王　?。ㄑb備學(xué)院裝備采辦系，北京101416）

裝備采購仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)研究

王健
（裝備學(xué)院裝備采辦系，北京101416）

針對(duì)我軍裝備采購仿真系統(tǒng)建設(shè)過程中總體規(guī)劃不足，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不清的現(xiàn)實(shí)問題，按照軟件工程化管理的邏輯思維，在全面分析系統(tǒng)建設(shè)需求的基礎(chǔ)上，提出系統(tǒng)基本功能布局和總體設(shè)計(jì)方案；明確了系統(tǒng)在需求分析、立項(xiàng)論證和研制3個(gè)主要采購階段的功能定位；提出了基于HLA基本思想的4層體系結(jié)構(gòu)，支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)仿真環(huán)境下的需求論證與評(píng)估、技術(shù)成熟度評(píng)估和項(xiàng)目核心要素管理等主要裝備采購活動(dòng)。

裝備采購；仿真系統(tǒng)；總體設(shè)計(jì)

基于仿真的采辦（Simulation Based Acquisition，SBA）是20世紀(jì)90年代中后期出現(xiàn)的概念［1］，是美國推行采辦改革的產(chǎn)物，它面向采辦的全生命周期，將先進(jìn)的模擬仿真技術(shù)應(yīng)用于裝備采辦過程，解決裝備采辦面臨的程序復(fù)雜、技術(shù)制約、效率低下等問題［2-3］。我國SBA建設(shè)存在很多困難和問題，特別是對(duì)建設(shè)重點(diǎn)認(rèn)識(shí)不夠，沒有最大限度地將建設(shè)資源投放到急需的活動(dòng)或環(huán)節(jié)。裝備采購仿真系統(tǒng)是綜合運(yùn)用SBA的基本思想與原理，結(jié)合我軍裝備采購管理工作實(shí)際而開展的具體實(shí)踐，旨在突出建設(shè)重點(diǎn)，理清建設(shè)思路，為我軍裝備采購領(lǐng)域推行SBA思想提供總體參考。

1　系統(tǒng)需求分析

目前，我軍裝備采購仿真系統(tǒng)的研究還處于起步階段，距離實(shí)際應(yīng)用尚有很大差距。原因主要包括兩方面：一方面是我軍裝備采購制度建設(shè)滯后，裝備采購職能部門信息傳遞不暢，信息共享、運(yùn)用更是壁壘重重，軍方部門內(nèi)部、工業(yè)部門內(nèi)部、軍方和工業(yè)部門之間無法形成有機(jī)整體，與SBA倡導(dǎo)的密切合作、并行開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新及有效管理方面還存在很大差距；另外一方面是我軍在裝備采購領(lǐng)域開展仿真系統(tǒng)建設(shè)的頂層規(guī)劃缺位，沒有一個(gè)能夠貫穿裝備采購全過程的技術(shù)支持系統(tǒng)，只是在部分項(xiàng)目和裝備采購的部分階段應(yīng)用了建模與仿真技術(shù)，且存在大量的重復(fù)投資，資源浪費(fèi)現(xiàn)象，系統(tǒng)間彼此孤立，無法進(jìn)行模型復(fù)用和信息共享，很難發(fā)揮整體效益。鑒于上述現(xiàn)實(shí)問題的客觀存在，導(dǎo)致目前迫切需要開發(fā)一套能夠展示SBA基本原理，描述SBA基本過程，體現(xiàn)SBA實(shí)施效益的仿真系統(tǒng)，為我軍裝備采購系統(tǒng)推廣SBA思想，應(yīng)用建模與仿真技術(shù)提供參考。裝備采購仿真系統(tǒng)是在運(yùn)用先進(jìn)建模與仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，按照軟件工程化管理的邏輯思維，將我軍裝備采購業(yè)務(wù)實(shí)際需求轉(zhuǎn)化為仿真系統(tǒng)軟件需求，并且提供技術(shù)解決方案，從而為我軍實(shí)施SBA建設(shè)提供基礎(chǔ)性技術(shù)參考。

