柯宏發(fā)， 郭道通， 陳典斌， 祝冀魯

(1. 裝備學院裝備試驗系， 北京 102206； 2. 裝備學院研究生管理大隊， 北京 101416)

基于集成的信息系統體系成熟度評價方法

柯宏發(fā)1， 郭道通2， 陳典斌2， 祝冀魯1

(1. 裝備學院裝備試驗系， 北京102206；2. 裝備學院研究生管理大隊， 北京101416)

針對信息系統發(fā)展水平評價問題，提出了一種基于集成的信息系統體系成熟度評價方法。將信息系統體系成熟度分解為技術、互操作和互認知3個成熟度分量，介紹了體系成熟度評價的基本框架和思路，建立了信息系統體系成熟度的加權評價模型；構建了系統互操作和互認知成熟度等級評價模型，在考慮分系統集成成熟度約束的基礎上，建立了信息系統互操作成熟度和互認知成熟度評價模型；在考慮單項技術集成的基礎上，構建了分系統技術成熟度、信息系統技術成熟度評價模型；最后，通過防空裝備信息系統成熟度評價實例驗證了該方法的合理性和有效性。

體系成熟度； 信息系統； 互操作； 互認知； 技術成熟度； 集成成熟度

軍事信息系統是信息化條件下聯合作戰(zhàn)體系的中樞神經，通過信息系統獲取、處理、存儲和共享信息等，實現作戰(zhàn)要素高度融合、信息資源高效利用，從而生成裝備體系作戰(zhàn)能力。因此，信息系統的技術研發(fā)、集成生產、試驗與評價等水平或層次，對武器裝備體系建設至關重要。自20世紀70年代前后技術成熟度等級提出以來，結合裝備建設研制管理的實際，國內外研究者[1-7]在成熟度評價方面取得了很多的研究與應用成果，提出了技術成熟度、系統技術成熟度和體系技術成熟度等評價模型。

信息系統體系成熟度是指在集成生產、試驗與評價、使用保障等階段，體系發(fā)展演化等預期建設目標的實現水平或層級。體系成熟度評價就是估計信息系統對預期建設目標的滿足程度，通常采用系統化、等級化的度量等級進行判斷，并以此反映當前狀態(tài)在信息系統發(fā)展演化過程中所處的階段。從物理域、信息域、認知域和社會域的行動反應角度，軍事信息系統將偵察裝備、通信裝備和導航武器等各類信息化資源有機交聯在一體，呈現集成性、融合性、滲透性和增值性等特征，使得上述成熟度評價模型很難涵蓋信息系統的認知域、社會域等特征。為此，筆者提出一種基于集成的信息系統體系成熟度評價方法，并通過實例驗證該方法的合理性和有效性。

1 基于集成的體系成熟度評價框架和思路

1.1體系成熟度評價框架

信息系統是由信息收集、信息融合和信息分發(fā)等多個分系統組成的“系統體系”，其復雜度高、綜合性強，分系統與分系統之間的交聯橫跨物理、信息、認知和社會等領域，各個分系統的論證、研制和試驗等發(fā)展演化是一系列不同步的周期模型。因此，隨著時間的推移，信息系統體系成熟度模型需要涵蓋并綜合上述4個領域的特點和要求。筆者通過劃分信息系統體系成熟度的不同層次，建立了基于集成的信息系統體系成熟度評價框架，如圖1所示。

圖1 基于集成的信息系統體系成熟度評價框架

假設信息系統由n個分系統組成，共涉及m項關鍵技術，各關鍵技術基于多對多的映射關系支撐各分系統，圖中的“×”表示關鍵技術對相應分系統的支撐關系。從單項技術成熟度到分系統技術成熟度、再到信息系統體系成熟度，從分系統互操作成熟度和分系統集成成熟度到分系統互操作成熟度，從分系統互認知成熟度和分系統集成成熟度到互認知成熟度，都是一種逐層支撐的關系。

1.2體系成熟度評價思路

由圖1可知：信息系統體系成熟度主要通過互操作、互認知和系統技術3種成熟度進行表征，這3種成熟度取決于n個分系統的互操作、互認知和技術成熟度，分系統技術成熟度又取決于相應支撐的單項技術成熟度和技術集成成熟度。

