0 引　言

舰船装备研制是一项复杂的系统工程。在舰船设计过程中，对舰船设计方案进行系统科学的功效评价，能够识别分析各设计方案各指标性能对功效目标的满足度，从而为设计师提供方案决策指导和优化依据。构建科学合理的评价指标体系是进行功效评价的基础和前提，直接影响了综合评价结果的准确性。因此，开展舰船装备功效评价体系构建方法研究具有重要意义。

目前常用的指标体系构建方法有专家研讨法、系统分析法、文献调查法等。张磊等^[1]综合考虑舰船任务特点、动力系统使用管理经验等因素，构建了舰船动力系统使用效能指标体系。张修远等^[2]分析了气流场特性对舰载机起降作业的影响，构建了航母气流场评估指标体系。李琳琳等^[3]结合指挥控制系统的实际特点，运用专家研讨法构建了效能评估指标体系。范敏等^[4]通过全面的固有能力分析，构建了舰船系统固有能力评估指标体系。针对评估指标体系结构问题，GREEN等^[5]将效能度量指标分为四类：尺度参数、性能指标、效能指标、体系效能指标，并构建了各类指标之间的逻辑追溯关系。繁延平等^[6]定义了由单元级、平台级、系统级、体系级作战能力组成的武器装备体系作战能力架构。李宏伟等^[7]建立了基于“系统性能+固有能力+作战能力+作战适应性+体系对抗性”的效能评估指标体系架构。

然而，目前极少有专门研究指标体系构建问题的文献，研究人员大多将其视为功效评价的一个环节，重点关注于综合评价模型的构建，忽视了指标体系对功效评价的重要性。构建评价指标体系需要建立在对评价对象的需求、功能、逻辑和结构等有充分认识的基础上，传统指标体系构建方法过度依赖决策专家的主观经验，难免造成指标体系主观性强，稳定性差，合理性、完备性难以保证等问题。大型舰船的复杂系统特性对专家知识和经验提出了挑战，此时传统指标体系构建方法难以适用。此外，研究人员大多偏重于对理想状态下舰船固有能力的研究，而缺少面向实战化任务场景的需求分析，这就造成指标体系无法全面描述舰船实战化需求，进而导致设计考核条件下性能优良的舰船设计方案在实战条件下的功效不佳。

针对上述问题，本文围绕舰船功效评价体系构建目的，采用基于模型的系统工程思想（Model-Based Systems Engineering, MBSE），引入国防部体系结构框架（Department of Defense Architecture Framework, DoDAF）对舰船实战化需求进行建模分析，建立了基于DoDAF的舰船功效评价体系构建方法，可有效缩小设计考核条件与实战条件的差异，将实战条件下的功效评价提前到设计阶段，实现问题提前暴露、风险提前释放，从而提高舰船设计方案对实战化需求的满足度。

1 面向舰船实战化需求分析的DoDAF方法 1.1 实战化需求的概念内涵

实战化需求是作战活动要素在实战化任务场景下的实例化，主要包括使命任务、作战样式、作战活动、活动主体、作战资源、作业环境、作业规则、预期效果等。因此，基于面向实战思想进行如下拓展：

1）由特定使命任务拓展到全使命任务；

2）由特定作战样式拓展到全作战样式；

3）由特定作战活动拓展到全作战流程；

4）由特定作业工况拓展到全作业工况；

5）由特定作业环境拓展到实战环境条件。

综上，本文将实战化需求的概念内涵总结为：舰船在全使命任务、全作战样式、全作战流程、全作业工况、实战环境条件下作战任务能力的预期效果。

1.2 基于DoDAF的舰船实战化需求分析方法

大量工程实践案例研究表明，MBSE是应对系统复杂性的有效手段^{[8 − 10]}。除了Harmony SE、MagicGrid等主流MBSE方法论外，研究人员考虑到DoDAF对复杂系统具有强大的建模分析能力，提出了基于DoDAF的MBSE方法论^[11]。

