基于OPM的新概念飞行器作战场景构建方法_林冰轩.pdf

收稿日期：2021-08-16修回日期：2021-10-28基金项目：装备发展领域基金资助项目（61403110103）作者简介：林冰轩（1990-），男，山东烟台人，助理研究员。研究方向：作战理论、新概念飞行器。*摘要：新兴技术的迅猛发展促进了新概念飞行器研发，不断提升作战场景构建的复杂度，需要运用架构方法进行基于模型的设计和分析。为明确新概念飞行器的结构和功能需求，提出基于对象过程方法论（OPM）的新概念飞行器作战场景构建方法，并以蜂群无人机协同超视距作战为例，说明该方法的有效性。基于 OPM 的蜂群无人机协同超视距作战场景，同时运用图形模式和文本模式两种方式，设计了在未来海上作战中使用小型、低成本、可消耗、可回收无人机，保持和增强空中力量，完成超视距对目标舰队打击。该场景构建方法使设计者从作战角度确定新概念飞行器的需求配置情况，提供了新的思路和实践指导。关键词：新概念飞行器；对象过程方法论；作战场景构建；蜂群无人机；超视距作战中图分类号：TJ06；E919文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1002-0640.2022.11.007引用格式：林冰轩，徐明兴，陈志刚，等.基于 OPM 的新概念飞行器作战场景构建方法 J.火力与指挥控制，2022，47（11）：36-41.基于 OPM 的新概念飞行器作战场景构建方法*林冰轩，徐明兴，陈志刚，刘晶（中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳621000）Construction Method of Operational Scenario forNew Concept Aircraft Based on OPMLIN Bingxuan，XU Mingxing，CHEN Zhigang，LIU Jing（China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang 621000，China）Abstract：Rapid develop ment of emerging technologies greatly promotes the research anddevelopment of new concept aircraft and continuously improves the construction complexity ofoperational scenarios.It is necessary to use architecture method for model-based design and analysis.To clarify the structure and functional requirements of the new concept aircraft，a new constructionmethod of operational scenario for new concept aircraft based on object process methodology（OPM）isproposed.The effectiveness of this method is illustrated by taking the over-the-horizon cooperativeengagement of swarm UAV as an example.Both graphic mode and text mode are used，this methoddescribes operating small，low-cost，consumable and reusable UAVs in naval operation to maintain andenhance the air force and to complete the over-the-horizon attack on the target fleet.This methodenables the designer to determine the requirement configuration status of the new concept aircraft fromthe operational view，and provides a new idea and practical guidance.Key words：new concept aircraft；object process methodology；operation scenario construction；swarmUAV；over-the-horizon operationsCitation format：LIN B X，XU M X，CHEN Z G，et al.Construction method of operational scenario fornew concept aircraft based on OPM J.Fire Control&Command Control，2022，47（11）：36-41.文章编号：1002-0640（2022）11-0036-06Vol.47，No.11Nov，2022火 力 与 指 挥 控 制Fire Control&Command Control第 47 卷第 11 期2022 年 11 月36（总第 47-）0引言随着新兴技术迅猛发展，人们对高精尖飞行器的需求日益迫切，促使了新概念飞行器的诞生，并成为国内外争相研究的热点问题1。新概念飞行器是目前正在研发阶段，集智能、变体、仿生、跨介质等新型技术于一身，其飞行原理和气动布局存在显著区别，具有创新性、高效性和时代性。基于作战场景的军事需求分析是推动新概念飞行器不断发展的“推进器”。