新式裝備概念設(shè)計(jì)綜述范文
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新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵
1新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)的定義
為了充分利用“概念驅(qū)動”思想促進(jìn)武器裝備發(fā)展，需要構(gòu)建面向裝備發(fā)展的作戰(zhàn)概念———新型裝備作戰(zhàn)概念，并建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。就其內(nèi)涵而言，新型裝備作戰(zhàn)概念是在新型作戰(zhàn)理論指導(dǎo)下，以裝備發(fā)展為研究對象，對武器裝備的使命或任務(wù)、作戰(zhàn)運(yùn)用方式、系統(tǒng)構(gòu)成、關(guān)鍵能力、實(shí)現(xiàn)途徑等進(jìn)行的綜合描述。新型裝備作戰(zhàn)概念的設(shè)計(jì)是通過分析、推理、運(yùn)算、綜合、歸納等過程，發(fā)現(xiàn)合理滿意的新型裝備作戰(zhàn)概念的一種創(chuàng)造性活動，以使論證人員發(fā)掘武器裝備運(yùn)用需求，構(gòu)想裝備運(yùn)用方式、體系構(gòu)成、能力指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)軍事需求向裝備發(fā)展要求的前瞻性映射。
2新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)的作用
新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)在軍事需求生成過程和軍事需求牽引裝備發(fā)展過程中具有重要作用。
2．1新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)是武器裝備發(fā)展的起點(diǎn)每型交付部隊(duì)使用的裝備，都是在新型作戰(zhàn)理論指導(dǎo)下，通過構(gòu)想作戰(zhàn)概念而獲得其基本藍(lán)圖的。任何武器裝備都需要經(jīng)歷從概念到實(shí)體的演變過程，因此，新型裝備作戰(zhàn)概念作為起點(diǎn)，必然是一個從無到有、從抽象到具體的映射過程，它在整個武器裝備的研發(fā)過程中處于上游階段，也是最富有創(chuàng)造力的階段。
2．2新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)是武器裝備發(fā)展的主線新軍事變革時代，裝備發(fā)展已經(jīng)演進(jìn)到“戰(zhàn)爭從實(shí)驗(yàn)室打響，概念從實(shí)驗(yàn)室走向戰(zhàn)場”的模式。新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)貫穿于裝備發(fā)展的始終，在武器裝備生命周期中的各個階段都發(fā)揮著牽引作用，同時也不斷地進(jìn)行著自我完善。整個裝備發(fā)展過程處于不斷的生成概念、改進(jìn)概念和實(shí)現(xiàn)概念的過程，服從螺旋式上升規(guī)律，每次提高都使新型裝備作戰(zhàn)概念更好地牽引裝備的發(fā)展。
2．3新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)是武器裝備發(fā)展的平臺新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)有機(jī)融合了作戰(zhàn)研究、裝備策劃、仿真評估等設(shè)計(jì)過程和論證過程，以新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)為平臺，將充分吸收作戰(zhàn)、裝備、后勤部門，基層部隊(duì)以及科研機(jī)構(gòu)人員的群體智慧，實(shí)現(xiàn)研制的裝備項(xiàng)目最大可能地滿足實(shí)戰(zhàn)需要，確保論證對裝備發(fā)展的有效牽引。
新型裝備作戰(zhàn)概念的基本要素、設(shè)計(jì)機(jī)理和設(shè)計(jì)方法
1新型裝備作戰(zhàn)概念的基本構(gòu)成要素
為了突出作戰(zhàn)需求牽引裝備發(fā)展、裝備發(fā)展旨在作戰(zhàn)運(yùn)用的本質(zhì)，新型裝備作戰(zhàn)概念的基本架構(gòu)需包括四個方面。(1)使命任務(wù)，是在一定的作戰(zhàn)環(huán)境、約束條件和作戰(zhàn)對象下，武器裝備達(dá)成特定的作戰(zhàn)目的所執(zhí)行的行動和擔(dān)負(fù)的責(zé)任。
