CN110134994A - 装备体系概念模型的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种装备体系概念模型的构建方法，装备体系概念模型的构建方法包含以下步骤：任务场景构建步骤；关键能力构建步骤；能力指标构建步骤；运用方式构建步骤；装备构成构建步骤；性能指标构建步骤；概念演示验证步骤。本发明建立了“任务场景→关键能力→运用方式→装备构成”、“关键能力→能力指标”、“装备构成→性能指标”、“能力指标→性能指标”关联映射关系，通过上述关联映射关系，在装备体系概念模型构建过程中更好的保证概念模型的完备性和一致性。

Description

装备体系概念模型的构建方法

技术领域

本发明涉及概念设计及建模领域，具体地，涉及一种装备体系概念模型的构建方法。

背景技术

概念设计是产品设计的一个重要阶段。概念设计是设计者的思维中已具备了一个初步设计方案的设想，但尚未形成具体方案的阶段，其目的是尽快帮助设计者将其头脑中的设想转变成具体的方案，构建概念模型对方案进行描述。当前，概念设计方法研究主要面向单个装备系统的概念设计问题，如：基于“功能-行为-结构”的概念设计方法(卢曼泽等的论文“基于FBS与基元模型的机械装备概念设计研究”，《机械设计》2018年第5期)、基于公理设计理论的概念设计方法(黄斌达等的论文“基于公理设计理论的机加夹具概念设计”，《组合机床与自动化加工技术》2017年第2期)、基于“产品-功能-结构”的概念设计方法(宫琳等的论文“融合设计过程与设计知识的产品概念设计方法”，《计算机集成制造系统》2016年第3期)等，但对由多型/多个不同功能、可独立运行的装备构成的装备体系的概念设计及建模方法研究较少，现有研究主要面向军事领域的装备体系结构设计与建模，如：模型驱动的设计方法(陆法等的论文“基于SysML的模型驱动武器装备体系结构设计与分析”，《指挥控制与仿真》2017年第1期；李龙等的论文“模型驱动的武器装备体系结构设计”，《装甲兵工程学院学报》2015年第6期)。装备体系较单个装备的复杂程度大大增加，装备体系中各装备在作用上互为补充，在功能上互相联系又相互制约，各装备需要紧密配合才能使装备体系完成其使命任务。在装备体系的概念设计中，需要从使命任务出发，对装备体系结构和指标进行协同设计与建模，形成包含装备的组成、功能、运行规则、工作流程、性能指标等的完整概念模型，在装备体系的任务场景中，检验装备体系中各装备在规则、流程、指标等方面能否紧密配合并完成装备体系的使命任务，对装备体系的概念进行迭代设计完善。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种装备体系概念模型的构建方法。

根据本发明提供的装备体系概念模型的构建方法，包含以下步骤：

任务场景构建步骤：根据设定的装备体系的使命任务，构建装备体系的任务场景；

关键能力构建步骤：根据装备体系的任务场景，构建装备体系的关键能力；

能力指标构建步骤：根据装备体系的关键能力和任务场景，构建关键能力中能力的能力指标；

运用方式构建步骤：根据装备体系的关键能力，构建装备体系的运用方式；

装备构成构建步骤：根据装备体系的运用方式，构建装备体系的装备构成；

性能指标构建步骤：根据装备体系的能力指标与装备构成，构建装备体系中装备的性能指标；

概念演示验证步骤：根据装备体系的任务场景、装备构成以及装备的性能指标，对装备体系的概念进行演示验证；若通过验证，则结束，形成装备体系的概念模型；若未通过验证，则返回任务场景构建步骤，直至通过验证。

优选地，任务场景构建步骤中，所述装备体系的任务场景包含以下任一个或任多个内容：装备体系所处的时间阶段、装备体系所处的地理区域、装备体系所处的环境、装备体系所受的约束、装备体系作用的对象、装备体系的主要任务、装备体系运行的目的、装备体系期望达到的效果。

优选地，关键能力构建步骤中，所述装备体系的关键能力包含装备体系在任务场景下需要具备的固有能力种类、能力以及能力水平；

能力种类描述能力的分类情况；能力是在能力种类的基础上分解细化形成的；能力水平是对各项能力的定性描述。

优选地，能力指标构建步骤中，所述能力指标是对装备体系的关键能力中的能力的定量描述，一个能力对应一个或多个能力指标。

优选地，运用方式构建步骤中，所述装备体系的运用方式，包含以下任一个或任多个内容：装备体系所属的机构、装备体系所属的人员、装备体系所涉及的机构、装备体系所涉及的人员、装备体系运行所产生的活动、装备体系运行所需的信息、装备体系的运行规则、装备体系的运行流程。