由于新兴技术向军事领域的渗透，使作战场景的要素发生重大变化，面向新概念飞行器的作战场景研究逐渐引起人们的广泛关注。设计新型作战场景需要重点关注作战场景要素发生的变化，体现新技术的应用效果，呈现新概念飞行器的作战能力，反映作战域拓展延伸的现实。如何针对新概念飞行器的新特性，改进作战场景设计方法已成为新概念飞行器开发过程中必须面对的现实问题。1基于模型的作战场景构建1.1作战场景的概念内涵美军训练与条令司令部把作战场景（scenario）定义为“对未来时间框架下假设的冲突地区、环境、手段（政治、经济、社会、军事）以及事件的图形化和文字化描述”2。在我军军语体系中，传统上将“scenario”译作“想定”，具体定义为“按照训练课题对作战双方的企图、态势及作战发展情况，进行设想和固定的演习文书”3。根据“作战场景”的使用场合，参考国内外相关定义，可以初步认为“作战场景”是对实际或假想的作战活动进行的一种描述，一般应用于新型武器、新型作战概念等的论证分析之中，其描述形式除文书（自然语言）以外，还强调模型化，以便进行工程化开发。1.2作战场景的要素分析作战场景普遍用于新型武器装备、新型作战概念等设计论证，主要为相关设计论证提供输入背景，且随着设计论证的深入，作战场景可能还会作适应性的改进。因此，作战场景的内容不宜过细。参考构建互联网应用场景常用的六何分析法，即谁（Who）、什么时间（When）、在哪里（Where）、发生了什么（What）、为什么要这样（Why）、如何解决（How），并结合作战想定的主要要素，将作战场景的构成要素分为以下 5 个部分4-5：1）作战背景：介绍发生冲突的原因，阐明交战双方的企图，设定作战活动涉及的区域，明确该区域内环境条件。作战背景的主要目的是为场景设定一个时间、空间、过程、资源的范围边界。2）军事问题：结合作战背景，分析实现预定作战企图所面临的问题。问题来源包括环境、人员、装备、技术等方面。军事问题是开发新场景要解决的核心矛盾，其分析研判必须精准可靠。3）兵力部署：将作战企图转换为作战任务，介绍交战双方根据各自作战任务需要编配而成并具体执行作战任务的兵力组合，包括兵力编成、装备配置、敌我态势等情况。4）作战活动：主要描述完成作战任务所执行作战活动间的层次分解关系，以及作战活动间的输入和输出信息流，明确在作战体系中发挥作用的特定作战节点、信息交互关系及信息交换的细节，说明作战场景下事件序列的行动轨迹。5）能力需求：主要描述为了实现作战企图，作战体系或装备应具备的各种能力和子能力，包括能力定义、能力分类、子能力划分与从属关系等。通过对所有作战能力的分类、分解、分析和审查，可形成完整的能力需求。1.3作战场景的规范化描述传统的作战场景描述，一般采用文书或电子文本形式，主要存在以下局限：1）文件一致性差、准确度低；2）作战场景各主要要素之间无法实现追溯分析；3）难以描述作战活动和信息交互；4）大量文档难以进行管理维护；5）工程化转化和验证不易实施6-7。因此，急需采用一种一致性强、无歧义、规范化的标准化语言或建模框架来进行作战场景规范化描述。基于模型的系统工程方法（model based systemsengineering，MBSE）是实现上述目的的一种有效手段，其采取数字模型代替文本，可将描述系统的规划、需求、功能、性能、参数等全部转化为模型描述，支持系统需求分析、设计、实现、验证、优化和确认的模型化，为开展需求分析、系统设计和检验验证提供一体化的方法支撑8-10。据此，可对作战场景的构成要素采取数字模型的方法进行描述，具体模型包括：1.3.1高级作战概念模型高级作战概念模型包含内容有：任务、组织/装备/基础设施/信息资源、作战地域、作战要素关系线等。作战概念模型可以采用图示化建模方法，其中，作战地域一般用使命任务发生地域的地形图或地图来建模，组织/装备/基础设施/信息资源一般用象形图标标示在地图上的对应地理位置，关系用林冰轩，等：基于 OPM 的新概念飞行器作战场景构建方法371891（总第 47-）火 力 与 指 挥 控 制2022 年第 11 期有向箭头建模，任务用组织/装备/基础设施/信息资源以及它们之间关系的组合来表示任务的执行过程。1.3.2作战节点连接关系模型作战节点连接关系模型包含内容有：作战节点、信息交换线、作战活动、交换信息等。作战节点连接关系模型可以采用节点关联关系图建模，其中，作战节点一般用带文本的圆、椭圆、矩形活动图标表示，信息交换线用带箭头的直线、曲线或折线表示，作战活动可以作为作战节点的属性表示，也可以表示在图中，交换的信息表示在线上。1.3.3作战活动模型作战活动建模是采用流程图说明作战活动的交互关系，以及各项活动的输入、输出、机制等信息。作战活动模型可以采用状态转移图建模，有向箭头表示状态之间的转移关系，状态关联的作战活动可以表示在状态内部，形成状态的属性，状态转移的触发事件可以表示在状态转移关系连接线上。1.3.4能力需求模型能力需求模型可采用标准化建模语言，也可采用结构化列表的描述方式，用有向箭头表示能力需求与能力子项之间的支撑关系。能力需求建模是整个场景构建的输出端，对新概念武器装备的能力需求分类别梳理，支撑进一步开展专项技术分析。2基于 OPM 的作战场景构建方法MIT 的 Dori 教授于 2002 年提出一种通用系统建模方法：OPM（object-process methodology），对象过程方法论11。OPM 是 MBSE 两大核心语言之一，是一种系统建模范式，它描述了系统内两类要素：对象和过程。其概念非常简洁，只用了两个最基础的概念：带状态的对象（存在的事物）和改变对象状态的过程（包括创建和消除对象）。以对偶的方式对事物进行表达，能够同时运用图形和文字两种方式进行模型描述，图形和文字这两种方式完全可以互换，传递同样的信息。OPM 可以清晰地表达系统许多方面的重要特征，如拓扑关系、层次分解、元素接口和功能涌现等，支持从系统需求分析到系统集成的系统工程全过程建模12。与传统作战场景设计相比，基于 OPM 的作战场景构建具有以下优势：1）形成统一认知。基于 OPM 的