航空指挥和保障系统多视图系统架构建模及其模型融合技术

一

航空指挥和保障系统多视图系统架构建模方法

1.多视图系统架构模型分类及描述方法

多视图建模即采用多个不同视图来描述系统的不同侧面，是航空指挥和保障系统一体化综合设计建模的典型策略之一，也是复杂工程系统综合设计的基础。结合航空指挥和保障系统特点及设计需求，研究并建立以航空指挥和保障系统过程视图为核心的功能视图、信息视图、资源视图、组织视图、环境视图、系统视图和能力视图八维视图，一方面以过程视图为核心，揭示某一业务过程所涉及的资源及组织战位；另一方面以系统视图为核心，揭示系统功能及能力指标是如何关联分配的。

1）过程视图

应用IDEF3方法定义了航空指挥和保障系统的过程模型。过程模型描述了航空指挥和保障系统组成过程的各个活动（或子过程）及它们之间的逻辑关系（如激活的前后顺序和彼此之间的制约条件等），对每个活动还定义了与资源、组织、功能、信息和环境这些要素相关的一些属性，如图1所示。

图1 过程视图

2）功能视图

主要映射系统诸环节的各种功能，并将它们联系起来，将系统描述成相互关联的功能集合，如图2所示。该视图模型采用IDEF0作为功能视图的设计方法，用图形化与结构化的方式，将一个系统的功能、信息和对象间的相关性严谨地表达出来，让设计人员通过图形便可清楚系统的运作方式及功能所需的各项资源，并为系统设计者提供了一种交流与讨论的一致性标准化语言。

图2 功能视图

3）信息视图

信息视图模型主要描述航空指挥和保障系统各作业环节各系统之间的信息传递关系，通过将其他视图中需要使用的数据结构移交给信息模型表达，减小其他视图建模的负担，并且加强数据机构的重用和数据的管理及优化，从而实现信息集成。该视图模型采用IDEF1X方法构建，如图3所示。IDEF1X是一种在实体联系模型化概念和关系理论的基础上发展起来的语义数据模型化技术，结合了E-R模型和结构化分析的优点，支持数据库概念模式开发所必须的语义结构，语法语义强健有效，便于生成数据模型，并且方便自动化。

图3 信息视图

4）资源视图

应用层次结构的方法通过资源模型将航空指挥和保障系统所有的资源的层次结构表达出来，如图4所示。资源模型包括航空指挥和保障系统资源的分类结构，还包括根据航空指挥和保障系统的需要而形成的不同资源之间的组合关系。

图4 资源视图

5）组织视图

将航空指挥和保障系统的组织结构模型化，来描述组织部门之间的层次关系。如图5所示，其树状组织模型描述了航空指挥和保障系统组织的层次结构和展开关系，以及不同组织部门之间的隶属关系和合作配合关系，将航空指挥和保障系统的组织结果模型化，便于梳理、管理和调整系统的组织结构。

图5 组织视图

6）环境视图

应用层次结构方法表达整个航空指挥和保障系统的环境类型、结构及与它们相关的过程信息，如图6所示。

图6 环境视图

7）系统视图

系统视图主要是对航空指挥和保障系统组成情况的描述，具体包括明确各子系统的功能、战技指标与主要组成。该视图可与功能视图、能力视图进行关联设置。该视图模型使用树状结构模型进行构架，如图7所示。整个航空指挥和保障系统的系统视图包括系统的总体组成和系统分解情况，树状结构的每一个节点代表一个子系统，并对应一系列过程，用来描述整个航空指挥和保障系统的类型、结构及与它们相关的过程信息。

