柯宏發(fā)， 郭道通， 陳典斌， 祝冀魯

(1. 裝備學院裝備試驗系， 北京 102206； 2. 裝備學院研究生管理大隊， 北京 101416)

基于集成的信息系統(tǒng)體系成熟度評價方法

柯宏發(fā)1， 郭道通2， 陳典斌2， 祝冀魯1

(1. 裝備學院裝備試驗系， 北京102206；2. 裝備學院研究生管理大隊， 北京101416)

針對信息系統(tǒng)發(fā)展水平評價問題，提出了一種基于集成的信息系統(tǒng)體系成熟度評價方法。將信息系統(tǒng)體系成熟度分解為技術(shù)、互操作和互認知3個成熟度分量，介紹了體系成熟度評價的基本框架和思路，建立了信息系統(tǒng)體系成熟度的加權(quán)評價模型；構(gòu)建了系統(tǒng)互操作和互認知成熟度等級評價模型，在考慮分系統(tǒng)集成成熟度約束的基礎(chǔ)上，建立了信息系統(tǒng)互操作成熟度和互認知成熟度評價模型；在考慮單項技術(shù)集成的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了分系統(tǒng)技術(shù)成熟度、信息系統(tǒng)技術(shù)成熟度評價模型；最后，通過防空裝備信息系統(tǒng)成熟度評價實例驗證了該方法的合理性和有效性。

體系成熟度； 信息系統(tǒng)； 互操作； 互認知； 技術(shù)成熟度； 集成成熟度

軍事信息系統(tǒng)是信息化條件下聯(lián)合作戰(zhàn)體系的中樞神經(jīng)，通過信息系統(tǒng)獲取、處理、存儲和共享信息等，實現(xiàn)作戰(zhàn)要素高度融合、信息資源高效利用，從而生成裝備體系作戰(zhàn)能力。因此，信息系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)、集成生產(chǎn)、試驗與評價等水平或?qū)哟?，對武器裝備體系建設(shè)至關(guān)重要。自20世紀70年代前后技術(shù)成熟度等級提出以來，結(jié)合裝備建設(shè)研制管理的實際，國內(nèi)外研究者[1-7]在成熟度評價方面取得了很多的研究與應(yīng)用成果，提出了技術(shù)成熟度、系統(tǒng)技術(shù)成熟度和體系技術(shù)成熟度等評價模型。

信息系統(tǒng)體系成熟度是指在集成生產(chǎn)、試驗與評價、使用保障等階段，體系發(fā)展演化等預期建設(shè)目標的實現(xiàn)水平或?qū)蛹?。體系成熟度評價就是估計信息系統(tǒng)對預期建設(shè)目標的滿足程度，通常采用系統(tǒng)化、等級化的度量等級進行判斷，并以此反映當前狀態(tài)在信息系統(tǒng)發(fā)展演化過程中所處的階段。從物理域、信息域、認知域和社會域的行動反應(yīng)角度，軍事信息系統(tǒng)將偵察裝備、通信裝備和導航武器等各類信息化資源有機交聯(lián)在一體，呈現(xiàn)集成性、融合性、滲透性和增值性等特征，使得上述成熟度評價模型很難涵蓋信息系統(tǒng)的認知域、社會域等特征。為此，筆者提出一種基于集成的信息系統(tǒng)體系成熟度評價方法，并通過實例驗證該方法的合理性和有效性。

1 基于集成的體系成熟度評價框架和思路

1.1體系成熟度評價框架

信息系統(tǒng)是由信息收集、信息融合和信息分發(fā)等多個分系統(tǒng)組成的“系統(tǒng)體系”，其復雜度高、綜合性強，分系統(tǒng)與分系統(tǒng)之間的交聯(lián)橫跨物理、信息、認知和社會等領(lǐng)域，各個分系統(tǒng)的論證、研制和試驗等發(fā)展演化是一系列不同步的周期模型。因此，隨著時間的推移，信息系統(tǒng)體系成熟度模型需要涵蓋并綜合上述4個領(lǐng)域的特點和要求。筆者通過劃分信息系統(tǒng)體系成熟度的不同層次，建立了基于集成的信息系統(tǒng)體系成熟度評價框架，如圖1所示。