(2)運(yùn)用方式，是規(guī)劃武器裝備的作戰(zhàn)運(yùn)用、作戰(zhàn)樣式，形成完整的作戰(zhàn)概念方案解，實(shí)現(xiàn)對武器裝備作戰(zhàn)運(yùn)用的初步分析判斷和創(chuàng)造性構(gòu)想。
(3)系統(tǒng)構(gòu)成與交聯(lián)關(guān)系，是為了進(jìn)一步物化作戰(zhàn)行動，將作戰(zhàn)運(yùn)用方式映射到武器裝備具體的作戰(zhàn)裝備和保障裝備上，提出和勾勒實(shí)現(xiàn)武器裝備使命任務(wù)的戰(zhàn)斗裝備和保障裝備連接關(guān)系及編配關(guān)系，從裝備體系的層面構(gòu)建武器裝備運(yùn)用構(gòu)成。
(4)關(guān)鍵能力需求，是提出武器裝備在一定作戰(zhàn)環(huán)境下完成特定使命任務(wù)需要具備的性能指標(biāo)、能力特征以及關(guān)鍵技術(shù)體系。
2新型裝備作戰(zhàn)概念的設(shè)計(jì)機(jī)理
依據(jù)新型裝備作戰(zhàn)概念的基本構(gòu)成，對各個要素進(jìn)行細(xì)化，將抽象層次的概念進(jìn)行具體化，隨著作戰(zhàn)概念主要階段、各階段的主要任務(wù)以及完成任務(wù)的標(biāo)志逐漸清晰和細(xì)化，設(shè)計(jì)出裝備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和交聯(lián)關(guān)系，并在行為和性能層次，提出武器裝備主要性能指標(biāo)。
3新型裝備作戰(zhàn)概念的設(shè)計(jì)方法
3．1新型裝備作戰(zhàn)概念生成和描述基礎(chǔ)
新型裝備作戰(zhàn)概念涉及到作戰(zhàn)、指揮、裝備、技術(shù)等許多領(lǐng)域，屬于復(fù)雜系統(tǒng)的范疇。系統(tǒng)工程中，體系結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)各組成部分的結(jié)構(gòu)、它們之間的關(guān)系以及制約其設(shè)計(jì)與隨時間演進(jìn)的原則和指南。從體系結(jié)構(gòu)的視角考慮和描述新型裝備作戰(zhàn)概念，是做好新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)的有效途徑。
目前國外對體系結(jié)構(gòu)的研究標(biāo)志性成果是美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架DoDAF以及DoDAF中的視圖描述思想。美國國防部根據(jù)國際系統(tǒng)工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展和美國最近20年來的軍事系統(tǒng)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，先后頒布了DoDAFv1．0、v1．5、v2．0作為指導(dǎo)所有軍事工程項(xiàng)目研發(fā)的系統(tǒng)工程方法論。基于DoDAF，一些國家也提出了自己的體系結(jié)構(gòu)框架，如英國提出了MoDAF，北約提出了NAF。本文利用較為成熟的體系結(jié)構(gòu)描述工具進(jìn)行新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)，以多視圖方法為指導(dǎo)，采用圖形、圖像、文本、表格和矩陣等直觀的形式，從多個視角生成新型裝備作戰(zhàn)概念的主要活動和基本要素，描繪作戰(zhàn)能力需求、任務(wù)分配、結(jié)構(gòu)組成、性能參數(shù)、信息交換和其它相互關(guān)系等，實(shí)現(xiàn)新型裝備作戰(zhàn)概念每個細(xì)節(jié)層次的設(shè)計(jì)。
3．2新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)流程
本文借鑒DoDAFV1．5版、V2．0版以及MoDAF體系結(jié)構(gòu)框架，通過對視圖的針對性改造和構(gòu)建新的視圖，實(shí)現(xiàn)對新型裝備作戰(zhàn)概念中的每一個基本要素的生成和描述，圖1是新型裝備作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)方法流程圖，它由7個基本視圖構(gòu)成。
