VV&A的聯(lián)邦開(kāi)發(fā)和執(zhí)行過(guò)程改進(jìn)

針對(duì)潛艇指控算法研究對(duì)綜合聲納仿真軟件的逼真度要求,采用vv&a的技術(shù)方法對(duì)軟件循序進(jìn)行了校驗(yàn)工作:首先對(duì)軟件按功能模塊進(jìn)行功能校核;然后依據(jù)設(shè)備工作流程對(duì)聲納仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證;最后構(gòu)建聯(lián)機(jī)測(cè)試系統(tǒng),輸入實(shí)測(cè)海試數(shù)據(jù)對(duì)輸出的仿真誤差和海試誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并在此過(guò)程中發(fā)現(xiàn)、定位和修改了一些不足之處。驗(yàn)證結(jié)果證明仿真軟件滿足設(shè)備各項(xiàng)戰(zhàn)技指標(biāo)要求,且符合實(shí)測(cè)海試數(shù)據(jù)特性,能夠滿足潛艇指控算法研制的需求。

vv&a是風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)的,fmeca是常用的風(fēng)險(xiǎn)分析方法。將兩者進(jìn)行結(jié)合,提出一種面向建模與仿真的fmeca方法——simfmeca。首先對(duì)fmeca分析表格和過(guò)程進(jìn)行擴(kuò)展,然后分析一般仿真系統(tǒng)的fmi(failuremodeidentification)框架,并給出風(fēng)險(xiǎn)和危害度評(píng)定方法,由此確定所需的vv&a投入,包括vv&a等級(jí)以及必需的vv&a活動(dòng),最后給出該方法的應(yīng)用實(shí)例。simfmeca是一種定性的方法,具有花費(fèi)成本低和易于實(shí)施的特點(diǎn)。

如何提高仿真系統(tǒng)的可信度，對(duì)于仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者和用戶(hù)來(lái)說(shuō)都是一項(xiàng)項(xiàng)十分關(guān)心的事務(wù)。vv＆a貫穿于整個(gè)仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，它是對(duì)建模和仿真結(jié)果進(jìn)行校核、驗(yàn)證和確認(rèn)的一種技術(shù)，vv＆a的提出為保證仿真系統(tǒng)的可信度提供了理論和技術(shù)支持，但由于仿真系統(tǒng)的復(fù)雜性和vv＆a的發(fā)展現(xiàn)狀，vv＆a過(guò)程中難免會(huì)犯各種錯(cuò)誤，本文針對(duì)vv＆a中經(jīng)常出現(xiàn)的三類(lèi)錯(cuò)誤分析。

為了確保復(fù)雜大系統(tǒng)仿真(lcss)的可信性,應(yīng)該在建模與仿真(m&s)的全生命周期中開(kāi)展校核、驗(yàn)證與確認(rèn)(vv&a)研究。對(duì)lcss的vv&a進(jìn)行了理論研究,提出其方法論與原則;以基于仿真組件構(gòu)建的hla仿真系統(tǒng)為例,從仿真組件層、聯(lián)邦成員層及聯(lián)邦層三個(gè)層面研究了vv&a過(guò)程,并將這些研究應(yīng)用于反艦導(dǎo)彈突防聯(lián)邦仿真中。實(shí)踐表明,研究對(duì)lcss的vv&a工作具有很好的指導(dǎo)作用,有力地保障了仿真的可信性。

vv&a(verification,validationandaccreditation)是仿真建?？尚哦仍u(píng)估工作的基礎(chǔ),vv&a工作是建模仿真必不可缺的一部分。vv&a標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)vv&a工作的推進(jìn)意義重大。介紹了國(guó)際上當(dāng)前主要的vv&a標(biāo)準(zhǔn)化工作,包括美國(guó)國(guó)防部vv&a建議規(guī)范系列,ieee1278.4規(guī)范,thalesjp11.20revva項(xiàng)目,itopv&v項(xiàng)目,sisovv&aoverlay項(xiàng)目和msg-019/tg-016項(xiàng)目等,并對(duì)它們的vv&a角色定義、vv&a過(guò)程定義以及核心思想、方法論等方面進(jìn)行了詳細(xì)的比較,最后,分析這些標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)、相互關(guān)系、發(fā)展方向和對(duì)我們的借鑒意義。

