基于能力缝隙的装备技术体系论证分析方法*

简平，熊伟，刘德生

(航天工程大学 复杂电子系统仿真实验室，北京 101416)

0 引言

著名科学家钱学森曾经指出，现代科学与技术呈现出相互依赖、相互促进的发展趋势，应当把科学技术作为一个整体系统来研究[1-2]。技术体系是描述技术的组成结构、发展演化的规范架构。在军事领域，装备技术体系是武器装备建设的重要基础，是推动信息化建设和新军事变革的重要力量，世界主要军事强国高度关注装备技术体系的发展和应用。装备技术体系论证设计研究主要集中在技术体系结构研究和体系结构框架研究2方面，最早源于1991年美军针对C4I系统技术发展提出了技术参考模型TRM，1993年以TRM为基础开发制定了《信息管理技术体系结构框架》，将其确定为国防部信息系统集成的唯一框架，随后发布了《联合技术体系结构》1.0版，用于指导和规范系统的技术体系结构的设计与开发，并分别于1996年、1997年、2004年、2007年、2009年颁布了《C4ISR体系结构框架》(Command Control Communication Computer Intelligence Surveillance Reconnaissance Architecture Framework)1.0版和2.0版，《国防部体系结构框架》(Department of Defense Architecture Framework，DoDAF)1.0[3]，DoDAF 1.5[4]，DoDAF 2.0[5]，从多视图的角度指导装备技术体系的论证分析，这些体系结构框架只给出了体系结构的技术标准列表视图TV-1和技术标准预测视图TV-2 2种描述装备技术体系的视图模型。国内相关学者参考美军体系结构框架开展了技术体系概念、构建要素和构建框架等理论和方法进行了有益的探索研究[6-9]，对于面向未来作战需求的装备技术要素如何确定、技术体系如何构建和技术体系成果如何表示等装备技术体系关键问题还需进一步深入研究。

军事能力需求是装备技术体系设计论证的逻辑起点，“现有什么能为、需要什么能力和发展什么能力”是指导武器装备体系建设和推动技术发展的基本原则，它要求武器装备体系建设及其技术发展既要充分利用现有武器装备，又要满足在未来作战条件下的能力需求[10-11]。能力空间是指在特定使命任务下装备体系能力集合及其能力之间的关系；能力缝隙，是指为达到预期的作战效果，在规定的作战条件和标准下采用一些手段和方法实施一系列作战任务中所表现出的能力缺失和不足，发现和弥补能力缝隙是装备体系建设和技术发展核心问题[12]。为此，本文从装备体系能力需求空间和能力缝隙的角度出发，研究提出装备技术体系论证分析的基本框架模型和方法流程，为构建满足使命任务和能力需求、符合实际的装备技术体系提供参考。

1 装备技术体系概念内涵

装备技术体系是指为满足多样化、多层次能力需求和装备需求，由各项技术组成的、具有层次结构和体系特征的技术集合，其核心是技术及技术之间的关系[13-14]。装备技术体系源于装备体系，技术体系构建的目标是满足装备体系的能力需求和使命任务要求，可见，装备技术体系是武器装备体系建设的重要基础，是形成体系能力的关键核心要素，具有自适应性、整体目标性、层次关联性、发展演化和涌现性等特点[15]。武器装备体系建设和技术发展最核心的问题是找出武器装备体系的现有能力与目标能力之间的差距，并分析影响差距的关键因素，而能力缝隙是装备体系的现有能力与其在特定的条件下完成未来作战任所需目标能力之间的差距的度量。

从技术体系构建需求和体系能力形成机理两方面分析，面向需求的能力缝隙弥补和关键装备技术突破是驱动装备体系建设发展两大核心要素，这三者之间的逻辑支撑关系可用图1表示。一是从技术体系构建需求看，装备体系及其构成要素由各项技术支撑，各项技术形成了紧密联系的装备技术体系，装备技术体系中的关键技术对需求满足、体系能力的提高有重要的影响，因此要基于未来体系多样化、多层次的能力需求来确定发展什么装备技术、如何发展技术。这即体现为“需求牵引装备技术的发展”；二是从体系能力形成机理看，装备体系能力是由各体系要素所具备的能力进行聚合形成的整体作战能力，装备体系能力的形成具有明显的“木桶理论”，即任一体系要素能力的缺失而形成能力缝隙都会导致体系整体能力的下滑，因此要提升体系整体能力就必须有针对性地体系化规划发展核心关键装备技术，弥补能力缝隙的短板弱项。这即体现为“技术推动体系能力的建设”。