新型裝備作戰(zhàn)概念的基本要素設(shè)計(jì)
1武器裝備使命任務(wù)設(shè)計(jì)
武器裝備的使命任務(wù)運(yùn)用“全視圖”的方式進(jìn)行表述，主要采用文字的形式，簡明扼要地闡述需要執(zhí)行的使命任務(wù)的環(huán)境、條件、目的、意義等基本情況。設(shè)計(jì)內(nèi)容可包括以下五個方面的內(nèi)容:
(1)作戰(zhàn)環(huán)境，主要描述武器裝備在執(zhí)行特定任務(wù)時所受的所有外界環(huán)境及其影響的綜合。主要分析自然環(huán)境、誘發(fā)環(huán)境和對抗環(huán)境，重點(diǎn)分析:戰(zhàn)場環(huán)境對武器裝備發(fā)展和運(yùn)用的影響，未來作戰(zhàn)可能面臨的戰(zhàn)場環(huán)境，戰(zhàn)場環(huán)境可能發(fā)生的改變等。
(2)約束條件，是在武器裝備作戰(zhàn)環(huán)境分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出的武器裝備在執(zhí)行特定任務(wù)時所受的幾何、運(yùn)動、電磁等各個方面的限定和制約。
(3)作戰(zhàn)目標(biāo)，是需要?dú)驃Z取的對象，包括敵人任何直接或間接用于軍事行動的部隊(duì)、軍事技術(shù)裝備和設(shè)施、工廠、城市等。武器裝備作戰(zhàn)目標(biāo)是指武器裝備在執(zhí)行特定任務(wù)時所要打擊的對象或要控制的領(lǐng)域。
(4)作戰(zhàn)目的，是武器裝備執(zhí)行特定任務(wù)時所要達(dá)到的預(yù)期結(jié)果或效果。
(5)意義地位，主要描述武器裝備在執(zhí)行特定任務(wù)中所起的作用，明確武器裝備在我軍武器裝備中的重要性，以及發(fā)展該型武器裝備的意義。
2武器裝備運(yùn)用方式設(shè)計(jì)
武器裝備的運(yùn)用方式采用“視圖+文字”的形式進(jìn)行描述。即:采用“高層作戰(zhàn)視圖”對整個作戰(zhàn)構(gòu)想進(jìn)行初步生成和描繪;采用“作戰(zhàn)活動模型圖”對各種作戰(zhàn)活動進(jìn)行生成和描述;采用文字表述的形式對武器裝備具體作戰(zhàn)構(gòu)想、想定進(jìn)行宏觀頂層描述。
2．1高層作戰(zhàn)視圖設(shè)計(jì)
高層作戰(zhàn)視圖是將武器裝備的使命任務(wù)描述成在一個前后關(guān)聯(lián)的戰(zhàn)斗環(huán)境中的一組任務(wù)對象及其相互關(guān)系的概要圖形。圖2是遠(yuǎn)程打擊高層作戰(zhàn)視圖示例。高層作戰(zhàn)視圖為裝備發(fā)展決策者和裝備研發(fā)人員提供清晰明了的武器裝備作戰(zhàn)運(yùn)用的基本情況。由于圖形中隱含著許多不能直接表達(dá)的信息，因此除了給出圖形之外，還需要給出關(guān)鍵的文字，輔助描述高層作戰(zhàn)視圖。
2．2作戰(zhàn)活動模型圖設(shè)計(jì)
作戰(zhàn)活動模型圖描述武器裝備在執(zhí)行一項(xiàng)使命任務(wù)過程中正常開展的各種活動。作戰(zhàn)活動模型圖是作戰(zhàn)活動與裝備能力建立關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵視圖，準(zhǔn)確繪制作戰(zhàn)活動模型圖中的各個作戰(zhàn)活動，是提出新型裝備作戰(zhàn)概念“關(guān)鍵能力需求”的必經(jīng)環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)軍事需求向裝備能力的映射關(guān)鍵步驟。作戰(zhàn)活動模型圖有兩個模板，其中，作戰(zhàn)活動層次圖以武器裝備特定使命任務(wù)為背景，依據(jù)作戰(zhàn)階段和節(jié)點(diǎn)功能對整個作戰(zhàn)過程進(jìn)行分解，形成樹狀的作戰(zhàn)活動層次圖，如圖3所示。層次作戰(zhàn)流圖是在作戰(zhàn)活動層次圖作戰(zhàn)過程分解的基礎(chǔ)上，建立的作戰(zhàn)活動與各個作戰(zhàn)子活動之間的關(guān)系。圖4是根據(jù)圖3中分解的作戰(zhàn)活動所設(shè)計(jì)的層次作戰(zhàn)流圖。
3武器裝備系統(tǒng)構(gòu)成與交聯(lián)關(guān)系設(shè)計(jì)
