近几十年来,国防系统的规划已经演变成基于能力的规划(CBP)过程。本文试图回答两个问题:首先,如何表达一个复杂的、真实世界的能力需求;其次,如何评估一个具有交互元素的系统是否满足这一需求。我们建议用一套一致的模型以可追踪的方式来表达能力需求和满足该需求的解决方案。这些模型将目前的能力模型,具体到规划级别和能力观点,与系统思维方法相结合。我们的概念模型定义了环境中的防御系统,数据模型定义并组织了CBP术语,类图定义了CBP规划元素。通过给出一个能力参数化的例子来说明这个方法,并将其与DODAF能力观点和通用CBP过程进行比较。我们的数据模型描述了能力在行动中是如何退化的,并将该方法扩展到能力动态。定量能力定义的目的是支持解决现实世界中相互作用的子系统,这些子系统共同实现所需的能力。

能力规划问题的定义

在本节中,能力被定义为执行任务的效果或功能并作为系统时,我们讨论CBP;在1.2小节中进一步讨论Anteroinen的分类中的第三和第五类。为了专注于军事系统或军事单位的结构定义和未来的数学建模,只考虑系统的物理组成部分,即人员和物资,以及他们与能力的关系。环境的影响--天气条件、地形、周围的基础设施和其他军事单位--被省略,以关注两种力量之间的相互作用;尽管在实践中,环境和其他更广泛的系统问题显然是相关的。通常情况下,CBP过程定义了环境的相关方面和军事行动的类型,为能力需求定义、能力评估和解决方案选择制定了可能的规划情况集合。

一个军事单位或一个组织由其人员和物资组成。经过组织和训练的人员配备了适当的物资,代表、拥有或产生能力。当两个军事单位相互作战时,他们会启动自己的能力,以造成敌人的物资和人员的退化。为了定义能力需求并计划如何作为军事单位或系统来实施,需要解决的问题是:在与敌人的互动过程中,能力将如何演变,而敌人的能力却鲜为人知?图1说明了在敌人能力的作用下,自己的军事作战和维持能力的动态互动。我们的能力削弱了敌方的人员和物资,对敌方的能力产生了影响;而敌方的能力削弱了我们的人员和物资,对我们的能力产生了影响。外部资源,也就是供应和维持能力,维持着被削弱的人员和物资。如因果循环图所示,敌方的能力可以与我方的能力对称地表示。第3节的进一步建模集中在我们自己的能力上,由图1中的虚线表示,以便更纯粹地表示。

对我们自己的能力的定义说明,由人员和物资提供,表明了复杂的结构和与能力有关的功能和元素之间的相互作用。此外,真正的军事单位,通常由较小的编队组成,有几种能力,由大量不同的物资和人员组成,并与环境互动。

现有的能力模型

  • 军事能力是外交政策的工具
  • 作为军事单位战斗力的能力
  • 作为执行任务效果和功能的能力
  • 作为武器系统或平台的能力
  • 作为系统的能力

军事背景下能力规划的概念模型架构描述

架构被定义为 "一个系统在其环境中的基本概念或属性,体现在其元素、关系以及设计和进化的原则中"。因此,架构描述是一种表达架构的工作产品。架构框架是在一些应用领域或社区应用架构描述的基础。架构框架为网络系统的复杂性管理提供了结构化的方法,使利益相关者之间能够进行沟通,并支持未来和现有系统的系统分析和设计。企业架构的Zachman框架是这类通用框架的一个例子。DoDAF、MODAF和NAF是用于国防系统分析和定义的架构框架,特别是用于指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察系统(C4ISR)。这些架构框架由观点组成,定义了代表特定系统关注点的一组架构视图的规则。架构视图由一个或多个模型组成。架构框架基础的元模型定义了不同视点中元素之间的关系。DoDAF元模型DM2有一个概念数据模型图(DIV-1),用来向管理者和执行者传达架构描述的高层数据构造的概念。MODAF元模型详细定义了每个架构视图的数据模型。

利益相关者需要适当的支持,以促进他们彼此之间以及与规划专家团体的沟通,从而从CBP方法中获益。军事专家的作用不是参与复杂的工具和方法,而是为规划过程提供重要的领域专业知识。架构框架是一个很好的工具,可以定义当前的防御系统,确定能力需求,并描述系统解决方案。不幸的是,架构框架和相关元模型的精确但复杂的机制与复杂的符号并不一定能以明显的方式解释能力观点和要素之间的关系。因此,架构观点和典型的CBP流程并没有明显的联系。因此,参与能力规划的军事专家和决策者很少能够加深理解,或者在没有专门掌握这些工具和方法的人员的情况下,通过应用架构框架确定解决方案。需要对能力进行更简单的定义,与流程兼容。

能力模型框架

图2提出了一个高层次的数据模型,它代表了能力定义问题的抽象。数据模型描述了能力模型类型及其关系,作为能力和防御系统建模的框架。符号的选择是为了保持信息量,但对更多的人来说是可读的,因此它不遵循任何特定的方法,但与SODA的认知图谱有一些共同点。

能力的现实世界实例在图的左边,而概念模型类型在右边。该模型的第一个版本已经被Koivisto和Tuukkanen应用于一个基于研发的自下而上的过程和概念性的未来系统,即认知无线电。原始模型描述,系统模型定义了物资、战斗力和功能能力。实际上,这是一种双向的关系:在所需能力和所需资源的驱动下建立系统模型,然后用系统模型来预测特定环境和实例中的结果。

防御系统和能力——上下文模型

防御系统由系统、系统要素及其相互作用组成,其突发属性由系统、系统要素和它们的相互作用界定。图3中的模型代表了系统层次结构中的防御系统层次。防御系统可以被看作是SoS,但我们应用一般的系统术语来保持模型的可扩展性,并为防御系统层次结构的较低层次提供合适的术语。在国防系统层次结构的任何一级,系统代表一个由系统元素组成的军事单位:人员和物资。

图3 国防系统在其背景下的概念系统模型。防御系统,即利益系统(SOI),被环境和其他行为者的系统所包围。这些系统包括相互作用的系统要素人员(P)和物资(M)。子系统和系统元素之间的联系是示范性的。

能力模型类型和术语——高级数据模型

除了系统元素和它们的组织之外,还要定义功能和相应的输出,以获得更全面的系统定义。我们将能力定义为执行任务的效果或功能,是一种功能能力。在CBP过程中,功能能力定义了一些当前或计划中的军事单位或由物资和人员组成的系统的能力潜力。最终,能力发展过程必须以现实世界的军事单位来定义系统的实施。力量要素的概念定义了最终的系统结构,也就是要生产的现实世界的军事单位的组织。在我们的数据模型中,功能能力被安排在SOI内部,以代表系统的涌现属性。当这种潜力或涌现被计划为引起某种效果时,系统,具体来说是其功能能力,在计划过程中被分配到一个任务中。此外,当军事单位执行任务时,效果就会产生。高层数据模型的作用,如图4,是将关键的术语及其关系可视化。

图 4 基于能力的规划中术语及其关系的高级数据模型表示

基于能力的规划元素——UML类图

图5中的类图将图3所示的概念系统模型中确定的国防系统规划要素与图4中的能力模型类型结合起来。由于我们关注的是国防系统,国家权力和军事力量的要素被认为是其环境的一部分,不在图中。然而,我们建议,国家权力也可以通过效应来表示。

图 5 基于能力的规划元素的统一建模语言 (UML) 类图表示

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