1.2.1 DoDAF概述^{[12 - 13]}

DoDAF是体系结构开发顶层的、全面的框架，提供了体系结构开发的规则和指南。DoDAF能够满足不同领域、不同专业的人员在统一规范、指南的约束下，建立全方位、多视角的体系结构模型，保障用户、设计和决策人员对舰船装备有全面、统一的认识，在此基础上有针对性地将体系结构描述的重要信息传递给特定人员，实现有序的信息共享，从而提高关键决策的能力。DoDAF从以产品为中心转变为以数据为中心，在保证体系结构描述一致性的同时，还能够捕捉所有基本数据的关联，因而能够为需求分析、体系评估等任务提供支持。DoDAF没有限制模型的实现方式，没有规定最小产品集，也没有指定开发体系结构的具体方法论，体系结构设计人员要根据体系结构建模的目的确定需要建立的模型及建模的流程，因此，基于DoDAF开发体系结构具有较强的灵活性。

1.2.2 舰船实战化需求分析的DoDAF建模流程

DoDAF要求体系结构设计人员根据建模目的灵活确定建模范围及流程^[13]。本文探索面向实战化需求的舰船功效评价体系构建方法，因此体系建模目的是全面描述舰船的使命任务、作战样式、作战流程、作业规则、环境条件、作战资源流以及系统组成、系统结构、系统功能、系统资源流等要素，为决策人员提供全面统一的认知和可视化的信息支持，在此基础上提取舰船功效评价的影响因素，为评价体系提供指标来源。

通过对DoDAF元模型的分析研究，建立基于功效六元组（活动、执行者、资源、规则、条件、预期目标）的形式化描述，作为体系建模模型选用的依据。通过DoDAF模型将功效元素搜集、组织并关联起来，为后续指标提取奠定数据基础。

任务功效的形式化描述定义为：

任务功效=<活动，组织，资源，规则，条件，预期目标>

系统功效的形式化描述定义为：

系统功效=<功能，系统，资源，规则，条件，预期目标>

通过对DM2数据词典的分析研究，梳理与功效要素紧密关联的DoDAF模型，如表1所示。

文献[14]提出了以活动为中心的体系结构模型开发方法，在开发体系结构模型的过程中，以对象系统需要执行的活动和应该具备的功能为中心，将与活动和功能相关的体系结构信息搜集、组织并关联。文献[15]根据基于活动的方法论，提出了基于核心体系结构数据的体系结构设计方法。文献[11]提出了基于DoDAF的MBSE方法，在体系结构建模过程中逐步梳理出作战需求、功能需求、系统需求。在此基础上，本文建立面向舰船实战化需求分析的DoDAF建模流程，如图1所示，全面描述舰船实战化需求要素，为后续功效评价指标提取奠定模型和数据基础。

1）AV-1，AV-2

AV-1综述和概要信息模型，以标准化的格式描述项目信息，使相关人员迅速掌握项目核心内容，为项目研究提供指导。AV-2综合词典，定义体系建模过程中的相关数据，形成数据词典。

2）CV-1

CV-1能力构想模型，描述舰船整体的能力构想，即实战化的预期目标。

3）OV-1

OV-1顶层作战概念图，宏观描述舰船使命任务，界定体系结构范围，识别体系结构重要实体和作战概念，同时描述系统与上下文之间的交互，为后续建模提供作战想定。

4）OV-4，OV-5a

OV-4组织关系图，描述舰员的组织结构及其相互关系，对角色间的指挥协同关系进行建模。OV-5a作战活动分解树，描述舰船为完成担负的使命任务所需执行的作战活动。

5）OV-2，OV-5b，OV-3

OV-2作战资源流表述模型，描述舰船作战节点、活动、角色实体之间的资源交互，对活动的逻辑需求进行建模，表征体系结构在空间域上的分布。OV-5b作战活动模型，详细描述舰船的活动要素，包括活动主体、资源流、作业环境、作业规则、预期效果以及活动之间的隶属关系。OV-3作战资源流矩阵，根据OV-2自动生成。