圖1 基于集成的信息系統(tǒng)體系成熟度評價框架

假設(shè)信息系統(tǒng)由n個分系統(tǒng)組成，共涉及m項關(guān)鍵技術(shù)，各關(guān)鍵技術(shù)基于多對多的映射關(guān)系支撐各分系統(tǒng)，圖中的“×”表示關(guān)鍵技術(shù)對相應(yīng)分系統(tǒng)的支撐關(guān)系。從單項技術(shù)成熟度到分系統(tǒng)技術(shù)成熟度、再到信息系統(tǒng)體系成熟度，從分系統(tǒng)互操作成熟度和分系統(tǒng)集成成熟度到分系統(tǒng)互操作成熟度，從分系統(tǒng)互認知成熟度和分系統(tǒng)集成成熟度到互認知成熟度，都是一種逐層支撐的關(guān)系。

1.2體系成熟度評價思路

由圖1可知：信息系統(tǒng)體系成熟度主要通過互操作、互認知和系統(tǒng)技術(shù)3種成熟度進行表征，這3種成熟度取決于n個分系統(tǒng)的互操作、互認知和技術(shù)成熟度，分系統(tǒng)技術(shù)成熟度又取決于相應(yīng)支撐的單項技術(shù)成熟度和技術(shù)集成成熟度。

采用目前的分級量化形式分別對各個層次的成熟度進行評估，其等級分別對應(yīng)相應(yīng)的風險，即成熟度等級越高，風險越低；反之也成立。評價模型中利用符號表示成熟度等級：體系成熟度等級、互操作成熟度等級、互認知成熟度等級和系統(tǒng)技術(shù)成熟度等級的表示符號分別為SSRL(SoS Readiness Level)、IORL(Interoperability Readiness Level)、MCRL(Mutual Cognition Readiness Level)和STRL(System Technology Readiness Level)；分系統(tǒng)互操作成熟度等級、分系統(tǒng)互認知成熟度等級、分系統(tǒng)技術(shù)成熟度等級和分系統(tǒng)集成成熟度等級的表示符號分別為SIORL(Subsystem Interoperability Readiness Level)、SMCRL(Subsystem Mutual Cognition Readiness Level)、SSTRL(Subsystem Technology Readiness Level)和SSIRL(Subsystem Integration Readiness Le-vel)；技術(shù)成熟度等級和技術(shù)集成成熟度等級的表示符號分別為TRL(Technology Readiness Level)和TIRL(Technology Integration Readiness Level)。

信息系統(tǒng)由n個分系統(tǒng)組成，分系統(tǒng)之間存在兩兩交互關(guān)系，由圖1所示的多層次評價框架可知：信息系統(tǒng)體系成熟度基于互操作、互認知和技術(shù)成熟度三者的相對重要性(分系統(tǒng)之間權(quán)重可采用網(wǎng)絡(luò)化層次分析法進行計算)，通過對互操作成熟度等級、互認知成熟度等級和技術(shù)成熟度等級進行聚合得到；這3種成熟度等級又在考慮分系統(tǒng)集成成熟度的基礎(chǔ)上，通過對下層分系統(tǒng)互操作、互認知和技術(shù)成熟度等級進行聚合；分系統(tǒng)技術(shù)成熟度等級又可以通過單項技術(shù)成熟度等級和技術(shù)集成成熟度等級進行聚合得到。

