楊艾軍，馬勝輝，劉桂彬，高小敏

（1.解放軍炮兵學院，安徽 合肥 230031；2.解放軍75230部隊，廣東 韶關(guān) 312000）

未來的作戰(zhàn)大都是信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)[1]。聯(lián)合作戰(zhàn)具有參戰(zhàn)力量多元化、作戰(zhàn)空間多維化、作戰(zhàn)手段多樣化等特點，導致聯(lián)合作戰(zhàn)仿真規(guī)模大，需要借助計算機網(wǎng)絡(luò)進行分布式交互仿真，這就要求作戰(zhàn)模型具有良好的重用性和互操作性。

“軟件組件”（“組件”即“構(gòu)件”）以其良好的可重用性展示了一種嶄新的軟件設(shè)計思路，以組件對象為中心的設(shè)計方法把硬件以芯片為中心的設(shè)計思想恰如其分地融合于軟件的分析、設(shè)計與實現(xiàn)之中。本文采用COM組件技術(shù)進行基于“公共平臺”的炮兵行動模型構(gòu)件的開發(fā)，為聯(lián)合作戰(zhàn)仿真提供可“即插即用”的炮兵各級各類行動模型。基于構(gòu)件開發(fā)的行動模型具有規(guī)范的軍事需求、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和建模方法的一體化等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)仿真諸系統(tǒng)間的“互聯(lián)、互通、互操作”；可解決模型的標準化、模型重用性、模型的維護和更新等多年來困擾建模人員的若干重要難題。

1 可組構(gòu)的炮兵作戰(zhàn)行動建模

1.1 炮兵作戰(zhàn)任務(wù)分析

在聯(lián)合作戰(zhàn)中，炮兵部（分）隊承擔著各種各樣的任務(wù)行動，其任務(wù)由一定邏輯關(guān)系的子任務(wù)行動構(gòu)成，而各子任務(wù)行動又可具體化為炮兵基本行動序列。炮兵作戰(zhàn)行動種類繁多、層次各異，為便于分析各種炮兵作戰(zhàn)行動，可考慮對其實體行動進行分類描述。一般可分為兩個層面：一個是任務(wù)層面或作戰(zhàn)階段層面，從任務(wù)層面分有：進攻戰(zhàn)斗、防御戰(zhàn)斗、特殊戰(zhàn)斗，從作戰(zhàn)階段分有：戰(zhàn)斗準備階段、戰(zhàn)斗實施階段、戰(zhàn)斗結(jié)束階段。另一個是基本行動層面（動作層面），如機動、通信、偵察、開進/展開、占領(lǐng)發(fā)射陣地、占領(lǐng)觀察所、射擊、轉(zhuǎn)移、撤出陣地等[2]。如圖1所示為炮兵基本作戰(zhàn)行動用例圖，該用例圖表明了一次基本的炮兵戰(zhàn)斗行動包括開進/機動、通信、偵察、戰(zhàn)斗部署、射擊、轉(zhuǎn)移、撤出陣地等內(nèi)容，下面對相應的類分別進行描述。

作戰(zhàn)行動模型是軍事仿真模型的核心和基礎(chǔ)，在聯(lián)合作戰(zhàn)仿真中，炮兵行動模型是其必不可少的組成部分?？山M構(gòu)炮兵作戰(zhàn)行動建模的基本思路是：首先抽取出炮兵實體的最基本的作戰(zhàn)行動，建立基本行動類庫，而后通過調(diào)用庫中基本行動類來完成所有炮兵作戰(zhàn)行動，可理解為各種作戰(zhàn)行動都是由一定序列的基本行動組成的。這樣就實現(xiàn)了炮兵作戰(zhàn)行動描述的構(gòu)件化，可針對性地解決某類行動的描述方法問題。

1.2 炮兵作戰(zhàn)行動類的設(shè)計

為了實現(xiàn)最底層模型的可組構(gòu)和復用，我們需要構(gòu)建可組構(gòu)的作戰(zhàn)行動類庫。作戰(zhàn)行動類庫是對作戰(zhàn)實體基本行動層面上的描述，當然，基本行動只是個相對概念，它還可以包括緊密聯(lián)系的一組動作的集合，可以將其封裝在類里面，便于繼承和調(diào)用。下面對炮兵基本行動類進行詳細分析和設(shè)計[3]。