图7 系统视图

8）能力视图

应用层次结构方法描述航空指挥和保障系统内指挥与保障能力结构和相互关系，说明航空指挥和保障系统已拥有何种指挥与保障能力，如图8所示。

图8 能力视图

从目前对实施航空指挥和保障系统总体设计的需求来看，八个视图基本上能满足对航空指挥和保障系统的完整描述。

2.多视图模型关联关系提取

从航空指挥和保障系统架构设计需求来看，八个视图基本能够满足对系统的完整描述。不同视图间的逻辑关联是航空指挥和保障系统模型所固有的，如图9所示，视图之间的关联分为强关联（用实线表示）和弱关联（用虚线表示）。由于在过程模型中描述了各活动调用的资源、依赖的组织、对应的系统功能、处理的信息实体和可能发生关联的子系统，因此，过程视图在诸视图中居于核心地位，它与其他视图关联较强。其他视图之间的关联强弱不等。

图9 不同视图间的逻辑关联

1）过程视图与其他视图的关联

①过程视图与其他视图的关联

航空指挥和保障系统任务执行过程及其中的活动要受系统的资源条件约束，过程模型所涉及的资源在资源模型中要有所体现。这样，过程模型可以引用资源模型中的具体资源。另外，在建立过程模型时可能会提出新的资源组合关系的需求，促使原资源模型的调整。

②过程视图与组织视图的关联

航空指挥与保障的过程都是在一定的人员支持下实现的。过程模型中所涉及的组织单元和角色要体现在组织模型中，即过程模型中的组织信息可以来源于组织模型，过程建模中对组织结构调整的要求可以反映到组织模型中。

③过程视图与功能视图的关联

航空指挥和保障系统过程模型或其中的活动都对应一定的功能，但过程模型能够描述的只是活动之间的前后次序关系，而具体功能之间的结构关系和信息联系，在功能视图中通过功能模型表达出来，所以本质上两种模型是同一事物的不同表现形式。

④过程视图与信息视图的关联

在航空指挥和保障系统过程模型中，系统的各种信息实体要以输入/输出的形式在活动之间产生和传递，但这些信息实体毕竟不是过程模型的组成要素，对它们的详细定义及描述它们之间的关系难以在过程模型中表达出来，而需要在信息视图中通过信息模型表达。

⑤过程视图与环境视图的关联

环境因素往往影响着航空指挥与保障过程。环境因素能够与多个过程联系起来。在与指挥与保障直接相关的过程模型中，环境因素以过程及其所属活动的输入形式存在。

⑥过程视图与系统视图的关联

航空指挥和保障系统及其子系统往往有很多为之服务的过程，如加油、牵引、调运等过程，系统能够把多个过程联系起来。反之，在与系统直接相关的过程模型中，系统及其子系统以过程及其所属活动的输入和输出形式存在。

⑦过程视图与能力视图的关联

航空指挥和保障系统是为完成一定的指挥与保障任务，由功能上相互联系、相互作用的各指挥与保障系统组成的更高层次的系统。航空指挥和保障系统能力指标体系和指挥与保障过程直接相关。

2）较强的视图关联

①资源视图与组织视图的关联

航空指挥和保障系统资源一般都隶属于具体的组织部门，资源的使用要受到组织的制约，而且组织模型中的元素（如组织单元和人）在航空指挥和保障系统资源视图中是以资源的形式存在的。

②功能视图与信息视图的关联

航空指挥和保障系统功能模型中描述了功能之间的信息传递关系，每一个功能的输入和输出都是信息模型中的实体。但在航空指挥和保障系统功能模型中，只描述了功能之间传递的是什么信息，而这些信息都由哪些具体的字段组成及不同的信息实体之间的关系，则在信息模型中描述。

③组织视图与功能视图的关联

航空指挥和保障系统任何功能都是在一定组织机构的支持下实现的，表现在IDEF0航空指挥和保障系统功能模型中，即支持各个功能的机制来源于组织模型。

④能力视图与系统视图的关联

航空指挥和保障系统能力是完成一个完整的指挥与保障任务的“本领”或“潜力”，这种能力既来源于构成航空指挥和保障系统的子系统的性能要素，也来源于航空指挥和保障系统的结构组成