1.3體系成熟度評價步驟

根據(jù)上述體系成熟度評價框架和思路，信息系統(tǒng)體系成熟度評價可分為如下8個主要步驟：1)確定信息系統(tǒng)的主要分系統(tǒng)組成及關(guān)鍵技術(shù)；2)分析信息系統(tǒng)的互操作成熟度、互認知成熟度和技術(shù)成熟度之間的相對重要性，基于網(wǎng)絡(luò)化層次分析法求解權(quán)重向量；3)分析各分系統(tǒng)內(nèi)部技術(shù)結(jié)構(gòu)及集成關(guān)系，基于目前的9級成熟度標準制定分系統(tǒng)的集成成熟度和技術(shù)成熟度等級標準；4)依據(jù)定義的等級標準，確定各分系統(tǒng)的單項技術(shù)成熟度與技術(shù)之間的集成成熟度；5)計算各分系統(tǒng)的技術(shù)成熟度，確定各分系統(tǒng)的互操作成熟度和互認知成熟度；6)計算分系統(tǒng)之間的集成成熟度；7)計算信息系統(tǒng)的互操作成熟度、互認知成熟度和技術(shù)成熟度；8)計算信息系統(tǒng)的體系成熟度。

2 集成成熟度等級模型

集成成熟度是信息系統(tǒng)體系成熟度分析的基礎(chǔ)之一，其集成成熟度等級在一定程度上決定了體系成熟度的高低。本文將集成成熟度分為技術(shù)集成成熟度和系統(tǒng)集成成熟度。

2.1技術(shù)集成成熟度等級模型

技術(shù)集成成熟度表征了2項技術(shù)之間的可集成狀態(tài)，通常將其劃分為9級[5](從小到大，技術(shù)集成成熟度水平越來越高)，其技術(shù)集成成熟度等級(TIRL)及含義如表1所示。

表1 技術(shù)集成成熟度等級及含義

假設(shè)信息系統(tǒng)的第i(i=1,2,…,n)個分系統(tǒng)共涉及j項關(guān)鍵技術(shù)，當進行兩兩關(guān)鍵技術(shù)之間的集成成熟度分析時，若相同技術(shù)之間可完全集成，則建立第i個分系統(tǒng)的技術(shù)集成成熟度等級矩陣為

(1)

2.2系統(tǒng)集成成熟度等級模型

信息系統(tǒng)是由多個分系統(tǒng)按照一定的體系結(jié)構(gòu)形式而集成的統(tǒng)一整體，分系統(tǒng)集成的狀態(tài)和水平直接決定了信息系統(tǒng)的整體功能和水平。本文選用系統(tǒng)集成成熟度來表示信息系統(tǒng)分系統(tǒng)之間的可集成狀態(tài)和水平，通常將其劃分為9級[5](從小到大，系統(tǒng)集成成熟度水平越來越高)。分系統(tǒng)集成成熟度等級(SSIRL)及含義如表2所示。

表2 分系統(tǒng)集成成熟度等級及含義

當進行兩兩分系統(tǒng)之間的集成成熟度分析時，若相同分系統(tǒng)之間可完全集成，則建立n個分系統(tǒng)的集成成熟度等級矩陣為

(2)

式中：SSIRLhl=SSIRLlh，SSIRLhh,取為9級，其中h,l=1,2,…,n。

3 分系統(tǒng)成熟度評價模型

信息系統(tǒng)分系統(tǒng)成熟度表征了分系統(tǒng)發(fā)展演化的狀態(tài)和水平，是體系互操作、互認知和技術(shù)等3種成熟度以及體系成熟度評價的基礎(chǔ)。

3.1技術(shù)成熟度等級及評價

單項技術(shù)成熟度也是信息系統(tǒng)體系成熟度分析的基礎(chǔ)之一，單項技術(shù)成熟度等級在相當程度上決定了體系成熟度的高低。目前，通常將單項技術(shù)成熟度劃分為9級[5](從小到大，技術(shù)成熟度水平越來越高)。技術(shù)成熟度等級(TRL)及含義如表3所示。

表3 技術(shù)成熟度等級及含義

假設(shè)已知信息系統(tǒng)第i個分系統(tǒng)第j項關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)成熟度等級，則歸一化的技術(shù)成熟度等級矢量為

