吳曉燕，許素紅，劉興堂

（空軍工程大學導彈學院）

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【資料圖】

引言

標準化工作不僅在國民經濟和社會發展中發揮著非常重要的技術基礎作用，在具有廣闊軍事應用前景的系統仿真領域，它也占有很重要的地位。隨著科學與技術的飛速發展，仿真技術在軍事與國防建設中的應用日益廣泛，作用越來越突出。尤其是現代高技術戰爭對仿真技術提出了更新更高的要求，并推動著軍用仿真技術的發展，使得對M&S 標準化和規范的研究迫在眉睫，而對軍用仿真領域的復雜仿真系統來說，對于 VV&A的標準/規范研究就更為迫切，它是我軍M&S 標準化和規范研究的一個重要內容。

特別需要指出的是，我國已成為 WTO 的正式成員，加入 WTO 對我國的影響將是全方位的和深遠的。從一定意義上說，WTO 就意味著規則，這個規則的核心就是各成員方按統一的規則辦事，這不僅是 WTO 成員間進行經濟貿易的行為準則，也對其他領域有著重要的借鑒意義。規則就是法，各行各業、各個領域都要有章可循，有法可依，科學技術研究領域也不例外。所以，復雜仿真系統的 VV&A標準/規范研究具有非常重大的現實和深遠意義。

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國內外研究的歷史與現狀

國外仿真界，尤其是西方和美國，非常重視M&S 可信度評估及 VV&A標準/規范的研究、建立及推廣應用，并一直將VV&A 技術及仿真系統可信度評估的研究，作為系統仿真技術及應用研究的重點。

早在二十世紀70年代中期，美國計算機仿真學會（SCS：Society for Computer Simulation）就成立了“模型可信性技術委員會（TCMC：Technical Committee on Model Credibility）”，專門進行與模型可信性相關的概念、術語和規范的研究。自二十世紀90年代以來，國外許多政府、民間部門和學術機構都成立了相應的組織，以制定各自的建模與仿真VV&A的規范。1996年，美國國防部 (DoD：Department of Defense)的國防建模與仿真辦公室（DMSO：Defense Modeling and Simulation Office）專門成立了軍用仿真 VV&A工作技術支持小組（TST：Technical Support Team），負責起草國防部VV&A建議規范（RPG：Recommended Practice Guides），于1996年11月完成了這一建議規范的第一版。隨后，又歷經4年，通過對第一版的修改和完善，于2000年完成了VV&A建議規范的第二版（VV&A RPG BUILD 2），并在國際互聯網上建立了專門的網頁（//www.msiac.dmso.mil/vva/）公開發布。在此期間，IEEE也于1997年公布了關于分布交互仿真系統VV&A的建議標準（IEEE1278.4），給出了關于大型復雜仿真系統 VV&A的一個比較全面的指導。

值得一提的是，美國DoD對建模與仿真 VV&A研究的高度重視還體現在組織管理上。正如以上所述，在美國DoD的領導支持下，美國國內除了有TCMC這樣的專門組織以及TST組織外，還有VV&A技術工作組（TWG：Technical Working Group）和VV&C“老虎隊”（Tiger Team）等一系列組織。這些組織的成員來自美國的四面八方，既有美國軍方（陸、海、空三軍）的代表、國防部高級官員和M&S執行機構的成員，也有科研和學術機構的代表，甚至還有工業部門的代表。正因為如此，使得美軍在建模與仿真 VV&A 技術這塊領域上，已經形成了規模宏大，技術力量雄厚、組織管理嚴密、多級層次及統一協調的研究與應用體系。

我國的仿真工作者也非常重視仿真系統的可信度評估及VV&A問題。近二十多年來，許多學者在這方面做了非常有意義的研究工作，而有關這方面問題的研究也一直是國內系統仿真領域研究的熱點和仿真學術會議的主要議題。但總體來說，我國對仿真系統可信度及VV&A的研究仍處于起步階段，表現在研究工作比較分散，缺乏規模，尚未建立關于仿真系統可信度及VV&A的概念體系，對可信度評估理論和方法也沒有形成統一的標準。在仿真系統的開發過程中，對VV&A工作的重要性、必要性缺乏認識。特別是國內還沒有類似于美國 TCMC 這樣的專門機構來負責協調，更沒有組織國家隊對仿真系統可信度評估及VV&A技術進行專門的研究，使得這方面的研究工作進展緩慢。尤其是我國至今還沒有仿真系統VV&A的標準/規范，使得仿真系統的開發者、應用者和管理者在進行仿真系統可信度評估工作過程中，無章可循、無法可依。例如，對于仿真系統VV&A的中文解釋，就有“校核、驗證與確認”，“校核、驗證與驗收”，“驗證、證實和認可”和“確認、驗證和認定”等多種不同的提法。