优选地，装备构成构建步骤中，所述装备体系的装备构成包含以下任一个或任多个内容：装备的组成、装备的功能、装备工作所需的数据、装备的工作规则、装备的工作流程。

优选地，性能指标构建步骤中，所述性能指标是对装备的功能的定量描述，一个功能对应一个或多个性能指标。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明建立了“任务场景→关键能力→运用方式→装备构成”、“关键能力→能力指标”、“装备构成→性能指标”、“能力指标→性能指标”关联映射关系，通过上述关联映射关系，在装备体系概念模型构建过程中更好的保证概念模型的完备性和一致性。

2、本发明在概念设计阶段加入演示验证步骤，在任务场景下检验装备体系中各装备在逻辑、流程、指标等方面能否紧密配合并完成装备体系的使命任务，采用“任务场景构建-结构构建与指标构建-演示验证”迭代流程对概念模型进行调整完善，保证概念模型的合理性和有效性。

3、本发明包含装备体系结构构建、指标构建两部分，通过装备体系结构构建和指标构建的协同，在概念设计阶段实现从装备体系能力指标到装备性能指标的分解，提出了对装备的性能要求，能够更好的支持装备的研制、采购和装备体系集成，提高设计效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明提出的一种装备体系概念模型的构建方法的流程图；

图2是本发明实施例的装备体系的运行规则；

图3是本发明实施例的装备体系的一种运行流程；

图4是本发明实施例的装备体系中装备的工作规则；

图5是本发明实施例的装备体系中装备的一种工作流程。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的装备体系概念、模型的构建方法，包含以下步骤：任务场景构建步骤(步骤1)：根据设定的装备体系的使命任务，构建装备体系的任务场景；关键能力构建步骤(步骤2)：根据装备体系的任务场景，构建装备体系的关键能力；能力指标构建步骤(步骤3)：根据装备体系的关键能力和任务场景，构建关键能力中能力的能力指标；运用方式构建步骤(步骤4)：根据装备体系的关键能力，构建装备体系的运用方式；装备构成构建步骤(步骤5)：根据装备体系的运用方式，构建装备体系的装备构成；性能指标构建步骤(步骤6)：根据装备体系的能力指标与装备构成，构建装备体系中装备的性能指标；概念演示验证步骤(步骤7)：根据装备体系的任务场景、装备构成以及装备的性能指标，对装备体系的概念进行演示验证；若通过验证，则结束，形成装备体系的概念模型；若未通过验证，则返回执行任务场景构建步骤，直至通过验证。

任务场景构建步骤中，所述装备体系的任务场景包含以下任一个或任多个内容：装备体系所处的时间阶段、装备体系所处的地理区域、装备体系所处的环境、装备体系所受的约束、装备体系作用的对象、装备体系的主要任务、装备体系运行的目的、装备体系期望达到的效果。关键能力构建步骤中，所述装备体系的关键能力包含装备体系在任务场景下需要具备的固有能力种类、能力以及能力水平；能力种类描述能力的分类情况；能力是在能力种类的基础上分解细化形成的；能力水平是对各项能力的定性描述。能力指标构建步骤中，所述能力指标是对装备体系的关键能力中的能力的定量描述，一个能力对应一个或多个能力指标。运用方式构建步骤中，所述装备体系的运用方式，包含以下任一个或任多个内容：装备体系所属的机构、装备体系所属的人员、装备体系所涉及的机构、装备体系所涉及的人员、装备体系运行所产生的活动、装备体系运行所需的信息、装备体系的运行规则、装备体系的运行流程。装备构成构建步骤中，所述装备体系的装备构成包含以下任一个或任多个内容：装备的组成、装备的功能、装备工作所需的数据、装备的工作规则、装备的工作流程。性能指标构建步骤中，所述性能指标是对装备的功能的定量描述，一个功能对应一个或多个性能指标。所述概念演示验证是在前述任务场景构建步骤的任务场景下，对关键能力构建步骤到性能指标构建步骤构建的关键能力、能力指标、运用方式、装备构成、性能指标进行检验，评估概念模型是否能实现任务场景构建步骤中装备体系运行的目的和/或达到期望的效果；若能，则通过验证；若不能，则未通过验证，返回任务场景构建步骤进行迭代。

