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电子信息装备体系论证理论、方法与应用

作译者：熊伟等

出版时间：2023-02 千字数：408 版次：01-01 页数：340

开本：16开装帧： I S B N ：9787121449406

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纸质书定价：￥98.0

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目  录
理  论  篇
第1章  电子信息装备体系论证概述	002
1.1  电子信息装备的基本概念	002
1.1.1  电子信息装备的定义	002
1.1.2  电子信息装备的地位与作用	002
1.1.3  电子信息装备的分类与组成	004
1.2  电子信息装备体系的基本概念	005
1.2.1  电子信息装备体系的定义	006
1.2.2  电子信息装备体系的特点	006
1.2.3  电子信息装备体系的地位与作用	008
1.3  电子信息装备体系论证的基本概念	010
1.3.1  装备论证	010
1.3.2  装备体系论证	012
1.3.3  电子信息装备体系论证	013
1.3.4  电子信息装备体系论证的必要性	014
1.3.5  电子信息装备体系论证的特点	016
1.3.6  电子信息装备体系论证的基本原则	018
参考文献	019
 
第2章  电子信息装备体系论证的主要内容和模式	021
2.1  电子信息装备体系论证的主要内容	021
2.1.1  电子信息装备宏观论证	022
2.1.2  电子信息装备体系需求论证	023
2.1.3  电子信息装备体系顶层设计	023
2.1.4  电子信息装备技术体系论证	024
2.1.5  电子信息装备体系优化	024
2.1.6  电子信息装备体系效能评估	025
2.2  电子信息装备体系论证的模式	026
2.2.1  电子信息装备体系论证的基本流程	026
2.2.2  电子信息装备体系论证模式的现状	028
2.2.3  电子信息装备体系论证模式的发展	029
参考文献	036
第3章  电子信息装备体系论证的理论基础	038
3.1  系统论与系统方法论	038
3.1.1  系统论	039
3.1.2  系统方法论	040
3.2  系统工程论与体系工程论	041
3.2.1  系统工程论	042
3.2.2  体系工程论	043
3.3  电子信息装备体系论证理论体系	045
3.3.1  电子信息装备体系论证基本概念	046
3.3.2  电子信息装备体系论证基础理论	050
3.3.3  电子信息装备体系论证应用理论	052
3.3.4  电子信息装备体系论证相关理论	053
参考文献	056
方  法  篇
第4章  电子信息装备宏观论证方法	059
4.1  电子信息装备发展战略论证	060
4.1.1  电子信息装备发展战略论证的地位作用	061
4.1.2  电子信息装备发展战略论证的主要内容	062
4.2  电子信息装备体制论证	068
4.2.1  电子信息装备体制论证的地位作用	069
4.2.2  电子信息装备体制论证的主要内容	069
4.3  电子信息装备规划计划论证	072
4.3.1  电子信息装备规划计划论证的地位作用	073
4.3.2  电子信息装备规划计划论证的主要内容	073
参考文献	076
第5章  电子信息装备体系需求论证方法	077
5.1  电子信息装备体系需求论证的目标与内容	077
5.1.1  电子信息装备体系需求论证的基本内涵	077
5.1.2  电子信息装备体系需求论证的主要内容	078
5.1.3  电子信息装备体系需求论证的基本方法	079
5.2  电子信息装备体系需求论证机制	080
5.2.1  需求论证指导理论	080
5.2.2  电子信息装备体系需求论证的主要环节	082
5.3  需求分析规范描述	085
5.3.1  使命任务分析规范化描述	085
5.3.2  能力需求分析规范化描述	086
5.3.3  装备体系需求分析规范化描述	087
5.3.4  装备型号需求分析规范化描述	088
5.4  电子信息装备体系需求论证的一般程序	089
5.5  电子信息装备体系需求论证的技术框架	090
5.5.1  作战概念分析	091
5.5.2  作战任务需求分析	093
5.5.3  作战能力需求分析	094
5.5.4  装备体系需求分析	095
5.5.5  需求方案评估优化	096
参考文献	097
第6章  电子信息装备体系结构论证方法	099
6.1  体系结构论证方法概述	099