(3)

第i個分系統(tǒng)的技術(shù)成熟度等級矢量為

(4)

第i個分系統(tǒng)中每項關(guān)鍵技術(shù)所集成的技術(shù)數(shù)量不同，假設(shè)第k(k=1,2,…,j)項技術(shù)所集成的技術(shù)數(shù)量為ki，則第i個分系統(tǒng)的標準化技術(shù)成熟度等級矢量為

(5)

第i個分系統(tǒng)的技術(shù)成熟度為

(6)

3.2互操作成熟度等級及評價

互操作是信息系統(tǒng)最為核心的物質(zhì)基礎(chǔ)，國內(nèi)外關(guān)于互操作性概念的定義不同：美國國防部[8]在2001年指出，互操作性是指系統(tǒng)、單位或軍事力量之間相互提供和接受服務(wù)，以使它們能夠有效共同運作的能力，并建立了5個等級的信息系統(tǒng)之間交互和共享信息“成熟度”的描述模型；GJB/Z144—2004[9]指出，互操作性是2個或2個以上系統(tǒng)或應(yīng)用之間交換信息且利用所交換信息的能力，并提出了指揮自動化系統(tǒng)互操作成熟度的5級評價模型。上述2個定義的內(nèi)涵是一致的，均強調(diào)了2個或2個以上系統(tǒng)的信息共享和信息利用能力。

曹江等[10]針對信息系統(tǒng)之間交互的復雜性、交互特點以及互操作需求，提出了軍事信息系統(tǒng)6個級別的增強型互操作成熟度參考模型，該模型更易于理解信息系統(tǒng)的軍事活動載體特征以及基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)能力本質(zhì)。因此，本文采用該模型來評估信息系統(tǒng)的互操作成熟度。增強型互操作成熟度等級(SIORL)及含義如表4[10]所示，其中：結(jié)構(gòu)A1屬性用于評價信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)方法的成熟度；應(yīng)用A2屬性用于評價軟件互操作能力；設(shè)施A3屬性用于評價網(wǎng)絡(luò)互操作能力；安全A4屬性用于評價安全保密成熟度；運維A5屬性用于評價信息資源調(diào)度能力；數(shù)據(jù)A6屬性用于評價數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建模的成熟度。

(7)

表4 增強型互操作成熟度等級及含義

3.3互認知成熟度等級及評價

軍事信息系統(tǒng)覆蓋了物理、信息、認知和社會等領(lǐng)域的軍事活動，多領(lǐng)域知識的認知與共享已成為軍事信息系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。認知是指了解、領(lǐng)會和懂得的一種心理判斷與決策過程，是對事物或現(xiàn)象的一種結(jié)構(gòu)化表達；互認知就是指軍事活動者共享信息和共享知識的認知過程。信息系統(tǒng)為豐富經(jīng)驗、智慧共享以及對事物或現(xiàn)象的一致性認知等創(chuàng)造了條件，信息系統(tǒng)的互認知不僅關(guān)注其信息、知識的處理，而且使信息處理能力延伸到認知和社會等領(lǐng)域。

在軍事活動與信息系統(tǒng)建立相適應(yīng)制度、規(guī)則和機制的基礎(chǔ)上，信息系統(tǒng)獲取的信息越來越豐富，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能等加工這些信息，促進軍事活動者對它們的指揮控制、共享認知等已成為問題的關(guān)鍵。本文利用互認知成熟度描述信息系統(tǒng)的互認知能力發(fā)展演化的實現(xiàn)水平或?qū)蛹墸梃b文獻[10]的互理解和互遵循成熟度模型，建立6個級別的互認知成熟度等級模型來評價信息系統(tǒng)的互認知能力。分系統(tǒng)互認知成熟度等級(SMCRL)及含義如表5所示。