6）OV-6a，OV-6b，OV-6c

OV-6a作战规则模型，描述舰船各作战活动的约束条件和作业规则。OV-6b作战状态转换模型，描述舰船作战状态随事件的转变规则，捕捉作战活动的约束条件。OV-6c作战事件跟踪模型，对作战事件及体系结构行为进行详细描述，表征体系结构在时间域上的分布。

7）SV-4a，SV-1a

SV-4a系统功能组成，描述舰船为完成作战活动所需执行的系统功能。SV-1a系统组成模型，界定舰船系统范围，定义舰船系统实体，描述系统与上下文之间的交互，捕获系统资源流需求。

8）SV-4b，SV-1b

SV-4b系统功能模型，详细描述舰船的系统功能要素，包括功能主体、资源流、运行环境、运行规则、预期效果以及功能之间的隶属关系。SV-1b系统接口描述模型，描述舰船系统节点、功能、系统实体之间的资源交互，对功能的逻辑需求进行建模，表征舰船系统在空间域上的分布。

9）SV-10a，SV-10b，SV-10c

SV-10a系统规则模型，描述舰船各系统功能的约束条件和运行规则。SV-10b系统状态转换模型，描述舰船功能状态随事件的转变情况，捕获系统功能的约束条件。SV-10c系统事件跟踪模型，对事件及系统行为进行详细分析，表征系统功能在时间域上的分布。

10）SV-5a，SV-5b

SV-5a系统功能与作战活动跟踪矩阵，描述舰船作战活动与系统功能之间的映射关系，同时检验OV-5a和SV-4a的一致性、完备性、冗余性。SV-5b系统与作战活动跟踪矩阵，描述舰船作战活动与系统实体之间的映射关系，系统实体是系统功能的载体，彼此之间也存在映射关系，因此，SV-5a、SV-5b、SV-1a之间形成闭环，通过互相检验可以保证体系结构模型的一致性和完备性。

11）CV-2

CV-2能力分类模型，描述舰船装备能力的层次结构，即能力指标体系。

12）CV-6，CV-5

CV-6能力与作战活动映射模型，描述能力与作战活动之间的映射关系。CV-5能力与组织发展映射模型，描述能力与组织之间的映射关系，CV-5、OV-5b、OV-4之间互相检验。

2 面向实战化需求的舰船功效评价体系构建方法 2.1 舰船功效评价体系框架定义

舰船功效评价是评价舰船在特定条件下对一组任务要求的满足程度。参考单项效能-系统效能-作战效能的效能评估框架^[5]，提出舰船功效评价体系框架（见图2），将功效评价体系分为系统性能和任务功效2个层次。系统性能层分为单个性能指标层和综合性能指标层，分别用于单项评估性能指标对预期目标的满足程度以及综合评估系统性能对预期目标的满足程度。任务功效层分为子任务功效层、任务功效层和全任务功效层，分别用于评估舰船子系统对子任务能力预期目标的满足程度，以及舰船系统对某一特定任务和全使命任务能力预期目标的满足程度。该框架能够有针对性地评估舰船面向不同层次任务的功效。

2.2 基于DoDAF的舰船功效评价指标提取

DoDAF对模型的实现方式没有限制，通常在结构化建模范式下，作战活动模型（OV-5b）、系统功能模型（SV-4b）可运用IDEF0方法构建。IDEF0来源于SADT方法（System Analysis and Design Technology, SADT），是一种结构化的系统分析方法，采用自顶而下逐层分解的方式描述复杂系统的功能活动及其联系^[16]。

IDEF0模型由一系列图形组成，其中输入输出箭头是活动（功能）消耗和产生的资源，描述活动（功能）的内容是什么（what），控制箭头描述活动（功能）状态变换的条件，如环境条件、作业（运行）规则，表明为何这么做（why），机制箭头描述活动（功能）的执行者，表示如何做（how）。

DoDAF 2.0概念数据模型^[12]如图3所示，其中与“能力”相关的实体包括活动、执行者、资源，活动的执行需要能力的支撑，DoDAF将能力定义为执行者在特定环境条件和作业规则的约束下执行某一活动，并达到预期效果的本领，即：

