中国指挥与控制学会会刊 
实验系统的军事设计是在系统军事需求分析的基础上,主要从军事角度,运用图、表和符号等形式,对系统的整体结构、输入/输出、模型规则以及内部控制机制等部分进行的描绘,是一种需求分析到技术设计之间的过渡产品。
文献[1⇓⇓-4]中对军用信息系统提出了军事应用设计、军事总体设计、军事总体结构和军事设计等概念,尽管含义上略有差别,但所提供的结果和所要解决的问题基本是一致的。依据系统的军事设计,技术人员可直接开始系统的设计工作,可避免需求理解上的差异,减少与军事人员的交互工作,有效提高设计开发的效率。
目前关于军事设计尚无统一的标准规范,本文在陆军合同作战仿真实验系统需求分析的基础上,结合近些年来系统设计和开发的经验,形成了军事设计的思路和方法以及主要部分的设计格式和步骤,其结果有助于技术人员的技术方案设计。
1 军事设计的思路和方法
设计思路和方法是指军事设计人员对实验系统进行整体描绘的步骤和内容。
1)确定军事用途和目的
系统是为用户使用而研制的,因此,首先要确定所研制系统的用途和目的。用途是确定系统将用到哪里,目的则是系统研制所要达到的结果或效果。在进行作战实验系统军事设计时,设计者可以结合所要设计的系统,深入分析作战实验系统的具体用途和目的,并根据实验用途和目的,确定系统的基本功能。
2)设计作战仿真实验的方式、方法和过程
除了作战实验一般的方式、方法和过程外,应当结合综合作战仿真实验或要素作战仿真实验的具体情况,研究具体的实验方式、方法和过程,包括实验由谁组织,有谁参加,实验方案如何制定,实验系统如何操作和使用,实验成果以何种形式呈现,如何撰写实验分析和总结报告等。根据作战仿真实验的方式、方法和过程,决定系统的使用方法和基本流程。
3)选定实验内容
无论何种作战实验,都需要选定具体的实验内容,也就是要确定选择做哪些实验项目。比如,静态作战实验要选定需要评估的方案有哪些(比如首长决心方案、炮兵部署方案、火力打击方案等);动态作战实验要选定需要评估的行动类型有哪些(比如步坦兵的攻击行动、机降行动,工程兵的机动保障行动、破障行动等)。只有选定了实验内容,才能确定系统的结构和功能,确定有哪些分系统或模块,确定各分系统或模块的主要功能。
4)设计作战仿真实验条件的输入方式
任何作战实验都是在一定条件下进行的,任何参与实验的作战方案都是依据一定的环境、敌情、我情制定的。因此,需依据所要实验的作战方案或行动的制约和影响因素,设计实验条件的输入格式。比如战场环境条件的各种输入格式、敌我部署和行动的各种输入格式等。
5)设计作战方案的输入方式
作战方案是实验的对象。每个实验项目都应有若干预想的作战方案。作战方案包括哪些内容,以什么样的格式呈现,以什么方法输入系统,都要在设计时加以考虑。作战方案内容应当数据化,所有内容都能以数据、可选项、位置以及文字的方式输入,输入方法尽量简便,优先采用地图操作输入、表格式输入等方式。
6)分析实验内容的评估指标体系
实验效果要通过评估指标来衡量,指标体系是分层次的树状结构,指标的选定需考虑计算所需数据的来源。评估指标分为静态和动态两类,静态指标不需要模拟数据,而动态指标需用到经过仿真模拟产生的实验过程和实验结果数据。评估指标体系是评估模型建设的指导。
7)建立各评估指标的计算规则、算法和数据
每个评估指标都是依据一定的规则和算法算出来的,每个指标都要有具体的规则、算法和数据。有的指标可能是封闭性指标,存在一个公认的标准值,将得出的实际值与其进行比较,从而得到评估结论;有的指标可能是开放性指标,没有标准值,只能通过若干方案同类值比较或与实验者自身的预期进行比较得出结论,达到评估目的。
8)设计多方案(或多次)综合比较评估的指标和模型
许多实验需要对多个方案进行计算或进行多次行动模拟,将结果进行对比分析,评估方案的优劣利弊。需要设计多方案(或多次)综合比较评估的指标及其规则、算法和数据(模型)。常用的综合比较,将各方案逐个单项指标赋予一定的权重,通过加权统计得出各个方案的综合评价,辅助分析各方案的优劣。
