張 杰，宋虹興，傅 勉，李苗苗

（解放軍炮兵學(xué)院，安徽 合肥 230031）

作戰(zhàn)任務(wù)建模是作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的橋梁，作戰(zhàn)任務(wù)需求獲取與分析有著深厚的作戰(zhàn)知識(shí)和背景，僅僅依靠技術(shù)人員很難完成一個(gè)真正反映作戰(zhàn)和指揮人員要求的作戰(zhàn)需求，為了保證系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)及維護(hù)的一致性，需要軍事專(zhuān)家和開(kāi)發(fā)人員共同參與建模。由于軍事專(zhuān)家和開(kāi)發(fā)人員所涉及的專(zhuān)業(yè)不同，因此，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)慕ＵZ(yǔ)言。目前常用的建模語(yǔ)言包括基于結(jié)構(gòu)化方法的 IDEF建模語(yǔ)言和基于面向?qū)ο蠓椒ǖ腢ML建模語(yǔ)言。IDEF建模語(yǔ)言使用簡(jiǎn)單、易于理解，尤其適合于軍事領(lǐng)域?qū)＜以诮３跗诿枋鲎鲬?zhàn)任務(wù)，可以保證建模質(zhì)量，缺點(diǎn)為可重用性差；UML建模語(yǔ)言全面體現(xiàn)了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想，貫穿于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需求分析、設(shè)計(jì)、構(gòu)造以及測(cè)試等各個(gè)階段，而使得系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)具有很強(qiáng)的重用性和擴(kuò)充性，但用 UML建模語(yǔ)言建立的系統(tǒng)模型復(fù)雜，需要具有較高水平的開(kāi)發(fā)人員才能理解?；趦煞N建模語(yǔ)言各有適合于作戰(zhàn)任務(wù)建模的特點(diǎn)，本文提出采用IDEF和UML相結(jié)合的一種作戰(zhàn)任務(wù)建模方法。

1 作戰(zhàn)任務(wù)建模需求及方法分析

1.1 作戰(zhàn)任務(wù)建模需求分析

作戰(zhàn)任務(wù)建模是一個(gè)非常復(fù)雜的建模過(guò)程，首先根據(jù)在真實(shí)世界中，最高層兵力實(shí)體遂行的軍事使命，確定其對(duì)應(yīng)的軍事使命。軍事使命是軍事活動(dòng)的綜合描述，為軍事活動(dòng)提供了一個(gè)上下文的背景，使命的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)任務(wù)和任務(wù)的分解來(lái)完成的，即通過(guò)使命-任務(wù)-動(dòng)作的三層分解結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)（圖 1）。在分解過(guò)程中，除了對(duì)具體作戰(zhàn)任務(wù)本身的刻畫(huà)，還需要把任務(wù)之間的關(guān)系描述清楚。作戰(zhàn)任務(wù)可用其屬性從多個(gè)側(cè)面進(jìn)行描述，一般可將任務(wù)屬性分為任務(wù)名稱(chēng)、執(zhí)行實(shí)體、輸入信息、輸出信息、控制條件等。任務(wù)之間的關(guān)系包括邏輯關(guān)系和時(shí)序關(guān)系，邏輯關(guān)系體現(xiàn)下層作戰(zhàn)任務(wù)的完成情況對(duì)上層任務(wù)甚至于頂層復(fù)雜任務(wù)的影響，時(shí)序關(guān)系則說(shuō)明各任務(wù)執(zhí)行時(shí)間的先后及相互間在時(shí)間上是否有跨接[1]。