$ \begin{split} C =& \left\{ {C{\rm{Name}},} \right.{\rm{CID}},C{\rm{Activity}},C{\rm{Performer}},{\rm{TResource}},\\ &C{\rm{Environment}},C{\rm{Rule}},\left. {C{\rm{DesiredEffect}}} \right\} \end{split} $

用IDEF0方法的规则来描述能力的概念，可推出适应目的的IDEF0活动模型结构，如图4所示。IDEF0活动模型包含了能力的全部要素，每个模型都对应了一个能力单元，由活动模型梳理的能力是任务能力，对应于舰船功效评价体系框架中的3个任务功效层，活动与子活动之间的层级关系对应于任务能力与子任务能力之间的层级关系，活动之间的依赖和分类关系对应于任务能力与子任务能力之间的依赖和分类关系。根据作战视点和系统视点核心实体间的映射关系，同理可推出适应目的的IDEF0功能模型结构。

3 示　例 3.1 航母舰载机调运作业模型

以美国“尼米兹”级航空母舰为研究对象，以舰载机调运作业为示例，进一步阐释舰船功效评价体系构建方法。由于篇幅所限，仅给出部分模型。

1）OV-1，舰载机调运作业指依据飞行计划，将舰载机高效、安全地转运到起飞站位、保障点或停机位。

2）OV-4，舰载机调运作业由牵引小组、升降机操作员等共同完成，牵引小组包含指挥引导员、安全员、司闸员、系留员、轮挡员、牵引车司机等角色。

3）OV-5a，舰载机调运作业分解为指挥引导、系留与解系留、机库水平转运、升降机垂直转运、飞行甲板水平转运等活动。

4）OV-5b，对舰载机调运作业进行逻辑建模，以活动节点为单元捕获实战化任务场景下的需求要素，从而提取任务功效指标，如图5所示。OV-5b还可以进一步细分为元活动，以分解捕获更详细的实战化子任务需求要素及功效指标。

5）SV-4a，舰载机调运系统具有空间保障功能、系留功能、水平转运功能、解系留功能、垂直转运功能。

6）SV-1a，舰载机调运系统组成包括指挥引导设备、转运通道、系留设施、牵引车、飞机升降机等。

7）SV-4b，对舰载机调运系统进行逻辑建模，以系统功能为单元捕获实战化的系统需求，从而提取系统功能/性能指标，如图6所示。SV-4b还可以进一步细分为子功能，以派生出更详细的实战化系统技术要求。

8）SV-1b，描述系统节点、功能、系统实体之间的相互关系及资源交互，主要对功能的逻辑需求进行建模，表征系统在空间域上的分布，为舰载机调运系统功能/性能需求分析提供支撑，如图7所示。

通过DoDAF作战视点OV和系统视点SV各模型的迭代开发、相互验证，有效保证了舰船实战化需求要素的完备性、一致性及可追溯性，从而提高了舰船功效评价指标的完备性及合理性。

3.2 航母舰载机调运功效评价指标体系

基于航母舰载机调运作业模型提取功效指标及性能指标，将其按照定义的舰船功效评价体系框架组织并关联，构建舰载机调运功效评价体系。如图8所示，指标体系中每个能力指标都来源于OV-5b中相应的IDEF0活动模型，每个性能指标都来源于SV-4b中相应的IDEF0功能模型以及SV-1b中逻辑交互数据。因此，验证了所提方法能够保证舰船功效评价体系的完备性和合理性。

4 结　语

在分析舰船实战化需求内涵的基础上，建立了适应舰船功效评价体系构建目的的DoDAF建模方法；构建了舰船功效评价体系框架，建立了基于DoDAF模型的舰船功效评价指标提取方法。该方法提高了舰船功效评价体系与实战化需求的匹配度，改善了指标体系的完备性和合理性，对于提高舰船设计方案对实战化需求的满足度，提升舰船装备作战效能具有重要意义。