以某半實(shí)物仿真系統(tǒng)為例,首先面向vv&a過(guò)程建立了影響其可信度的指標(biāo)體系,該指標(biāo)體系不但層次清晰,而且很容易發(fā)現(xiàn)可信度較低的指標(biāo)對(duì)應(yīng)的具體建模環(huán)節(jié),方便進(jìn)行相應(yīng)的修改,節(jié)省了時(shí)間和工作量.然后基于層次分析法以及模糊綜合評(píng)判法的優(yōu)點(diǎn),綜合各種v&v結(jié)論對(duì)其進(jìn)行了可信度評(píng)估,并得到了量化的可信度結(jié)果.該方法具有直觀、條理性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn),且實(shí)際應(yīng)用表明評(píng)估結(jié)果可信、可靠,驗(yàn)證了此方法的有效性,具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.

為了確保hla仿真系統(tǒng)的可信性,在系統(tǒng)的建模與仿真全生命周期中進(jìn)行vv&a研究,意義非常重大。介紹了基于仿真組件構(gòu)建的hla仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),從仿真組件層、聯(lián)邦成員層和仿真聯(lián)邦層三個(gè)層面展開(kāi)vv&a研究,重點(diǎn)介紹了仿真組件層和仿真聯(lián)邦層的vv&a工作。這些研究在xxx反艦導(dǎo)彈突防聯(lián)邦得到了應(yīng)用。對(duì)基于仿真組件構(gòu)建的hla仿真系統(tǒng)進(jìn)行vv&a研究,將對(duì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)有一定的幫助,能夠在一定程度上起到提高聯(lián)邦可信度的作用。

通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究成果,提出了建模與仿真vv&a原則。該文在國(guó)內(nèi)首次對(duì)建模與仿真vv&a原則進(jìn)行了詳細(xì)的論述。

針對(duì)m&s可靠性問(wèn)題,提出一種風(fēng)險(xiǎn)/效益分析方法,用于實(shí)現(xiàn)vv&a活動(dòng)選擇的最優(yōu)化,主要工作有:提出模型與仿真(m&s)的風(fēng)險(xiǎn)與效益在特定應(yīng)用背景下可通過(guò)影響級(jí)別及其發(fā)生概率進(jìn)行量化,進(jìn)而確定m&s的可靠性級(jí)別;提出可靠性級(jí)別可以確保m&s的最小化風(fēng)險(xiǎn)和最大效益,依據(jù)所要求的可靠性級(jí)別從一系列標(biāo)準(zhǔn)化的vv&a活動(dòng)中選擇出最合適的組合,以實(shí)現(xiàn)所選擇的vv&a活動(dòng)的正確性并可以監(jiān)控風(fēng)險(xiǎn)/效益的變化對(duì)vv&a需求的影響。

全面的探討了vv&a指標(biāo)體系中基層指標(biāo)的歸一化度量問(wèn)題。確定了對(duì)邏輯類(lèi)指標(biāo)的歸一化規(guī)則,提出了對(duì)具有程度屬性的邏輯類(lèi)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)的三種權(quán)函數(shù)曲線。對(duì)于數(shù)值類(lèi)驗(yàn)證對(duì)象,提出了基于曲線特征度量值的逼近度度量公式,這一公式可用于進(jìn)行仿真性能、功能、模型或子系統(tǒng)綜合逼真度的度量。該評(píng)估模型也同時(shí)作為vv&a的技術(shù)。