6.1.1  体系结构的概念	099
6.1.2  美军体系结构论证方法的发展历程	100
6.1.3  体系结构开发的一般流程	102
6.2  基于多视图的体系结构设计与论证方法	104
6.3  体系结构视图建模方法	106
6.3.1  基于IDEF的建模方法	106
6.3.2  基于UML的建模方法	112
6.3.3  基于SysML的建模方法	118
6.4  体系结构分析技术	121
6.4.1  基于IDEF3的体系结构流程分析方法	121
6.4.2  复杂信息网络的体系结构分析方法	138
参考文献	152
第7章  基于仿真推演的电子信息装备体系论证方法	154
7.1  仿真需求分析	154
7.1.1  基于仿真推演的电子信息装备体系论证的必要性	154
7.1.2  体系仿真推演的难点分析	155
7.2  基于仿真推演的体系论证方法	157
7.2.1  基于仿真推演的体系论证总体架构	157
7.2.2  基于仿真推演的体系论证过程	159
7.2.3  基于仿真推演的具体流程	161
7.3  仿真推演的关键技术	164
7.3.1  分布式异构协同仿真技术	164
7.3.2  基于云计算架构的SaaS仿真技术	168
7.3.3  基于仿真的探索性分析法	179
参考文献	183
第8章  电子信息装备体系效能评估方法	187
8.1  体系效能评估相关概念	187
8.1.1  作战能力和作战效能	187
8.1.2  系统效能评估	191
8.1.3  体系效能评估	192
8.2  基于能力的电子信息装备体系效能评估方法	193
8.2.1  电子信息装备体系效能评估的要点和方向	193
8.2.2  电子信息装备体系效能评估的原则	195
8.2.3  体系效能评估框架	196
8.2.4  电子信息装备体系效能评估流程	198
8.2.5  经典系统效能评估方法	200
8.3  基于结构方程的体系效能评估方法	203
8.3.1  结构方程模型基本理论	203
8.3.2  基于SEM的体系作战效能评估流程	207
8.3.3  仿真案例	212
参考文献	217
第9章  电子信息装备技术体系论证方法	219
9.1  基于能力的技术体系构建概述	219
9.1.1  技术体系概念内涵	219
9.1.2  技术体系构建要素	222
9.2  基于能力空间和能力缝隙的技术体系论证分析总体框架	224
9.2.1  论证设计原则	224
9.2.2  论证分析基本框架	225
9.3  基于能力空间和能力缝隙的技术体系论证分析模型	230
9.3.1  能力空间形式化描述模型	230
9.3.2  能力缝隙模型	232
9.3.3  技术体系结构视图模型	235
参考文献	241
应  用  篇
第10章  典型电子信息装备体系需求论证实践	243
10.1  需求论证系统设计与实现	243
10.1.1  系统功能设计	243
10.1.2  总体架构设计	244
10.1.3  应用模式设计	247
10.2  作战任务需求分析	249
10.2.1  任务需求分析流程	249
10.2.2  作战活动分析	249
10.2.3  作战活动建模	250
10.3  作战能力需求分析	253
10.3.1  能力需求分析基本流程	253
10.3.2  作战能力需求关键要素	255
参考文献	257
第11章  典型军事信息系统体系结构设计	258
11.1  典型军事信息系统体系结构视图设计	258
11.2  典型军事信息系统体系结构一致性验证	265
11.3  典型军事信息系统体系结构流程验证	266
第12章  基于仿真的电子信息装备体系效能评估	270
12.1  电子信息装备体系效能评估任务分析	270
12.2  基于仿真的电子信息装备体系效能评估系统设计与实现	271
12.2.1  整体功能需求	271
12.2.2  系统工作流程	273
12.2.3  体系仿真平台MARS	274
12.2.4  效能评估工具AppWEE	278
12.2.5  接口关系	283
12.3  典型案例应用	284
12.3.1  作战想定设计	285
12.3.2  装备体系效能评估指标	286
12.3.3  实验因子设计	286
12.3.4  综合评估方法	287
12.3.5  评估结果	291
参考文献	296
第13章  综合电子信息系统效能评估	297
13.1  概述	297
13.2  综合电子信息系统效能评估系统设计与实现	298
13.2.1  效能评估系统总体设计	298
13.2.2  分析评估子系统的设计与实现	302
13.2.3  综合电子信息系统效能指标体系构建	305
13.3  典型案例应用	309
参考文献	314
结束语	316

