黃路煒 ，張 濱 ，李淑媛 ，郝 磊 ，李 軼

（1.解放軍96658部隊，北京 100094；2.火箭軍工程大學(xué)，西安 710025；3.火箭軍駐北京地區(qū)軍事代表局，北京 100085）

0 引言

作戰(zhàn)流程是導(dǎo)彈武器作戰(zhàn)運用問題的核心內(nèi)容。特別是對于新型武器，在研制階段就很有必要從“好用、管用”角度深入開展作戰(zhàn)流程研究，為武器研制和配套建設(shè)提供需求牽引，為作戰(zhàn)能力形成奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

信息化作戰(zhàn)理念的深化運用和信息化裝備的飛速發(fā)展，使得導(dǎo)彈武器作戰(zhàn)流程呈現(xiàn)出“更少的人工干預(yù)、更多的信息驅(qū)動”特點，流程自動化程度不斷提高；現(xiàn)代戰(zhàn)爭從作戰(zhàn)力量的“平臺對抗”發(fā)展為“體系對抗”，參戰(zhàn)武器裝備體系規(guī)模的日益龐大使得作戰(zhàn)流程變得更為復(fù)雜；在實現(xiàn)流程自動化執(zhí)行的同時，作戰(zhàn)的快速性、時效性需求又對流程控制的精細(xì)度提出了更高要求。針對上述導(dǎo)彈作戰(zhàn)流程呈現(xiàn)出的“復(fù)雜度高、自動化程度高、控制精細(xì)度高”的顯著特點，需要尋求有效的流程建模方法，更好的支撐后續(xù)流程量化分析。

導(dǎo)彈作戰(zhàn)流程建模屬于工作流建模范疇，常用的建模技術(shù)和方法［1-3］有基本流程圖法（Flowcharts）、集成定義方法（IDEF0、IDEF3）、角色活動圖法（RAD）、業(yè)務(wù)過程建模方法（BPMN）以及Petri網(wǎng)等。其中，基本流程圖法、集成定義方法和角色活動圖法都是基于可視化圖形完成流程建模的方法，雖表述直觀、建模簡單且快速，但由于缺乏嚴(yán)格語義定義，模型分析源于圖論，不能處理復(fù)雜的過程邏輯，難以量化描述時間、資源等約束；業(yè)務(wù)過程建模是基于軟件語言的流程建模方法，模型分析功能強大，但往往難以將工作流程運用業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語言（BPEL）來很好表述?；镜腜etri網(wǎng)建模方法在處理動態(tài)離散事件和復(fù)雜系統(tǒng)時具有圖形表示和數(shù)學(xué)描述的雙重功能，適合并行和并發(fā)行為的流程建模，支持流程的分析驗證與優(yōu)化［4］。但也會由于流程復(fù)雜度高、觸發(fā)規(guī)則多等原因?qū)е聽顟B(tài)空間的膨脹，帶來模型可解性與分析的困難。在此，針對當(dāng)前導(dǎo)彈作戰(zhàn)流程呈現(xiàn)出的新特點，對基本Petri網(wǎng)加以拓展，提出行之有效的流程建模思路和具體方法。

1 總體建模思路

基于拓展的層次有色賦時 Petri網(wǎng)（EHCTP-net）來完成導(dǎo)彈作戰(zhàn)流程建模。其中，通過針對性的信息建模解決流程信息實時驅(qū)動問題，采用要素模型拓展和活動時間精確定義解決流程精確控制問題，運用分層建模思想解決流程復(fù)雜性問題?？傮w建模思路如圖1所示。

遵循上述建模思路，依次完成要素模型和流程模型的建立。

2 作戰(zhàn)流程要素模型建立

2.1 庫所類要素模型

庫所是作戰(zhàn)流程中事物、條件或?qū)ο蟮某橄?，是資源和信息的容器，是活動執(zhí)行和發(fā)生的實體、通道或地理位置。提取導(dǎo)彈作戰(zhàn)要素作為Petri網(wǎng)模型的庫所，如指揮節(jié)點、武器系統(tǒng)、關(guān)鍵戰(zhàn)位等，記作p。不同的庫所可以描述處于不同狀態(tài)下的同一作戰(zhàn)要素。在此，對傳統(tǒng)庫所進行屬性拓展，并將拓展后的庫所抽象成實體類模型。在此約定，M（p）表示庫所p的狀態(tài)，M表示庫所集p的狀態(tài)。