3）较弱的视图关联

航空指挥和保障系统视图间的弱关联是指这些关联不十分明显，或者只是在逻辑上存在，而在模型上仅是通过其他模型（如过程模型）间接获得。

①对航空指挥和保障系统的系统视图来说，尽管航空指挥和保障的资源、组织、功能和信息都是为系统服务的，可以找到系统视图与这几个视图在逻辑上的关联，但引进系统视图主要用来联系不同的过程，系统视图与其他视图的关联都是通过航空指挥和保障过程实现的。

②对航空指挥和保障系统资源和组织来说，虽然信息模型中能够描述关于航空指挥和保障系统资源和组织的信息实体，但这些信息应该是从航空指挥和保障系统过程模型中提取的，而不能直接关联到航空指挥和保障系统资源视图和组织视图，因为双方不属于一个层次。

③虽然功能的实现要调用一定的资源，但在功能模型中并不直接表现这方面的信息，功能视图与资源视图的关联也是通过过程视图实现的。

二

航空指挥和保障系统多视图模型融合技术

1.多视图模型一致性保证体系

1）航空指挥和保障系统视图一致性的前提条件

为便于研究问题，需要假设几个前提条件，在一般情况下它们是能够得到满足的。

条件1：航空指挥和保障系统不存在毫不相干的指挥与保障过程或设备，这意味着我们的视图一致性保证限制在一个航空指挥和保障系统模型之内。

条件2：航空指挥和保障系统每个视图内模型已经保证了正确性。

条件3：航空指挥和保障系统的所有过程都可以表达在过程模型中，即使基于实际情况不需要对某些（子）过程进行分解，这些过程也作为它们父过程的节点在模型中存在，表示航空指挥和保障系统中有这些过程。

条件4：航空指挥和保障系统资源模型和组织模型中的任何节点在过程视图中都是有用的，即与航空指挥和保障系统过程绝对无关的资源或组织被认为是不存在或没有意义的，因为根本不需要为它们建模。

2）航空指挥和保障系统视图一致性的规则

航空指挥和保障系统视图一致性规则实际上是一种两个视图之间关联的概念规定，包括以下三类。

①航空指挥和保障系统视图一致性的引用规则

引用规则规定在一个视图中定义与其他视图元素相关的属性时，必须在相应的那个视图中引用。

航空指挥和保障系统的过程模型的各个活动所需要的资源，必须从资源模型中引用，如果有新的资源需求，则首先要在资源模型中定义。

航空指挥和保障系统的过程模型的各个活动所依赖的组织单元或角色，必须从组织模型中引用。如果需要新的组织单元或角色，则首先要在组织模型中定义。

航空指挥和保障系统的过程模型中作为输入和输出的系统及其子系统，必须从系统模型中引用，而不能自行定义。

航空指挥和保障系统的系统模型中涉及的过程，必须在过程模型中引用，如果涉及新的过程，则首先要在过程模型中定义。

②航空指挥和保障系统视图一致性的提取规则

在一种模型建立时，需要从另一种模型中提取信息，其提取规则在本视图中加以细化或具体化。

航空指挥和保障系统的信息模型中的信息实体必须从过程模型中提取出来，然后在信息模型中详细定义。由航空指挥和保障系统的过程模型导出功能模型时，功能模型中作为支持机制的组织单元或角色，从过程模型中派生出来。

③航空指挥和保障系统视图一致性的派生规则

派生规则适用于同样一种事物在不同的视图中有不同的表现形式。

航空指挥和保障系统组织模型中的角色一经定义，在资源模型中即派生一种人力资源。航空指挥和保障系统的功能模型中各个层次的功能实体都必须从过程模型中派生，不能凭空定义，即体现功能应满足过程需要这一原则。一致性规则只是一种约束条件，不作为方法上的指导。

