系的角度实现作战需求向装备需求的映射，已成为制约装备需求分析水平提高的主要瓶颈。

装备需求分析方法可分为结构化分析方法和面向对象的方法两类。

结构化分析方法采用结构化、自顶向下的原则进行功能分解，通过数据流连接的处理网络来分析系统需求。

这种方法侧重于系统功能的分解与聚合，表现形式直观、易懂，较为成熟、应用广泛。

面向对象的分析方法将系统看作是由一些相互联系的对象，不同对象间的相互作用和相互关联构成了完整的系统，其采用渐进演化的开发原则，能够较好的处理需求的不确定性问题，体现某一对象的需求变化情况，反映不同对象间的需求关系，是一种将分析、设计、实现紧密结合的分析方法，适用于内部关系较为复杂的系统需求分析工作。

单纯应用结构化分析方法或面向对象的分析方法进行武器装备需求分析的案例都很多，但都存在一定的局限性。

比如，结构化分析方法在处理结构复杂、维度较高的复杂系统时，其多层次的结构分解，将使系统分析得复杂度呈指数级增长，效率较低。

而应用面向对象分析方法则容易过多关注系统实现细节，难以实现整体局部整体的转换，在缺乏整体系统划分的情况下，容易造成系统结构不合理，各部分关系失调的问题，并且这种分析建模方式比较复杂，不够直观，需要分析人员掌握一定的专业知识。

1基于DoDAF标准的装备体系需求分析框架美国国防部体系结构框架（DoDAF）是美国国防部于2004年正式颁布的用于指导美军开展装备需求生成的标准规范。

该体系框架以美军C4ISR体系结构框架为基础，经过长期的标准化、模型化和体系化过程，逐步成为美军联合能力集成与开发系统的需求开发标准，目前已经发展到2.0版本。

DoDAF收稿日期：

2009-05-18；修订日期：

2009-07-12。

作者简介：

王立民（1976），男，北京人，硕士研究生，研究方向为装备体系需求；付勇（1979），男，山东人，助理研究员，研究方向为装备需求工程、装备管理；李强（1978），男，山西人，助理研究员，研究方向为指挥自动化；李俊美（1978），女，河南人，助理研究员，研究方向为武器装备论证。

E-mail：

基于DoDAF的武器装备体系需求分析方法王立民，付勇，李强，李俊美（北京系统工程研究所，北京100101）摘要：

武器装备体系是为提供预期能力而组合在一起的相互依赖的武器装备系统的集合，武器装备体系需求分析是当前装备需求论证的热点和难点问题。

在简要分析了武器装备体系需求研究现状的基础上，通过对比结构化分析方法和面向对象分析方法的优缺点，提出综合利用两类方法，基于DoDAF标准进行体系需求组合建模的基本思路和基本步骤，从体系的角度实现作战需求向装备需求的映射，对如何进一步完善体系需求分析方法提出针对性的建议。

关键词：

武器装备体系;体系结构框架;结构化;面向对象;需求分析中图法分类号：

TP39;N945文献标识码：

A文章编号：

1000-7024（2009）22-5266-03RequirementanalysismethodofweaponsSOSbasedonDoDAFWANGLi-min,FUYong,LIQiang,LIJun-mei（BeijingInstituteofSystemEngineering,Beijing100101,China）Abstract：

Weaponssystemofsystems（SOS）isasetofweaponssystemsthatarerelatedorconnectedtoprovideadesiredoperationalcapability.TherequirementanalysisofweaponsSOSisoneofthemostimportantofdemonstration.UnderthestudyofweaponsSOSrequirementanalysis,combinedstructuralizationmethodandobject-orientedanalysismethod,theprocessofmixedmodelingofweaponsSOSbasedonDoDAFstandardispresented.TheanalysisprocessofweaponsSOSrequirementisintroduced,andthemeaningandthetasksofeverystepareanalyzed.Adviceonhowtoenhancerelativeresearchisputforwardintheend.Keywords：

weaponssystemofsystems;architectureframework;structuralization;object-orientedmethod;requirementanalysis计算机工程与设计ComputerEngineeringandDesign开发与应用王立民，付勇，李强，等：