9)设计评估结果的显示方法
将评估结果以及评估过程中可以用于帮助实验者进行分析的各种数据以直观、清晰的方式显示出来,是实验系统是否便于使用的重要条件。因此,评估结果和数据的显示尽量采用图形、表格等直观形式。
图形包括态势图(比如显示态势)、直方图(比如显示单项数据和比较数据)、折线(曲线)图(比如显示同一指标随时间的变化)、饼图(比如显示原因或结果数据在整体中所占比例)、矢量分布图(比如显示数据在不同维度的分布)等。
表格主要用于显示统计数据。某些依据定量分析结果所产生的相应定性结论,也可以用文字的形式显示。不仅要设计各项指标的显示方法,还要设计各项指标显示的先后次序或各种数据之间的关系。
10)形成军事设计方案
军事设计方案是在前面各项研究的基础上形成的。方案格式要统一,文字要精练,表述要准确,结构要严密。
2 设计要点
1)总体结构设计
根据陆军合同作战仿真系统的需求分析,从面向用户使用的视角,系统应由“实验条件设置分系统”、“实验方案输入分系统”、“作战模拟分系统”、“评估分析分系统”、“态势与实验结果显示分系统”和“数据管理分系统”组成,其间关系和主要信息流程见图1 。
其中,“数据管理分系统”用于管理系统运行所需的全部基础数据,向其他各分系统提供所需要的初始启动数据;“实验条件和方案输入分系统”由实验人员运用系统交互界面产生模拟和评估原始数据;作战模拟分系统接收模型参数和行动指令等格式化数据,驱动模型运转,产生二次加工数据,供态势显示和评估分析使用;“态势与结果显示分系统”接收作战部署和计划、模拟初始和过程数据以及评估结果,进行态势复现和各种文字表格数据显示。
2)输入设计
条件和方案的输入格式是析取条件和方案中的数据化要素,用表格、格式化文字和对话框三位一体的方式表达,利于军事人员识别。基本步骤如下。
①建立基本格式字典
基本格式字典是将条件和方案输入中相同的项进行规范化表达,主要包括组成类、枚举类、时间类、区域类、位置类、线路类、数值类等。其中,组成类字典采用包含编码、父节点和名称的三元组表示(ID, Parent, Name),用于描述各种作战编组、实体;枚举类字典采用包含编码和名称的二元组表示(ID, Name),用于描述任务性质、配置地域、打击手段等;时间类字典采用包含编码、名称和时间的三元组表示(ID, Name, Time),用于描述各类作战时间;区域类、位置类、线路类、数值类采用四元组(ID, Name, String, Flag)表示,其中String用于表示地点、线路、坐标、数据值的字符串,整型Flag表示具体的类型编码。
②建立基本转化规则
转化规则包含基本格式和对应转换关系两个方面。
a.文本格式基本语法
描述输入文本的模板语法由军事术语、短语、逻辑谓词、变量、自由文本字符等组成;变量主要包括针对基本格式字典中的类别;自由文本字符串是为了衔接其前后要素形成语句而随机添加的文本。
模板格式采用字符“【”、“】”描述必选短句,“〖”、“〗”描述可选短句,“《”、“》”描述执行单位,“(”、“)”描述数值,“[”、“]”描述枚举值,“{”、“}”描述时间变量,“<”、“>”描述单次或多次输入,“*”描述前后的逻辑关系,可采用正则表达式解析。模板示例如下:
【“自由文本” *《执行单位》|(数值类)|[枚举类]|{时间类}|﹝字符串﹞|<点、线、面类>* “自由文本”】 〖“自由文本” *(数值类)|[枚举类]|{时间类}|﹝字符串﹞|<点、线、面类>“自由文本”〗
b.文本与输入的对应关系
对应关系主要描述变量在输入控件和显示控件的显示对应关系,枚举类采用下拉式选择框、数值类采用输入框、日期类采用日期输入框、条件类采用触发按钮等。
③按照对应关系设计各对话框要素的布局
对话框元素布局通常要求格式统一、反映操作的先后次序、纠错反馈和美观大方等。
3)自动控制设计
①模拟结构设计