1.2 作戰(zhàn)任務(wù)建模方法分析

為了滿足作戰(zhàn)任務(wù)建模需求，作戰(zhàn)任務(wù)建模方法需要具備以下功能：

1）自上而下的作戰(zhàn)任務(wù)分解功能；

2）作戰(zhàn)任務(wù)本身屬性信息刻畫(huà)功能；

3）作戰(zhàn)任務(wù)之間邏輯和時(shí)序關(guān)系描述功能。

作為 IDEF家族中的兩種常用方法，IDEF0和IDEF3正好滿足以上作戰(zhàn)任務(wù)建模功能需求。IDEF0和IDEF3均采用自頂向下、逐層分解的方法建立復(fù)雜任務(wù)過(guò)程模型，十分適合于描述作戰(zhàn)任務(wù)的分解。其中，IDEF0方法主要描述系統(tǒng)的功能活動(dòng)和聯(lián)系，利用簡(jiǎn)單的語(yǔ)法和語(yǔ)義能同時(shí)表達(dá)作戰(zhàn)任務(wù)本身屬性信息，IDEF3是一種描述活動(dòng)和過(guò)程流程的強(qiáng)有力的可視化建模工具，借助于類(lèi)型多樣的交匯點(diǎn)可以清楚地描述作戰(zhàn)任務(wù)之間的邏輯和時(shí)序關(guān)系。因此，在建模初期階段主要由軍事專(zhuān)家描述作戰(zhàn)任務(wù)需求時(shí)，宜選擇簡(jiǎn)單、易于操作和理解的IDEF0和IDEF3建模方法進(jìn)行任務(wù)分解和描述；為了使建立的任務(wù)模型便于將來(lái)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和重用，需要將IDEF0和IDEF3模型轉(zhuǎn)化為面向?qū)ο骍ML模型。具體步驟為：

1）軍事專(zhuān)家采用IDEF0和IDEF3描述作戰(zhàn)任務(wù)模型，開(kāi)發(fā)人員輔助建模；

2）開(kāi)發(fā)人員將IDEF0和IDEF3模型根據(jù)一定的轉(zhuǎn)化規(guī)則轉(zhuǎn)化為UML模型。

圖1 作戰(zhàn)任務(wù)分解結(jié)構(gòu)圖

2 IDEF和UML相結(jié)合的作戰(zhàn)任務(wù)建模方法

2.1 基于IDEF0,IDEF3的作戰(zhàn)任務(wù)建模

2.1.1 IDEF0和IDEF3的使用時(shí)機(jī)

文獻(xiàn)[2]研究指出，IDEF0適合于對(duì)頂層和較高層抽象系統(tǒng)的描述，而IDEF3更適合于較底層具體過(guò)程邏輯時(shí)序關(guān)系的描述。因此，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜作戰(zhàn)任務(wù)的分解，可以采用IDEF0建立頂層作戰(zhàn)任務(wù)模型，在向下分解過(guò)程中，可以根據(jù)分解層的特點(diǎn)選擇IDEF0或IDEF3建模：如果分解層描述的作戰(zhàn)任務(wù)強(qiáng)調(diào)信息連接，則選用IDEF0；如果分解層描述的作戰(zhàn)任務(wù)之間有很強(qiáng)的邏輯時(shí)序關(guān)系，則選用IDEF3。當(dāng)然，如果頂層作戰(zhàn)任務(wù)強(qiáng)調(diào)的是邏輯關(guān)系，也可以從IDEF3開(kāi)始建模。

2.1.2 IDEF0建立作戰(zhàn)任務(wù)模型

IDEF0方法主要是描述系統(tǒng)的功能活動(dòng)和聯(lián)系，IDEF0中的基本模型是活動(dòng)，在圖2中用一個(gè)方框表示。IDEF0模型中一個(gè)活動(dòng)的輸入可分為三類(lèi)：輸入、控制和機(jī)制。輸入、控制、輸出和機(jī)制共同稱(chēng)為ICOMs[3]。IDEF0模型利用ICOMs能同時(shí)表達(dá)作戰(zhàn)任務(wù)（用活動(dòng)表示）、作戰(zhàn)任務(wù)的輸入輸出信息（用輸入輸出表示）、作戰(zhàn)任務(wù)的執(zhí)行實(shí)體（用機(jī)制表示）、作戰(zhàn)任務(wù)的控制條件（用控制表示），所以采用 IDEF0模型能全面地描述作戰(zhàn)任務(wù)屬性信息。IDEF0的作戰(zhàn)任務(wù)模型如圖2所示，表示對(duì)應(yīng)于作戰(zhàn)任務(wù)的某一個(gè)或多個(gè)輸入，在控制條件和機(jī)制的作用下，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)輸出。