綜上可知，我國在仿真系統可信度評估及VV&A技術研究方面與發達國家及國際先進水平相比，差距非常大。隨著仿真系統的規模日益擴大和復雜程度的增加，使仿真系統VV&A的難度和要求不斷提高。因此，對復雜仿真系統VV&A和可信度評估的研究必將成為今后仿真系統VV&A研究的重點。尤其是對于復雜仿真系統VV&A標準/規范的研究，更是我國軍用仿真技術領域亟待解決的關鍵問題之一，是我國軍用仿真技術發展的“瓶頸”問題。

03

復雜仿真系統VV&A標準/規范研究的軍事需求分析

軍事和國防應用是推動系統仿真技術發展的重要源動力，不斷發展的新需求是仿真技術持續發展的生命線。因此，系統地把握軍事應用領域的需求是有效地發展軍用仿真技術的基礎。在我國，對復雜仿真系統VV&A標準/規范的研究，有著非常旺盛的軍事需求。 3.1 復雜仿真系統 VV&A 標準 / 規范研究是推動和促進我軍 M&S 標準化的迫切需要 “國防軍事領域對仿真日益擴大的需求，是對軍用仿真技術的發展挑戰，更是機遇。要有效地滿足這些需求，需要新的發展模式。其中政策與管理是保證軍用仿真技術協調發展和高效應用的兩個重要因素”，因為，“管理是基礎，標準與技術是核心”。而M&S標準/規范的制定則是軍用仿真技術政策與管理工作中一項非常重要的任務。20世紀90年代之前，M&S 領域的一個明顯標志就是各自為政，各個仿真應用之間只具備有限的互操作，缺乏共同的技術框架，模型與仿真的通用性和可重用性不好，缺乏必要的VV&A。20 世紀90年代初期，美軍就開始認識到M&S的管理與標準化問題的重要性，并著手解決仿真系統的“煙囪”問題。在美國DoD“建立互操作性的標準和協議，促進軍事部門的仿真”及“更好地共享信息、性能和資源”的倡議下，經過近10年來的發展，美軍的 M&S 管理及標準化體系已經相當完善，并仍在不斷地發展。 近年來，我國也逐漸開展了 M&S 標準與規范的研究，為了滿足技術發展的迫切要求，許多部門與單位也先后制定了一些有關仿真系統建設與研究以及進行仿真試驗的軍用標準與規范。但這方面的研究工作還很不完善,有待于進一步深入研究。尤其是直到目前，我們還沒有國產的M&S 標準/規范與體系，這與我國軍事與國防建設對仿真技術的需求是非常不適應的，勢必制約我國軍用仿真技術的發展。不容置疑，我軍M&S標準與規范體系的建立刻不容緩。 VV&A標準/規范是我軍M&S標準的一個重要內容。美國DMSO于1995年10 月公布的建模與仿真主計劃（MSMP：Modeling and Simulation Master Plan）的第五個大目標就是要為 M&S 開發人員和使用人員提供一個有效的 M&S 基礎設施，它包括硬件、軟件、人員、知識庫等各個方面，其中，最重要的基礎設施就是M&S資源庫（MSRR：Modeling and Simulation Resource Repository）。而要建立可靠的MSRR，VV&A是最關鍵的環節。 因此，為使M&S能完成其基本目標，M&S標準化與規范化的開發必須比其他工作優先開展。而在這當中，又應該優先發展關鍵性的M&S的標準種類，如，系統設計與體系結構標準種類，戰場空間功能描述標準種類，數據標準種類，對象管理標準種類，綜合仿真環境表述標準種類，VV&A的標準種類及仿真可視化的標準種類等。所以，VV&A標準/規范是M&S標準/規范中應優先發展的關鍵標準種類。 3.2 建立復雜仿真系統 VV&A 標準 / 規范是健全和發展我國軍用仿真系統的需要 我國軍用仿真技術發展的目標是：需求牽引、系統帶技術，技術促系統、系統服務于應用。國內外軍用仿真技術發展的實踐表明，應用是仿真技術發展的源泉和動力。只有服務于應用的仿真系統的發展，才能帶動技術的發展。所以，對于發展軍用仿真技術來說，健全和發展仿真系統是至關重要的。因為，軍用仿真技術的核心，就是建好、用好仿真系統。只有以此為綱，才能帶動軍用仿真技術的全面發展。所以，軍用仿真技術的發展必須與服務于武器裝備和軍事應用領域的仿真系統的發展緊密結合。 