数字助决胜：华望M-Arch平台实现从体系模型到仿真推演

功能介绍 | M-Arch体系建模软件的核心功能

◆ 体系架构建模

◆ 逻辑仿真

◆ 与多种工具集成

◆ 多专业协同建模

产品亮点 | M-Arch软件在体系作战中的作用

◆ 全面构建任务和体系架构建模的能力

◆ 模型化的装备体系分析方法

◆ 提升作战体系架构设计与优化

前言

随着现代战争形态的不断演变和高精尖武器系统的迅猛发展，军事对抗已从单装对抗、平台对抗逐渐演变为系统对抗、体系对抗。由于作战体系在真实环境中进行试验具有较大的难度和高昂的成本，而采用体系建模与仿真推演的方式则很好地解决了上述困难。体系建模是构建体系模型的过程，它是对真实世界的一次抽象化，为后续相关模型的构建提供基本的参照。体系模型构建作为一种军事研究手段，通过开发抽象化的作战体系模型，不仅可以支持顶层设计与分析论证，还能够构建作战想定，为作战体系的仿真推演、分析和优化提供支撑。 

图1  未来战场体系作战示意图

01 M-Arch体系建模软件的核心功能

华望自主研发的M-Arch是一款支持DoDAF和UAF规范、为国防军工行业定制开发的体系建模软件。可基于任务分解而构建体系的架构模型，生成规范化的系统需求，能够支持与UAF、DoDAF和UPDM框架以及国产本体框架等多类型体系框架的兼容；具有支持领域定制、体系模型逻辑仿真、多人协同建模、体系需求闭环验证以及与多种下游仿真推演工具、系统设计工具和3D可视化工具集成等全面功能，是消除信息孤岛、打通正向设计流程、提升协作效率的有力工具。该款软件提供中英双语模式，具有系统组成与配置合理、操作界面清晰、人机界面友好，运行稳定、安装调试简便等特点。

图2 M-Arch软件平台架构图

M-Arch平台具有以下核心功能：

体系架构建模

• 支持UAF体系架构框架的10个域、11个视角的模型设计
• 支持DoDAF体系架构框架的8个视点、72张视图的模型设计
• 支持构建包含域之间、视点之间、视图之间的可追溯关系

图3 M-Arch支持UAF体系框架的示意图

逻辑仿真

• 基于fUML、PSCS和PSSM标准的体系模型逻辑仿真
• 可执行模型对体系架构逻辑行为的验证

图4 体系模型逻辑仿真界面图

与多种工具集成

• 支持与多种异构数据软件工具和模型的集成，包含作战推演工具、体系仿真工具、系统设计建模软件、行为仿真工具、可视化工具、三维时空物理模型与信息模型等；
• 支持与Oracle、MySQL等多种数据库的集成。

图5 体系模型集成推演的示意图

多专业协同建模

• 可多人协同建模，实现跨项目模型的合并；
• 可完成基于B/S架构的模型在线浏览、模型一致性管理、模型全生命周期管理等

图6 体系模型集成推演的示意图

02 M-Arch软件在体系作战中的作用

M-Arch软件可以协助战场指挥官构建作战框架、作战概念、作战任务、战场战役指挥、作战资源调度等体系模型的构建，可应用于装备论证与研制过程中的总体论证、总体需求分析、总体设计、分系统需求分析、系统综合集成等阶段。通过构建作战体系模型，能清晰地描述作战体系的结构、功能和行为，帮助决策者更好地理解复杂系统的行为，优化资源配置和提高指挥效率，为作战指挥和决策提供有力支撑。