圖1 炮兵基本作戰(zhàn)行動用例圖

首先，在對典型的炮兵作戰(zhàn)行動進行分析的基礎(chǔ)上，抽象和歸納炮兵行動中相同和相近的描述內(nèi)容；其次，利用統(tǒng)一建模語言（UML）進行描述和分析，歸納和建立基本行動類及描述內(nèi)容，最后，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建炮兵基本行動類庫。

作戰(zhàn)行動類庫是行動類的集合，涵蓋了各種作戰(zhàn)行動的描述，同時，各個行動類之間還有繼承、聚集等關(guān)系，為此必須對類庫結(jié)構(gòu)進行精心設(shè)計，才能保證最大程度上實現(xiàn)對作戰(zhàn)行動描述的方便性、重用性，便于實現(xiàn)基于類庫模型驅(qū)動的實現(xiàn)。

類的設(shè)計應該根據(jù)炮兵所擔負的主要作戰(zhàn)任務(wù)和主要作戰(zhàn)行動樣式進行分析，可采用UML類圖描述，抽象歸納出類的種類、數(shù)量和結(jié)構(gòu)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上再進一步設(shè)計和實現(xiàn)類的具體內(nèi)容，利用 StarUML（TM）5.0可自動生成類框架文件。下面給出炮兵基本作戰(zhàn)行動類圖，如圖2所示。

圖2 炮兵基本作戰(zhàn)行動類圖

從圖2可看出，描述一個基本的炮兵戰(zhàn)斗行動通常需要使用七個基本的類，即機動類、通信類、偵察類、部署類、射擊類、轉(zhuǎn)移類、撤出陣地類。其中，部署類封裝了展開戰(zhàn)斗隊形、選擇占領(lǐng)炮陣地、選擇占領(lǐng)觀察所等內(nèi)容；射擊類包含火力運用的相關(guān)內(nèi)容，如炮火打擊、炮火準備、炮火支援、炮火掩護等使用時節(jié)。在其更為具體的作戰(zhàn)行動，如：對野戰(zhàn)陣地防御之敵進攻戰(zhàn)斗、對機動防御之敵的進攻戰(zhàn)斗、防御戰(zhàn)斗等的描述過程中，也離不開這七個基本行動類，這樣我們將其繼承到一個更為一般性描述的行動基類，其它行動描述直接在此基礎(chǔ)上繼承即可。

通過綜合對各作戰(zhàn)實體完成各類作戰(zhàn)任務(wù)的行動用例分析，然后再對行動類進行分析綜合，可以得到總的類庫結(jié)構(gòu)，圖3為炮兵作戰(zhàn)行動類庫結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 炮兵作戰(zhàn)行動類庫結(jié)構(gòu)示意圖

2 基于“公共平臺”的炮兵作戰(zhàn)行動構(gòu)件的設(shè)計[3]

2.1 作戰(zhàn)行動構(gòu)件設(shè)計思路

構(gòu)建作戰(zhàn)行動模型服務(wù)構(gòu)件庫是為了實現(xiàn)作戰(zhàn)行動模型在構(gòu)件層面上的可組構(gòu)。這里的服務(wù)構(gòu)件是特指某一類作戰(zhàn)實體封裝了作戰(zhàn)行動類庫中特定的類，具備了對一定行動過程描述的所有方法或者是封裝了比較獨立的特定行動過程，并以標準服務(wù)接口進行公布，在構(gòu)件的基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)按作戰(zhàn)實體分類進行作戰(zhàn)行動描述的可組構(gòu)。炮兵作戰(zhàn)實體一般可分為炮兵群、炮兵營、炮兵連、單炮四級，對炮兵群、營、連、單炮作戰(zhàn)實體分別封裝上述的基本行動類，形成封裝了基本作戰(zhàn)行動的一類作戰(zhàn)實體的構(gòu)件。構(gòu)件的調(diào)用是通過其定義良好的接口來實現(xiàn)，用戶并不需要考慮其實現(xiàn)的過程，因此在進行作戰(zhàn)行動模擬時，只需要根據(jù)作戰(zhàn)實體和作戰(zhàn)行動內(nèi)容動態(tài)調(diào)用相應的構(gòu)件就可以初步完成模型的組裝。