工作原理：

步骤1以装备体系的使命任务为依据，形成对装备体系任务场景的构建，明确装备体系所处的时间阶段、所处的地理区域、所处的环境、所受的约束、作用的对象、运行的目的和/或期望达到的效果。

步骤2、步骤4和步骤5对装备体系结构进行构建，基于步骤1所述的任务场景，首先构建装备体系需要具备的关键能力，然后依据关键能力构建装备体系的运用方式，再依据运用方式构建装备体系的装备构成，形成关于装备体系的装备组成、功能、运行规则、工作流程等的结构模型。

步骤3和步骤6对装备体系指标进行构建，基于步骤1所述的任务场景，首先依据装备体系的关键能力构建能力指标，再依据装备体系的装备构成和能力指标构建装备的性能指标，形成关于装备体系的能力指标和装备的性能指标的指标模型。

通过步骤2到步骤6实现装备体系结构构建和指标构建的协同，其中，由步骤2到步骤3实现从关键能力到能力指标的量化，由步骤5到步骤6实现从装备构成到性能指标的量化；同时，步骤6所述性能指标构建依据步骤3所述能力指标，从而将装备体系的能力指标分解到装备的性能指标上。

步骤7对装备体系的概念进行演示验证，在构想的装备体系的任务场景中，检验装备体系中各装备在规则、流程、指标等方面能否紧密配合并完成装备体系的使命任务；若未通过检验，则返回步骤1，由步骤1到步骤7对先前的构建结果进行完善和再次验证，实现“任务场景构建-结构构建与指标构建-演示验证”迭代流程；若通过检验，则完成装备体系概念模型的构建。

优选实施方式：

本实施方式涉及一种支持海上搜救行动的海空搜索装备体系，该海空搜索装备体系的使命任务是，在船舶或船上人员遇险并获取险情信息后，派遣海上救助人员和救助设施搜寻并确定遇险船舶和/或人员位置，为后续海上救助行动提供位置引导。

结合图1，本发明实施方式的具体说明如下：

步骤1：任务场景构建，依据装备体系的使命任务，对装备体系的任务场景进行构想。依据海空搜索装备体系的使命任务，构想海空搜索装备体系的任务场景如下：

表1海空搜索装备体系的任务场景

步骤2：关键能力构建，依据装备体系的任务场景，对装备体系的关键能力进行构建。依据海空搜索装备体系的任务场景，构建海空搜索装备体系的固有能力种类，对能力种类进行分解和细化形成各项能力，提出各项能力的能力水平。前述表1任务场景中的主要任务与能力种类、能力的关联映射关系如下：

表2海空搜索装备体系的能力种类与主要任务的关联映射关系

步骤3：能力指标构建，依据装备体系的关键能力和任务场景，对关键能力中能力的能力指标进行构建。依据海空搜索装备体系的能力种类、能力及能力水平，构建各能力的能力指标。前述表2中能力、能力水平与能力指标的关联映射关系如下：

表3海空搜索装备体系的能力、能力水平与能力指标的关联映射关系

步骤4：运用方式构建，依据装备体系的关键能力，对装备体系的运用方式进行构建。构建海空搜索装备体系所属的机构主要为交通运输部海事局、救助打捞局及所属机构，构建海空搜索装备体系的活动包括搜索活动、识别活动、定位活动，海空搜索装备体系运行所产生的活动以及活动与前述能力的关联映射关系如下：

表4海空搜索装备体系的能力与活动的关联映射关系

能力	活动	需要的信息	产生的信息
				搜索能力	搜索活动	求救信号及相关信息。	搜索结果信息。
识别能力	识别活动	发现疑似遇险目标的信息。	目标的识别信息。
				定位能力	定位活动	确认为遇险目标的信息。	遇险目标的位置信息。

海空搜索装备体系的运行规则构建如图2所示，海空搜索装备体系的一种运行流程构建如图3所示。

步骤5：装备构成构建，依据装备体系的运用方式，对装备体系的装备构成进行构建。依据海空搜索装备体系的活动，构建海空搜索装备体系中装备的主要功能应包括搜索、识别、定位功能，装备包括固定翼巡逻机、搜救直升机、巡逻船，海空搜索装备体系中装备功能、模型组成与前述海空搜索装备体系运行所产生的活动的关联映射关系如下：