图1 能力缝隙、装备体系和关键技术之间的关系图Fig.1 Relations of capability space,capability cap and key technic

2 基于能力空间和能力缝隙的装备技术体系构建框架

“现有什么能力、需要什么能力和发展什么能力”是指导装备体系建设的基本原则，“现有什么技术、需要什么技术和发展什么技术”能为装备体系建设的重要支撑，装备体系建设是由一系列关键装备技术(技术体系)的研究攻关和实现应用等环节构成，由此可见，“现有什么技术、需要什么技术和发展什么技术”等技术体系论证分析问题的目标是服务于装备体系建设发展，来源是体系能力需求和能力缝隙，为此，本文建立了基于能力缝隙的技术体系论证分析基本框架(如图2所示)，提出了以现有能力分析、目标能力分析、能力缝隙评价、能力-装备-技术映射、技术体系结构构建等为主要内容的技术体系论证分析基本过程，通过分析装备体系的能力缝隙，构建与之对应的装备技术体系结构，形成装备技术体系的发展战略和路线图，指导现有技术体系和装备体系的发展与优化。

3 装备技术体系构建方法流程

根据基于能力空间和能力缝隙的装备技术体系构建总体框架，具体方法流程如下：

3.1 装备体系现有能力分析

依据现有装备体系的组成与结构，从单个装备的关键指标自下而上地分析装备体系现有能力，构建装备体系现有能力空间。

装备体系是由一系列装备系统组成的有机整体，而装备系统能力由装备部件的多个关键指标来支持。因此，装备体系现有能力分析是以现有武器装备的关键指标为起点，从装备的关键指标到单个武器装备能力，之后到装备体系能力的一个自底向上的分析过程，如图3所示。

3.2 装备体系目标能力分析

在联合作战概念、特定作战环境和条件下，从作战使命分析开始，到作战任务分解，自顶向下地分析装备体系的能力需求，构建目标能力空间。

装备体系目标能力分析核心环节包括作战任务需求分析和体系能力需求分析，其基本思路如图4所示。作战任务需求分析主要解决装备体系需“完成哪些任务、如何完成任务”的问题，旨在明确完成预期作战使命的作战任务、条件和标准，形成作战任务清单，包括确定作战使命-任务分解、作战活动分析等内容。体系能力需求生成是解决装备体系“完成作战任务目标参战人员和装备/系统必须具备什么样的能力”的问题，以作战任务需求分析中确定的作战任务为依据，结合假想对手的作战能力范围，确定完成作战任务的体系能力需求，形成作战能力清单。这个过程也可以理解为作战任务到作战能力的映射过程。具体包括任务-能力分解、能力指标分析等活动。

3.3 装备体系能力缝隙分析

装备体系能力缝隙分析是“由顶向下”的能力开发与“由底向上”集成汇合进行能力差距的比较和评价，即是对现有能力空间和目标能力空间进行分析对比，评价装备体系的能力缝隙。能力缝隙分析通过对能力需求及装备能力的分析，评估能力缝隙的大小，按照作战能力提升情况进行装备发展规划、计划的制订和装备关键技术的攻关，实现装备体系能力的优化，可以为装备建设和关键技术体系论证的实践活动提供指导。装备体系能力缝隙分析的主要环节包括能力缝隙发展、能力缝隙度量和能力缝隙弥补等3个环节，如图5所示。

图2 基于能力缝隙装备技术体系构建总体框架Fig.2 Basic framework of technology system demonstration based on capability gap