基于DoDAF的武器装备体系需求分析方法2009,30（22）5267框架提出体系结构描述的4个视图：

全景视图、作战视图、系统视图和技术视图，并给出了相应的26个描述性产品，分别从不同角度共同描述系统体系结构的构建和发展，力图以统一的系统设计语言，产品名称，数据单元和数据模型描述作战需求和装备需求，是把作战需求落实到设计开发与系统研制过程的重要手段。

作战视图（OV）是任务和行动、作战要素以及完成或支持军事作战所要求的信息流的一种描述，其规定了信息交换的类型、交换频度、信息交换支持何种任务和行动，以及详细的足以与特定互操作要求相适应的信息交换特性，对应于作战编成、规模、指挥流程、作战流程、保障流程、业务处理等作战需求。

系统视图（SV）用于确定完成规定任务所需的相关系统及其相互关系，反映作战需求所要求的相关能力和指标，它把作战视图传递来的信息需求转换成所需的系统能力，通过系统已有能力与所需能力间的比对，确定是否需要研制新的系统。

技术视图（TV）用于定义接口标准并规定控制系统内部或系统之间相互依赖关系的最小规则，以及按照作战视图的要求选定相应得标准和原则。

简单来讲，作战视图描述的是要装备体系要完成那些作战任务，需要那些作战角色，各作战角色完成各某项作战任务是如何传递信息的；系统视图则是描述装备体系如何实现作战任务，需要那些系统功能去支持各项作战任务的完成，以及各项系统功能如何进行数据交换从而完成某项作战任务；技术视图则确定装备体系所要遵从的原则，应用的技术以及系统研制过程中必须遵守的规则和标准，为装备体系的互操作提供基础。

DoDAF体系框架作为装备需求分析的标准已经得到较为广泛的认可。

除美国以外的多个国家和组织也在不断完善自己的国防系统架构框架，如英国提出的MoDAF、北大西洋公约组织提出的NAF和澳大利亚提出的AusDAF等。

国内外也有很多研究人员将DoDAF应用于系统建模和装备需求分析的实践中，取得了较好的效果。

因此我们将DoDAF作为装备体系需求分析的标准，分别利用结构化和面向对象的分析方法来描述该框架提供的视图与产品，实现两种分析方法的优势互补，按照从整体到局部，再从局部到整体的迭代原则，分别从整体和局部两个角度对武器装备体系需求进行分析。

基于DoDAF的体系需求分析框架如图1所示。

应用该建模框架进行需求分析体现出以下4个特点：

（1）多分辨率的需求分析机制。

要从整体、全局的高度，应用结构化分析方法，对装备体系所面临的作战背景、作战对象、作战任务、作战能力和作战样式等内容进行分析，从而得出在整个装备体系的约束下，各种武器装备所必须满足的作战需求和装备需求，这是一种粗粒度的需求分析过程；其次，在装备体系宏观、整体需求的指导下，应用面向对象需求分析方法按照上述分析思路对具体武器装备的作战需求和装备需求进行细化研究，这是一种细粒度的需求分析过程。

（2）信息反馈机制。

要在进行细粒度分析的基础上，对装备体系需求分析的结果进行验证与反馈，对体系需求分析中不全面、不准确的内容及时予以反馈，进一步推进和改善装备体系需求分析的过程和结果。

（3）循环递进机制。

同时再在新的体系需求下，推进所有相关装备的需求分析，从而形成一种良性互动的过程，实现装备体系需求的螺旋上升式的获取，最终形成较为完整、科学、规范的装备体系需求。

（4）基于DoDAF的需求分析机制。

对于装备体系需求分析的每一层的需求分析过程来说，都是使用基于DoDAF的需求分析步骤，只是选用的需求分析工具不同而已，但需求描述的表现形式是一致的，需求分析的核心思想和实施步骤一致的。

2基于DoDAF的装备体系需求分析步骤装备体系的需求分析的关键是实现作战需求向装备需求的映射，将作战任务中提出的能力需求与体系中武器装备的功能需求对应起来，通过体系能力牵引功能设计，同时通过功能设计的反馈进一步深化体系能力需求。

