劉 彬，孫 曉，杜曉明，楊志標(biāo)，王海卿（.軍械工程學(xué)院，石家莊 050003；.復(fù)雜系統(tǒng)仿真總體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 000）

面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法研究*

劉 彬1，孫 曉2，杜曉明1，楊志標(biāo)1，王海卿1
（1.軍械工程學(xué)院，石家莊 050003；2.復(fù)雜系統(tǒng)仿真總體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101）

針對(duì)目前軍事仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中存在的軍事仿真規(guī)則提取不完備的問(wèn)題，在充分發(fā)揮ECA規(guī)則提取方法優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，提出了面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法。該方法以實(shí)體狀態(tài)變遷為中心，運(yùn)用系統(tǒng)論方法，重點(diǎn)分析實(shí)體的環(huán)境、功能、行為、組元和結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并將分析結(jié)果引入ECA規(guī)則。通過(guò)將該方法應(yīng)用于裝備搶修組實(shí)施搶修的規(guī)則提取中，驗(yàn)證了其對(duì)于提高規(guī)則的完備性與可信性具有較好的效果。

面向?qū)嶓w，ECA規(guī)則，軍事仿真

0 引言

所謂規(guī)則就是事物發(fā)展過(guò)程中所遵循的規(guī)范與法則，事物的進(jìn)展自始至終受到規(guī)則的約束［1］。軍事仿真規(guī)則是實(shí)施軍事系統(tǒng)建模與仿真的重要基礎(chǔ)，它明確地描述了軍事任務(wù)空間相關(guān)要素之間的關(guān)系，使一些定性的原則具體化為定量的規(guī)則，為實(shí)體進(jìn)行智能決策提供依據(jù)，進(jìn)而為開(kāi)發(fā)人不在環(huán)軍事仿真系統(tǒng)提供保證［2］。軍事仿真規(guī)則為仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程提供了具體參照，進(jìn)而決定著仿真過(guò)程的演化方向和結(jié)果。然而，軍事仿真規(guī)則對(duì)于絕大多數(shù)人來(lái)說(shuō)是非常抽象的，很多開(kāi)發(fā)人員不知道哪些軍事仿真規(guī)則對(duì)于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)有用，這就使得規(guī)則提取工作還存在一定的不完備性。

在軍事仿真規(guī)則提取過(guò)程中，ECA規(guī)則由于具有強(qiáng)大的語(yǔ)義表達(dá)能力，被系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員廣泛使用［3］。為了提高規(guī)則提取的完備性，本文以ECA規(guī)則為基礎(chǔ)，提出了一種面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法，重點(diǎn)分析實(shí)體的狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)移，使軍事仿真規(guī)則更清晰地呈現(xiàn)在開(kāi)發(fā)人員面前，從而使軍事仿真系統(tǒng)更好地表達(dá)真實(shí)系統(tǒng)，提高仿真的針對(duì)性。

1 ECA規(guī)則

ECA規(guī)則，最早應(yīng)用在數(shù)據(jù)庫(kù)共享領(lǐng)域，由于其具有簡(jiǎn)潔、高效的特征，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域中進(jìn)行使用。ECA規(guī)則包含3部分:事件（Event）、條件（Condition）和動(dòng)作（Action），事件表示規(guī)則在什么時(shí)候可以執(zhí)行，條件表示在執(zhí)行一定動(dòng)作之前必須要滿足的條件，而動(dòng)作則是對(duì)事件的響應(yīng)。ECA規(guī)則可以用表格的方式進(jìn)行描述，如表1所示。

表1 搶修組實(shí)施搶修指揮決策規(guī)則

ECA規(guī)則也可以用形式化方式表示:

RULE＜規(guī)則名稱(chēng)＞［參數(shù)1，參數(shù)2，…，參數(shù)n］

When＜Event＞

If＜Condition1＞

Then＜Action1＞

If＜Condition2＞

Then＜Action2＞

……

End RULE＜規(guī)則名稱(chēng)＞

ECA規(guī)則定義了什么時(shí)候需要觸發(fā)一個(gè)規(guī)則，當(dāng)規(guī)則被觸發(fā)以后，需要對(duì)條件進(jìn)行判斷，如果條件滿足，則動(dòng)作將會(huì)被執(zhí)行。ECA規(guī)則對(duì)應(yīng)的示意圖如圖1所示。