2.1.1 模型定義

1）靜態(tài)屬性描述

靜態(tài)屬性是對庫所固有信息的描述，包括：標(biāo)識 ID、名稱 Name、類型 EType、圖標(biāo) Gra、地理位置Loc等。其中，類型可依據(jù)作戰(zhàn)實際劃分為指揮類、武器類等。

2）動態(tài)屬性描述

動態(tài)屬性描述作戰(zhàn)過程中庫所狀態(tài)的變化，包括擁有的資源A、可接收或發(fā)送的信息I等，采用Petri網(wǎng)令牌描述，具體方法見下節(jié)令牌類要素模型。

考慮到作戰(zhàn)過程中流轉(zhuǎn)信息種類較多，在此采用顏色函數(shù)C進行描述，不同顏色的令牌描述不同類型的信息，具體表述為：。即庫所p在變遷t發(fā)生后type類令牌的數(shù)量，其中Ktype表示庫所p可容納type類令牌的最大數(shù)量。

圖1 導(dǎo)彈作戰(zhàn)流程總體建模思路

綜上，庫所類要素模型（即實體類模型）可形式化為：

2.1.2 模型實例化

庫所類要素模型實例化就是確定各屬性的具體值。其中，靜態(tài)屬性根據(jù)實際情況賦值；動態(tài)屬性根據(jù)仿真運行情況動態(tài)計算資源和信息各參數(shù)的值，采用列表形式描述。

因此，庫所類要素實例可形式化為：

其中，ETypei選取于enum｛指揮類，武器類，…｝，為庫所擁有的資源集，為庫所接收或發(fā)送的信息集。資源集、信息集的具體描述見下節(jié)令牌類要素模型。

2.2 令牌類要素模型

令牌是Petri網(wǎng)中的動態(tài)對象，可以從一個庫所轉(zhuǎn)移到另外一個庫所。令牌在庫所中的分布決定了Petri網(wǎng)的狀態(tài)，也是變遷是否觸發(fā)的條件?？紤]流程的信息實時驅(qū)動特點，各作戰(zhàn)要素所占用的資源和傳輸?shù)男畔⑹莿討B(tài)變化的，是作戰(zhàn)活動執(zhí)行的驅(qū)動條件。在此，將主要作戰(zhàn)要素所擁有的資源和傳輸?shù)男畔⒊橄鬄镻etri網(wǎng)的令牌，對應(yīng)于庫所類要素模型的動態(tài)屬性。

2.2.1 資源類令牌

資源類令牌存在于庫所中，對應(yīng)于實體類模型的動態(tài)屬性，描述庫所擁有的資源，可用多元組描述為：

2.2.2 信息類令牌

信息類令牌較為關(guān)鍵，體現(xiàn)流程信息驅(qū)動特點，用多元組統(tǒng)一描述為：

其中，來源 ERec和目標(biāo) EObj分別為信息的發(fā)出實體和接收實體；可靠度Rel和優(yōu)先級Pri根據(jù)作戰(zhàn)實際明確，記為、，用枚舉值表示；類型Type可細(xì)化為指揮類、武器類等；Con表示信息內(nèi)容。信息類型不同，信息內(nèi)容區(qū)別較大。因此，需依據(jù)作戰(zhàn)實際針對各類信息進行內(nèi)容的分類描述。

2.3 變遷類要素模型

變遷是Petri網(wǎng)中的事件或活動，是狀態(tài)發(fā)展變化的動力和原因。提取作戰(zhàn)過程中的主要作戰(zhàn)事件及活動作為Petri網(wǎng)模型的變遷，如接收關(guān)鍵信息、下達(dá)命令、作戰(zhàn)準(zhǔn)備等，記作t。在此，對傳統(tǒng)變遷屬性進行拓展，并將拓展后的變遷抽象成模型，即活動類模型。

