基于DoDAF的裝備保障信息系統(tǒng)集成體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

李文俊， 楊學(xué)強， 紀(jì)伯公

(1. 陸軍裝甲兵學(xué)院裝備保障與再制造系， 北京 100072； 2. 陸軍裝甲兵學(xué)院科研學(xué)術(shù)處， 北京 100072)

集成體系結(jié)構(gòu)是指由多個產(chǎn)品或透視圖組成的體系結(jié)構(gòu)，能促進與提升跨能力域和體系結(jié)構(gòu)之間的集成與互操作性，具有抽象性、指導(dǎo)性、制約性、穩(wěn)定性和可重用性等特點[1]，在系統(tǒng)集成建設(shè)的宏觀規(guī)劃、需求論證和集成應(yīng)用等方面具有十分重要的作用。開展裝備保障信息系統(tǒng)集成體系結(jié)構(gòu)設(shè)計研究，在頂層設(shè)計層面對系統(tǒng)集成進行規(guī)劃，對解決當(dāng)前裝備保障信息系統(tǒng)存在的頂層規(guī)劃缺乏、完整性不夠等問題，實現(xiàn)裝備保障信息系統(tǒng)互聯(lián)、互通、互操作，指導(dǎo)裝備保障信息系統(tǒng)集成建設(shè)具有積極作用。

目前，有很多學(xué)者對裝備保障信息系統(tǒng)集成體系結(jié)構(gòu)進行了研究，如：陳超[2]采用武器裝備統(tǒng)一建模平臺(Unified Platform for Defense Modeling，UPDM)設(shè)計了空天協(xié)同觀測系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)；張波等[3]基于美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架(Department of Defense Architecture Framework，DoDAF)對預(yù)警探測情報保障體系結(jié)構(gòu)的業(yè)務(wù)視圖進行了設(shè)計；李皓等[4]提出了一種敏捷型裝備原型系統(tǒng)頂層設(shè)計方法；夏偉等[5]采用面向服務(wù)的架構(gòu)設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)化維修保障信息系統(tǒng)的總體框架；楊擁民等[6]從業(yè)務(wù)體系結(jié)構(gòu)模型、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型和技術(shù)體系結(jié)構(gòu)模型3方面設(shè)計了裝備維修保障信息化體系結(jié)構(gòu)；周偉祝等[7]參考基于狀態(tài)維修的開放式架構(gòu)，從系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)、技術(shù)體系結(jié)構(gòu)和組織架構(gòu)3方面設(shè)計了通用保障圖系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)；惠永梅等[8]針對裝備器材供應(yīng)鏈集成體系結(jié)構(gòu)問題展開了研究；姜志平等[9]參考多視圖方法從作戰(zhàn)、裝備和集成3方面設(shè)計了綜合電子信息系統(tǒng)能力參考資源描述框架。

然而，以上研究大多數(shù)采用的是面向裝備保障業(yè)務(wù)過程的集成體系結(jié)構(gòu)，在該體系結(jié)構(gòu)中，裝備保障業(yè)務(wù)活動與裝備保障信息系統(tǒng)是緊密耦合的，難以對裝備保障任務(wù)需求變化做到快速響應(yīng)，不適應(yīng)一體化聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障的需求。為此，筆者提出面向服務(wù)的裝備保障信息系統(tǒng)集成體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)裝備保障業(yè)務(wù)和裝備保障信息系統(tǒng)的解耦，并采用DoDAF方法對體系結(jié)構(gòu)視圖進行具體設(shè)計，以期在頂層設(shè)計層面對系統(tǒng)集成進行規(guī)劃，規(guī)范裝備保障信息系統(tǒng)集成建設(shè)過程。

1 裝備保障業(yè)務(wù)分析

裝備保障是指軍隊為滿足作戰(zhàn)及其他任務(wù)的需求而在裝備調(diào)配、維修、經(jīng)費等方面組織實施的保障[10]。其中，保障是指軍隊為遂行任務(wù)和滿足其他需求而在有關(guān)方面組織實施的保證性和服務(wù)性的活動。根據(jù)我軍現(xiàn)行編制體制及作戰(zhàn)運用要求，裝備保障的組織指揮和實施具有一種獨特的運行方式：在編制體制上，裝備保障機構(gòu)直接由相應(yīng)級別的軍事主官領(lǐng)導(dǎo)并指揮其作戰(zhàn)行動；在業(yè)務(wù)關(guān)系上，各級裝備保障機構(gòu)又有一條業(yè)務(wù)縱線，產(chǎn)生了其上下級之間一種特殊的領(lǐng)導(dǎo)關(guān)系。