表5 分系統(tǒng)互認知成熟度等級及含義

表5中：制度/規(guī)則B1屬性用于評價信息系統(tǒng)知識表征等規(guī)范的落實范圍和程度；態(tài)勢B2屬性用于評價信息系統(tǒng)表征戰(zhàn)場態(tài)勢的知識結(jié)構(gòu)基準性、一致性和關(guān)聯(lián)性等程度；決策B3屬性用于評價信息系統(tǒng)準確表征決策知識的相關(guān)決策要素基準性、一致性和關(guān)聯(lián)性等程度；指控B4屬性用于評價信息系統(tǒng)準確表征指揮控制過程的指控基準知識；監(jiān)察/評估B5屬性用于評價信息系統(tǒng)各種能力和措施落實的成熟度。

(8)

4 體系成熟度評價模型

基于系統(tǒng)集成成熟度對信息系統(tǒng)分系統(tǒng)互操作成熟度、分系統(tǒng)互認知成熟度、分系統(tǒng)技術(shù)成熟度進行聚合后，可得體系成熟度。

4.1互操作成熟度評價模型

信息系統(tǒng)n個分系統(tǒng)的互操作成熟度等級矢量為

DSIORL=(SIORL1,SIORL2,…,SIORLn)T，

(9)

則信息系統(tǒng)互操作成熟度等級矢量為

(10)

(11)

4.2互認知成熟度評價模型

信息系統(tǒng)n個分系統(tǒng)的互認知成熟度等級矢量為

(12)

則信息系統(tǒng)互認知成熟度等級矢量為

(13)

由DSMCRL計算綜合的互認知成熟度評估值為

(14)

4.3技術(shù)成熟度評價模型

信息系統(tǒng)n個分系統(tǒng)的技術(shù)成熟度等級矢量為

DSSTRL=(SSTRL1,SSTRL2,…,SSTRLn)T,

(15)

則信息系統(tǒng)技術(shù)成熟度等級矢量為

(16)

由DSSTRL計算綜合的技術(shù)成熟度評估值為

(17)

4.4體系成熟度評價模型

信息系統(tǒng)的互操作成熟度、互認知成熟度、技術(shù)成熟度的權(quán)重集為(w1,w2,w3)(利用層次分析法求解)，則信息系統(tǒng)體系成熟度等級評價模型為

SSRL=w1IORL+w2MKRL+w3STRL，

(18)

式中:SSRL的取值為[0,1]。

5 實例應(yīng)用

以防空裝備信息系統(tǒng)建設(shè)為例，驗證本文方法的合理性和有效性。該防空裝備信息系統(tǒng)包括偵察F1、收集F2、融合F3、指控F4和分發(fā)F5五個分系統(tǒng)，涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括系統(tǒng)總體設(shè)計T1、雷達T2、數(shù)據(jù)融合T3、目標識別T4、作戰(zhàn)對象規(guī)劃T5和火力指控T6等技術(shù)，各項關(guān)鍵技術(shù)成熟度等級及TRL對各分系統(tǒng)的支撐關(guān)系如表6所示。

表6 關(guān)鍵技術(shù)對分系統(tǒng)的支撐關(guān)系

5.1評價結(jié)果計算

假設(shè)基于專家評估方法，已得到技術(shù)集成成熟度、分系統(tǒng)集成成熟度、分系統(tǒng)互操作屬性成熟度、分系統(tǒng)互認知屬性成熟度的等級評估值,取分系統(tǒng)、分系統(tǒng)互操作屬性、分系統(tǒng)互認知屬性之間的相對重要性為等權(quán)。其中：偵察分系統(tǒng)F1的技術(shù)集成成熟度等級為