為了更好地實現(xiàn)重用，我們將作戰(zhàn)行動類庫進一步封裝，實現(xiàn)各種功能構(gòu)件，定義明確的接口和調(diào)用規(guī)范。比如不同作戰(zhàn)級別部隊機動，可使用相同的機動模型構(gòu)件服務(wù)，或通過重載函數(shù)的方式設(shè)置不同的參數(shù)來適應不同的仿真需求。另外，還要構(gòu)建模型運行的其他公共服務(wù)構(gòu)件，如數(shù)據(jù)庫訪問Agent組件、態(tài)勢顯示、標圖、文電、地形等基礎(chǔ)功能構(gòu)件來提供支撐服務(wù)。

2.2 基于“公共平臺”的炮兵行動模型構(gòu)件設(shè)計[5]

“公共平臺”是整個聯(lián)合作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的公共部分，既不是一個具體的功能系統(tǒng)，也不提供實際的應用操作功能，但它提供各個系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，提供形成具體應用操作所需的基本函數(shù)。進一步明確地講，“公共平臺”與具體應用的關(guān)系是這樣的：平臺提供基礎(chǔ)，“搭載”作為具體應用的程序“組件”構(gòu)成具體的系統(tǒng)。作為“組件”的任何一個應用程序均不能獨立運行，平臺雖然可以獨立運行，但不提供完整的具體應用。在保證“組件”接口不變的情況下，組件的功能更新不需要平臺做任何改動，同樣平臺升級也是如此。它作為一個通用技術(shù)框架集成了“HLA/RTI”和“Socket”組件，又能解決了互聯(lián)所需的“通信”與“交互”問題[5]。

基于“公共平臺”的炮兵作戰(zhàn)行動模型構(gòu)件可按上述思路進行設(shè)計，但是各炮兵行動構(gòu)件必須彼此獨立運行，確保其封裝性強，構(gòu)件相當于一個黑匣子，在平臺中以類的形式進行封裝，用戶為該類定義一個對象實例即可調(diào)用該構(gòu)件的功能服務(wù)?！肮财脚_”提供了一些基礎(chǔ)功能構(gòu)件，我們在進行行動構(gòu)件設(shè)計時，需明確調(diào)用的各種服務(wù)，如炮兵營兵力機動構(gòu)件設(shè)計需要用到平臺的很多服務(wù)，其功能結(jié)構(gòu)如圖 4所示。

3 基于“公共平臺”和COM技術(shù)的炮兵行動構(gòu)件開發(fā)

3.1 COM組件技術(shù)[6]

COM是一種先進的軟件建模思想，COM技術(shù)的產(chǎn)品—ActiveX控件和OLE組件是搭建高層體系結(jié)構(gòu)HLA的基礎(chǔ)之一。

按COM標準建立的組件對象模型就是COM組件，它由可執(zhí)行代碼組成，以動態(tài)鏈接庫的形式發(fā)布，遵循COM規(guī)范編寫的組件能滿足組件架構(gòu)的所有需要。

圖4 炮兵營兵力機動構(gòu)件功能結(jié)構(gòu)圖

COM組件具有平臺和語言的無關(guān)性、接口和實現(xiàn)分離以及支持“即插即用”（Plug and Play)等特點，是支持軟件復用的核心技術(shù)。COM組件程序的編寫采用類的多級繼承的方式來最終生成對象，因此，源代碼中關(guān)于類的描述代碼可以被程序員直接使用或較小地改動而使用，實現(xiàn)代碼級重用。同時它還可實現(xiàn)接口級重用和產(chǎn)品級重用。