表5海空搜索装备体系的活动与装备功能、装备组成的关联映射关系

固定翼巡逻机、搜救直升机、巡逻船的工作规则构建如图4所示，固定翼巡逻机、搜救直升机、巡逻船的一种工作流程构建如图5所示。

步骤6：性能指标构建，依据装备体系的能力指标和装备构成，对装备体系中装备的性能指标进行构建。据海空搜索装备体系的装备组成、功能以及能力、能力指标，构建装备的性能指标。海空搜索装备体系的能力、能力指标与装备功能、性能指标的关联映射关系如下：

表6海空搜索装备体系的能力、能力指标与装备功能、性能指标的关联映射关系

依据上表所述性能指标，固定翼巡逻机和搜救直升机可达到上述性能指标，因此海空搜索装备体系中的装备以固定翼巡逻机和搜救直升机为主要力量，航速较低的巡逻船为辅助力量。

步骤7：概念演示验证，依据装备体系的任务场景、装备构成、性能指标等，对装备体系的概念进行演示验证。采用数字仿真方式，依据前述海空搜索装备体系的任务场景构建仿真演示验证模型和演示验证场景，设置在搜索区域内随机出现求救信号，按前述海空搜索装备体系的运行规则、装备的工作规则等派出固定翼巡逻机、搜救直升机、巡逻船搜寻目标，通过蒙特卡洛仿真实验统计搜救力量从出动到发现目标的时间，检验是否满足前述任务场景中的约束“从出动到发现遇险船舶和/或人员的时间不超过2小时”。若满足约束，则完成海空搜索装备体系概念设计；否则，返回步骤1(或者返回步骤2)，按照上述流程对先前的构建内容进行调整，直至约束得到满足。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种装备体系概念模型的构建方法，其特征在于，包含以下步骤：

任务场景构建步骤：根据设定的装备体系的使命任务，构建装备体系的任务场景；

关键能力构建步骤：根据装备体系的任务场景，构建装备体系的关键能力；

能力指标构建步骤：根据装备体系的关键能力和任务场景，构建关键能力中能力的能力指标；

运用方式构建步骤：根据装备体系的关键能力，构建装备体系的运用方式；

装备构成构建步骤：根据装备体系的运用方式，构建装备体系的装备构成；

性能指标构建步骤：根据装备体系的能力指标与装备构成，构建装备体系中装备的性能指标；

概念演示验证步骤：根据装备体系的任务场景、装备构成以及装备的性能指标，对装备体系的概念进行演示验证；若通过验证，则结束，形成装备体系的概念模型；若未通过验证，则返回任务场景构建步骤，直至通过验证。

2.根据权利要求1所述的装备体系概念模型的构建方法，其特征在于，任务场景构建步骤中，所述装备体系的任务场景包含以下任一个或任多个内容：装备体系所处的时间阶段、装备体系所处的地理区域、装备体系所处的环境、装备体系所受的约束、装备体系作用的对象、装备体系的主要任务、装备体系运行的目的、装备体系期望达到的效果。

3.根据权利要求1所述的装备体系概念模型的构建方法，其特征在于，关键能力构建步骤中，所述装备体系的关键能力包含装备体系在任务场景下需要具备的固有能力种类、能力以及能力水平；

能力种类描述能力的分类情况；能力是在能力种类的基础上分解细化形成的；能力水平是对各项能力的定性描述。

4.根据权利要求1所述的装备体系概念模型的构建方法，其特征在于，能力指标构建步骤中，所述能力指标是对装备体系的关键能力中的能力的定量描述，一个能力对应一个或多个能力指标。

5.根据权利要求1所述的装备体系概念模型的构建方法，其特征在于，运用方式构建步骤中，所述装备体系的运用方式，包含以下任一个或任多个内容：装备体系所属的机构、装备体系所属的人员、装备体系所涉及的机构、装备体系所涉及的人员、装备体系运行所产生的活动、装备体系运行所需的信息、装备体系的运行规则、装备体系的运行流程。

6.根据权利要求1所述的装备体系概念模型的构建方法，其特征在于，装备构成构建步骤中，所述装备体系的装备构成包含以下任一个或任多个内容：装备的组成、装备的功能、装备工作所需的数据、装备的工作规则、装备的工作流程。

7.根据权利要求1所述的装备体系概念模型的构建方法，其特征在于，性能指标构建步骤中，所述性能指标是对装备的功能的定量描述，一个功能对应一个或多个性能指标。