2.多视图模型融合冲突消解机制

忽略弱关联，将一个视图看作一个顶点，多视图模型就是一个简单有向图，里面含有7个圈，它们的存在增加了视图一致性保证的难度，所以应该破圈，即解除圈中的某些弧（关联），使任何两个视图之间的关联，无论是直接的还是间接的，只有一条途径，变关联的网状结构为树状结构。如航空指挥和保障系统视图一致性的关联消解，就是破圈，可以有多种方案。

1）解除航空指挥和保障系统过程视图—组织视图的直接关联

航空指挥和保障系统过程模型对资源和组织的引用都可以是直接的，但它与组织模型的引用可以通过资源模型来进行。这样可以避免以下错误：即在过程模型的一个活动所引用的资源不属于它引用的那个组织单元。如果解除了过程视图—组织视图关联，同时也破掉了另外两个圈：过程视图—功能视图—组织视图；过程视图—信息视图—功能视图—组织视图。

2）解除航空指挥和保障系统过程视图—信息视图的直接关联

在航空指挥和保障系统过程视图—功能视图—信息视图构成的圈中，过程模型既可以导出功能模型，也可以导出信息模型，但由于功能模型和信息模型在逻辑上联系更直观，过程模型能够通过功能模型在信息视图中释放各个信息实体，因此过程视图与信息视图的直接关联可以解除。这样，同时也破了过程视图、资源视图、组织视图、功能视图和信息视图组成的大圈。

3）解除航空指挥和保障系统功能模型—组织模型的直接关联

航空指挥和保障系统功能模型从过程模型中导出时，就可以附带组织方面的属性，因此可以不需要保持过程模型与组织视图的直接关联。

关联消解用于降低视图一致性保证的难度，它保证在一定阶段内任何两个视图之间只有唯一的关联途径。在建模过程的不同阶段，可以使用不同的关联消解方案，从多个途径对各个视图进行一致性遍历。因此，关联消解只是处理复杂工程系统问题的一种降维解析手段，它并不表示消解后的关联在绝对意义上不存在。

如果采用手工方法建模，只要遵循一致性规则，在原理上可以使一致性得到最大程度的保证。但手工方法毕竟效率很低，而且容易出现人为的错误。因此我们要在所开发的建模工具中采用航空指挥和保障系统视图一致性机制来保证一致性规则的落实，这些机制相互补充，并在一定的关联消解方案下发挥作用。

1）航空指挥和保障系统视图一致性的操作约束机制

在建模过程中，航空指挥和保障系统自动按照一致性规则约束用户的某些操作。如不允许用户在过程模型中直接使用资源模型中未定义的资源。

2）航空指挥和保障系统视图一致性的自动反馈机制

每当以某种方式确认完成一个航空指挥和保障系统模型时，就按照一致性规则，在一个关联消解条件下自动在其他视图中进行检查。如完成一个航空指挥和保障系统过程模型后，自动在系统视图中检查这个过程模型所输入和输出的系统，或其子系统是否在系统模型中存在；在航空指挥和保障系统资源视图中检查所调用的资源是否在资源模型中存在；检查所依赖的组织是否在航空指挥和保障系统组织模型中存在，并检查资源是否属于这个组织。这个机制的主要作用是提醒和帮助用户进行一致性维护。

3）航空指挥和保障系统视图一致性的抽查检验机制

在航空指挥和保障系统多视图建模的任何时刻，都允许对各个航空指挥和保障系统视图的一致性进行抽查，检查从航空指挥和保障系统过程模型开始，检索各个航空指挥和保障活动的输入、资源属性和组织属性，将它们分别同系统模型、资源模型和组织模型进行比较；然后，检查系统模型中的过程属性，在过程模型中寻找它们的标识；接着，检查过程模型和功能模型是否匹配；最后检查功能模型中的信息实体，与信息模型进行匹配。航空指挥和保障系统建模过程中出于某种考虑，用户可能暂时不急于保证一致性。抽查机制用于随时检查当前建模工作状态，告诉用户哪些一致性工作待完成。另外，它也有与自动反馈机制类似的作用。

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