体系工程与装备论证系列丛书
总    序

1990年，我国著名科学家和系统工程创始人钱学森先生发表了《一个科学新领域—开放的复杂巨系统及其方法论》一文。他认为，复杂系统组分数量众多，使得系统的整体行为相对于简单系统来说可能涌现出显著不同的性质。如果系统的组分种类繁多，具有层次结构，并且它们之间的关联方式又很复杂，就成为复杂巨系统；再如果复杂巨系统与环境进行物质、能量、信息的交换，接收环境的输入、干扰并向环境提供输出，并且具有主动适应和演化的能力，就要作为开放复杂巨系统对待了。在研究解决开放复杂巨系统问题时，钱学森先生提出了从定性到定量的综合集成方法，这是系统工程思想的重大发展，也可以看作对体系问题的先期探讨。
从系统研究到体系研究涉及很多问题，其中有3个问题应该首先予以回答：一是系统和体系的区别；二是平台化发展和体系化发展的区别；三是系统工程和体系工程的区别。下面先引用国内两位学者的研究成果讨论对前面两个问题的看法，然后再谈谈本人对后面一个问题的看法。
关于系统和体系的区别。有学者认为，体系是由系统组成的，系统是由组元组成的。不是任何系统都是体系，但是只要由两个组元构成且相互之间具有联系就是系统。系统的内涵包括组元、结构、运行、功能、环境，体系的内涵包括目标、能力、标准、服务、数据、信息等。系统最核心的要素是结构，体系最核心的要素是能力。系统的分析从功能开始，体系的分析从目标开始。系统分析的表现形式是多要素分析，体系分析的表现形式是不同角度的视图。对系统发展影响最大的是环境，对体系形成影响最大的是目标要求。系统强调组元的紧密联系，体系强调要素的松散联系。
关于平台化发展和体系化发展的区别。有学者认为，由于先进信息化技术的应用，现代作战模式和战场环境已经发生了根本性转变。受此影响，以美国为首的西方国家在新一代装备发展思路上也发生了根本性转变，逐渐实现了装备发展由平台化向体系化的过渡。1982年6月，在黎巴嫩战争中，以色列和叙利亚在贝卡谷地展开了激烈空战。这次战役的悬殊战果对现代空战战法研究和空战武器装备发展有着多方面的借鉴意义，因为采用任何基于武器平台分析的指标进行衡量，都无法解释如此悬殊的战果。以色列空军各参战装备之间分工明确，形成了协调有效的进攻体系，是取胜的关键。自此以后，空战武器装备对抗由“平台对平台”向“体系对体系”进行转变。同时，一种全新的武器装备发展思路—“武器装备体系化发展思路”逐渐浮出水面。这里需要强调的是，武器装备体系概念并非始于贝卡谷地空战，当各种武器共同出现在同一场战争中执行不同的作战任务时，原始的武器装备体系就已形成，但是这种武器装备体系的形成是被动的；而武器装备体系化发展思路应该是一种以武器装备体系为研究对象和发展目标的武器装备发展思路，是一种现代装备体系建设的主动化发展思路。因此，武器装备体系化发展思路是相对于一直以来武器装备发展主要以装备平台更新为主的发展模式而言的。以空战装备为例，人们常说的三代战斗机、四代战斗机都基于平台化思路的发展和研究模式，是就单一装备的技术水平和作战性能进行评价的。可以说，传统的武器装备平台化发展思路是针对某类型武器平台，通过开发、应用各项新技术，研究制造新型同类产品以期各项性能指标超越过去同类产品的发展模式。