2　系統(tǒng)功能布局

傳統(tǒng)采購過程的核心是分階段管理，保證系統(tǒng)以低風(fēng)險(xiǎn)的狀態(tài)從一個(gè)階段進(jìn)入下一個(gè)階段。這種采購模式在早期的武器系統(tǒng)采購實(shí)踐中也取得了良好的軍事和經(jīng)濟(jì)效益。但是，隨著一體化聯(lián)合作戰(zhàn)對(duì)裝備聯(lián)合作戰(zhàn)能力要求的提高，以及現(xiàn)代武器系統(tǒng)的逐步大型化、復(fù)雜化，我國現(xiàn)行裝備采購機(jī)制與管理體系、采購過程等方面的弊端逐漸顯現(xiàn)出來。突出體現(xiàn)在以下方面：一是裝備采購決策一旦失誤，很難發(fā)現(xiàn)并糾正，極易造成“拖、降、漲”現(xiàn)象；二是裝備采購周期過長滯后于裝備技術(shù)更新?lián)Q代速度的矛盾已經(jīng)越來越突出，新技術(shù)形成裝備并轉(zhuǎn)化成戰(zhàn)斗力效率受到極大制約；三是現(xiàn)行裝備采購的階段管理不適應(yīng)裝備全壽命管理的需要，采購階段之間信息銜接不暢。

SBA倡導(dǎo)的采購過程是在產(chǎn)品研制生產(chǎn)之前把所有信息輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過對(duì)武器裝備的全周期全壽命過程進(jìn)行模擬和仿真，并在計(jì)算機(jī)內(nèi)對(duì)武器系統(tǒng)的所有指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估，最終以最少的費(fèi)用和時(shí)間取得最好的性能［4-6］。裝備采購仿真系統(tǒng)將傳統(tǒng)串行的、開環(huán)的裝備采購過程，改進(jìn)優(yōu)化為一種能夠進(jìn)行反復(fù)迭代、循環(huán)的過程［7］，如圖1所示（圖中DIF（Data Interchange Format）為數(shù)據(jù)交換格式）。

需求分析主要完成裝備需求論證與評(píng)估，以戰(zhàn)場(chǎng)體系對(duì)抗仿真為主要手段。首先，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需求及發(fā)展戰(zhàn)略，提出裝備發(fā)展戰(zhàn)略的目標(biāo)和要求；通過裝備體系能力分析和裝備能力優(yōu)化分析等手段進(jìn)行武器裝備體系的論證；通過規(guī)劃評(píng)審分析和計(jì)劃風(fēng)險(xiǎn)分析提出裝備中長期發(fā)展計(jì)劃的備選方案，并對(duì)所有方案進(jìn)行仿真分析與評(píng)估，確定最優(yōu)方案。

圖1　反復(fù)迭代、循環(huán)的裝備采購過程

立項(xiàng)論證主要完成裝備采購管理決策，以裝備系統(tǒng)仿真為主要手段。首先，針對(duì)需求分析階段的發(fā)展計(jì)劃，提出具體裝備解決方案；通過裝備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析和仿真，提出不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并給出每個(gè)方案的優(yōu)劣排序，為采購決策提供參考，并將排序結(jié)果反饋給需求分析階段。

研制管理主要完成對(duì)研制單位的指導(dǎo)與監(jiān)督，以裝備研制項(xiàng)目管理與裝備結(jié)構(gòu)分析與仿真為主要手段。首先，針對(duì)立項(xiàng)論證階段輸出的優(yōu)秀裝備解決方案開展具體實(shí)現(xiàn)；通過對(duì)研制過程進(jìn)度、成本和質(zhì)量核心要素的監(jiān)督，預(yù)測(cè)研制管理過程中的薄弱環(huán)節(jié)，并將發(fā)現(xiàn)的問題反饋給立項(xiàng)論證階段。