裝備保障主要包括裝備管理、修理管理、器材管理、訓(xùn)練管理和戰(zhàn)備管理等內(nèi)容，管理對象涵蓋裝備、保障人員、器材、保障設(shè)施設(shè)備和保障經(jīng)費等方面。裝備保障業(yè)務(wù)內(nèi)容和管理對象如圖1所示。

在裝備保障數(shù)據(jù)中，裝備保障業(yè)務(wù)和管理對象分別對應(yīng)裝備保障業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和裝備保障管理對象數(shù)據(jù)，其中，裝備保障業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是在具體裝備保障業(yè)務(wù)工作中對管理對象數(shù)據(jù)的具體運用。根據(jù)使用層次，裝備保障數(shù)據(jù)可分為業(yè)務(wù)操作層、統(tǒng)籌管理層和決策規(guī)劃層[11]。其中：業(yè)務(wù)操作層裝備保障數(shù)據(jù)主要為各類作業(yè)登記信息，如裝備進出場登記、故障報修和器材請領(lǐng)等；統(tǒng)籌管理層裝備保障數(shù)據(jù)主要為各種業(yè)務(wù)處理信息，如計劃審批和裝備技術(shù)狀況分析等；決策規(guī)劃層裝備保障數(shù)據(jù)主要為統(tǒng)計分析的綜合信息，如保障態(tài)勢、保障方案建議等。

2 面向服務(wù)的裝備保障信息系統(tǒng)集成體系結(jié)構(gòu)

一體化聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障對裝備保障信息系統(tǒng)集成提出了客觀需求，不同裝備保障信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和信息融合越發(fā)頻繁。而目前裝備保障信息系統(tǒng)主要依托平時單項業(yè)務(wù)的局部需要縱向開發(fā)，沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)平臺，信息交互與共享困難。為了實現(xiàn)裝備保障信息系統(tǒng)互聯(lián)、互通、互操作，需要對系統(tǒng)間接口、數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)等進行詳細(xì)描述。

Web服務(wù)具備封裝性完好、松散耦合性、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)范、高可集成性等特征[12-13]。服務(wù)提供者將包含服務(wù)接口、服務(wù)訪問地址等信息的服務(wù)發(fā)布到服務(wù)注冊中心，服務(wù)使用者通過服務(wù)注冊中心查詢到該服務(wù)并調(diào)用時，無需關(guān)心服務(wù)的技術(shù)實現(xiàn)細(xì)節(jié)，且服務(wù)獨立于底層實現(xiàn)和需求變更的特性有助于快速響應(yīng)用戶需求并降低系統(tǒng)集成的成本。因此，筆者在業(yè)務(wù)視圖和系統(tǒng)視圖之間引入服務(wù)視圖，構(gòu)建面向服務(wù)的裝備保障信息系統(tǒng)集成體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

首先，把各裝備保障信息系統(tǒng)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)封裝成各類裝備保障服務(wù)并提供服務(wù)接口，實現(xiàn)裝備保障業(yè)務(wù)和裝備保障信息系統(tǒng)的解耦；然后，根據(jù)裝備保障任務(wù)需求，對裝備保障服務(wù)進行組合，實現(xiàn)裝備保障資源和裝備保障業(yè)務(wù)自組織協(xié)調(diào)動態(tài)重組，以適應(yīng)一體化聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障需求的快速變化。

3 基于DoDAF的集成體系結(jié)構(gòu)視圖設(shè)計

筆者借鑒典型、實用的DoDAF方法[14]對裝備保障信息系統(tǒng)集成體系結(jié)構(gòu)的視圖進行具體設(shè)計，運用能力構(gòu)想(CV-1)產(chǎn)品描述裝備保障集成信息系統(tǒng)能力；運用頂層業(yè)務(wù)概念圖(OV-1)、業(yè)務(wù)活動模型(OV-5)、業(yè)務(wù)節(jié)點連接描述(OV-2)、業(yè)務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)變描述(OV-6b)、業(yè)務(wù)事件跟蹤描述(OV-6c)和邏輯數(shù)據(jù)模型(OV-7)等產(chǎn)品描述裝備保障業(yè)務(wù)流程、信息交換需求等；運用系統(tǒng)接口描述(SV-1)、系統(tǒng)功能描述(SV-4)、業(yè)務(wù)活動到系統(tǒng)功能追溯矩陣(SV-5)等產(chǎn)品描述裝備保障信息系統(tǒng)間連接關(guān)系和功能組成；在把裝備保障信息系統(tǒng)封裝成裝備保障服務(wù)的基礎(chǔ)上，對面向裝備保障業(yè)務(wù)活動的裝備保障服務(wù)組合中所涉及的操作和服務(wù)連接關(guān)系進行分析。具體設(shè)計過程如下。