采用目前的分級量化形式分別對各個層次的成熟度進行評估，其等級分別對應相應的風險，即成熟度等級越高，風險越低；反之也成立。評價模型中利用符號表示成熟度等級：體系成熟度等級、互操作成熟度等級、互認知成熟度等級和系統技術成熟度等級的表示符號分別為SSRL(SoS Readiness Level)、IORL(Interoperability Readiness Level)、MCRL(Mutual Cognition Readiness Level)和STRL(System Technology Readiness Level)；分系統互操作成熟度等級、分系統互認知成熟度等級、分系統技術成熟度等級和分系統集成成熟度等級的表示符號分別為SIORL(Subsystem Interoperability Readiness Level)、SMCRL(Subsystem Mutual Cognition Readiness Level)、SSTRL(Subsystem Technology Readiness Level)和SSIRL(Subsystem Integration Readiness Le-vel)；技術成熟度等級和技術集成成熟度等級的表示符號分別為TRL(Technology Readiness Level)和TIRL(Technology Integration Readiness Level)。

信息系統由n個分系統組成，分系統之間存在兩兩交互關系，由圖1所示的多層次評價框架可知：信息系統體系成熟度基于互操作、互認知和技術成熟度三者的相對重要性(分系統之間權重可采用網絡化層次分析法進行計算)，通過對互操作成熟度等級、互認知成熟度等級和技術成熟度等級進行聚合得到；這3種成熟度等級又在考慮分系統集成成熟度的基礎上，通過對下層分系統互操作、互認知和技術成熟度等級進行聚合；分系統技術成熟度等級又可以通過單項技術成熟度等級和技術集成成熟度等級進行聚合得到。

1.3體系成熟度評價步驟

根據上述體系成熟度評價框架和思路，信息系統體系成熟度評價可分為如下8個主要步驟：1)確定信息系統的主要分系統組成及關鍵技術；2)分析信息系統的互操作成熟度、互認知成熟度和技術成熟度之間的相對重要性，基于網絡化層次分析法求解權重向量；3)分析各分系統內部技術結構及集成關系，基于目前的9級成熟度標準制定分系統的集成成熟度和技術成熟度等級標準；4)依據定義的等級標準，確定各分系統的單項技術成熟度與技術之間的集成成熟度；5)計算各分系統的技術成熟度，確定各分系統的互操作成熟度和互認知成熟度；6)計算分系統之間的集成成熟度；7)計算信息系統的互操作成熟度、互認知成熟度和技術成熟度；8)計算信息系統的體系成熟度。

2 集成成熟度等級模型

集成成熟度是信息系統體系成熟度分析的基礎之一，其集成成熟度等級在一定程度上決定了體系成熟度的高低。本文將集成成熟度分為技術集成成熟度和系統集成成熟度。

2.1技術集成成熟度等級模型

技術集成成熟度表征了2項技術之間的可集成狀態(tài)，通常將其劃分為9級[5](從小到大，技術集成成熟度水平越來越高)，其技術集成成熟度等級(TIRL)及含義如表1所示。

表1 技術集成成熟度等級及含義

假設信息系統的第i(i=1,2,…,n)個分系統共涉及j項關鍵技術，當進行兩兩關鍵技術之間的集成成熟度分析時，若相同技術之間可完全集成，則建立第i個分系統的技術集成成熟度等級矩陣為

(1)

2.2系統集成成熟度等級模型

信息系統是由多個分系統按照一定的體系結構形式而集成的統一整體，分系統集成的狀態(tài)和水平直接決定了信息系統的整體功能和水平。本文選用系統集成成熟度來表示信息系統分系統之間的可集成狀態(tài)和水平，通常將其劃分為9級[5](從小到大，系統集成成熟度水平越來越高)。分系統集成成熟度等級(SSIRL)及含義如表2所示。

表2 分系統集成成熟度等級及含義

當進行兩兩分系統之間的集成成熟度分析時，若相同分系統之間可完全集成，則建立n個分系統的集成成熟度等級矩陣為

(2)

式中：SSIRLhl=SSIRLlh，SSIRLhh,取為9級，其中h,l=1,2,…,n。

3 分系統成熟度評價模型

信息系統分系統成熟度表征了分系統發(fā)展演化的狀態(tài)和水平，是體系互操作、互認知和技術等3種成熟度以及體系成熟度評價的基礎。

3.1技術成熟度等級及評價

單項技術成熟度也是信息系統體系成熟度分析的基礎之一，單項技術成熟度等級在相當程度上決定了體系成熟度的高低。目前，通常將單項技術成熟度劃分為9級[5](從小到大，技術成熟度水平越來越高)。技術成熟度等級(TRL)及含義如表3所示。

表3 技術成熟度等級及含義

假設已知信息系統第i個分系統第j項關鍵技術的技術成熟度等級，則歸一化的技術成熟度等級矢量為

(3)

第i個分系統的技術成熟度等級矢量為

(4)

第i個分系統中每項關鍵技術所集成的技術數量不同，假設第k(k=1,2,…,j)項技術所集成的技術數量為ki，則第i個分系統的標準化技術成熟度等級矢量為

(5)