生產(chǎn)監(jiān)督主要完成對(duì)承制單位的生產(chǎn)過程管理，依托承制單位的虛擬制造、虛擬制造裝配、虛擬制造工程仿真等手段，該階段進(jìn)入半仿真環(huán)境進(jìn)行。

訓(xùn)練使用階段將武器裝備投入到虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和部隊(duì)訓(xùn)練過程中，分析評(píng)估裝備能力與預(yù)期的任務(wù)能力差距，為進(jìn)一步完善裝備需求提供依據(jù)。

退役報(bào)廢主要完成武器裝備在虛擬條件下的裝備技術(shù)狀態(tài)評(píng)估與決策，分析武器裝備功能指標(biāo)、性能指標(biāo)及質(zhì)量特性與應(yīng)用要求的差距，并將有關(guān)信息反饋給需求分析，實(shí)現(xiàn)裝備采辦全程信息循環(huán)。

裝備采購仿真系統(tǒng)從軍方實(shí)施業(yè)務(wù)管理的角度，采用可視化交互的形式，主要實(shí)現(xiàn)裝備采購前期仿真環(huán)境的相關(guān)階段，包括對(duì)需求分析、立項(xiàng)論證和研制管理3個(gè)階段進(jìn)行多學(xué)科、全方位的建模與仿真，提取裝備采購主管部門重點(diǎn)關(guān)注的業(yè)務(wù)活動(dòng)，將系統(tǒng)功能主要定位于裝備需求論證與評(píng)估管理、技術(shù)成熟度管理、項(xiàng)目核心要素管理和裝備采購全過程管理4個(gè)方面，系統(tǒng)功能布局如圖2所示。

圖2　裝備采購仿真系統(tǒng)功能布局圖

3　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

為了支持裝備采購仿真系統(tǒng)基本功能，實(shí)現(xiàn)仿真環(huán)境過程中的需求論證與評(píng)估管理、技術(shù)成熟度管理和項(xiàng)目核心要素管理等多項(xiàng)活動(dòng)，系統(tǒng)采用基于HL A基本思想的4層體系結(jié)構(gòu)，主要包括資源層、中間層、支撐層和門戶層，如圖3所示。

圖3　裝備采購仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

門戶層是裝備采購仿真系統(tǒng)門戶，提供可視化交互界面，輔助用戶選擇虛擬采購的各個(gè)支撐工具，實(shí)現(xiàn)建模、仿真、評(píng)估和管理功能。

支撐層是裝備采購仿真系統(tǒng)的核心層，提供仿真的各項(xiàng)功能，包括仿真運(yùn)行系統(tǒng)、工具系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。仿真運(yùn)行系統(tǒng)包括協(xié)同建模仿真平臺(tái)系統(tǒng)和可視化環(huán)境系統(tǒng)。協(xié)同建模仿真平臺(tái)系統(tǒng)是一個(gè)面向多學(xué)科領(lǐng)域的建模仿真環(huán)境，對(duì)于某目標(biāo)裝備，通過方案論證階段的建模、仿真活動(dòng)可以得到裝備的采購方案，以及初級(jí)的功能描述、戰(zhàn)技指標(biāo)?？梢暬h(huán)境系統(tǒng)為裝備采購仿真系統(tǒng)提供了一個(gè)視景驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，向用戶形象逼真地展現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)同仿真過程［8］。工具系統(tǒng)包括論證與研討工具和建模與仿真的校核、驗(yàn)證和確認(rèn)VV＆A（Verification、ValidationandAccreditation）及可信度評(píng)估系統(tǒng)。論證與研討工具提供一個(gè)面向復(fù)雜問題求解過程的多屬性方案的智能決策系統(tǒng)，通過人-機(jī)合作及群體智慧研討輔助，逐漸消除參與決策者間的認(rèn)知沖突，實(shí)現(xiàn)決策優(yōu)化與知識(shí)精化，最后獲得復(fù)雜問題的滿意解［9］。VV＆amp；A及可信度評(píng)估系統(tǒng)提供評(píng)估對(duì)象管理、評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建，評(píng)估人員管理和生成評(píng)估報(bào)告的功能，能夠?qū)π枨蟮姆治稣撟C進(jìn)行校核和驗(yàn)證。管理系統(tǒng)包括需求論證與評(píng)估管理系統(tǒng)、技術(shù)成熟度管理系統(tǒng)和項(xiàng)目核心要素管理系統(tǒng)。需求論證與評(píng)估管理系統(tǒng)提供虛擬環(huán)境下的需求論證與評(píng)估支持，實(shí)現(xiàn)裝備發(fā)展戰(zhàn)略、規(guī)劃計(jì)劃和型號(hào)論證。技術(shù)成熟度管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)研制立項(xiàng)階段的技術(shù)成熟度模型構(gòu)建和等級(jí)分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分級(jí)。項(xiàng)目核心要素管理系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目中相關(guān)材料、設(shè)備等資源進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)管理。提供進(jìn)度影響因素分析和進(jìn)度預(yù)測(cè)功能，支持項(xiàng)目費(fèi)用模型的構(gòu)建，費(fèi)用估算和管理，通過對(duì)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度和費(fèi)用的綜合管理實(shí)現(xiàn)人員、組織、研發(fā)資源的優(yōu)化配置［10］。