基本對(duì)象模型(bom)是siso提出的標(biāo)準(zhǔn)化仿真模型組件的描述規(guī)范,基于bom的hla仿真系統(tǒng)可以從仿真模型組件層面上提高系統(tǒng)的重用性和互操作性。vv&a過(guò)程的探究有助于vv&a工作的開(kāi)展和規(guī)范。介紹了bom在hla應(yīng)用中的體系結(jié)構(gòu),并簡(jiǎn)要提出基于bom的hla仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)步驟,最后對(duì)該類(lèi)仿真系統(tǒng)的vv&a過(guò)程展開(kāi)研究,重點(diǎn)研究了用戶(hù)模型、仿真模型組件及聯(lián)邦成員三者的v&v。實(shí)踐表明:提出的vv&a過(guò)程切實(shí)可行,對(duì)vv&a工作起到了很好的指導(dǎo)作用。

本文在研究建模與仿真系統(tǒng)vv&a概念和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了提高vv&a可信度和效率的有關(guān)措施。

校核、驗(yàn)證與確認(rèn)(vv&a)是保證導(dǎo)彈武器仿真系統(tǒng)正確性和可用性的關(guān)鍵技術(shù)。為提高vv&a活動(dòng)的效率,給工程技術(shù)人員提供參考,系統(tǒng)地總結(jié)了vv&a活動(dòng)各階段的常用技術(shù)方法、特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍,并結(jié)合vv&a活動(dòng)一般過(guò)程,從實(shí)際工程化角度,根據(jù)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的特點(diǎn),建立了導(dǎo)彈武器仿真系統(tǒng)vv&a過(guò)程模型,重點(diǎn)研究了其vv&a過(guò)程各階段的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程以及可以應(yīng)用于該領(lǐng)域的vv&a技術(shù)、方法。所研究?jī)?nèi)容也可為其他仿真系統(tǒng)vv&a活動(dòng)提供參考,具有較好的擴(kuò)展性。

1引言最近幾年,開(kāi)發(fā)者在軟件分析、設(shè)計(jì)、測(cè)試等階段積極地應(yīng)用建模與仿真(m＆s,modelingandsimulation)技術(shù)。然而,一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題就是仿真可信度(credibility)問(wèn)題,沒(méi)有可信度的仿真是沒(méi)有意義的。在建模與仿真過(guò)程中,人們開(kāi)始考慮一些問(wèn)題,諸如:仿真模型是否真正地代表了真實(shí)世界;仿真模型產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)是否和真實(shí)世界一樣;仿真模型是否具有高可靠性等。因此,建模與仿真本身的可信度評(píng)估便成為了一個(gè)不可回避的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于建模與仿真的可信度評(píng)估主要是圍繞m＆s的校核、驗(yàn)證與確認(rèn)(verification、validation、andaccreditation,簡(jiǎn)稱(chēng)vv＆a)而進(jìn)行的。

用于武器系統(tǒng)研制的軍用仿真系統(tǒng)是武器系統(tǒng)研制輔助決策的有效工具。軍用仿真系統(tǒng)的可信性和可用性關(guān)系到武器系統(tǒng)的研制周期、使用壽命和可靠性。該文討論了系統(tǒng)仿真在武器裝備中的應(yīng)用類(lèi)型、仿真過(guò)程及武器系統(tǒng)仿真中的vv＆a技術(shù)。

在深入研究vv&a過(guò)程模型的基礎(chǔ)上,建立了仿真和建模vv&a工具設(shè)計(jì)方案,詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的功能、相互之間的關(guān)系及工作流程。應(yīng)用odbc互連技術(shù)實(shí)現(xiàn)接口間的通信,將vv&a工具應(yīng)用于實(shí)際工程中,取得了令人滿意的結(jié)果,從而有效提高了仿真vv&a過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性和快捷性。