第i個分系統的技術成熟度為

(6)

3.2互操作成熟度等級及評價

互操作是信息系統最為核心的物質基礎，國內外關于互操作性概念的定義不同：美國國防部[8]在2001年指出，互操作性是指系統、單位或軍事力量之間相互提供和接受服務，以使它們能夠有效共同運作的能力，并建立了5個等級的信息系統之間交互和共享信息“成熟度”的描述模型；GJB/Z144—2004[9]指出，互操作性是2個或2個以上系統或應用之間交換信息且利用所交換信息的能力，并提出了指揮自動化系統互操作成熟度的5級評價模型。上述2個定義的內涵是一致的，均強調了2個或2個以上系統的信息共享和信息利用能力。

曹江等[10]針對信息系統之間交互的復雜性、交互特點以及互操作需求，提出了軍事信息系統6個級別的增強型互操作成熟度參考模型，該模型更易于理解信息系統的軍事活動載體特征以及基于信息系統的體系作戰(zhàn)能力本質。因此，本文采用該模型來評估信息系統的互操作成熟度。增強型互操作成熟度等級(SIORL)及含義如表4[10]所示，其中：結構A1屬性用于評價信息系統體系結構方法的成熟度；應用A2屬性用于評價軟件互操作能力；設施A3屬性用于評價網絡互操作能力；安全A4屬性用于評價安全保密成熟度；運維A5屬性用于評價信息資源調度能力；數據A6屬性用于評價數據結構建模的成熟度。

(7)

表4 增強型互操作成熟度等級及含義

3.3互認知成熟度等級及評價

軍事信息系統覆蓋了物理、信息、認知和社會等領域的軍事活動，多領域知識的認知與共享已成為軍事信息系統的重要發(fā)展方向。認知是指了解、領會和懂得的一種心理判斷與決策過程，是對事物或現象的一種結構化表達；互認知就是指軍事活動者共享信息和共享知識的認知過程。信息系統為豐富經驗、智慧共享以及對事物或現象的一致性認知等創(chuàng)造了條件，信息系統的互認知不僅關注其信息、知識的處理，而且使信息處理能力延伸到認知和社會等領域。

在軍事活動與信息系統建立相適應制度、規(guī)則和機制的基礎上，信息系統獲取的信息越來越豐富，利用網絡技術、人工智能等加工這些信息，促進軍事活動者對它們的指揮控制、共享認知等已成為問題的關鍵。本文利用互認知成熟度描述信息系統的互認知能力發(fā)展演化的實現水平或層級，借鑒文獻[10]的互理解和互遵循成熟度模型，建立6個級別的互認知成熟度等級模型來評價信息系統的互認知能力。分系統互認知成熟度等級(SMCRL)及含義如表5所示。

表5 分系統互認知成熟度等級及含義

表5中：制度/規(guī)則B1屬性用于評價信息系統知識表征等規(guī)范的落實范圍和程度；態(tài)勢B2屬性用于評價信息系統表征戰(zhàn)場態(tài)勢的知識結構基準性、一致性和關聯性等程度；決策B3屬性用于評價信息系統準確表征決策知識的相關決策要素基準性、一致性和關聯性等程度；指控B4屬性用于評價信息系統準確表征指揮控制過程的指控基準知識；監(jiān)察/評估B5屬性用于評價信息系統各種能力和措施落實的成熟度。

(8)

4 體系成熟度評價模型

基于系統集成成熟度對信息系統分系統互操作成熟度、分系統互認知成熟度、分系統技術成熟度進行聚合后，可得體系成熟度。

4.1互操作成熟度評價模型

信息系統n個分系統的互操作成熟度等級矢量為

DSIORL=(SIORL1,SIORL2,…,SIORLn)T，

(9)

則信息系統互操作成熟度等級矢量為

(10)

(11)

4.2互認知成熟度評價模型

信息系統n個分系統的互認知成熟度等級矢量為

(12)

則信息系統互認知成熟度等級矢量為

(13)

由DSMCRL計算綜合的互認知成熟度評估值為

(14)

4.3技術成熟度評價模型

信息系統n個分系統的技術成熟度等級矢量為

DSSTRL=(SSTRL1,SSTRL2,…,SSTRLn)T,

(15)

則信息系統技術成熟度等級矢量為

(16)

由DSSTRL計算綜合的技術成熟度評估值為

(17)

4.4體系成熟度評價模型

信息系統的互操作成熟度、互認知成熟度、技術成熟度的權重集為(w1,w2,w3)(利用層次分析法求解)，則信息系統體系成熟度等級評價模型為

SSRL=w1IORL+w2MKRL+w3STRL，

(18)