組件技術(shù)[4]是用裝配可重用軟件組件的方法來構(gòu)造應用程序，是由面向?qū)ο蠹夹g(shù)發(fā)展而來的，它不僅具備對象的特性，而且還具有許多有益的擴充。與傳統(tǒng)的模塊調(diào)用不同，組件調(diào)用采用消息機制將構(gòu)件對象動態(tài)鏈接在一起，體現(xiàn)了組件之間的并行和分布式結(jié)構(gòu)；它封裝隱藏了組件的內(nèi)部數(shù)據(jù)、操作細節(jié)，組件之間通過確定的接口進行通信，組件內(nèi)部實現(xiàn)的變動不會影響到系統(tǒng)的其它部分。組件可以在跨越地址空間、網(wǎng)絡(luò)、語言、操作系統(tǒng)的異構(gòu)環(huán)境下被調(diào)用，或和其它組件協(xié)同工作，或組合構(gòu)造應用，互操作性好。因此，仿真對象組件化不但解決了仿真對象的重用和難于維護的問題，還增強了仿真對象在異構(gòu)平臺上的生存能力。

3.2 基于“公共平臺”的炮兵作戰(zhàn)行動構(gòu)件的開發(fā)[5]

任何仿真系統(tǒng)都可被分為公共部分和專用部分，對公共部分應選擇已有的通用框架的方式來實現(xiàn)，用于分析和解決仿真系統(tǒng)中的共同問題。對專用部分可依據(jù)現(xiàn)有的標準和模板，以功能部件（ActiveX控件和OLE組件）的方式來實現(xiàn)，用于分析和解決仿真系統(tǒng)中的特殊問題，這有事半功倍的好處。

它的技術(shù)方法：“平臺”+“構(gòu)件”?！皹?gòu)件”，組件、控件、插件、動態(tài)庫等需要搭載在其他程序上才能運行的功能程序（COM、DLL）；“平臺”，具備相應基本功能，能夠搭載組件運行，支持組件更新的框架性應用程序（EXE）。

它的技術(shù)路線：“先互聯(lián)，后系統(tǒng)”。首先利用“公共平臺”形成互聯(lián)的條件和基礎(chǔ)，然后開發(fā)相應的功能構(gòu)件搭載后形成系統(tǒng)。

其基本開發(fā)過程如圖5所示。

圖5 基于“公共平臺”的炮兵行動模型構(gòu)件開發(fā)流程圖

通過“公共平臺”構(gòu)件向?qū)傻臉?gòu)件工程項目結(jié)構(gòu)與生成的MFC DLL工程項目結(jié)構(gòu)基本一致，但具有兩個方面的特性，一是即插即用特性，二是具有“公共平臺”Windows資源和消息的共享機制。其中，Windows資源和消息的共享機制是用戶基于“公共平臺”進行二次開發(fā)的基礎(chǔ)，構(gòu)件表現(xiàn)出來的即插即用特性也是通過Windows資源和消息共享機制來實現(xiàn)的。

4 結(jié)束語

構(gòu)件技術(shù)越來越廣泛地應用于軍事仿真領(lǐng)域，文中可組構(gòu)行動建模方法更是構(gòu)件技術(shù)思想的縮影，建立仿真構(gòu)件或組件是實現(xiàn)互操作和可重用的基本手段和途徑。而“構(gòu)件+平臺”的系統(tǒng)開發(fā)模式也成為了主流，當前，很多作戰(zhàn)仿真模型都是在 “公共平臺”下進行開發(fā)的，這樣各軍兵種模型都可以以構(gòu)件的形式加載到平臺上去運行，實現(xiàn)真正的聯(lián)合作戰(zhàn)仿真。

[1]曾蘇南,李銀年. 一體化聯(lián)合作戰(zhàn)專題研究[M].北京:軍事科學出版社,2004.

[2]趙天翔,等. 炮兵戰(zhàn)術(shù)[M].北京:解放軍出版社,2001.06.

[3]曹占廣,馬亞平.組構(gòu)的作戰(zhàn)行動建模研究[J],系統(tǒng)仿真學報[J].2007,19(7):1421-1423.

[4]謝衛(wèi)平,等. 基于構(gòu)件技術(shù)的 HLA 仿真,計算機工程與應用[J],2002.03.115.

[5]馬亞平,李元. 一體化聯(lián)合作戰(zhàn)訓練信息系統(tǒng)公共平臺系統(tǒng)開發(fā)手冊[R]. 2007.

[6]張野鵬. 軍用仿真模型控件技術(shù)[M].北京:解放軍出版社,2004.