我们将基于DoDAF的装备体系需求分析分为作战需求分析和系统需求分析两个阶段，与DoDAF体系框架产品相对应，需求分析的结果分别为作战视图产品和系统视图产品。

在此，提出的基于DoDAF的需求分析过程概括为：

以高层作战概念图为驱动，以作战活动图为过程，以作战节点图为核心，以作战规则图、状态转换图和交互时序图为验证机制，循环往复逐步完善作战模型。

图1武器装备体系需求分析框架作战视图作战视图系统视图结构化分析方法装备体系的需求分析作战视图系统视图面向对象分析方法典型装备的需求分析系统视图面向对象分析方法典型装备的需求分析装备需求体系需求52682009,30（22）计算机工程与设计ComputerEngineeringandDesign基于DoDAF的装备体系需求分析的基本流程如图2所示：

根据装备体系的作战背景，选择一个典型作战样式，确定该作战样式下整体装备体系应该具有的作战使命和任务，然后分析为完成这些作战使命和任务所需要的作战活动和能力，接下来根据需要完成的作战活动和能力，分析需要的系统以及系统功能，这些步骤经过多次反复，基本可以完成该作战样式下装备系统的需求。

这一步完成以后，采用同样的分析路线完成其他作战样式下装备系统的需求，通过集成不同作战样式下的需求，可以完成武器装备系统的整体需求。

总的来说，应用DoDAF体系结构框架进行需求分析的过程可以总结为6种元素、3次映射、两个矩阵和两次验证。

下面对3个阶段的需求分析步骤进行简单说明。

2.1作战需求分析作战需求分析的核心思想是：

在典型的作战样式下，分解体系/装备的作战任务、确定体系/装备的作战活动流程、明确作战角色的组织编成，构建作战节点、作战活动、作战角色这3种元素之间的关系映射，确定在某个作战节点由某个作战角色执行某个作战活动、某个作战角色在某个作战节点执行某项作战任务，在此基础上得出体系/装备的作战信息交换关系和信息格式，最后依照作战想定确立的作战规则对体系/装备需求分析模型进行验证。

作战需求分析中涉及作战节点、作战任务、作战角色3种角色，需要确定3种角色之间的关系映射，需要建立信息交换矩阵，需要实施一次需求验证。

基本步骤如下：

（1）通过分析作战背景、作战样式和作战方案，建立装备体系的高层概念视图OV-1；

（2）确定与装备体系交互的外部实体以及装备体系的内部实体，这些实体既为作战节点，建立基本的作战节点连接描述图OV-2；（3）细化、分解和标识装备体系在典型作战样式中必须完成的作战任务，应用结构树图的方式建立作战活动视图OV-5a，应用IDEF0建模方式建立作战活动视图OV-5b，确定IDEF0图中各项作战任务的输入、输出、机制和控制等基本信息以及活动流；（4）根据作战背景、作战方案，以平时的军队编制体制和战时的作战指挥体制为基础，建立履行作战任务的组织编成图OV-4；（5）建立作战跟踪矩阵，构建作战活动与作战节点的映射关系，同时为具有关联关系的作战活动和作战节点设定作战角色；（6）根据作战节点、作战活动和作战角色之间的三元关系，分别完善OV-5、OV-2和OV-4；完善三元关系后的OV-5，能够揭示一个作战活动在哪些节点上执行，由谁来执行；完善三元关系后的OV-2，能够揭示一个作战节点上执行了哪些活动，这些活动由谁来执行；完善三元关系后的OV-4，能够揭示一个角色可以在哪些作战节点上执行哪些作战活动；（7）根据前面分析的3种节点和相互关系，建立各个作战节点的信息交换矩阵，完善作战节点图OV-2中各个节点之间的需求线；（8）根据作战规则，建立作战规则视图OV-6a、作战状态图OV-6b和作战交互时序图OV-6c，通过以上3种视图的构建过程验证以上视图产品的正确性、完整性和一致性。

2.2装备需求分析装备需求分析的核心思想是：

将作战需求分析的3种元素按照作战能力向作战任务、作战任务向装备功能的原则，确定体系/装备系统节点、系统功能和系统（系统功能、承载系统功能的系统节点和完成这些功能的系统实体），并构建系统节点、系统功能和系统的映射关系，即某个系统节点具有某个系统实现的某项系统功能、某个系统功能由某个系统节点的某个系统实现，某个系统部署在某个系统节点实现某项功能，在此基础上得出体系/装备的系统数据交换关系和数据格式，最后依照作战想定确立的系统使用规则对体系/装备的系统需求模型进行验证。