3.1 能力視圖設(shè)計

能力是指系統(tǒng)為完成某項任務(wù)所具備的本領(lǐng)[15]，為了快速響應(yīng)一體化聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障需求變化，互聯(lián)、互通、互操作的裝備保障集成信息系統(tǒng)應(yīng)具備的能力如圖3所示，具體如下：

1) 資源管理能力。集成系統(tǒng)對裝備保障全壽命業(yè)務(wù)過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行存儲，通過軍事信息通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)裝備保障業(yè)務(wù)在線處理和信息服務(wù)即時推送，為裝備保障業(yè)務(wù)提供計算資源服務(wù)，支持裝備保障業(yè)務(wù)應(yīng)用的部署、升級。

2) 信息采集能力。集成系統(tǒng)通過射頻識別、傳感器等信息采集手段，感知裝備技術(shù)狀況、器材物資和各類裝備保障活動的數(shù)據(jù)，按照一定的策略，對這些數(shù)據(jù)進行集中統(tǒng)管，為裝備保障數(shù)據(jù)分析與決策支持提供基礎(chǔ)。

3) 服務(wù)管理能力。集成系統(tǒng)把裝備保障信息系統(tǒng)封裝成服務(wù)，并發(fā)布到服務(wù)注冊中心以供其他用戶調(diào)用，實現(xiàn)裝備保障信息系統(tǒng)互聯(lián)、互通、互操作。

4) 業(yè)務(wù)處理能力。集成系統(tǒng)能夠?qū)ρb備管理、修理管理、器材管理、訓(xùn)練管理和戰(zhàn)備管理等裝備保障業(yè)務(wù)實現(xiàn)自組織協(xié)同在線處理。

5) 數(shù)據(jù)分析與決策支持能力。運用數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)分析等工具方法對集成系統(tǒng)積累的裝備保障業(yè)務(wù)全過程數(shù)據(jù)進行分析，可以評估裝備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)狀況、預(yù)測裝備故障、分析器材消耗規(guī)律、生成保障態(tài)勢和保障方案建議等，為裝備保障決策提供支撐。

3.2 業(yè)務(wù)視圖設(shè)計

3.2.1 裝備保障頂層業(yè)務(wù)概念圖(OV-1)

裝備保障頂層業(yè)務(wù)概念圖如圖4所示，主要表現(xiàn)在一體化聯(lián)合作戰(zhàn)條件下裝備保障的高級概念。在聯(lián)合作戰(zhàn)裝備保障指揮中心(簡稱“聯(lián)指中心”)的指揮調(diào)度下，如果裝備使用單位對應(yīng)的直接保障單位能夠滿足裝備保障任務(wù)需求，則由其直接完成裝備保障任務(wù)；如果需要保障支援，則聯(lián)指中心基于裝備保障信息系統(tǒng)，根據(jù)保障能力合理調(diào)度支援保障單位進行保障支援。

3.2.2 裝備保障業(yè)務(wù)活動模型(OV-5)

采用統(tǒng)一建模語言(Unified Modeling Language，UML)方法對裝備保障平時業(yè)務(wù)中的裝備管理、修理管理和器材管理業(yè)務(wù)進行描述。其中：裝備管理的基本任務(wù)是準(zhǔn)確掌握裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)狀況，計劃裝備的使用，正確組織實施裝備的保管、保養(yǎng)，預(yù)防裝備事故，充分發(fā)揮和保持裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能；修理管理的基本任務(wù)是組織實施裝備的各類修理、零部件修復(fù)和自制件生產(chǎn)、戰(zhàn)時搶救與搶修，保證裝備恢復(fù)規(guī)定的技術(shù)狀況；器材管理的基本任務(wù)是組織實施器材的計劃籌措、存儲、供應(yīng)、運輸、舊品回收、修舊利廢等工作，保障部隊平時與戰(zhàn)時裝備維修的需要。筆者選取陸軍作戰(zhàn)基本單元旅一級平時裝備保障業(yè)務(wù)中的裝備管理、修理管理以及器材管理業(yè)務(wù)進行描述，分別如圖5-7所示。