圖2 IDEF0模型表示作戰(zhàn)任務(wù)信息

2.1.3 IDEF3建立作戰(zhàn)任務(wù)模型

IDEF3的特色就在于描述過(guò)程流，它借助于交匯點(diǎn)機(jī)制說(shuō)明各過(guò)程分支的邏輯和時(shí)序關(guān)系。IDEF3提供了細(xì)化說(shuō)明功能幫助建模者對(duì)具體作戰(zhàn)任務(wù)信息進(jìn)行輔助說(shuō)明，因此，可以在IDEF3模型中通過(guò)細(xì)化說(shuō)明詳細(xì)描述作戰(zhàn)任務(wù)的屬性信息，對(duì)應(yīng)于IDEF0中的ICOMs信息。同時(shí)，對(duì)于某些使用IDEF3圖元無(wú)法清楚表示的邏輯時(shí)序關(guān)系，也可以借助IDEF3提供的細(xì)化說(shuō)明輔助表示。

1）邏輯關(guān)系

根據(jù)文獻(xiàn)[4]中歸納的7種基本作戰(zhàn)任務(wù)之間的邏輯關(guān)系，采用IDEF3提供的圖元可以準(zhǔn)確地表達(dá)各種邏輯關(guān)系，具體映射關(guān)系如表1所示。

2）時(shí)序關(guān)系

設(shè)有作戰(zhàn)任務(wù)A與B，其起始時(shí)刻為SA和SB，終止時(shí)刻為T(mén)A和TB（TA＞SA，TB＞SB）。在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，各任務(wù)均遵循同一時(shí)間軸。根據(jù)這4 個(gè)時(shí)間點(diǎn)可總結(jié)出2個(gè)任務(wù)間可能存在的7種時(shí)序關(guān)系。根據(jù)文獻(xiàn)[5]中歸納的7種基本作戰(zhàn)任務(wù)之間的時(shí)序關(guān)系，采用IDEF3提供的圖元可以得到映射關(guān)系如表2所示。

表1 任務(wù)邏輯關(guān)系映射表

表2 任務(wù)時(shí)序關(guān)系映射表

2.2 IDEF0,IDEF3向UML模型轉(zhuǎn)換

UML是目前流行的軟件開(kāi)發(fā)方法，它是一種面向?qū)ο蟮慕ＵZ(yǔ)言。UML提供了五類(lèi)圖用于分析真實(shí)世界中的靜態(tài)對(duì)象關(guān)系、動(dòng)態(tài)活動(dòng)、時(shí)序關(guān)系。UML模型可用于系統(tǒng)研制的全過(guò)程，從需求分析到代碼實(shí)現(xiàn)具有很強(qiáng)的連續(xù)性，開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性。當(dāng)前介紹IDEF0、IDEF3向UML轉(zhuǎn)換的文獻(xiàn)有很多[6]，但均只是介紹了IDEF0、IDEF3和UML中各種圖形的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并沒(méi)有給出具體圖元轉(zhuǎn)化規(guī)則。而且，文獻(xiàn)所研究的建模問(wèn)題大多為信息系統(tǒng)模型，和本文的作戰(zhàn)任務(wù)建模存在差異，在本文的作戰(zhàn)任務(wù)建模中并不涉及狀態(tài)圖，而且時(shí)序圖和協(xié)作圖之間可以互相轉(zhuǎn)換，因此，本文僅建立IDEF0、IDEF3向UML的用例圖、活動(dòng)圖和時(shí)序圖的轉(zhuǎn)換規(guī)則，見(jiàn)表3。

