美国国防部致力于推行基于模型的系统工程(MBSE)以加速并优化复杂系统的采办流程,但尚未提供关于如何全面实施MBSE的指导方针。这催生了以下研究机遇:选取国防部通用流程,基于现有文献构建MBSE方法论,按该方法生成模型,记录建模成本,并通过访谈模型接收方评估其投资价值。本研究针对联合前沿指挥控制(C2)能力评估(CBA)报告的差距分析与特征描述阶段,开发了包含12个步骤的方法论。研究识别出13个数据组:系统资源、条件、问题陈述、能力、联合能力领域、度量、度量属性、三类任务以及三种满足关系。建模总耗时149.6小时,其中69.8小时用于数据结构与本体构建,79.8小时用于具体实例建模。软件工具、培训与人工总成本略低于20,000美元。利益相关者访谈表明,模型在可追溯性、迭代便利性与重用性方面的效益远超构建成本。未来研究方向包括:调整分析技术、将建模工作扩展至CBA流程其他环节,以及与任务工程模型集成。

世界正变得日益复杂且高度互联。这一趋势的直接结果是,无论公共部门还是私营机构,获取竞争优势的难度都在持续增加。系统工程(Systems Engineering, SE)学科通过帮助工程师思考如何实现期望的涌现行为并减少非预期后果,为解决这一挑战提供了方法论支撑。传统系统工程实践还通过系统化分析设计决策的影响,有效管控项目成本超支与进度延误风险。

近年来,计算机算力的提升催生了IBM Rhapsody、Catia Magic系统之系统架构师等数字化系统工程建模工具。此类概念建模工具通过强制逻辑一致性、术语标准化及关系图可视化等优势(Henderson与Salado,2021;Maurandy等,2012),以传统文档无法实现的方式赋能系统工程师。将此类工具与建模方法学及语言相结合的应用实践,即基于模型的系统工程(Model-Based Systems Engineering, MBSE)(Delligatti,2013)。MBSE实践者普遍认可其在可追溯性、完整性与信息可访问性方面的显著提升,以及返工、错误与成本的显著降低(Campo等,2023;Henderson与Salado,2021)。

美国国防部(DoD)正致力于构建基础设施、流程与培训资源以支持采办专业人员获取MBSE效益。此类使能活动的投入对组织能否成功实施MBSE并实现生产力跃升至关重要,但高成本特性使得预算分配策略尚不明晰。这引出一个关键实践问题:国防部是否应在系统完成设计阶段进入维护期后推进MBSE转型?

本研究通过选取国防部战术空中控制小组(TACP)现代化项目作为案例,在其开展能力评估(CBA)过程中探索上述问题。该项目办公室需评估现有资源能否满足未来作战需求,本研究将重点分析MBSE如何支持这一进程。

当前,美国防部已将战略重心从中东反恐作战转向应对南太平洋地区同等级/近同等级对手的冲突。这一转型迫使众多进入里程碑C后的项目重新评估其武器系统是否适配国防部未来需求。许多系统已进入运维阶段且原始设计针对不同任务场景,国防部要求项目办公室实施调整以支撑动态任务需求。

除任务转型外,国防部正推进数字工程范式变革。众多工程师致力于开发跨企业适用的流程体系。MBSE的新兴特性为研究提供了广阔空间——许多国防部流程尚未制定MBSE实施指南,为实践者留有探索余地。本研究聚焦任务转型与数字工程转型的交汇点,探究如何优化MBSE在能力评估中的支持作用。

本研究通过四项来源的内容分析构建能力评估(CBA)建模方法论:CBA流程、任务工程流程、能力组合管理(CPM)以及系统建模语言(SysML)的权威教材。研究者随后应用该方法论为"联合前沿C2能力评估"具体用例创建模型,并跟踪建模工作所需的资源投入。最后通过访谈评估模型对CBA流程的影响,尝试归纳该CBA模型的优势与不足。

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