可信度評估與VV&A是軍用仿真系統研究與開發中的關鍵技術，是提高軍用仿真系統模型與仿真可信度以及仿真結果可用性的技術保障。由于仿真系統是利用仿真模型代替被研究的對象，在計算機或其他仿真設備組成的環境中進行實驗的系統。所以，軍用仿真系統的可信度評估研究應從整個仿真系統角度出發，全方位地進行可信度評估。VV&A是可信度評估的基礎，而軍用仿真系統開發的各個階段都對仿真可信度有重要的影響。因此，復雜仿真系統的VV&A是伴隨軍用仿真系統設計、開發、運行及維護全生命周期的一項非常重要的工作。 隨著國防與軍事領域對仿真系統應用的需求及依賴性的不斷增強，特別是更加強調仿真系統的交互性和重用性的大型復雜仿真系統的出現和應用，使軍用仿真系統的功能和性能獲得了巨大的提高，同時對仿真系統可信性的要求也愈來愈高，從而增加了仿真系統校驗的難度，使VV&A在仿真系統開發和應用中的作用更加突出，使得對仿真系統進行全面有效的VV&A已成為仿真系統開發和應用工作的大勢所趨。這就迫切需要建立復雜仿真系統VV&A的標準/規范，用于指導軍用仿真系統VV&A的工作，為建好和用好軍用仿真系統提供有利的技術保障。 從政策上來看，對于均為大型復雜仿真系統的軍用仿真系統來說，從設計、建設、開發、使用直到維護，都需要整個國防部門建立一系列的政策、規范和標準，尤其是對于軍用仿真系統的VV&A，我國在這方面的政策建立勢在必行。 3.3 作戰仿真對復雜仿真系統 VV&A 標準 / 規范的需求 作戰仿真是國防與軍事領域仿真的一種基本模式。當今，世界各國軍隊都將作戰仿真系統作為進行作戰訓練和武器系統使用訓練的首選工具。作戰仿真在聯合作戰時代是軍用仿真技術應用的基礎，是一個國家制定中長期發展規劃和實施決策的一個必不可少的環節。 最能體現軍用仿真建模水平的就是作戰仿真系統。它具有模型描述的多側面性、模型的多層次多精度要求、模型的復雜性以及采用面向對象的建模方法等特點。這些特點決定了其可信度評估與VV&A的重要性及難點。同時，由于“作戰仿真是一種可以快速更換作戰環境、實現實兵對抗，具有很好量化功能的作戰研究方法”。因此作戰仿真系統對仿真可信性與VV&A的要求是很高的，而且與工程仿真相比，作戰仿真的可信度評估與VV&A 研究非常困難，難度相當大。 首先，工程系統仿真通常是對一個具體的問題、具體的應用環境的仿真，具有明確的輸入、條件和數據。而且，在對模型與仿真結果進行可信性分析時，可以將被仿真系統的試驗或測量數據（如新機型的試飛數據、導彈武器系統的試驗或打靶數據等）與計算機仿真結果進行比較，獲得初步的仿真可信性。并且，對同一型號的武器裝備，其主要性能也都具有可比性。 而“戰爭的仿真是一個世界難題。戰爭是大量的人（有組織的、無組織的）和武器在一定的時間、空間環境下的對抗過程，每一次戰爭（每場戰斗、每個戰役）的實踐都是不可重復、不可逆的社會現象。而且，因為作戰有大量的人參加，人怎樣決策以及他們的行動，有著很多不可控和不可知的因素”。所以，作戰過程是一個十分復雜的、不是僅能用確定型數學模型可以描述的過程。 其次，系統仿真與計算機游戲的最大區別在于：系統仿真必須具有可信性。計算機游戲盡管也是一種仿真，但它對可信性要求較低，因為它畢竟是一種娛樂。但對于作戰仿真，就必須具有逼真的作戰環境和逼真的作戰過程，即作戰仿真必須具有非常高的仿真可信性。特別是作為用于武器系統研究、評估，作為對作戰方案的評估，尤其是作戰后果的預測等，必須解決仿真可信性問題。盡管應用系統仿真技術，通過建立模型、校驗模型、驗證模型和確認模型等定量的研究方法可以實現具有一定的可信性的作戰仿真。但目前，作戰仿真的可信性還很低，必須研究提高作戰仿真可信性的技術與方法。 尤其重要的是，作戰仿真為分布交互仿真，它不僅涉及大量具有不同逼真度和不同類型的模型，而且作戰模型的數據來源也是多渠道的，且人與環境間的交互存在一定的主觀因素和不確定性。因而，作戰仿真的可信性僅在少數情況下能對某些方面能做出定量的表示和評估，大多數情況下可信性只能進行主觀表示和評估。這就使得對作戰仿真系統進行VV&A非常困難，必須建立規范的VV&A 以限制人為的主觀因素。 