收集分系統(tǒng)F2的技術(shù)集成成熟度等級為

融合分系統(tǒng)F3的技術(shù)集成成熟度等級為

指控分系統(tǒng)F4的技術(shù)集成成熟度等級為

分發(fā)分系統(tǒng)F5的技術(shù)集成成熟度等級為

分系統(tǒng)互操作屬性成熟度等級為

分系統(tǒng)互認知屬性成熟度等級為

根據(jù)本文提出的評價模型，計算得到5個分系統(tǒng)的互操作、互認知和技術(shù)成熟度等級矢量分別為

DSIORL=(0.933,0.900,0.867,0.900,0.900)T；

DSMCRL=(0.920,0.880,0.880,0.920,0.960)T；

DSSTRL=(0.799,0.840,0.741，0.762，0.820)T。

其中：5個分系統(tǒng)的標準化技術(shù)成熟度等級矢量分別為(0.852,0.775,0.778,0.793)T、(0.833,0.846)T、(0.716,0.765,0.683,0.798)T、(0.704,0.772,0.775,0.701，0.857，0.763)T和(0.852,0.794，0.815)T。

因此，信息系統(tǒng)的互操作、互認知和技術(shù)成熟度分別為IORL=0.900、MCRL=0.912和STRL=0.792，信息系統(tǒng)的體系成熟度為ISRL=0.868。

5.2評價結(jié)果分析

根據(jù)上述評估流程及計算結(jié)果，可得以下結(jié)論：

1)體系成熟度ISRL表征了信息系統(tǒng)潛在的成熟水平，通過其可比較不同信息系統(tǒng)的成熟度大小。

2)通過比較IORL、MCRL、STRL與ISRL的大小，可查找影響信息系統(tǒng)建設(shè)狀態(tài)水平的短板問題。本例中由于STRL

3)通過對分系統(tǒng)互操作、互認知和技術(shù)成熟度等級矢量進行類似的大小比較，分別可查找影響其建設(shè)狀態(tài)水平的關(guān)鍵分系統(tǒng)。如：對于本例中分系統(tǒng)互認知成熟度等級矢量，由于MCRL2

圖2 信息偵察分系統(tǒng)技術(shù)成熟度分布

6 結(jié)論

以單項技術(shù)成熟度、技術(shù)集成成熟度和系統(tǒng)集成成熟度等為基礎(chǔ)，綜合考慮互操作、互認知和技術(shù)成熟度之間以及分系統(tǒng)之間的相對重要性，構(gòu)建了基于集成的信息系統(tǒng)體系成熟度評價框架及相應(yīng)模型。該信息系統(tǒng)體系成熟度評價方法是針對特定的信息系統(tǒng)進行體系成熟度評價，為信息系統(tǒng)體系成熟度評價提供了一種新思路、新方法，還需進一步完善細化，如：信息系統(tǒng)的組成分系統(tǒng)劃分及對模型的影響、互操作和互認知成熟度等級的量化判別、評價模型的權(quán)重算法等。

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(責任編輯: 尚彩娟)

AnIntegratedApproachtoSoSReadinessAssessmentofInformationSystem

KE Hong-fa1, GUO Dao-tong2, CHEN Dian-bin2, ZHU Ji-lu1

(1. Department of Equipment Test, Equipment Academy, Beijing102206, China;2. Department of Postgraduate Management,Equipment Academy, Beijing101416, China)

Aiming at the assessment of information systems’ development level, an integrated approach to technology readiness assessment of information system architecture is put forward. SoS readiness of information system is divided into three readiness components, which are technology, interoperability and mutual cognition readiness. Basic architecture and thinking of SoS readiness assessment are introduced. A weighted SoS readiness assessment model of information system is set up. Interoperability and mutual cognition readiness level assessment models are proposed. In consideration of subsystems integration readiness constraints, interoperability and mutual cognition readiness assessment models of information system are set up. Similarly, in consideration of single technology integration, technology readiness assessment models of subsystem and information system are set up. Finally, the rationality and availability of the method is validated by an example of information system readiness assessment of air defense equipment.

SoS readiness; information system; interoperability; mutual cognition; technology readiness; integration readiness

1672-1497(2017)04-0080-07

2017-03-31

軍隊科研計劃項目

柯宏發(fā)(1969-)，男，教授，博士。

N94

：ADOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2017.04.016