装备需求分析中涉及系统节点、系统功能、系统3种角色，需要确定3种角色之间的关系映射，需要建立系统数据交换报告，需要实施一次需求验证。

基本步骤如下：

（1）根据作战任务分析结果，参考作战需求分析中建立的OV-5视图，标识和分解系统功能，建立功能结构图SV-4；图2基于DoDAF的装备体系需求分析流程形成多种作战方案顶层作战概念装备需求高级作战概念图（OV-1）作战活动图（OV-5）作战节点图（OV-2）组织关系图（OV-4）信息交换矩阵（OV-3）作战规划模型（OV-6a）作战时序跟踪图（OV-6c）作战状态跟踪图（OV-6b）系统功能描述图（SV-4）功能活动追溯矩阵（SV-5）系统节口描述图（SV-1）系统性能参数矩阵（SV-7）作战模型验证（OV-6）系统模型验证（SV-10）某典型作战方案作战使命和任务作战活动和能力系统功能系统性能参数（下转第5272页）52722009,30（22）计算机工程与设计ComputerEngineeringandDesign游戏化ITS还可以从两方面进行完善：

图形计算和在线社区。

实时图形计算可以使游戏场景和虚拟角色更加逼真、更加吸引学习者。

形象化的教学代理动画，比如植物剖析教学中的爬虫教学代理，通过肢体语言等图形方式可以明显增强学习者动机。

基于多人在线技术的虚拟社区可以将单机游戏环境扩展到多人环境，而大规模多人在线游戏（MMOG）和计算机支持的协同学习技术可以将协作学习、竞赛学习等多人学习模式引入游戏化ITS，增强学习者之间的交流沟通。

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（2）根据作战需求分析中建立的OV-2视图，确定系统实体，定义系统节点，建立系统节点视图SV-1；（3）建立系统跟踪矩阵，构建装备系统节点与系统功能的映射关系，同时为具有关联关系的系统节点和系统功能设定完成具体功能的系统；（4）根据系统节点、系统功能和系统之间的三元关系，分别完善SV-4和SV-1；完善三元关系后的SV-1，能够揭示一个系统节点上执行了哪些系统功能，这些功能由什么系统来执行；（5）生成系统报告SV-3和系统数据交换报告SV-6；（6）根据上述分析结果，参考逻辑数据模型OV-7，建立物理数据模型SV-11；（7）根据作战规则，建立系统规则模型视图SV-10a、系统状态转换视图SV-10b和系统时间跟踪视图SV-10c，通过以上3种视图的构建过程验证以上视图产品的正确性、完整性和一致性。

2.3作战需求向装备需求的映射通过以上两个阶段的需求分析，建立了作战视图模型，分析、识别出了作战活动、执行作战活动的作战节点和执行活动的角色；同时也建立了系统视图模型，分析、识别出了系统功能、承载系统功能的系统节点和完成这些功能的系统实体。

以上信息足以支撑建立作战模型与系统模型的SV-5。

通过建立关联矩阵，可以确定一个系统功能支持哪些作战活动，一个作战活动需要哪些系统功能来实现。

作战活动和系统功能的关系是“多对多”关系，也就是说，一个作战活动可以被多个系统功能所支持，一个系统功能也可以支持多个作战活动。

而且，建立分析关联矩阵也是一个需求的验证过程，可以发现所有的作战活动是否都有系统功能来支持，是否有遗漏的作战活动，同时也能发现是否有冗余或遗漏的系统功能。

3结束语对于装备体系的需求分析，单独的应用结构化分析方法或者面向对象的分析方法都存在一定的局限性，本文尝试提出了一种组合应用两种方法的装备体系需求方法技术，以美国国防部DoDAF标准为基础，利用结构化分析方法对装备体系需求进行自顶向下的分析，利用面向对象的分析方法对装备体系需求进行自底向上的分析，保证了装备体系需求分析的规范性、完整性、和一致性。

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