而武器装备体系化发展的思路则是通过对未来战场环境和作战任务的分析，并对现有武器装备和相关领域新技术进行梳理，开创性地设计构建在未来一定时间内最易形成战场优势的作战装备体系，并通过对比现有武器装备的优势和缺陷来确定要研发的武器装备和技术。也就是说，其研究的目标不再是基于单一装备更新，而是基于作战任务判断和战法研究的装备体系构建与更新，是将武器装备发展与战法研究充分融合的全新装备发展思路，这也是美军近三十多年装备发展的主要思路。
关于系统工程和体系工程的区别，我感到，系统工程和体系工程之间存在着一种类似“一分为二、合二为一”的关系，具体体现为分析与综合的关系。数学分析中的微分法（分析）和积分法（综合），二者对立统一的关系是牛顿-莱布尼兹公式，它们构成数学分析中的主脉，解决了变量中的许多问题。系统工程中的“需求工程”（相当于数学分析中的微分法）和“体系工程”（相当于数学分析中的积分法），二者对立统一的关系就是钱学森的“从定性到定量综合集成研讨方法”（相当于数学分析中的牛顿-莱布尼兹公式）。它们构成系统工程中的主脉，解决和正在解决大量巨型复杂开放系统的问题，我们称之为“系统工程Calculus”。
总之，武器装备体系是一类具有典型体系特征的复杂系统，体系研究已经超出了传统系统工程理论和方法的范畴，需要研究和发展体系工程，用来指导体系条件下的武器装备论证。
在系统工程理论方法中，系统被看作具有集中控制、全局可见、有层级结构的整体，而体系是一种松耦合的复杂大系统，已经脱离了原来以紧密层级结构为特征的单一系统框架，表现为一种显著的网状结构。近年来，含有大量无人自主系统的无人作战体系的出现使得体系架构的分布、开放特征愈加明显，正在形成以即联配系、敏捷指控、协同编程为特点的体系架构。以复杂适应网络为理论特征的体系，可以比单纯递阶控制的层级化复杂大系统具有更丰富的功能配系、更复杂的相互关系、更广阔的地理分布和更开放的边界。以往的系统工程方法强调必须明确系统目标和系统边界，但体系论证不再限于刚性的系统目标和边界，而是强调装备体系的能力演化，以及对未来作战样式的适应性。因此，体系条件下装备论证关注的焦点在于作战体系架构对体系作战对抗过程和效能的影响，在于武器装备系统对整个作战体系的影响和贡献率。
回顾40年前，钱学森先生在国内大力倡导和积极践行复杂系统研究，并在国防科技大学亲自指导和创建了系统工程与数学系，开办了飞行器系统工程和信息系统工程两个本科专业。面对当前我军武器装备体系发展和建设中的重大军事需求，由国防科技大学王维平教授担任主编，集结国内在武器装备体系分析、设计、试验和评估等方面具有理论创新和实践经验的部分专家学者，编写出版了“体系工程与装备论证系列丛书”。该丛书以复杂系统理论和体系思想为指导，紧密结合武器装备论证和体系工程的实践活动，积极探索研究适合国情、军情的武器装备论证和体系工程方法，为武器装备体系论证、设计和评估提供理论方法和技术支撑，具有重要的理论价值和实践意义。我相信，该丛书的出版将为推动我军体系工程研究、提高我军体系条件下的武器装备论证水平做出重要贡献。