3.2.3 裝備保障業(yè)務(wù)節(jié)點連接描述(OV-2)

裝備保障業(yè)務(wù)節(jié)點連接描述是以圖形方式描述裝備保障業(yè)務(wù)節(jié)點和這些業(yè)務(wù)節(jié)點間需求線的產(chǎn)品，主要包括裝備保障業(yè)務(wù)節(jié)點、需求線、信息交換和裝備保障業(yè)務(wù)活動等，如圖8所示。其中：裝備機關(guān)主要完成摩托小時均衡、裝備動用控制、維修生產(chǎn)計劃、維修經(jīng)費計劃、器材供應(yīng)計劃和器材籌措計劃等活動；使用分隊主要完成裝備使用、裝備保養(yǎng)和裝備質(zhì)量控制等活動；保障小組主要完成維修生產(chǎn)和維修質(zhì)量控制等活動；裝備倉庫主要完成器材出入庫和器材庫存控制等活動。

3.2.4 裝備保障業(yè)務(wù)活動順序和時間關(guān)系描述(OV-6)

裝備保障業(yè)務(wù)活動順序和時間關(guān)系主要描述的是裝備保障業(yè)務(wù)的動態(tài)特性。其中：裝備保障業(yè)務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)變(OV-6b)產(chǎn)品描述裝備保障業(yè)務(wù)活動對不同事件的響應(yīng)及狀態(tài)變化過程；裝備保障業(yè)務(wù)事件跟蹤描述(OV-6c)產(chǎn)品描述裝備保障業(yè)務(wù)節(jié)點之間信息交換的時間、事件順序。筆者以裝備保養(yǎng)過程為例描述其業(yè)務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)變，如圖9所示；以裝備動用為例，描述其業(yè)務(wù)事件跟蹤，如圖10所示。

3.2.5 邏輯數(shù)據(jù)模型(OV-7)

邏輯數(shù)據(jù)模型主要描述業(yè)務(wù)活動間及其交換信息的邏輯結(jié)構(gòu)，提供信息名稱、類型、屬性或特征及其相互關(guān)系。由于各裝備保障業(yè)務(wù)所包含的數(shù)據(jù)量大，內(nèi)容各異，而所有裝備保障業(yè)務(wù)的管理對象基本一致，涵蓋裝備、人員、經(jīng)費、設(shè)施、設(shè)備、資料等對象。因此，本文以裝備保障管理基礎(chǔ)對象信息為主體構(gòu)建裝備保障邏輯數(shù)據(jù)模型，如圖11所示。

3.3 系統(tǒng)視圖設(shè)計

在業(yè)務(wù)視圖設(shè)計的基礎(chǔ)上，設(shè)計裝備保障信息系統(tǒng)集成的系統(tǒng)視圖。

3.3.1 系統(tǒng)接口描述(SV-1)

裝備保障業(yè)務(wù)活動節(jié)點間系統(tǒng)接口關(guān)系如圖12所示。可以看出：裝備管理、修理管理、器材管理、訓(xùn)練管理、戰(zhàn)備管理、人員管理和設(shè)施設(shè)備管理等業(yè)務(wù)系統(tǒng)間均存在接口關(guān)系。需要指出的是，出于簡化圖形復(fù)雜度的需要，圖12中的接口線在實際中并不止一條。以裝備管理、修理管理、器材管理系統(tǒng)為例，進一步詳細(xì)描述了3個系統(tǒng)組件間接口關(guān)系，如圖13所示。其中：接口1-a為裝備修理任務(wù)；接口1-b和2-a均為裝備修理計劃；接口2-b為修理器材需求；接口3-a為裝備使用計劃；接口3-b為裝備保養(yǎng)器材需求。

3.3.2 系統(tǒng)功能描述(SV-4)

裝備保障集成信息系統(tǒng)主要包含角色管理、資源管理、系統(tǒng)管理和應(yīng)用管理4大功能模塊，如圖14所示。其中，應(yīng)用管理模塊包含裝備管理、修理管理和器材管理等裝備保障業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)。以器材管理子系統(tǒng)為例，其主要包含申請計劃、分配計劃、出庫入庫、庫存管理、舊品管理和基數(shù)管理等功能。

3.3.3 業(yè)務(wù)活動到系統(tǒng)功能追溯矩陣(SV-5)