图3 装备体系现有能力分析思路Fig.3 Analysis of the existing capability of equipment system

图4 装备体系目标能力分析思路Fig.4 Analysis of the target capability of equipment system

图5 装备体系能力缝隙分析思路Fig.5 Analysis of the capability gap of equipment system

(1) 能力缝隙发现

在获取能力需求指标的基础上，探索确定能力缝隙存在的能力缺项及其影响因素，获取对能力有重要影响的条件(参数)，得到对装备体系能力缝隙的总体认识。

(2) 能力缝隙度量

根据能力缝隙的影响因素，构建装备体系的能力缝隙向量，明确能力缝隙向量各元素的量化方法，由此给出体系能力缝隙的度量模型。

(3) 能力缝隙弥补分析

以体系能力需求为目标，分析确定体系能力提高的装备系统解决方案及其技术体系方案，达到体系能力缝隙弥补的目的。

3.4 能力-装备-技术映射关系分析

根据能力需求和能力缝隙，分析确定需要发展的装备系统，初步构建能力与装备映射关系，论证提出装备体系各技术领域、技术方向和关键技术等技术清单，在此基础上分析装备与技术映射关系、能力与技术映射关系。

技术体系需求来源于作战任务、作战能力、装备体系等需求，作战任务需求、作战能力需求、装备体系需求、装备技术需求具有本质的一致性，是分别从任务域、能力域、装备域和技术域对体系需求的描述。建立作战任务需求，作战能力需求、装备体系需求和装备技术需求之间的关联关系，是确保这4项需求一致性的关键，也是提高装备体系论证科学性的重要支撑。QFD(quality function deployment)方法是一种用户需求驱动的系统化分析方法，通过构建作战任务-作战能力质量屋，分析作战任务需求、作战能力需求、装备体系需求、装备技术之间的映射关系，根据作战任务清单中明确的作战任务需求确定作战能力需求，进而确定装备体系功能需求和装备体系需求，最终明确技术体系需求，如图6所示。

3.5 技术体系结构视图模型构建

以初步构建的能力-装备-技术映射关系为基础，以能力缝隙弥补为目标，借鉴DoDAF框架理论，采用多视图的体系结构方法构建装备技术体系结构视图框架及模型，用于指导技术体系发展战略和规划论证。其基本思路如图7所示。

在构建技术体系结构视图模型过程中，对原有技术视图进行扩展，加入技术体系属性构成、内外关系、技术评价和发展构想等技术体系构建基本要素，形成包括技术组成视图TV-1、技术标准体系视图TV-2、技术与能力映射视图TV-3、技术与装备映射视图TV-4、技术评价视图TV-5和技术发展路线视图TV-6等视图模型为核心技术体系结构建模框架，如图8所示。

为实现对装备技术体系进行有效评价，在传统技术成熟度评价指标的基础上，引入技术先进性和紧迫性评价指标，采用技术评价视图TV-5对所构建的技术体系的技术能力和状态进行定性与定量分析。技术评价视图TV-5主要针对技术体系中最底层的关键技术，对应的每一个技术问题，将本技术目前的技术状态与国外的技术状态对标，结合国内技术需求，对技术成熟度、先进性和紧迫性进行系统梳理和评估，并给出定量等级，如表1所示。

图6 能力-装备-技术映射关系分析思路Fig.6 Analysis of the mapping relationship between capability,equipment and technology

图7 技术体系结构视图分析思路Fig.7 Analysis of technical architecture view

表1 技术评价视图TV-5示意Table 1 Technical evaluation view TV-5

4 结束语

装备技术具有投资风险高、实现难度大、多学科交叉、颠覆性与创新性强等特点，如何从使命任务和体系能力的角度出发科学分析装备技术的发展趋势、论证装备技术的技术体系、提出装备技术的发展路线与应用模式，是科学发展和高效应用装备技术的重要保证。本文提出的基于能力空间和能力缝隙的论证分析方法能够为面向使命任务和能力需求的装备技术体系构建提供一种行之有效的方法途径，后续将对能力缝隙模型、技术体系结构视图模型和技术评价模型等论证分析模型进行深入研究，进一步完善装备技术体系论证分析方法，支撑典型装备技术体系论证。