綜上，為了提高作戰仿真系統的可信度水平，應盡快建立一系列的VV&A標準/規范，以指導作戰仿真系統的VV&A工作過程和方法。 3.4 建立復雜仿真系統 VV&A 標準 / 規范是建設我軍通用仿真環境和仿真應用系統的需要 以信息技術為核心的精確打擊是高技術戰爭的主要特征。高技術戰爭對軍用仿真技術提出了更新更高的要求，使得軍用仿真技術面臨著重大的挑戰。現代軍用仿真技術將向綜合性、快速性、環境復雜性、靈活性和規范化的方向發展。而通用仿真環境和仿真應用系統的建設，則是我國軍用仿真技術在今后一個時期的發展方向和目標。因此，建設我軍的通用仿真環境和仿真應用系統勢在必行。這個通用仿真環境應該基于一個通用（共用）的M&S技術框架，能支撐仿真應用系統的開發、運行、演示、管理、控制和評估。即，通用仿真環境應是仿真應用系統的開發與運行環境，它規定了仿真應用系統的框架，同時提供一組構件、工具、方法和典型應用系統。這個通用的仿真環境，就是基于高層體系結構（HLA：High Level Architecture）的M&S通用技術框架，它包括 HLA、任務空間概念模型（CMMS：Conceptual Model of Mission Space）和數據標準（DS：Data Standard）。 在基于HLA的M&S通用技術框架中，HLA是用于解決系統的集成問題，它不僅是繼 DIS2.x 和聚合級仿真協議（ALSP：Aggregate Level Simulation Protocol）后的新一代分布交互仿真體系結構，也是建設通用仿真環境和仿真應用系統的核心和關鍵所在。而 HLA 聯邦可以看作是一個集成了眾多分布仿真系統、滿足新的仿真應用需要的標準仿真環境，是一種廣義的仿真系統。 不同應用領域的用戶在建立自己的HLA應用時，所采用的步驟可能各不相同。但從高層看，HLA 聯邦開發和運行的過程可抽象為幾個必須遵循的基本步驟。這些基本步驟對不同應用領域的仿真開發者，可能會采用不同的具體方法實現，由此導致所耗費的時間和所產生的效果也各不相同，特別是不利于 VV&A 的進行。因此提供一個結構化的、適合于工程系統的方法以指導 HLA 聯邦開發與運行就顯得十分必要。 為此，美國 DMSO 針對 HLA 應用系統的設計和開發，建立了 HLA 聯邦設計和執行過程（FEDEP：Federation Design and Execution Process）模型。在 FEDEP 模型 1.5 版本中，將 FEDEP 抽象為六個步驟。在 FEDEP 模型中,聯邦 VV&A 是必需的和不可少的，它是建立聯邦可信性的主要機制。因此，必須制定聯邦 VV&A 標準規范，以此指導基于 HLA 的聯邦 VV&A活動。 復雜仿真系統的VV&A活動與其M&S的體系結構有關。IEEE 1278.4是基于DIS體系結構的，而HLA FEDEP的VV&A活動則是基于HLA體系結構的。國內已建成的綜合防空多武器平臺仿真示范系統，則屬于DIS 與HLA混合體系結構。所以，深入地分析和研究這類系統的技術特點，結合我國國情和當前軍事斗爭準備的需要，盡快建立基于DIS與HLA混合體系的復雜仿真系統VV&A標準/規范，是建設我軍通用仿真環境和仿真應用系統的迫切需要。

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結論

仿真系統可信度評估與VV&A技術是系統仿真領域中非常重要的共用技術。對復雜仿真系統VV&A標準/規范的研究，不僅是系統仿真技術的重要內容，也是我國國防和軍用仿真領域亟待解決的難題，是一項具有重大意義的工作。它可以提高復雜仿真系統的置信度/可信性水平，加速實現復雜仿真系統可信度評估的標準化、智能化、集成化和自動化，加快我軍 M&S 標準化與規范化的進程，滿足我國國防事業和軍事領域對復雜仿真系統VV&A標準/規范的旺盛需求。

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