0 引　言

现代海上战争模式正在发生显著的变化，朝着对抗方式体系化、装备样式有人/无人协同化的方向发展，体系化作战、体系化保障、体系化评估越来越成为当前作战体系研究的关键问题^[1]。

作为海上有人/无人协同作战体系中重要的一环，水面无人艇（Unmaned Surface Vehicle，USV）凭借其机动性好、自持力强的特点，应用越来越广泛^[2]。但是水面无人艇航行自动化、功能集成化的特点对其平台系统的可靠性、稳定性要求较高，给装备保障工作带来了巨大的挑战。传统的水面舰船维修保障体系无法满足其高效保障的要求，亟需建立与水面无人艇装备体系相匹配的装备保障体系。

本文针对水面无人艇的装备保障体系，结合其使命任务需求和自身特性，基于DoDAF2.0（Depart of Defense Architecture Framework）框架开展装备保障体系的设计、仿真以及评估研究。

1 装备保障体系内涵及其研究现状 1.1 内　涵

近年来随着体系工程的不断发展，除了对装备本身的研究以外，越来越多的学者开始关注装备的保障问题，逐渐将装备保障上升到体系的高度，并从多个角度对装备保障体系给出了定义^[3]。徐玉国等^[4]对装备维修保障体系作了如下定义：装备维修保障体系是以装备使用单位、维修单位、库存仓库和备品供应商为节点，以连接这些节点的信息流、物流、指挥控制流为边构成的网络。体系化保障的目的则是建立与装备体系相适应的装备保障系统，为装备提供全方位、全流程的保障，共同形成战斗力。

1.2 研究现状

根据《中国人民解放军军语》的定义，装备体系通常由战斗装备、综合电子信息系统以及保障装备3部分构成^[5]。李栋等^[6]建议将装备的保障系统看作一个体系，即将保障体系作为装备体系的保障分体系，借鉴装备体系的研究方法对装备保障体系进行分析。闫旭等^[7]借鉴装备体系设计的思想，基于DoDAF框架和SysML语言（Unified Modeling language），对直升机整个维修保障活动建立详细统一和视图化描述，分析了维修保障信息系统的体系架构。刘文开等^[8]参照作战体系运行OODA（Observe-Orient-Decide-Act）环理论，构建了装备保障体系AODA（Analyse-Orient-Decide-Act）环运行的概念模型，定性地研究了装备保障体系运行的过程。

在具体研究内容上，与装备体系相同，装备保障体系的研究热点主要集中在体系的构建、推演以及评估方面。在体系构建方面，目前主要有基于复杂网络理论的方法^[9]和基于多智能体模型^[10]的方法；在仿真推演方面，目前主要有兵棋推演^[11]和数字孪生方法^[12]；在评估评价方面，目前主要有ADC（Availability-Dependability-Capability）、层次分析法、模糊评判法和神经网络法等方法^[13]。

2 水面无人艇装备保障体系的研究方法及流程 2.1 研究思路

由于海上战争局势和战场环境的动态变化，水面无人装备体系正处于快速发展、不断更新的状态。相应的，装备保障体系的构建也应该是一个螺旋式演进的动态过程，需要经历“体系设计-体系验证”的多次闭环迭代。

本文遵循体系工程的 “流程贯通和数据驱动”^[14]原则，借鉴DoDAF2.0框架在装备体系设计上的思路，面向水面无人艇典型的维修保障应用场景，按照“使命任务牵引-作业流程分析-能力需求分解-体系构建-仿真推演-综合评估”的模式，采用SysML语言构建水面无人艇的装备保障体系模型，并提出仿真推演的要素、流程和综合评估的指标体系。

2.2 典型维修保障应用场景

水面无人艇在海上执行任务过程中，主机某个喷油器雾化不良导致主机排温高，水面无人艇的艇端监控系统发出故障报警，岸舱中心的指控系统接收并处理由卫星传回来的故障信号，保障系统迅速组织远程支援专家进行故障诊断并生成维修方案，经批准后由现场维修工程师携带器材跟随支援母船开展维修作业活动，直到故障排除。