武器裝備系統(tǒng)構(gòu)成與交聯(lián)關(guān)系主要采用“作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接描述圖”和“作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣”兩種視圖描述裝備作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之間的信息連接關(guān)系，反映武器裝備系統(tǒng)構(gòu)成以及相互的交聯(lián)關(guān)系。
3．1作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接描述設(shè)計(jì)
作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接描述圖，是利用圖形化的方法描述武器裝備體系構(gòu)成以及作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之間的信息交換要求。其中箭頭表示信息傳遞的方向，雙箭頭表示雙向信息交換，如圖5所示。作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接描述圖的設(shè)計(jì)有利于明確武器裝備的系統(tǒng)構(gòu)成和相互的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
3．2作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣設(shè)計(jì)
作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣，是以矩陣形式表達(dá)三個基本體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)元素(作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)、作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)和信息流)之間的關(guān)系，反應(yīng)武器裝備體系的交聯(lián)關(guān)系以及信息的相關(guān)度。矩陣的列是信息發(fā)出的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)，行是信息接受的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)。
4武器裝備關(guān)鍵能力需求設(shè)計(jì)
關(guān)鍵能力需求采用“作戰(zhàn)活動與作戰(zhàn)能力關(guān)系映射矩陣”和“裝備能力譜系矩陣”描述武器裝備的作戰(zhàn)能力以及關(guān)鍵性能指標(biāo)。
4．1作戰(zhàn)活動與作戰(zhàn)能力關(guān)系映射矩陣設(shè)計(jì)
作戰(zhàn)活動與作戰(zhàn)能力關(guān)系映射矩陣，是將作戰(zhàn)活動與作戰(zhàn)能力進(jìn)行相關(guān)，建立作戰(zhàn)活動與作戰(zhàn)能力的映射，提取武器裝備在完成作戰(zhàn)活動中的關(guān)鍵作戰(zhàn)能力，并作為輸出匯聚到裝備能力譜系矩陣。
4．2裝備能力譜系矩陣的繪制裝備能力譜系矩陣，是以矩陣的形式，提出武器裝備高級作戰(zhàn)概念圖所描述想定的具體作戰(zhàn)性能屬性和量化需求。
案例研究
為了更好地闡述本框架，現(xiàn)以某型飛機(jī)臨近空間對抗的作戰(zhàn)概念設(shè)計(jì)為實(shí)例，進(jìn)行簡要描述。
1某型飛機(jī)臨近空間對抗的使命任務(wù)
1．1作戰(zhàn)環(huán)境
某型飛機(jī)實(shí)施對抗任務(wù)在臨近空間與在航空空間大為不同，重要區(qū)別在于作戰(zhàn)環(huán)境的不同。臨近空間作戰(zhàn)環(huán)境:一是大氣密度顯著降低，隨著高度的上升，臨近空間大氣密度顯著降低，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣條件逐漸惡化;二是氣溫變化劇烈，對飛機(jī)的材料和電子設(shè)備帶來考驗(yàn);三是氣象條件相對簡單，20千米～40千米的臨近空間更有利于飛機(jī)飛行;四是侵蝕現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)，臭氧和紫外線對飛機(jī)各種材料損害加劇。
1．2約束條件