hla仿真系統(tǒng)的校核、驗(yàn)證與確認(rèn)(vv&a)過(guò)程依賴(lài)于hla的fedep過(guò)程描述,并圍繞fedep過(guò)程展開(kāi)。其步驟分為:定義聯(lián)邦目標(biāo),進(jìn)行慨念型分析,設(shè)計(jì)聯(lián)邦,開(kāi)發(fā)聯(lián)邦,計(jì)劃、集成并測(cè)試聯(lián)邦,運(yùn)行聯(lián)邦準(zhǔn)備輸出,分析數(shù)據(jù)、評(píng)估結(jié)果。過(guò)程包括:目標(biāo)校核、一致性校核、概念模型驗(yàn)證、設(shè)計(jì)校核、聯(lián)邦驗(yàn)證、確認(rèn)決策、事后執(zhí)行并歸檔。

vv&a是當(dāng)前建模與仿真研究的主要熱點(diǎn)之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,仿真對(duì)象由一般系統(tǒng)發(fā)展到復(fù)雜系統(tǒng),系統(tǒng)建模與仿真的校核、驗(yàn)證和確認(rèn)(vv&a)的重要性越發(fā)突出。本文追蹤了國(guó)內(nèi)外vv&a研究進(jìn)展,介紹了vv&a的相關(guān)概念、基本原則、技術(shù)方法和仿真系統(tǒng)的vv&a過(guò)程,指出了國(guó)內(nèi)vv&a研究存在問(wèn)題和發(fā)展方向。

建模與仿真生命周期中的VV&A

在國(guó)外,尤其是美國(guó),建模與仿真(modelingandsimulation,m＆s)及校核、驗(yàn)證與確認(rèn)(verification,validationandaccreditation,vv＆a)相關(guān)概念、定義和術(shù)語(yǔ)的研究已趨于成熟。我國(guó)目前在該領(lǐng)域的研究仍是空白。通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外大量相關(guān)資料,深入分析了建模與仿真vv＆a概念、定義和術(shù)語(yǔ)研究的重要意義;根據(jù)建立定義和術(shù)語(yǔ)的一般原則,為部分概念撰寫(xiě)定義,并賦予每個(gè)概念指稱(chēng),同時(shí)也分析了常見(jiàn)的一些不恰當(dāng)?shù)男g(shù)語(yǔ)。這不僅有助于人們對(duì)建模與仿真vv＆a概念性研究引起重視;而且也有助于人們進(jìn)行建模與仿真vv＆a相關(guān)概念、定義和術(shù)語(yǔ)的研究。

hla作為一個(gè)新的仿真技術(shù)框架,較dis系統(tǒng)更具有靈活性、可擴(kuò)充性、互操作性和可重用性,因此更適合于建立大型復(fù)雜分布交互仿真系統(tǒng),對(duì)hla系統(tǒng)的校核、驗(yàn)證和確認(rèn)技術(shù)對(duì)于提高仿真系統(tǒng)的置信度顯得尤為重要。介紹了hla系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)過(guò)程模型fedep,討論了覆蓋于fedep上的vv&a九步過(guò)程模型,分析了vv&a活動(dòng)與聯(lián)邦逼真度評(píng)估的關(guān)系。最后進(jìn)行了總結(jié)

國(guó)防通信網(wǎng)是依據(jù)我軍配系、戰(zhàn)區(qū)編成序列來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組織和電路調(diào)度的軍用固定電話通信網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)的組織結(jié)構(gòu)和話務(wù)的流量流向上與地方電信網(wǎng)有較大不同。根據(jù)從全網(wǎng)獲得的大量真實(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù),運(yùn)用面向?qū)ο蠓治黾夹g(shù)(object-orientedanalysis)構(gòu)造了國(guó)防通信網(wǎng)的對(duì)象模型,并建立了仿真的數(shù)學(xué)模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的面向?qū)ο笳鎸?shí)服務(wù)過(guò)程仿真。最后驗(yàn)證了仿真模型的可靠性和結(jié)果的精度。