《空中情报、监视和侦察（ISR）系统簇的可执行架构：系统动力学方法》394页

世界在迅速演变，未来潜在的作战环境也是如此。随着军方将重点从反叛乱战争转向多域作战环境中的近距离对手，将需要开展许多现代化工作。这些现代化工作包括将现有系统和系统之系统（SoS）重新用于多域作战，改变现有系统的使用方式，或采购新系统。

这些现代化工作必须在多个系统和 SoS 之间进行，并涉及数十个不同的利益相关方，尽管在未来作战环境中复杂的 SoS 不可避免地会发生相互作用，但这些工作往往是并行的。开发这些系统的时限是几年而不是几十年，而且预算限制和地缘政治的变化也在不断变化。

目前跟踪和记录系统和 SoS 开发的手段是国防部架构框架（DoDAF）。DoDAF 是一种基于模型的系统工程框架，用于通过各种视角、模型、表格和图表，提供系统元素、接口、复杂性、功能、操作目的和连接的可视化，以取代传统的纸质核算方法。为了面向最终用户和决策者，DoDAF 中特有的操作视角（如 OV-1）可用于提供整体画面，让人们深入了解 SoS 将如何在操作环境中使用和互动。

然而，虽然 DoDAF 模型是记录需求的重要工具，但其静态产品对于普通最终用户来说非常复杂和难以理解，用于决策也具有挑战性。在某些情况下，DoDAF 产品被当作一种记账措施，是在已经做出决策之后才完成的。此外，架构的静态性质无法根据绩效和有效性的业务衡量标准来证明或确定手段或方式的有效性，而且几乎没有关于何时或如何生成可执行架构的指导。通常情况下，决策者依靠主题专家（SME）的估计来确定需求和运行影响。然而，仅靠 SME 估算缺乏需求开发的科学依据，如果不正确或不全面，可能会造成高昂的成本。替代方法包括复杂的模拟、战争游戏和实验组织/演习，但这些方法既昂贵又耗时。此外，数据输入数据输出的模拟缺乏学习和互动的益处。

我们需要一个用户友好、开发迅速、计算成本低廉、互动性强的可执行架构（EA）框架，它可以提供各种手段和交易方式，为战略层面的优先排序和投资决策提供信息。该框架必须能深入分析交互作用、二阶和三阶效应以及反馈，并能在信息不完整或缺失的情况下进行开发。该框架必须具有适应性，并包含过去使用的离散事件类型建模难以捕捉的要素。它还必须作为一种玩游戏、促进学习和理解的媒介，而这正是数据驱动模拟所缺乏的。

可执行架构领域正在进行的研究包括从 DoDAF 产品自动生成的方法。然而，目前还没有创建 DoDAF 产品的标准格式。虽然系统建模语言（SysML™）是最常用的方法，但现有系统的 DoDAF 产品有多种格式，如 PowerPoint™、Microsoft Visio™ 和 Sparx System Enterprise Architect™，因此自动生成的可执行架构很难甚至不可能根据最终用户的性能指标进行定制。

图 172： ISR 系统的高级指挥、控制、通信和计算机 (C4) 运行概览 (OV-1)

提出了一个为复杂系统开发整体可执行架构的框架，作为分析 DOTmLP-P（条令、组织、训练、物资、领导、人员和政策）范围内的手段和交易方式的方法，以支持 CBA（基于能力的评估）。空中情报、监视和侦察（AISR）系统的系统架构，包括情报产品处理、开发和传播（PED）的回传，以及利用通用无人机系统支持远程精确射击，作为决策-检测-交付-评估（D3A）行动的一部分，被用作实验和测试框架的案例研究。

事实证明，AISR 和远程精确射击（LRPF）是多域战争的关键组成部分。在过去十年中，对 AISR 的需求以及对这些资产（特别是无人机系统 (UAS)）的快速开发和获取呈指数级增长。虽然研究和开发的重点是无人机系统，但这些资产只是复杂的系统架构（SoS）的一部分，该架构将前沿部署的无人机系统（传感器）与驾驶飞机的飞机操作员（飞行员）以及在全球各地避难所对收集到的数据进行联合 PED 的情报分析师连接起来。

这种复杂的 SoS 架构最初是采用静态 DoDAF 和有限使用离散事件仿真类型的可执行模型来设计和开发的。然而，在过去十年中，为支持全球需求而进行的快速采购导致 AISR 舰队的扩张速度超过了 DoDAF 所能支持的速度。除了在 2017-2042 年期间采购更多无人机系统外，国防部还勾画了未来对 AISR 和 PED 架构进行技术改进的路线图，使其成为演示该框架的可行候选方案。

通过使用系统测试、扇形图、因果循环和模型边界图，初步应用了系统思维，通过对 SoS 的元素、连接和功能的基本了解，降低了系统的复杂性。使用 VensimTM 软件，选择系统动力学作为适当的建模和仿真范例。静态 DoDAF 模型被映射到具有因果循环的系统动力学存量与流量模型的关键特征上，以创建可执行架构，评估随时间变化的反馈循环和相互作用。

为了评估可执行架构对系统结构变化进行评估和比较的能力，根据以前发表的研究成果，重新创建了一个具有标准化输入的基线 PED 系统模型。通过蒙特卡罗模拟、敏感性分析和鲍威尔优化，该 EA 被用来展示评估结构、政策和人员配置变化的能力。随后，PED 模型被纳入更大的可执行架构中，其中包括 AISR 和 D3A 火力系统。

对相关变量进行了参数分析。应用随机分布函数来复制战斗的影响，并根据绩效和有效性的业务衡量标准来评估系统的系统。创建了一个交互式仪表盘环境，通过在假定范围内使用参数变量的滑块，为利益相关者提供交互式学习，并以即时图形显示随时间推移对性能和有效性的业务衡量标准的影响。该仪表板可用于手动进行单变量或多变量敏感性分析，也可作为可视化各种行动方案效果的平台，用于伪桌面战争游戏讨论。

由于组合和维度的复杂性以及敌方的随机效应，采用了点重复的空间填充实验设计来对输入空间进行采样，并考虑噪声变化。这样就能创建代用模型，用于统计评估相关要素之间的复杂交互作用与预期作战产出之间的关系。

实验成功地支持了将系统动力学作为一种手段，在快速开发的互动环境中全面评估复杂的系统间关系，使交易得以进行，也可作为利益相关者和决策者的游戏和学习工具。本文讨论了有关益处和局限性的结论，以及对未来工作和改进的建议。