一是作戰(zhàn)高度約束，從大氣密度影響，臨近空間突防有利，飛行器動力技術(shù)發(fā)展等綜合情況分析，在20千米～30千米內(nèi)作戰(zhàn)，是未來某型飛機(jī)臨近空間對抗的最佳作戰(zhàn)場。二是作戰(zhàn)速度約束，從臨近空間對抗目標(biāo)，沖壓發(fā)動機(jī)工作要求，突破敵防空體系、發(fā)動機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢等情況綜合分析，具備3馬赫的飛行速度對某型飛機(jī)臨近空間對抗最為有利。
1．3作戰(zhàn)目標(biāo)
某型飛機(jī)臨近空間對抗的主要目標(biāo)有三類:一是低速/亞聲速(小于1馬赫)臨近空間飛行器;二是超聲速(1馬赫～5馬赫)臨近空間飛行器;三是高超聲速(5馬赫以上)臨近空間飛行器。
1．4作戰(zhàn)目的
某型飛機(jī)臨近空間對抗的主要目的是攔截飛經(jīng)臨近空間飛行器平臺，截?cái)囡w行器在臨近空間的飛行通道，同時在臨近空間遂行其他作戰(zhàn)活動，形成臨近空間制權(quán)。
2某型飛機(jī)臨近空間對抗的運(yùn)用方式
2．1高層作戰(zhàn)視圖圖6是某型飛機(jī)臨近空間對抗高層作戰(zhàn)視圖，初步描繪某型飛機(jī)在臨近空間中對抗作戰(zhàn)構(gòu)想，反映臨近空間交戰(zhàn)和防御，臨近空間干擾與壓制等對抗任務(wù)。
2．2作戰(zhàn)活動模型
以某型飛機(jī)臨近空間對抗作戰(zhàn)任務(wù)為背景，依據(jù)高層作戰(zhàn)視圖中所描繪的作戰(zhàn)階段和實(shí)現(xiàn)的功能任務(wù)等對整個作戰(zhàn)過程進(jìn)行分解，形成樹狀的作戰(zhàn)活動層次圖，如圖7所示。 在某型飛機(jī)臨近空間對抗作戰(zhàn)活動層次圖的基礎(chǔ)上，按照IDEF0(功能建模方法)的ICOM(輸入、控制、輸出、機(jī)制)標(biāo)準(zhǔn)，將各個作戰(zhàn)活動按照高層作戰(zhàn)概念視圖中所構(gòu)想的作戰(zhàn)流程進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成某型飛機(jī)臨近空間對抗層次作戰(zhàn)流圖，如圖8所示。
3某型飛機(jī)臨近空間對抗的體系構(gòu)成與交聯(lián)關(guān)系
3．1對抗作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)
以臨近空間對抗為核心，對作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)及其交聯(lián)關(guān)系進(jìn)行簡化處理，繪制某型飛機(jī)臨近空間對抗作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接描述如圖9所示。
3．2作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)關(guān)系
為描述某型飛機(jī)臨近空間對抗的三個基本體系結(jié)構(gòu)元素(作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)、作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)和信息流)之間的關(guān)系，反映某型飛機(jī)臨近空間對抗裝備體系的交聯(lián)關(guān)系以及信息的相關(guān)度，繪制表1所示的某型飛機(jī)臨近空間對抗作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣。
4某型飛機(jī)臨近空間對抗的關(guān)鍵能力需求
4．1作戰(zhàn)活動與作戰(zhàn)能力關(guān)系映射
根據(jù)某型飛機(jī)臨近空間對抗作戰(zhàn)活動的模型，提取主要作戰(zhàn)活動，并分別映射出其臨戰(zhàn)空間對抗應(yīng)具備的各種能力，見表2所示。
4．2對抗中某型飛機(jī)所需關(guān)鍵能力
對作戰(zhàn)活動與作戰(zhàn)能力關(guān)系映射矩陣中的能力譜系進(jìn)行分析，提出某型飛機(jī)高層作戰(zhàn)視圖所描述想定的關(guān)鍵性能屬性和指標(biāo)，為下一步某型飛機(jī)的發(fā)展提供直接牽引。見表3所示。6結(jié)束語戰(zhàn)斗力生成模式的改變，促使作戰(zhàn)概念成為戰(zhàn)役級軍事系統(tǒng)構(gòu)建的有效方式。基于作戰(zhàn)概念思想，并融合體系框架和多視圖的新型裝備作戰(zhàn)概念，必將促使軍事需求向裝備發(fā)展要求的有效映射，成為武器裝備頂層設(shè)計(jì)的重要工具和手段，為我軍裝備發(fā)展和建設(shè)貢獻(xiàn)力量。
作者：麻廣林謝希權(quán)高明潔單位：空軍裝備研究院總體所