圖1ECA規(guī)則示意圖

在仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，事件可能是某個(gè)外部事件（extEvent）、內(nèi)部事件（intEvent）或特定時(shí)間事件（timeEvent），可以表示為多個(gè)子事件（e1，e2，…em）的組合，可以是邏輯運(yùn)算“與”組合（e1∩e2∩…∩em），也可以是邏輯運(yùn)算“或”組合（e1∪e2∪…∪em），還可以是由按照一定的順序發(fā)生的多個(gè)子事件組合［4］；條件是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程已經(jīng)發(fā)生了的相關(guān)控制變量進(jìn)行判斷；動(dòng)作則是下一個(gè)行為的執(zhí)行。

ECA規(guī)則在表達(dá)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程方面具有很強(qiáng)的語(yǔ)義表達(dá)能力，能根據(jù)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的不同情況進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作處理，它的事件作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的成分，具有專(zhuān)門(mén)的監(jiān)測(cè)機(jī)制，在軍事仿真規(guī)則的提取過(guò)程中，可以按照每一個(gè)具體的事件進(jìn)行規(guī)則的提取，從而使提取出的規(guī)則具備較好的完備性。

2 面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法

在軍事仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通常是面向?qū)嶓w進(jìn)行概念建模的，因此，本文認(rèn)為，在提取軍事仿真規(guī)則時(shí)，也應(yīng)該面向?qū)嶓w進(jìn)行提取，本文對(duì)ECA規(guī)則進(jìn)行了擴(kuò)充，形成了面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法，該方法是在清晰地描述系統(tǒng)運(yùn)行業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，針對(duì)實(shí)體的不同狀態(tài)轉(zhuǎn)換，準(zhǔn)確、全面地提取軍事仿真規(guī)則的過(guò)程。

2.1 方法步驟

面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法步驟如下:

Step1:將某個(gè)軍事活動(dòng)過(guò)程根據(jù)實(shí)體的不同狀態(tài)進(jìn)行模塊劃分，然后分別對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行情況判斷，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中與核心實(shí)體相關(guān)的事件進(jìn)行分析，為下一步進(jìn)行實(shí)體狀態(tài)分析做準(zhǔn)備；

Step2:根據(jù)系統(tǒng)論的思想［5］，從環(huán)境、功能、行為、組元、結(jié)構(gòu)等5個(gè)方面分析實(shí)體的狀態(tài)，這是進(jìn)行規(guī)則提取的基礎(chǔ)；

Step3:從環(huán)境、功能、行為、組元、結(jié)構(gòu)等5個(gè)方面著手，分析事件的驅(qū)動(dòng)是針對(duì)哪一個(gè)狀態(tài)的，進(jìn)行條件分析；

Step4:根據(jù)條件的變化，分析實(shí)體的行為過(guò)程。具體步驟如圖2所示。

圖2 面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法示意圖

2.2 核心概念分析

事件:是一種行為的瞬時(shí)發(fā)生，這有兩方面含義:第1，事件是行為的標(biāo)志，行為可以是軍事命令、報(bào)告，也可以是軍事行動(dòng)；第2，事件可以有一個(gè)時(shí)間參照點(diǎn)來(lái)指明。由于有的軍事行動(dòng)是一個(gè)過(guò)程而不是時(shí)間點(diǎn)，因此，在定義事件時(shí)，必須指明其參照時(shí)間點(diǎn)。這個(gè)時(shí)間點(diǎn)可以是行為開(kāi)始的瞬間，也可以是結(jié)束的瞬間，或者是某個(gè)階段的開(kāi)始和結(jié)束。事件描述該規(guī)則何時(shí)被觸發(fā)。例如:當(dāng)指揮員接收到行軍命令，接下來(lái)就會(huì)觸發(fā)是否實(shí)施行軍的規(guī)則。

實(shí)體:是軍事行動(dòng)的實(shí)施者，采用面向?qū)嶓w的好處是圍繞真實(shí)世界的概念來(lái)組織模型的思考問(wèn)題的方式，被認(rèn)為是解決復(fù)雜問(wèn)題的最有希望的方法之一。例如在部隊(duì)行軍的行動(dòng)過(guò)程中，人員實(shí)體、裝備實(shí)體貫穿在整個(gè)活動(dòng)流程環(huán)節(jié)中，所以在分析軍事系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程、提取軍事仿真規(guī)則時(shí)，就可以把人員實(shí)體和裝備實(shí)體抽象出來(lái)作為具體的對(duì)象。