模拟结构分为作战指挥控制、信息交互环境和作战行动三个层次,见图2 。其中,战斗指挥控制模拟,由自动控制模型替代指挥人员,负责判断生成和下达相应行动控制指令(简令)的条件,自动生成和下达简令,并生成和上报行动简报。
信息交互环境模拟,通过建立通信网络数据表,描述各通信节点之间的通信信道和路径,以及各信道当时的状态。指挥控制机构和各实体实施通信时,信息交互环境根据通信网络结构自动选择信道,并根据信道当时状态判定信息交互效果。
作战行动模拟,以控制指令驱动各作战实体模型运行,对行动过程及效果进行模拟,将结果以简报的形式反馈给上级指挥实体。
②自动控制模型
自动控制模型分为两类:一是集中自动控制模型,用于判定行动方案中决策点条件是否形成,并确定与决策点相应的一组将要执行的行动指令(行动方案中各实体的行动方案);二是个别自动控制模型,用于判定集中自动控制模型所确定每一行动指令中的行动具体执行时机和相应参数,自动生成并向模拟系统发送行动简令,驱动相应行动模型运行。两类模型体系见表1 。
表1 自动控制模型 |
| 模型类别 | 模型名称 | |
|---|---|---|
| 集中自动 控制模型 | 事件类 | 时刻,主攻方向受挫,推迟发起攻击,我损耗至 |
| 空间类 | 敌进(退)至,敌撤离,敌设障,敌占领,敌袭击,敌攻占,敌机降,敌火力突击,我进(退)至,我撤离,我设障,我占领,我袭击,我攻占,我机降,我火力突击。 | |
| 个别自动 控制模型 | 通用 | 战场机动,跟进,归建,转隶 |
| 作战行动 | 攻击,袭击,伏击,追击,增援,机降,反击,反冲击,炮兵压制射击,直瞄射击,炮兵直接火力支援,导弹火力突击,空中待战突击,空中火力支援,雷达侦察,地空掩护,阵地转移,通信干扰,雷达干扰 | |
| 作战保障 | 战场侦察,激光引导,工程破袭,电台转网,抢修道路,布设雷场,开辟通路,发烟,道路(装备)消毒,开设洗消场,人员洗消 | |
| 后装保障 | 前出救护,后送伤员,开设加油站,油料运送,库所转移,给养补给,战场抢修,弹药补给,装备抢救 | |
4)评估设计
评估设计是运用评估模型对实验过程和结果数据的分析计算,按照以下步骤实施。
①构建指标体系和标准
评估的总指标往往比较抽象,一般将其分解为若干具体化的子指标。如果某些子指标仍包含多种成分,则进一步分解为更加具体的方面,构成再次一级的子指标。分解过程可循环进行下去,直到所有末端指标都已成为具体的可直接量化的指标为止。建立指标体系可分为以下几步:
一是根据指挥人员对评估对象的关注要点,建立一级指标。
二是逐层分析评价每个评估内容优劣的要点,建立下级指标。
三是根据最底层评估指标的特性和实验数据提供能力,确定每个评估项目的评估标准。主要包括法规性标准、客观性标准和主观性标准。法规性标准来源于作战条令、条例或权威性教材、教范;客观性标准来源于客观事实或已经存在的数据;主观性标准来源于标准的制定者或作战方案的制定者输入的主观期望值。
②建立指标评估模型
指标评估模型用于判断实验模拟结果是否达到评估指标标准,主要由评估规则、计算公式和相关数据构成。评估规则规定评估条件,计算公式规定评估算法,相关数据提供满足计算所需要参数。评估模型所用的数据须给出具体的来源、查找方式和追踪线索。
③确定结果显示方式
评估结果可采用以下三种显示方式来展现。
a.表格式显示。从易于认知和理解的视角,合理编排数据项的次序,用二维表格式显示数值统计的结果,适于显示大量相关属性数据。
b.图形式显示。图形适用于表现相关数据对比或某一数据变化或分布情况。常用的有直方图、饼图、雷达图、折线图和平面分布图等。
c.战场态势图关联显示。通过将结果放在战场态势图中进行显示,便于实验分析人员观察,利于更加直观地分析评估。关联显示主要依赖两个参数,作战时间和实体位置。与作战时间关联的数据,可利用战场态势的回放功能,根据数据发生的时刻,回放战场总体或要素态势。与实体位置关联的数据,以合适的图形显示在态势图上相应位置。
3 设计实现
按照根据上面的设计格式要求,限于篇幅,只给出几种典型的示例格式。