式中:SSRL的取值為[0,1]。

5 實例應用

以防空裝備信息系統建設為例，驗證本文方法的合理性和有效性。該防空裝備信息系統包括偵察F1、收集F2、融合F3、指控F4和分發(fā)F5五個分系統，涉及的關鍵技術包括系統總體設計T1、雷達T2、數據融合T3、目標識別T4、作戰(zhàn)對象規(guī)劃T5和火力指控T6等技術，各項關鍵技術成熟度等級及TRL對各分系統的支撐關系如表6所示。

表6 關鍵技術對分系統的支撐關系

5.1評價結果計算

假設基于專家評估方法，已得到技術集成成熟度、分系統集成成熟度、分系統互操作屬性成熟度、分系統互認知屬性成熟度的等級評估值,取分系統、分系統互操作屬性、分系統互認知屬性之間的相對重要性為等權。其中：偵察分系統F1的技術集成成熟度等級為

收集分系統F2的技術集成成熟度等級為

融合分系統F3的技術集成成熟度等級為

指控分系統F4的技術集成成熟度等級為

分發(fā)分系統F5的技術集成成熟度等級為

分系統互操作屬性成熟度等級為

分系統互認知屬性成熟度等級為

根據本文提出的評價模型，計算得到5個分系統的互操作、互認知和技術成熟度等級矢量分別為

DSIORL=(0.933,0.900,0.867,0.900,0.900)T；

DSMCRL=(0.920,0.880,0.880,0.920,0.960)T；

DSSTRL=(0.799,0.840,0.741，0.762，0.820)T。

其中：5個分系統的標準化技術成熟度等級矢量分別為(0.852,0.775,0.778,0.793)T、(0.833,0.846)T、(0.716,0.765,0.683,0.798)T、(0.704,0.772,0.775,0.701，0.857，0.763)T和(0.852,0.794，0.815)T。

因此，信息系統的互操作、互認知和技術成熟度分別為IORL=0.900、MCRL=0.912和STRL=0.792，信息系統的體系成熟度為ISRL=0.868。

5.2評價結果分析

根據上述評估流程及計算結果，可得以下結論：

1)體系成熟度ISRL表征了信息系統潛在的成熟水平，通過其可比較不同信息系統的成熟度大小。

2)通過比較IORL、MCRL、STRL與ISRL的大小，可查找影響信息系統建設狀態(tài)水平的短板問題。本例中由于STRL

3)通過對分系統互操作、互認知和技術成熟度等級矢量進行類似的大小比較，分別可查找影響其建設狀態(tài)水平的關鍵分系統。如：對于本例中分系統互認知成熟度等級矢量，由于MCRL2

圖2 信息偵察分系統技術成熟度分布

6 結論

以單項技術成熟度、技術集成成熟度和系統集成成熟度等為基礎，綜合考慮互操作、互認知和技術成熟度之間以及分系統之間的相對重要性，構建了基于集成的信息系統體系成熟度評價框架及相應模型。該信息系統體系成熟度評價方法是針對特定的信息系統進行體系成熟度評價，為信息系統體系成熟度評價提供了一種新思路、新方法，還需進一步完善細化，如：信息系統的組成分系統劃分及對模型的影響、互操作和互認知成熟度等級的量化判別、評價模型的權重算法等。

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(責任編輯: 尚彩娟)

AnIntegratedApproachtoSoSReadinessAssessmentofInformationSystem

KE Hong-fa1, GUO Dao-tong2, CHEN Dian-bin2, ZHU Ji-lu1

(1. Department of Equipment Test, Equipment Academy, Beijing102206, China;2. Department of Postgraduate Management,Equipment Academy, Beijing101416, China)

Aiming at the assessment of information systems’ development level, an integrated approach to technology readiness assessment of information system architecture is put forward. SoS readiness of information system is divided into three readiness components, which are technology, interoperability and mutual cognition readiness. Basic architecture and thinking of SoS readiness assessment are introduced. A weighted SoS readiness assessment model of information system is set up. Interoperability and mutual cognition readiness level assessment models are proposed. In consideration of subsystems integration readiness constraints, interoperability and mutual cognition readiness assessment models of information system are set up. Similarly, in consideration of single technology integration, technology readiness assessment models of subsystem and information system are set up. Finally, the rationality and availability of the method is validated by an example of information system readiness assessment of air defense equipment.

SoS readiness; information system; interoperability; mutual cognition; technology readiness; integration readiness

1672-1497(2017)04-0080-07

2017-03-31

軍隊科研計劃項目

柯宏發(fā)(1969-)，男，教授，博士。

N94

：ADOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2017.04.016