装备性能指标的需求驱动配置方法与模型（Demand-Driven Configuration Method and Model for Equipment Performance Indices）

《Electronics》：Demand-Driven Configuration Method and Model for Equipment Performance Indices

　　

复杂装备系统对快速多样化性能指标论证（Performance Index Demonstration）的需求与传统固定单一论证模板之间的矛盾日益突出。为此，研究人员提出一种基于需求驱动的复杂装备性能指标快速论证模型以解决此局限。研究人员建立了涵盖多样化需求、方案和论证数据的论证框架，以及基于该框架集成的动态需求论证流程模型。通过对需求和知识按粒度与单元级进行表征，动态配置论证所需的需求元件（Requirement Element, ReqE）与指标元件（Target Element, TE）。结合结构化知识模板，研究人员构建了基于表单配置、关联需求与知识关系的动态论证模板，形成了装备性能指标论证模板的快速配置方法。通过实例化该需求驱动的装备性能指标论证方法，可实现新装备的多样化指标论证。最后，研究人员开发了天线阵误差分析的快速论证工具，验证了所提方法的合理性与有效性。

论文解读：装备性能指标的需求驱动配置方法与模型——基于动态模板与知识元件的论证框架研究

一、研究背景与立题依据

现代武器装备系统功能与结构日趋复杂，传统基于单一固定模板的性能指标论证（Performance Index Demonstration）方法难以满足多样化、多视角的论证需求。现有研究多依赖针对特定需求固化下来的单一演示模板，无法根据不同论证需求动态匹配并生成相应的指标论证模板及方案。此外，不同论证需求下所需的知识资源通常非结构化，导致知识无法快速集成与有效传递。为解决"多样化论证需求"与"固化单一论证模板"之间的矛盾，实现论证知识的快速聚合与工具的动态生成，研究人员开展了此项关于需求驱动（Requirement-Driven）的装备性能指标论证模型与动态演示模板配置方法的研究。该论文发表于《Electronics》。

二、主要关键技术方法

研究人员采用四层需求驱动论证模型框架（需求层、方案层、模板层、数据层），引入知识元件（Knowledge Element，含基础元件Basis Element/BE、关系元件Relationship Element/RE、信息元件Information Element/IE）与需求元件（Requirement Element/ReqE，含配置Dispose/DRE、插入Intercalate/IRE、计算Calculate/CRE、显示Show/SRE）进行单元化管理。基于网络本体语言（Web Ontology Language, OWL）构建本体模型（Knowledge Ontology/KO），采用需求表单（Requirement Form/RF）与知识表单（Knowledge Form/KF）及其子表（RSF、KSF）通过主键关联实现动态索引演示模板（Dynamic Index Demonstration Template, DIDT）的配置，并通过实例化为具体论证工具进行验证。验证案例选用机载雷达天线阵系统（Antenna Array System），包括一维线阵及二维L型、T型、十字型阵列。

三、研究结果

2. Demonstration Model Based on Requirement-Driven Weapon Equipment Performance Indexes（基于需求驱动的武器装备性能指标论证模型）

研究人员提出包含需求层、方案层、模板层和数据层的四层框架。需求层分解作战能力与战术技术指标形成指标论证需求集；方案层针对需求集建立效能仿真与指标评估；模板层通过配置、计算、显示等功能的结构化组织完成动态演示模板构建；数据层聚合各类论证知识资源。四层按渐进工作流交互，实现需求到设计资源的匹配。

2.1. Analysis and Establishment of Demonstration Requirements（论证需求分析与建立）

论证需求分析基于指标体系定位、使命任务和功能，分析作战需求、系统功能结构、战术技术指标及可行性，形成多备选方案并评估差异，最终确定新装备系统定位与目标任务，为后续论证部署模型、数据与工具资源。

2.2. Construction and Evaluation of Demonstration Index（论证指标构建与评价）

通过论证需求与方案、方案与指标、指标与性能参数间的映射关系建立指标知识参数提取规则集，将关键性能参数分解展开至设计参数级。在限定环境与资源下判断方案结果是否满足标准，采用循环评价实时调整作战计划部署，实现论证方案的动态优化配置。

2.3. Configuration and Packaging of the Demonstration Tool（论证工具配置与封装）

提出单元化需求与知识管理模型，通过知识元信息收集实现演示模板动态配置并快速派生指标论证工具集。演示工具模板由界面（窗口、文本框、按钮等）、数据（指标知识与设计规则）及功能（可执行程序元件集合）构成，支持模板复用、变型设计与向导式升级，通过需求属性设置快速配置生成定制工具实例。

3. Performance Index Demonstration Template Configuration and Knowledge Management（性能指标论证模板配置与知识管理）

基于本体模型与配置方法，提出匹配多样化论证需求与知识的管理模型，通过输入需求元信息与指标元信息完成模板配置及动态演示模板实例化。

3.1. Unitized Demonstration Requirements and Knowledge Management（单元化论证需求与知识管理）

最小粒度知识单元为知识元件（TE），分为BE（最小数据单元/参数）、RE（指标间逻辑关系/函数/因果关系）、IE（文本、数值、图片等公共属性）。最小需求描述为需求元件（ReqE）：DRE（工具架构、模块设计等配置应用需求）、IRE（计算处理过程附加属性，Y=F(X)）、CRE（知识库中对应指标数据汇总）、SRE（结果可视化操作）。若干ReqE组合成需求结构（Requirement Structure/RS），若干TE组合成指标结构（Index Structure/IS），RS与IS对应构成知识本体（KO），KO构成演示模板（Demonstration Template/DT），形式化表达为 IS?{TE}，RS?{ReqE}，KO?(RS,IS)，DT?{KO}。

