指挥控制系统的能力需求模型分析及验证方法研究

To enable an effective acquisition proccess of conceptual planning, requirements analysis, program approvement and system integration for Command and Control systems, the Western countries recently suggest system engineering methodologies, such as enterprise achitecture frameworks and capability-based planning. But the issues of modeling and validating the C2 system capability requirements are poorly concerned and need to be intensively researched. This proposal focuses on formal specification of capability requirements of C2 systems, reseasoning through the effectiveness concepts and execuatable modeling and simulation techiques for C2 system requirements validation. The goal of the research is trying to solve the issues such as that the capability concepts of C2 systems cannot be articulated precisely and accurately, the domain knowledge is poorly reusable and the requirements modeling is disjioned with simulation and validation, and thus making the process of C2 system architecturing seamlessly integrated into software requirements development. First, the UML modeling constructs will be extended to be able to model the capability concepts of C2 systems. Then, the fuzzy description logic will be introduced to formally describe C2 system capability requirements and their effectiveness concepts. The reseasoning technique based on description logic will be provided so that the consistency and integrity of capability concepts can be checked with a description logic reseasoner. Finally, an excuatable UML modeling method for C2 capability simulation and requirements validation will be approached so that the conceptual model of C2 system capabilities can be automatically and completely converted into excutable models, and the behaviors of the C2 system can therefore be simulated by executing the simulation models to validate the capability requirements.

为了对指挥控制系统的概念策划、需求分析、项目论证和系统研制等过程进行有效管理，西方国家提出了企业体系结构框架和基于能力的系统规划等系统工程方法论，但在能力需求建模和验证等方法上相关研究尚显不足。本项目拟研究指控系统能力需求的形式化描述、效能概念推理分析和可执行模型仿真验证等方法和技术，解决指控系统能力概念难以精确描述、领域知识难以复用、需求建模与仿真验证相脱节等问题,使指控系统的体系结构分析与软件需求开发过程无缝连接。首先，对UML建模方法进行扩展，使其可以用于建模指控系统的能力概念；其次，采用模糊描述逻辑对指控能力和效能概念进行形式化描述，并研究基于描述逻辑的推理技术，通过描述逻辑系统推理引擎自动完成能力概念的一致性和完整性验证；最后，研究一种支持能力需求仿真验证的可执行UML模型方法，将指控系统的能力概念模型转换为可执行模型，通过执行仿真模型模拟指控系统的行为，验证系统的能力需求

“能力需求”是以美国为首的西方国家为研究信息时代的指挥控制方法和研发新一代指挥信息系统提出的新概念，但目前需求在描述上主要采用自然语言和非结构化图表，在分析评估上主要依赖于专家经验。该项目旨在提出一套指控系统能力需求分析与验证的理论方法，解决指控系统需求开发中难以检验需求概念的一致性、效能分析与功能分析相脱节、概念设计难以仿真验证等问题。研究分为指控系统能力概念形式化分析框架、指控系统能力需求概念建模与一致性检验方法和指控系统能力需求模型仿真验证方法三部分开展。. 经过4年研究，我们提出了一套较为适用的指控系统能力需求模型分析、形式化推理检验和可执行模型仿真验证方法，达到了预期目标。首先，提出了指控系统能力需求描述框架与形式化分析方法，将基于UML的指控系统能力需求模型转换为基于描述逻辑的领域本体，并通过开源引擎验证模型的完整性与一致性，从而解决了能力需求概念一致性检验问题；其次，对基于UML的指控系统能力需求特定领域建模语言进行了模糊化改造，使其能够描述指控系统中的模糊效能概念，从而解决了效能分析与功能分析相脱节问题；最后，构建了一套指控系统能力需求可执行模型仿真验证系统，不仅能够对指控系统能力需求进行概念建模，而且可以对指控系统进行行为逻辑仿真和效能评估，从而解决了指控系统概念设计难以仿真验证问题。. 我们在总结成果基础上发表相关论文19篇，其中5篇被SCI收录、5篇被EI收录；培养了4名博士和3名硕士；此外，还研制了一套指控系统的能力需求可执行体系结构建模与仿真工具原型系统，具备指控系统能力需求建模、模型形式化验证、可执行体系结构建模以及能力需求仿真分析等功能，将理论方法和工具应用于某大型项目需求论证，解决了指控系统能力需求建模和体系作战能力分析评估问题，获得了军队科技进步三等奖。