活動類模型描述也包括靜態(tài)屬性和動態(tài)屬性。其中，靜態(tài)屬性是對變遷固有信息的描述，包括標(biāo)識ID、名稱 Name、圖標(biāo) Gra、階段 Sta、執(zhí)行實體 EO等。動態(tài)屬性描述變遷發(fā)生的條件和結(jié)果，主要包括觸發(fā)條件、觸發(fā)機制、活動時間及變遷發(fā)生后各庫所狀態(tài)的變化等。下面針對各動態(tài)屬性分別加以表述。

2.3.1 觸發(fā)條件

變遷t觸發(fā)的基本條件為：變遷前件庫所中的資源數(shù)量大于等于變遷發(fā)生所需資源數(shù)量，且變遷后件庫所的容量大于等于變遷產(chǎn)生資源數(shù)量與庫所原有該類資源數(shù)量之和。記為Tri，表述為：

其中，庫所p的狀態(tài)M（p）隨變遷t的發(fā)生而變化，采用權(quán)函數(shù)W（x，y）來表述。權(quán)函數(shù)規(guī)定每個變遷發(fā)生一次引起的有關(guān)資源數(shù)量上的變化。*t和t*分別為變遷t的前置集和后置集。

2.3.2 觸發(fā)機制

考慮到流程控制精確化的特點，在此將變遷觸發(fā)機制精確定義為如下3種。需要注意，部分作戰(zhàn)活動可能需要多種觸發(fā)機制的組合。

1）時間觸發(fā)Tr

主要針對需要在預(yù)定時間或給定時間間隔內(nèi)完成的作戰(zhàn)活動，由控制時間的定時器來觸發(fā)。若設(shè)定觸發(fā)時間Tr，觸發(fā)條件Trir則為早于或晚于觸發(fā)時間Tr執(zhí)行某作戰(zhàn)活動，可形式化表示為：

2）人工觸發(fā)Tp

主要針對需要人工參與決策的作戰(zhàn)活動，觸發(fā)條件Trip則為是否接收到人工觸發(fā)信號?？刹捎帽硎疽呀邮盏饺斯び|發(fā)信號，反之沒有收到人工觸發(fā)信號。

3）信息觸發(fā)Ti

主要針對基于信息驅(qū)動的作戰(zhàn)活動，這種機制是流程中最為主要的觸發(fā)機制。由于信息存儲于變遷活動發(fā)生的前件庫所中，因此，設(shè)置觸發(fā)條件為，即判定作戰(zhàn)活動前件庫所p是否接收到類型為type、ID為RefID的信息，可形式化表示為：

2.3.3 活動時間

為描述作戰(zhàn)使用流程的時間信息，在活動類模型中增加時間屬性，記作Rt。針對不同的作戰(zhàn)活動，執(zhí)行時間分別采用時間點r或時間段來精細(xì)表述。同時，在全局定義一個時間戳，使每個庫所擁有的資源令牌、變遷都與時間關(guān)聯(lián)。

2.3.4 庫所狀態(tài)變遷

庫所狀態(tài)的變化采用權(quán)函數(shù)W（x，y）來表述，變遷t發(fā)生后庫所p的狀態(tài)M'（p）可表示為：

綜上，變遷類要素模型可形式化表述為：

變遷類要素實例化需根據(jù)作戰(zhàn)實際對各屬性賦值，變遷類要素實例可形式化表述為：

3 作戰(zhàn)流程模型建立

在要素模型建立的基礎(chǔ)上，依據(jù)流程時序，明確與每個作戰(zhàn)活動關(guān)聯(lián)的權(quán)函數(shù)W（x，y），采用關(guān)聯(lián)矩陣描述庫所與變遷之間的聯(lián)系，記為B（p，t）。具體方法為：

同時，針對東風(fēng)-5C核導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用流程的復(fù)雜性以及不同分辨率的作戰(zhàn)使用流程演示需求，基于分層思想建立Petri網(wǎng)流程模型。

3.1 要素模型分層建立

Petri網(wǎng)要素建模時已將庫所、令牌和變遷各要素融合于實體類和活動類模型中，要素模型的層次劃分主要針對流程中的作戰(zhàn)實體和作戰(zhàn)活動。庫所類要素模型層次主要表現(xiàn)在武器系統(tǒng)類作戰(zhàn)實體中，如圖2所示。