3.2. Dynamic Index Demonstration Template（动态指标论证模板）

动态指标论证模板（Dynamic Index Demonstration Template, DIDT）通过数据库关键字段连接各ReqE与TE，函数库（Function Library）通过字段及API或URL与指标元件关联实现指标知识与计算需求的匹配调用。模板可通过实例化需求元信息与指标元信息生成论证工具实体，并从物理视图、功能视图、逻辑视图和用户视图多视角支撑人机交互。

3.3. Configuration Method of Dynamic Index Demonstration Template（动态指标论证模板配置方法）

采用需求表单（RF，由需求子表单RSF关联组合而成）与知识表单（KF，由知识子表单KSF关联组合而成），通过配置需求元件→需求表单→指标元件→知识表单→演示模板五步完成。系统解析配置文件修改数据库字段信息，支持自动配置分析。定义形式化关系：RF?{RSF}，KF?{KSF}，RF?代表需求结构的信息反映，KF?关联对应RF组合，DIDT=P(f)，其中P(f)为对表单f属性的设置操作集合。

3.4. Instantiation of Dynamic Demonstration Template（动态演示模板实例化）

设计人员在实例化界面调取知识库中对应演示模板，按模板中ReqE与TE配置生成本体内容录入界面（控件与ReqE一一对应），输入指标元信息并建立TE与函数库计算模型的连接完成模型实例化调用，自定义工具架构、模块设计与控制内容渲染生成初步工具，预览确认后进入审批流程投入使用。

4. Applications（应用验证）

以机载雷达天线阵系统多样化性能指标论证需求为背景，构建可配置指标论证模板与快速演示平台。

4.1. Construction of Dynamic Demonstration Template for Antenna Array System Demonstration Requirements（天线阵系统论证需求的动态演示模板构建）

配置天线阵演示需求所含元模型（DRE、IRE、CRE、SRE属性）及指标知识元模型（BE、RE、IE，含雷达知识、天线知识、公式知识等）。通过后台管理模块创建RF（组合若干ReqE，生成数据库表，支持增删改）与KF（封装BE、RE、IE生成数据库表及函数库文件），在表单配置模块建立RF与KF关联，初始化生成动态演示模板，支持同一知识库多套模板（按版本号或自定义命名区分），适用于一维线阵、二维L型、T型及十字型阵列。

4.2. Demonstration of Antenna Array Error Index（天线阵误差指标论证）

以二维L1型天线阵为例，调用系统内多基线相位干涉仪方向找误差分析计算模型。输入结构化指标知识（RE管理公式规则）与知识数据（阵列构型L1-shape、频带Fscope 3~6 GHz分五段遍历、系统误差范围Escope、固定俯仰ε或方位β、水平/垂直基线比Hbr/Vbr等），工具按公式规则与指标元属性演示分析得到结果集——包括方位角估计误差Δφ_max/min、俯仰角估计误差Δθ_max/min、最大无模糊角η、基线长Vab/Hab等。水平遍历模式（固定俯仰角ε=20°全局方位遍历）结果显示方位测向误差在±1°以内满足预设要求，俯仰[0°,82°]范围内亦满足；垂直遍历模式（固定方位角β=20°全局俯仰遍历）显示3~6 GHz频段内方位与俯仰误差随频率升高而降低，全 azimuth 遍历方位测向误差最大±0.55°满足容差，4.5~6 GHz波段全向俯仰误差在±1°内。对比表明水平测角精度高于俯仰方向，且本配置框架可按不同论证需求筛选可行天线参数。传统手工构建专用论证工具平均需约30天，采用该动态配置方法仅需2天，效率提升约93.3%（(30?2)/30×100%），验证了方法在工程实践中的时效优势。

四、讨论与结论（翻译自Conclusion部分）

研究人员提出了一种以需求、方案、模板和数据四层为核心的需求驱动性能指标论证模型，并建立了武器装备系统性能指标论证流程。提出了单元化论证需求与知识管理模型，实现了指标论证需求与知识的具体化表达。基于需求表单与知识表单的关联，提出了动态结构化演示模板配置方法并给出了相应配置流程。针对雷达天线性能评估需求开发了指标论证原型系统，验证了所提方法的合理性。该性能论证模型与流程可推广应用于复杂装备武器系统的性能论证需求，可配置动态指标论证模板在更广泛的工程应用中具较强潜力，可支撑从产品论证到系统设计的全过程。

当前研究局限性在于实验验证主要集中于天线阵系统案例，虽证明需求驱动配置框架的可行性，但尚需在更广泛多样的装备领域开展进一步应用验证。未来工作将聚焦于集成更大规模多模态知识库，并引入更先进智能算法以进一步优化自动化模板配置能力。