                   汪浩
              2020年9月  

                        前  言
信息化战争是体系与体系的对抗，能量释放是以体系方式来实现的，电子信息装备是形成我军作战体系的核心和关键。电子信息装备成体系发展，既是当代信息技术发展的必然结果，也是我军电子信息装备适应未来一体化联合作战的必然要求。
当前，我军正围绕“建设信息化军队、打赢信息化战争”建设目标，按照体系工程的思想，不断加强武器装备体系建设，大力推进全军电子信息装备体系论证工作，加速推进我军信息化与智能化融合发展步伐，以适应一体化联合作战和高技术军事应用的发展需求。电子信息装备作为全军武器装备体系的重要组成部分，也是信息化与智能化的核心基础和重点领域，扎实、有序推进电子信息装备体系建设是实现我军强军目标和达成“三步走”战略目标的关键。加强电子信息装备体系建设和发展，必须提高电子信息装备体系论证水平，提升电子信息装备体系发展的科学性和高效性。因此，强化电子信息装备体系论证工作，探索电子信息装备体系论证的理论、方法和应用显得尤为重要。
电子信息装备体系技术复杂、种类繁多、发展变化快、耗资巨大，对论证与决策提出很高要求。尤其是随着我军信息化转型升级研究和强化联合作战时代同步到来，电子信息装备建设的战略性、基础性地位日益突显，论证与决策的专业化要求和科技含量越来越高。瞄准信息化武器装备发展的前沿，创新装备论证的理论和方法，是实现电子信息装备体系建设科学发展的前提和基础，是建设信息化军队、打赢信息化战争的紧迫需要，关乎我军长远建设又好又快发展和军队战斗力的提升，也是撰写本书的出发点和落脚点。
本书在我军大力发展提升基于网络信息体系联合作战与全域作战能力的历史背景下，依据我军新时期军事战略方针，面向电子信息装备体系的建设、运用与发展，从体系的理论、方法和应用等视角来研究电子信息装备体系论证问题，对现在和未来电子信息装备体系建设必将起到积极的推动作用。本书包括13章，分为理论篇、方法篇和应用篇。理论篇（第1～3章）对电子信息装备体系论证的基本概念、内涵、主要内容及电子信息装备体系论证的理论体系进行了研究和分析；方法篇（第4～9章）分别对电子信息装备体系的宏观论证、需求论证、体系结构论证、仿真推演论证、体系效能评估和技术体系论证等重点方面及技术进行了研究和论述；应用篇（第10～13章）通过典型电子信息装备体系需求论证实践、典型军事信息系统体系结构设计、基于仿真的电子信息装备体系效能评估和综合电子信息系统效能评估4个案例来论述上述理论与方法在实践中的应用，验证了方法和技术的有效性。本书以电子信息装备体系论证为主题，突出基础性、理论性、前沿性与实践性，力求构建电子信息装备体系论证较为完整的知识体系，以期为从事电子信息装备体系相关研究提供参考。
本书由熊伟、杨凡德、简平、刘德生共同完成。其中，第1章和第7章由熊伟编写；第2章和第4章由杨凡德编写；第3章由熊伟、杨凡德共同编写；第8章由杨凡德、熊伟共同编写；第5章和第10章由刘德生编写；第6章、第9章和第11章由简平编写；第12、13章由熊伟、杨凡德、刘德生、简平共同编写；熊伟对全书进行了统稿。
本书得到军队装备预研重大项目、军内科研，以及军队院校“双重”建设项目的支持。在撰写过程中，航天工程大学的吴玲达研究员、李智教授，军事科学院的尹浩院士、战晓苏研究员、肖刚研究员，国防大学的司光亚教授，国防科技大学的谭跃进教授、杨克巍教授、刘俊先教授，陆军装备兵学院的郭齐胜教授、樊延平副教授，空军指挥学院的刘小荷教授，中国船舶工业集团七一六所的曾清研究员等同志给予了悉心指导和大力支持，博士研究生熊明晖、韩驰做了大量文档整理工作，在此一一表示感谢。书中的一些内容参考了有关单位和个人的书籍与论文，在此深表谢意。
体系研究一直处在不断探索之中，体系论证也在不断进步，书中的某些观点和方法尚处于研究探索阶段，还需要进一步研究。同时，由于作者理论水平和实践经验有限，书中难免存在缺点和错误之处，敬请专家和广大读者批评指正。

作者   
2022年6月

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