中間層為裝備采購仿真系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能，在體系結(jié)構(gòu)中充當(dāng)信息傳遞的角色，主要提供2個(gè)相鄰端點(diǎn)之間數(shù)據(jù)幀的傳送功能，進(jìn)一步管理體系中不同網(wǎng)絡(luò)終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通信，將各種數(shù)據(jù)設(shè)法從資源層經(jīng)過若干個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)傳送到支撐層和門戶層。中間層具體包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式和網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式提供一種描述裝備信息的中間格式，采用高效的分析工具，在不對(duì)信息造成損害的情況下，將信息翻譯成為任意輸出格式；網(wǎng)關(guān)是負(fù)責(zé)不同通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或數(shù)據(jù)語言的系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)通信的翻譯器。

資源層是體系結(jié)構(gòu)的底層，主要提供裝備采購仿真系統(tǒng)基本功能實(shí)現(xiàn)所需的數(shù)據(jù)分類、存儲(chǔ)與管理，主要包括論證資料庫、項(xiàng)目資料庫、仿真數(shù)據(jù)庫、仿真模型庫、裝備環(huán)境庫、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境庫、產(chǎn)品資源庫、裝備資源庫和承制單位資源庫。

4　結(jié)束語

裝備采購仿真系統(tǒng)建設(shè)涉及部門多，功能組成復(fù)雜，其理論研究、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)應(yīng)用、過程實(shí)施、效果評(píng)估等均涉及裝備采購管理部門、具體研究部門、國防工業(yè)部門的方方面面，對(duì)管理與技術(shù)的要求很高。應(yīng)用建模仿真技術(shù)于武器裝備采購過程，不僅需要相關(guān)技術(shù)、人員素質(zhì)的提高，更需要管理水平的提高。因此，全面、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)我軍裝備采購仿真，存在著技術(shù)、過程、管理和文化上的挑戰(zhàn)，必須做好各種準(zhǔn)備，逐步推進(jìn)。

（References）

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（編輯：李江濤）

科研成果介紹

空間維護(hù)技術(shù)科學(xué)試驗(yàn)任務(wù)仿真推演系統(tǒng)

本項(xiàng)目2005年立項(xiàng)，2014年6月通過成果鑒定，2014年12月獲軍隊(duì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