2.3 建模-仿真-评估基本流程

水面无人艇装备保障体系结构复杂，涉及到的节点要素多，按照DoDAF2.0六步设计法，选取能力视图（CV）、全景视图（AV）、任务视图（OV）和系统视图（SV），对水面无人艇装备保障体系进行描述，建模-仿真-评估的基本流程如图1所示。

3 水面无人艇装备保障体系建模 3.1 顶层需求和结构组织建模

1）能力愿景视图CV-1

进行利益相关者分析和使命任务需求分析，规划能力域，构建能力愿景视图CV-1，如图2所示。

利益相关者主要是指水面无人艇的使用方，即岸舱中心的指控系统，主要需求是排除故障，保障水面无人艇的正常运行。根据利益相关者对保障体系的需求描述，结合具体应用场景，进一步分解、转化为水面无人艇保障体系的功能需求元素，主要包含状态监控、信号传输、故障诊断、器材筹备、上舰维修等5个能力需求。

2）能力-组织映射视图CV-5

根据顶层需求分析，按照能力愿景的满足情况，以用例图的形式构建任务场景，并对各个节点的能力进行部署映射，如图3所示。

其中，节点主要包括使用方和维护方，其中使用方主要是指岸舱中心的指控系统、保障系统，维护方主要是指远程支援专家和现场维修工程师。视图中每一个用例均与需求相对应，并与CV-1的需求元素建立关联，从宏观的角度描述水面无人艇保障体系的活动，包括其保障行为和边界。

3.2 体系的方案建模

1）综述与概要信息模型AV-1

根据顶层需求和组织结构，构建综述与概要信息模型AV-1，概览性的对保障体系进行描述，如表1所示。

通过AV-1模型的开发，进一步对水面无人艇装备保障体系模型的开发背景、范围、目的、工具方法以及整体流程等进行限定和描述，为后续其他视图模型的设计和开发奠定了基础。

2）高级作战概念图OV-1

根据综述及概要信息模描述，构建高级作战概念图OV-1，以图像和文字的形式，完整直观地梳理体系信息、描绘维修保障任务设想，如图4所示。

该图主要涉及到维修任务流程和参与节点单元，涉及到的体系节点有水面无人艇、支援船、卫星、岸舱指控系统、岸舱保障系统、岸舱器材仓库、现场维修工程师、远程保障专家。

典型的保障任务流程为含故障信号的运行状态信息从水面无人艇监控平台发送至卫星，再由卫星发送到岸舱指控中心，岸舱指控中心将故障信息传送给岸舱保障中心，后者发布维修保障需求，远程保障专家通过综合诊断、分析生成维修方案，现场维修工程师从岸舱器材库调用器材，跟随支援保障船实施维修作业。

3）组织关系图OV-4

根据背景任务和节点的设定，构建组织关系图OV-4以梳理组织关系，对水面无人艇装备保障体系的任务节点、组织和人员之间的结构及其隶属关系进行描述，如图5所示。

其中，岸舱指控系统、岸舱保障系统和岸舱器材仓库隶属于岸舱中心，岸舱指控系统可以指挥调度水面无人艇和支援船，岸舱保障系统可以指挥调度远程支援专家和现场维修工程师。

4） 资源流图OV-2

水面无人艇装备保障体系的信息资源流图 OV-2如图6所示，其中节点和节点之间的连线表明系统之间信息传递流向。

5）作业活动模型OV-5b

按照“始于需求-终于需求”的原则，构建作业活动模型OV-5b，通过逐级分解和细化各个活动，以层次、流程的形式描述各节点的职责和活动关系，如图7所示。

3.3 体系的功能描述建模

根据前面列举的功能和系统需求，构建作业活动模型OV-5的系统-活动矩阵，以验证体系方案的覆盖性满足要求，如图8所示。

4 水面无人艇装备保障体系仿真推演 4.1 仿真推演要素

在水面无人艇装备保障体系模型建立过程中，活动-系统矩阵视图SV-5只是从需求满足的角度，检查了体系的完整度，并未涉及到整个保障体系的集成验证。因此在体系方案模型的基础上，可以采用Telelogic SA（System Architect）等工具，基于DoDAF框架，从任务视图、系统视图以及技术视图等多个角度，对维修保障任务进行分解，从而进行全面的集成验证，需要涵盖的验证功能如图9所示。