業(yè)務(wù)活動到系統(tǒng)功能追溯矩陣體現(xiàn)業(yè)務(wù)視圖與系統(tǒng)視圖之間的關(guān)系，描述業(yè)務(wù)活動與系統(tǒng)功能之間的映射關(guān)系。其中，業(yè)務(wù)活動來自業(yè)務(wù)視圖中的業(yè)務(wù)活動模型，系統(tǒng)功能與SV-4中的系統(tǒng)功能一致。裝備保障業(yè)務(wù)能力到系統(tǒng)追溯矩陣如表1所示，其中：裝備保障能力包括裝備管理能力、裝備修理能力、器材保障能力、裝備保障訓(xùn)練能力、裝備保障戰(zhàn)備能力、保障設(shè)施設(shè)備、保障人員和裝備保障信息；“·”表示裝備保障信息系統(tǒng)與裝備保障能力存在支撐關(guān)系。

3.4 服務(wù)視圖設(shè)計

DoDAF中的服務(wù)視圖有服務(wù)接口描述(SvcV-1)、服務(wù)功能描述(SvcV-4)、業(yè)務(wù)活動與服務(wù)功能映射矩陣(SvcV-5)等10個產(chǎn)品，其形式與系統(tǒng)視圖產(chǎn)品類似。

根據(jù)不同裝備保障用戶需求，可采用不同粒度對裝備保障信息系統(tǒng)進行服務(wù)化封裝，如圖15所示。針對分隊用戶，可根據(jù)“服務(wù)之間松耦合、服務(wù)內(nèi)部高內(nèi)聚、專注于完成一項業(yè)務(wù)能力”的原則，將裝備保障信息系統(tǒng)封裝成動用申請、故障報修、器材請領(lǐng)等細(xì)粒度的裝備保障業(yè)務(wù)操作服務(wù)；針對機關(guān)用戶，可封裝成計劃制定與審批、技術(shù)狀況統(tǒng)計與分析等裝備保障統(tǒng)籌管理服務(wù)；針對首長用戶，可封裝成保障態(tài)勢分析、保障需求預(yù)測、保障方案建議等裝備保障決策規(guī)劃服務(wù)。各裝備保障服務(wù)對外發(fā)布應(yīng)用程序接口(Application Programming Interface，API)以供調(diào)用。用戶可根據(jù)裝備保障需求，靈活組合裝備保障服務(wù)，以高效完成裝備保障任務(wù)。

表1 裝備保障業(yè)務(wù)能力到系統(tǒng)追溯矩陣

在面向裝備保障業(yè)務(wù)活動的裝備保障服務(wù)組合中，主要涉及服務(wù)的動態(tài)加入、退出和替換[16]3種操作。其中，服務(wù)的替換操作又可以分解為原有服務(wù)的退出和新的服務(wù)加入2個過程。

服務(wù)組合過程中所涉及的服務(wù)之間接口連接關(guān)系如圖16所示。其中：在順序接口連接關(guān)系中，執(zhí)行裝備保障服務(wù)Si之后，才能執(zhí)行裝備保障服務(wù)Sj；在選擇接口連接關(guān)系中，執(zhí)行裝備保障服務(wù)Si之后，至少選擇S1,S2,…,Sm中的一個服務(wù)執(zhí)行；在并發(fā)接口連接關(guān)系中，執(zhí)行裝備保障服務(wù)Si之后，才能執(zhí)行所有服務(wù)S1,S2,…,Sm；在合并接口連接關(guān)系中，S1,S2,…,Sm中至少執(zhí)行一個服務(wù)后，才能執(zhí)行Sj；在同步接口連接關(guān)系中，所有服務(wù)S1,S2,…,Sm全部執(zhí)行后，才能執(zhí)行Sj。

4 結(jié)論

裝備保障信息系統(tǒng)集成體系結(jié)構(gòu)設(shè)計屬于頂層設(shè)計問題，其對規(guī)范指導(dǎo)裝備保障信息系統(tǒng)集成建設(shè)過程具有重要作用。筆者基于DoDAF方法從能力視圖、業(yè)務(wù)視圖、系統(tǒng)視圖和服務(wù)視圖4方面設(shè)計了面向服務(wù)的裝備保障信息系統(tǒng)集成體系結(jié)構(gòu)，有助于實現(xiàn)裝備保障服務(wù)柔性組合，快速響應(yīng)裝備保障需求變化，提升裝備保障能力。下一步,將對裝備保障服務(wù)粒度確定與封裝方法進行研究。