M-Arch软件优势主要体现在以下几个方面：

1.全面构建任务和体系架构建模的能力

采用基于DoDAF和UAF的体系架构建模方法，具备全面构建任务和体系架构建模的能力，不仅可提升武器装备作战场景和交联关系的分析，还能强化对武器装备总体的论证。

2.模型化的装备体系分析方法

通过模型化的分析掌握武器装备的结构和相互作用，提高作战场景的还原和预测。此外，多型号论证过程中的模型复用有利于提升并行论证和研制工作的效率。

3.提升作战体系架构设计与优化

通过结构优化可以减少体系中的短板和弱项，从而提升整个体系的作战能力。通过重心分析、网络抗毁性分析等方法，可以进一步细化和强化作战体系的设计。

03 M-Arch软件与仿真推演工具集成

集成的技术路线

以M-Arch与北京未尔锐创科技有限公司的仿真推演工具EWX的集成为例。构建集成的技术路线如下：

图7  M-Arch与EWX集成的技术路线示意图

同步：M-Arch在工具层通过接口与EWX平台打通，由接口调用实现M-Arch从EWX获取平台模型库和行为模型库数据

设计：使用M-Arch构建体系架构、体系任务、总体设计、分系统需求、作战指挥模型、作战阵营、作战平台、作战平台行为和阶段信息等体系模型

下发：M-Arch将体系模型转化为想定并下发给EWX平台，并由EWX对想定数据进行初始化

仿真：通过M-Arch发起联合仿真并控制仿真进程，通过接口调动EWX同步执行仿真推演

迭代：根据EWX仿真推演的结果不断优化调整体系设计的模型

元模型的构建与映射

用户在构建想定场景前，需先与模型库数据同步以获取EWX的最新模型库数据。在该同步过程中，系统会自动对EWX模型库数据进行读取并转换为M-Arch可识别的模型库数据，并将平台库、平台行为库等模型库数据转化为M-Arch对应的元模型。

图8  元模型设计的界面图

• 构建VireElement元模型作为基础元素完成与EWX的集成，并在此基础上泛化作战平台库元模型、作战平台行为库元模型、作战阵营元模型、作战场景元模型、作战轨迹元模型、状态机元模型等。
• 当EWX同步作战平台库数据时，将在M-Arch构建的Platform元模型下自动创建作战平台库元模型，用于承载来自于EWX的作战平台库数据。
• 当EWX同步作战平台行为库数据的时候，将在M-Arch构建的VireBehavior元模型下自动创建作战平台行为库数据元模型，用于承载来自于EWX的作战平台行为库数据。 
• 构建VireState元模型用于创建想定行为，并且支持与作战平台关联，实现构建状态与作战平台的联系。
• 构建Camp元模型以支持基于作战阵营构造型而创建不同的阵营，用于在作战场景模拟中表达不同的阵营角色。
• 构建Scenario元模型以构建想定，并实现该模型下创建想定的业务诉求。
• 构建ScenariaStateTransitionDiagram元模型以泛化定制视图、行为树、状态机视图等，并在状态机视图的元模型中构建元类配置。通过对底层数据的配置，实现在体系模型构建时应用Scenario元模型创建行为树的定制视图。

M-Arch软件的应用示范

基于已经创建的业务元模型，用户可以在M-Arch中创建联合仿真任务，并应用其扩展定制的业务元模型进行体系模型的构建。

图9 M-Arch构建联合仿真任务的界面图

用户可以在DoDAF、UAF规范下使用业务元模型构建体系结构模型的视图。以DoDAFOV-2作战资源图为例，在业务执行者模块中引用Platform元模型，并定义初始航向initHeading、轨迹点tracks等装备属性。

图10 M-Arch构建体系结构模型的界面图

图11 初始航向定义的界面图  

图12 作战平台轨迹点定义的界面图

支持用户构建体系行为模型，并基于行为状态与作战平台关联，以及将当前平台装备定义为可执行行为。

图13 M-Arch构建体系行为模型的界面图

图14 行为状态与作战平台关联的界面图

将完成体系构建的模型下发至EWX平台，根据元模型映射关系将体系模型文件解析和转化为想定，完成脚本文件的初始化后将生成可执行的想定场景。

图15 M-Arch与EWX平台集成完成想定转换的界面图

基于M-Arch发起联合仿真并同步调动EWX执行联合仿真。EWX在开启仿真推演后执行场景初始化，并判断是否完成脚本初始化。完成脚本初始化后，将信号同步告知M-Arch开始执行联合仿真推演。

图16 M-Arch与EWX启动联合仿真的界面图

M-Arch与EWX执行联合仿真。EWX在完成阶段性仿真后将信号发送至M-Arch，由后者开启并牵引进入下一阶段的仿真过程直至推演结束。EWX生成的仿真推演报告支持导入M-Arch软件，并由M-Arch判断是否需要对模型进行进一步的修正，最终完成正向设计的闭环。

图17 M-Arch与EWX执行联合仿真的界面图

结语

基于体系模型作战推演的建模方法，M-Arch体系建模软件可实现自顶向下的正向设计流程。通过将作战装备、作战行为、阵营、想定、作战视图等创建为体系的元模型，发挥UAF、DoDAF在体系对抗设计方面的优势，贯通并提升复杂作战场景下体系框架构建的水平，完成体系作战模型的抽象化。结合仿真工具，实现从体系模型的构建到作战仿真的推演，达到强化体系对抗设计能力的目的，推动军事理论和战法的创新性发展。