狀態(tài):是一種存在的狀況，是在實(shí)體執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)的過(guò)程情況，它描述了一個(gè)實(shí)體在業(yè)務(wù)過(guò)程中的一個(gè)時(shí)間段［6］。它可以是一個(gè)對(duì)象等待某事件發(fā)生時(shí)的一段時(shí)間，也可以是實(shí)體執(zhí)行持續(xù)活動(dòng)時(shí)的一段時(shí)間。在此過(guò)程中實(shí)體的性質(zhì)相似，具有一定的時(shí)間穩(wěn)定性，即在一段有限時(shí)間內(nèi)保持實(shí)體的外在狀況和內(nèi)在特性的相對(duì)穩(wěn)定。換言之，處于相同狀態(tài)的實(shí)體對(duì)于同一事件具有相同的反應(yīng)，如實(shí)體的環(huán)境狀態(tài)、功能狀態(tài)、行為狀態(tài)、結(jié)構(gòu)狀態(tài)等。

條件:是實(shí)體狀態(tài)的一種變遷，表明實(shí)體在所處環(huán)境、功能、行為、結(jié)構(gòu)等方面發(fā)生改變，進(jìn)入另一個(gè)狀態(tài)。例如，部隊(duì)（實(shí)體）處于行軍狀態(tài)，當(dāng)這種狀態(tài)改變?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài)時(shí)，該實(shí)體的條件也就發(fā)生了改變。

行為:指當(dāng)條件發(fā)生改變后，實(shí)體所表現(xiàn)出來(lái)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。行為可以是單一行為，也可以是復(fù)雜行為。例如:部隊(duì)在行軍過(guò)程中，由于面臨敵情，指揮員命令部隊(duì)進(jìn)入隱蔽狀態(tài)，那么相關(guān)的人員、裝備都要進(jìn)行隱蔽過(guò)程中的相關(guān)行動(dòng)，這一系列行動(dòng)就是復(fù)雜行為。

在軍事系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，實(shí)體的狀態(tài)需要不斷地變遷，只有有效地應(yīng)對(duì)這種變遷，才能進(jìn)一步完成接下來(lái)的任務(wù)，這就需要裝備指揮員進(jìn)行相應(yīng)的情況判斷。在進(jìn)行軍事系統(tǒng)仿真的過(guò)程中，如何將上述過(guò)程模擬出來(lái)，是仿真實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。目前，人不在環(huán)的仿真系統(tǒng)是一種應(yīng)用較多的方法，而人不在環(huán)運(yùn)行的關(guān)鍵則是運(yùn)行規(guī)則。

3 應(yīng)用示例

本文以戰(zhàn)時(shí)裝備搶修組的搶修規(guī)則為例，來(lái)說(shuō)明面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法的可行性。

事件分析:有裝備發(fā)生損壞，裝備指揮員下達(dá)搶修的命令，搶修組應(yīng)該分析是否接收到搶修命令。

實(shí)體分析:對(duì)搶修組當(dāng)前所處的環(huán)境進(jìn)行分析，主要包括敵情、道路、天氣等；分析搶修組的功能狀態(tài)為搶修功能、搶救功能；分析搶修組的行為狀態(tài)為待命狀態(tài)；搶修組的人員組成為4人，裝備組成為1輛通用搶修車(chē)。

條件分析:分別對(duì)環(huán)境、功能、行為、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，如果滿足條件，則實(shí)施相應(yīng)行為。例如對(duì)于環(huán)境，需要給出條件，以判斷敵情所處的等級(jí)、道路是否通暢、天氣狀況等。如果在仿真系統(tǒng)中，上述情況都可以用等級(jí)表示（0、1、2、3級(jí)）。

行為分析:假設(shè)搶修組符合搶修條件，就需要進(jìn)行搶修行為，而搶修行為則是復(fù)雜行為，包括了機(jī)動(dòng)、展開(kāi)、修理、撤收、機(jī)動(dòng)等5個(gè)單一行為。假設(shè)搶修組不符合搶修條件，則提供搶修無(wú)法實(shí)施的報(bào)告。

通過(guò)上述分析，可以得到表2的搶修組搶修規(guī)則。

表2 搶修組實(shí)施搶修指揮決策規(guī)則

在上述的ECA規(guī)則的基礎(chǔ)上，逐條對(duì)規(guī)則條件進(jìn)行數(shù)據(jù)定量設(shè)置，就可得到軍事仿真規(guī)則中的搶修組實(shí)施搶修的指揮決策規(guī)則，最后，用形式化方法可以進(jìn)行如下表示:

RULE＜Equipment Repair＞［Repair order，Enemy situation，Road condition，Weather condition，Repair function，Group state，People num，Repair equipment］

When＜Repair order=1＞

If＜Enemy situation=0＞＜Road condition=1＞＜Weather condition=1＞＜Repair function=1＞

＜Group state=1＞＜People num＞3＞＜Repair equipment＞0＞

Then＜Move＞＜Spread＞＜Repair＞＜Withdraw＞＜Move＞

Else

＜Report Fail＞

End RULE＜Equipment Repair＞

面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法，運(yùn)用ECA規(guī)則的事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，充分考慮實(shí)體的狀態(tài)屬性，可以使系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的任何事件均可作為提取規(guī)則的開(kāi)始，從而保證了提取出的軍事仿真規(guī)則的完備性。在情況判斷的過(guò)程中，結(jié)合現(xiàn)實(shí)的軍事情況判斷和仿真系統(tǒng)的最終模擬目的進(jìn)行規(guī)則提取，可以確保提取出的規(guī)則的可信性。同時(shí)面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法具有較好的擴(kuò)展性，條件部分的分析面向?qū)嶓w進(jìn)行的，每一個(gè)方面都可以根據(jù)模擬目的的實(shí)際情況隨時(shí)增加新的條件因素。目前，該方法已經(jīng)被應(yīng)用于××軍事仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，起到了很好的效果。

4 結(jié)論

本文針對(duì)目前軍事仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中存在的軍事仿真規(guī)則提取不完備的問(wèn)題，在充分發(fā)揮ECA規(guī)則提取方法優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，提出了面向?qū)嶓w的軍事仿真規(guī)則提取方法，該方法以實(shí)體狀態(tài)變遷為中心，可以為提高仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率，提取完備的、可信的軍事仿真規(guī)則提供參考。需要說(shuō)明的是，該方法作為一種新的規(guī)則提取思路，只是在框架上對(duì)相關(guān)軍事仿真規(guī)則的提取過(guò)程給出了優(yōu)化，但對(duì)于軍事仿真規(guī)則的沖突檢測(cè)等方面還考慮較少，需要在今后的工作中繼續(xù)深入研究。

［1］葉雄兵，董獻(xiàn)洲，季明，等.作戰(zhàn)模擬規(guī)則探討［J］.軍事運(yùn)籌與系統(tǒng)工程，2009，23（4）:56-61.

［2］申耀德，杜曉明，葛濤，等.基于規(guī)則的裝備保障指揮決策模型研究［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2012，20（1）:135-137.

［3］AZADEH A，HOSSEINI N.A hybrid computer simulationadaptive neuro-fuzzy inference system algorithm for optimization of dispatching rule selection in job shop scheduling problems under uncertainty［J］.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2015，79（1）: 135-145.

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［5］苗東升.系統(tǒng)科學(xué)大學(xué)講稿［M］.北京:中國(guó)人民大學(xué)出版社，2007.

［6］潘麗麗.基于狀態(tài)ECA規(guī)則和Web服務(wù)的業(yè)務(wù)過(guò)程集成方法研究［D］.青島:中國(guó)海洋大學(xué)，2008.

Research on Entity-oriented Military Simulation Rule Collection Method

LIU Bin1，SUN Xiao2，DU Xiao-ming1，YANG Zhi-biao1，WANG Hai-qing1
（1.Ordnance Engineering College，Shijiazhuang 050003，China；2.Science and Technology on Complex Systems Simulation Laboratory，Beijing 100101，China）

In developping the military simulation system，how to draw military simulation rules completely is an important problem.To solve this problem，an entity-oriented military simulation rule collection method based on ECA rule is given in this paper.This method takes entity state changes as center，and the entity’s environment，function，behavior，element and structure state，then leads the results to the ECA rule.Finally，the method is applied in the rule’s collection of equipment rush repairing，and the method’s credibleness and completeness are proved.

entity-oriented，ECA（event，condition，action）rule，military simulation

TP<391.9 class="emphasis_bold">391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A391.9

A

1002-0640（2017）03-0021-04

2016-01-11

2016-02-18

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（60904071）

劉 彬（1984- ），男，江蘇徐州人，講師，博士。研究方向：裝備保障效能評(píng)估、系統(tǒng)建模與仿真。