1）保障需求推演。基于水面无人艇的作战使用场景、设计技术特征，综合考虑保障模式、保障力量、保障资料、以及保障设施，推演水面无人艇保障性设计要求以及在役保障活动需求，为保障体系的设计和建设提供验证。

2）保障资源规划。基于水面无人艇的使用场景和装备完好性要求，进行人员力量规划、备品器材规划、技术资料规划、操作及维修训练规划、储运规划以及计算机资源保障规划。

3）保障方案策划。基于水面无人艇的保障需求和保障资源，进行保障方案的策划、保障力量部署，并进行全局态势显示。

4）保障过程仿真。基于保障性设计方案，在计算机上开展在役保障活动方案的保障过程仿真，主要包括保障活动模拟、保障过程仿真及动态显示。

4.2 仿真推演流程

水面无人艇装备保障体系典型的仿真推演流程如图10所示。

首先，在仿真推演系统内，模拟水面无人艇艇端技术状态监控，发出故障报警信号，该信号经卫星传输到岸舱指控系统，经分解后故障信号传送到岸舱保障系统，岸舱保障系统识别故障信号生成维修保障需求分析报告；并实时规划调用保障资源生成保障资源规划报告；经远程支援专家的分析诊断，生成水面无人艇自主航行靠港检修和调度支援船进行海上检修2种方案；在仿真系统内，以战场环境、自然环境等限制条件，以维修工期、成本、效率的为指标，对这2种实施方案的过程进行仿真推演，并生成仿真分析报告，支撑保障方案的优选。

5 水面无人艇装备保障体系综合评估 5.1 可靠性-能力-效能综合评估内涵

对于武器装备体系而言，目前主要采用体系贡献率来进行评估，例如舰船装备体系贡献率是指“单艘舰船在某个装备体系或力量体系中，对该体系完成使命任务所发挥的作用”^[15]。装备体系贡献率可以从体系结构、体系能力、任务效能、支撑技术、经济成本几部分进行度量，考虑到体系的复杂性以及武器装备的使命特殊性，目前研究比较多的是体系能力和效能。

参照武器装备体系的评估方法，对水面无人艇装备保障体系的能力和效能做如下定义：装备保障能力是指该体系为完成保障任务，达到预期效果所应具备的各项能力；装备保障任务效能是指该体系在特定条件下完成修理、补给等指定任务的程度，是一个整体性、动态性和对抗性的概念。与装备体系相同，装备保障体系中各个组成部分不能只是简单叠加，而是相互作用以支撑保障体系的高效运用。

5.2 能力-效能综合评估指标体系

参照体系贡献率的评估框架，以ADC模型为基准，构建水面无人艇装备保障体系的可靠性-能力-效能综合评估指标体系，如图11所示。

其中，可靠性指标属于定量指标，包含可用度和可信度。可用度是指水面无人艇装备保障体系在进行某项保障任务时，体系本身处于能运用的概率；可信度是指水面无人艇装备保障体系完成某项保障任务的过程中，体系本身从某种状态转移到另一种状态的概率。

能力指标属于定性指标，包含固有能力和环境适应能力。固有能力是指水面无人艇装备保障体系在所处状态下完成任务的能力；考虑到有人/无人协同作战体系的复杂作战环境因素，在此基础上增加环境适应能力，以度量体系水面无人艇装备保障体系对于动态变化环境的适应能力。

效能指标属于定量指标，包含人员效能、维修维护效能、器材供应效能。人员效能偏向于在保障任务过程中，对岸舱中心、远程支援专家以及现场维修保障工程师的决策、作业过程进行度量；维修维护效能和器材供应效能则偏向于从水面无人艇装备完好性的角度，对维修保障作业活动结果进行度量。

6 结　语

本文围绕水面无人艇的维修保障任务需求，采用MBSE方法，基于DoDAF2.0框架，选取合适的视角构建了与装备体系相符的水面无人艇装备保障体系模型，实现了保障需求-能力的闭环验证，并提出了仿真推演的要素、流程，构建了可靠性-能力-效能综合评估指标体系，为后续水面无人艇装备体系和装备保障体系的协同设计和高效运用奠定基础。