“空間維護(hù)技術(shù)科學(xué)試驗(yàn)任務(wù)仿真推演系統(tǒng)”主要開展了仿真推演系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)研制與集成、試驗(yàn)任務(wù)仿真推演與分析、模型校核與驗(yàn)證等研究，突破了分布式異構(gòu)協(xié)同仿真綜合集成、多航天器衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)并行生成與閉環(huán)實(shí)時(shí)仿真等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于異構(gòu)軟硬件平臺(tái)的模型、模擬器動(dòng)態(tài)集成和協(xié)同仿真，構(gòu)建了全數(shù)字和半實(shí)物相結(jié)合的仿真推演系統(tǒng)，為任務(wù)提供了集成驗(yàn)證環(huán)境。

研究主要取得以下成果：栙首次提出并實(shí)現(xiàn)了基于仿真推演系統(tǒng)的多航天裝備多任務(wù)協(xié)同新模式，將仿真推演貫穿于先期概念研究、方案論證、總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)研制、飛行試驗(yàn)、未來應(yīng)用研究等各階段，提高了任務(wù)論證科學(xué)性，降低了任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)；栚突破了分布式異構(gòu)協(xié)同仿真綜合集成技術(shù)，建立了基于組件和適配器的協(xié)同仿真框架，實(shí)現(xiàn)了靈活配置、動(dòng)態(tài)重構(gòu)、異構(gòu)互聯(lián)的仿真推演系統(tǒng)和任務(wù)全系統(tǒng)全流程的協(xié)同仿真，有效解決了跨平臺(tái)、跨系統(tǒng)、跨協(xié)議的異構(gòu)模型和模擬器綜合集成難題，達(dá)到了試驗(yàn)任務(wù)的全過程可控、可視、可用的目的；栛提出了地面系統(tǒng)仿真與在軌飛行試驗(yàn)并行閉環(huán)運(yùn)行的試驗(yàn)新模式，通過在軌試驗(yàn)數(shù)據(jù)改進(jìn)系統(tǒng)仿真模型，提升了模型的精度和仿真的置信度；栜實(shí)現(xiàn)了多路GPS/BD導(dǎo)航衛(wèi)星射頻信號(hào)并行實(shí)時(shí)生成、時(shí)延自適應(yīng)補(bǔ)償、多航天器的高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星導(dǎo)航同步實(shí)時(shí)閉環(huán)仿真；栞提出了基于CPU+GPU的快速軌道計(jì)算方法，在自主可控平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)碰撞預(yù)警和態(tài)勢(shì)顯示。

項(xiàng)目成果在試驗(yàn)任務(wù)中得到了成功應(yīng)用，為試驗(yàn)任務(wù)飛行器研制、試驗(yàn)方案制定、試驗(yàn)任務(wù)實(shí)施以及后續(xù)發(fā)展論證提供了支持。同時(shí)，項(xiàng)目突破的分布式異構(gòu)協(xié)同仿真綜合集成技術(shù)，多航天器衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)并行生成與閉環(huán)實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，基于CPU+GPU的快速軌道計(jì)算方法等關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)在其他任務(wù)中應(yīng)用，并具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

（裝備學(xué)院航天指揮系：樊鵬山）

Research on Overall Design of Equipment Acquisition Simulation System

WANG Jian
（Department of Equipment Acquisition，Equipment Academy，Beijing 101416，China）

Aiming at existing problems during construction of our military equipment acquisition simulation such as inadequate overall planning and unclear technical standards，according to the logics of software engineering management，based on requirements analysis of system construction，the paper puts forward basic functional layout and general design scheme of the system，make clear functional layout of system in three main acquisition phases：requirement analysis，project demonstration and development and puts forward a HLA-based four-layer architectural structure to support main equipment acquisition activities including demonstration and evaluation of system requirements，evaluation on technology maturity and core elements management of project in a simulation environment.

equipment acquisition；simulation system；overall design

E201

2095-3828（2015）02-0048-04

ADOI 10.3783/j.issn.2095-3828.2015.02.012

2014-10-23

王?。?980-），男，講師，博士研究生，主要研究方向?yàn)檠b備采辦理論與應(yīng)用、項(xiàng)目管理。