表3 IDEF0,IDEF3與UML映射規(guī)則表

3 案例分析

下面以紅方對(duì)藍(lán)方實(shí)施海上軍事封鎖為例說(shuō)明該建模方法。紅方作戰(zhàn)兵力為常規(guī)動(dòng)力潛艇和偵察保障兵力。為確保藍(lán)方地區(qū)東北部海上交通線的安全，藍(lán)方海軍組成水面艦艇編隊(duì)進(jìn)行巡邏護(hù)航，擔(dān)任對(duì)海面和水下警戒任務(wù)[7]。

從總體上看，潛艦對(duì)抗是一個(gè)封鎖和反封鎖的戰(zhàn)斗。限于篇幅，本文以藍(lán)方為例進(jìn)行建模分析，首先由軍事專(zhuān)家采用操作簡(jiǎn)單的IDEF0和IDEF3描述作戰(zhàn)任務(wù)模型，然后由開(kāi)發(fā)人員將IDEF0和IDEF3模型根據(jù)一定的轉(zhuǎn)化規(guī)則轉(zhuǎn)化為 UML模型。藍(lán)方總體作戰(zhàn)使命為反封鎖，根據(jù)IDEF0和IDEF3的使用時(shí)機(jī)，首先使用IDEF0建立頂層反封鎖任務(wù)模型，如圖3所示。顯然，反封鎖作戰(zhàn)任務(wù)可以繼續(xù)分解，以更加詳細(xì)地描述反封鎖過(guò)程。因?yàn)榉捶怄i任務(wù)的下層子任務(wù)之間具有明顯的邏輯關(guān)系，故使用IDEF3建立相應(yīng)模型，如圖4所示。藍(lán)方艦艇編隊(duì)的反封鎖策略，是在偵查監(jiān)測(cè)的前提下，根據(jù)具體情況進(jìn)行決策。其中，偵查監(jiān)測(cè)、觀察敵情、執(zhí)行警戒是動(dòng)作，不再繼續(xù)分解，并使用不同于復(fù)合作戰(zhàn)任務(wù)的橢圓表示。而其中的“對(duì)潛艇攻擊任務(wù)”可以繼續(xù)分解，因?yàn)槠鋸?qiáng)調(diào)信息交互，則使用IDEF0進(jìn)行建模如圖5所示。最后，當(dāng)所有作戰(zhàn)任務(wù)都分解完畢，使用映射規(guī)則將IDEF0和IDEF3模型轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的UML模型，如圖6-圖8所示。 這樣，通過(guò)操作簡(jiǎn)單的IDEF建立作戰(zhàn)任務(wù)模型，方便了軍事專(zhuān)家之間的交流分析，提高了作戰(zhàn)任務(wù)分析的準(zhǔn)確性。然后，在軍事人員達(dá)成一致認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，將IDEF模型轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的UML模型，大大提高了模型的可重用性和擴(kuò)展性。

圖3 藍(lán)方頂層作戰(zhàn)使命的IDEF0模型

圖4 反封鎖任務(wù)分解的IDEF3模型

圖5 對(duì)潛艇攻擊任務(wù)分解的IDEF0模型

圖6 頂層作戰(zhàn)任務(wù)的用例圖

圖7 反封鎖任務(wù)分解的活動(dòng)圖

圖8 對(duì)潛艇攻擊任務(wù)分解的時(shí)序圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文深入研究了作戰(zhàn)任務(wù)的建模需求，在分析IDEF和UML兩種建模方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了采用二者相結(jié)合的作戰(zhàn)任務(wù)建模方法，并詳細(xì)介紹了該方法的建模過(guò)程。以潛艦對(duì)抗案例的作戰(zhàn)任務(wù)建模為例證明，采用IDEF和UML結(jié)合的建模方法可以清楚地描述作戰(zhàn)任務(wù)的分解和作戰(zhàn)任務(wù)之間的各種邏輯時(shí)序關(guān)系，具有較好的擴(kuò)展性和重用性。

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