圖2 武器系統(tǒng)類庫所要素模型層次劃分

可以看到，將作戰(zhàn)實體劃分為系統(tǒng)層和關(guān)鍵子系統(tǒng)層，分別對應(yīng)Petri網(wǎng)建模中的子網(wǎng)庫所和基本庫所。其中，層次上不可再分的稱為基本庫所，可以進一步劃分的稱為子網(wǎng)庫所。如需關(guān)注到更細(xì)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備，可對子系統(tǒng)層繼續(xù)劃分。

同樣，針對不同層次的作戰(zhàn)實體，將其作戰(zhàn)活動相應(yīng)劃分為復(fù)合活動層和子活動層，分別對應(yīng)Petri網(wǎng)建模中的子網(wǎng)變遷和基本變遷。以某個武器系統(tǒng)實體為例，層次劃分如下頁圖3所示。

3.2 流程模型分層建立

基于要素模型分層建模，在流程模型中引入子網(wǎng)，對應(yīng)要素模型的子網(wǎng)庫所和子網(wǎng)變遷。子網(wǎng)代表一個完整的Petri網(wǎng)子模型，可以看作作戰(zhàn)流程中的一個復(fù)合節(jié)點，有其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部行為和內(nèi)部狀態(tài)，但行為、狀態(tài)與主網(wǎng)保持一致。層次化建模使得Petri網(wǎng)模型具有良好的結(jié)構(gòu)，便于所關(guān)注層面的不同分辨率建模，利于量化分析和流程演示。

綜上，得到作戰(zhàn)流程的層次有色賦時petri網(wǎng)模型，可描述為：

其中，∑為有色賦時Petri子網(wǎng)，SN是子網(wǎng)的替代節(jié)點。

圖3 變遷要素模型層次劃分示例

4 面向?qū)ο蟮淖鲬?zhàn)流程模型組裝

流程建模目的在于支撐后續(xù)的流程量化分析，因此，在建模之初就要考慮仿真分析需求。目前，復(fù)雜大型流程仿真大多需要開發(fā)相應(yīng)的支撐系統(tǒng)，輔以可視化手段來完成。但導(dǎo)彈作戰(zhàn)流程的形成是一個不斷迭代的過程，特別是對于新型導(dǎo)彈武器，隨著作戰(zhàn)需求的變更和武器研制的推進，作戰(zhàn)流程需要不斷迭代調(diào)整。迭代調(diào)整后的新流程是否還能基于原來開發(fā)的仿真系統(tǒng)進行驗證是需要關(guān)注的問題。此外，作戰(zhàn)流程分析要具備不同粒度的可視化展示能力?；诖?，提出面向?qū)ο蟮淖鲬?zhàn)流程模型組裝方法［5］，如圖 4 所示。

上述方法的關(guān)鍵技術(shù)點可歸納為：

1）采用節(jié)點信息封裝和接口應(yīng)用方法實現(xiàn)要素模型封裝，增加模型的可重用性，易于根據(jù)實際流程特點快速實現(xiàn)流程模型的實例化；同時，對于擴展的要素模型層明確要素模型編輯和定義模型管理接口，支持新要素的拓展，從而支撐流程變更后的新流程可靠驗證。

2）針對不同層次的武器系統(tǒng)完成作戰(zhàn)使用流程模型封裝，并定義標(biāo)準(zhǔn)化的流程模型接口支撐流程可視化顯示，從而滿足不同粒度的流程可視化展示需求。

5 結(jié)論

基于信息驅(qū)動機制的導(dǎo)彈作戰(zhàn)流程具有復(fù)雜度高、執(zhí)行自動化程度高、控制精細(xì)度高的特點。本文結(jié)合拓展的Petri網(wǎng)技術(shù)和面向?qū)ο蟮哪Ｐ徒M裝方法，有針對性地完成了導(dǎo)彈作戰(zhàn)流程建模。模型建立僅僅是作戰(zhàn)流程分析的基礎(chǔ)，后續(xù)還需要基于模型開發(fā)作戰(zhàn)流程仿真分析軟件，并通過流程仿真分析得出一系列有價值的結(jié)論，用于指導(dǎo)武器研制和作戰(zhàn)使用。這些是后續(xù)需要開展的主要工作。

圖4 面向?qū)ο蟮淖鲬?zhàn)流程模型組裝方法