1)攻击任务输入格式
①表格格式(如表2 所示)
表2 任务输入表格 |
| 编组 名称 | 任务 性质 | 发起 攻击 方式 | 突破位置 | 主要 方向 | 重点攻击目标 | 歼敌 | 完成任 务时间 | 尔后任务 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 属性 | 宽度 | 纵深 | 位置 | 类型 | 地域 | 指标 | 任务 性质 | 位置 | |||||
| 选择 输入 (编组 列表) | 选择 输入 (主攻 |助攻| 佯攻) | 行进 间|进 攻出 发阵地 | 突破 口|突 破地段 | 两点坐标 | 单点坐标 | 人工输入 | 单点坐标 | 选择 输入 (目标 类型表) | 多点坐标 | 选择 输入 (全歼| 基本 歼灭| 大部 歼灭) | 选择 输入 (C+× 分|×月 ×日 ×时 ×分) | 选择输入 (转预备队 |转防御| 发展进攻) | 单点 或多 点坐标 |
②文字格式
攻击任务模板:【《战斗编组名称》“担负”[主攻|助攻|佯攻]“任务,”】【“采取”[从行进间|占领进攻出发阵地后]“发起攻击的方式,”】〖[在|向]〗〖<地点>〗…〖“、”<地点>〗〖[地段|地点]〗〖[突破敌人防御|实施佯攻],〗【“向”<地点>】…【“、”<地点>“方向实施主要突击,”】【“重点攻击位于”<地点>】【“的” [重点攻击目标类型]】〖“、位于”<地点>〗〖“的”[重点攻击目标类型]〗〖…〗【,[全歼|基本歼灭|大部歼灭|驱歼|牵制]】【<地点>地域之敌,】【{C+×分|时刻}“前完成任务,“】【“尔后”[在|向]】【<地点>】【[转为预备队|转入防御|发展进攻]“。”】
2)“我攻(袭)击”自动控制模型
① 战斗编组或实体判定
决策点规定战斗编组时,该战斗编组内任一实体满足决策点规定条件即为该战斗编组满足条件。
②行动性质判定
我方实体正在执行含有“攻击”、“袭击”、“夺占”任务的行动简令,即判定该实体行动性质为“攻击”或“袭击”。
③我攻(袭)击位置判定
a.我方实体正在执行的行动简令中所规定的攻(袭)击和夺占位置点位于决策点规定地点的幅员或地域之内,即为攻击或袭击“我攻(袭)击”决策点规定的位置。
b.决策点规定的位置为地点时,其幅员为以该点为圆心,半径xxx m的区域;决策点规定的位置为地域时,即为多点坐标连线围成的区域。
④状态判定
符合上述条件的我方实体状态转为“冲击”或“袭击”即为“对敌发起攻击”;转为 “攻击受挫”或“袭击受挫”即为“攻击受挫”;处于“冲击”状态且P冲击实体/P抗击实体≥1(P为战斗力指数),即为“攻击顺利”。
⑤达成决策点条件时刻的判定
达成上述所有条件的时刻。
3)评估格式
如表3 所示。
表3 评估结果表格 |
| 评估 项目 | 评估内容 | 评估标准 | 标准值 | 实验值 | 结果分析 | 图表显示 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 原因 | 数据 | |||||||
| 完成任务情况 | 达成目的 | 夺占地区 | 夺占地区 内敌实体 战斗力下 降至XX% 以下的比例 | 100% | (数 值)% | 夺占地区 内战斗力 下降至20% 以下的敌 实体数量 | (数 值)个 | 1.初始部署态势图上显示夺占地区范围和敌实体;提示显示战斗力未降至xx%以下的敌实体队标。2.饼图显示百分比。 3.显示“夺占地区内敌方实体实力变化明细表” |
| 夺占地区 内敌实体 总数 | (数 值)个 | |||||||
| … | ||||||||
| … | … | |||||||
4 结束语
为了提高陆军合同作战仿真实验系统的开发效率,本文从系统的设计和开发实践中,总结提炼了军事设计的方法思路,探讨了其中的总体结构、实验条件和方案的输入、自动控制设计以及评估设计等重点部分的内容和格式,并给出了典型的设计示例。