第3卷第3期 智能系统学报 Vol 3 Na 3 2008年6月 CAA I Transactions on Intelligent Systems Jun 2008 面向虚拟采办的智能决策支持系统概念框架 冯珊1，郭四海2 (1华中科技大学控制科学与工程系，湖北武汉430074：2武汉理工大学自动化学院，湖北武汉430070) 摘要：提出一种面向虚拟采办全寿命周期、全系统、全方位决策的智能决策支持系统SBA~DSS概念框架.作为真 实世界采办最终需求的抽象描述，它属于与实现无关的规范性模型体系，由它定义应用领域、用户概念和环境特征 同时它是数字世界中拟实现的初始工程模型，包括与实现无关的设计可行性模型、规划模型及功能顶层分解.该框 架支持系统的自组织、自适应智能行为，预期可按需组成模型与仿真、文件、知识、通信及数据驱动的各类实用决策 支持系统.该框架通过一项SB4实例的验证，得到可用性的正面评价. 关键词：虚拟采办；模型体系，智能决策支持系统，概念框架，系统的系统；按需组合 中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1673-4785(2008)03-0201-10 A conceptual framework for the SBA-orien ted n telligent dec ision support system FENG Shan',GUO Si-hai2 (1.Deparment of Contol Science and Engineering.HuazhongUniversity of Science and Technobgy,Wuhan 430074,China;2 School of Automation,Wuhan University of Technobgy,Wuhan 430074,China) Abstract:A conceptual framework of the SBAoriented intelligent decision support system (SBA-DSS)is presen- ted It covers the full life cycle,the total system and every aspect of SBA decision making process As an abstract description of final acquisition requirements in the real world,it is a prescrip tive model system for instantiations of sofware system mplementation,by which the application domain,user concepts and envirommental features are de- fined At the same tme,it is an initial engineering model with top-level functional decomposition to be realized in a digital world,and includes an mplementation-independent design feasibility model and a poject planning model The framework supports selforganization and self-adap tive intelligent system behavior As expected,its reusable components can be integrated into various applied decision support systems driven by different factors,such asmod- eling and smulation,documents,knowledge,commuication and data set To verify that the framework meets real reqirements,the useability of the framework was tested in a representative SBA environment and a positive evalua- tion was achieved Keywords:smulation based acquisition;model system;intelligent decision support system;conceptual framework; system of systems integration by requirements 基于仿真的采办(smulation-based acquisiton, 更受到基于信息技术、计算机技术和网络技术的建 SBA),属军事技术用语，是当代知识高度密集，学科 模与仿真技术(modeling and smulation,M&s)突飞 高度综合的高科技发展浪潮在军界的反映.由基于 猛进发展的推动山 实物的采办转向SBA的发展，受到新时代迅速变革 全球范围内，从1997年美国防部建模与仿真执 中的战争性质和作战方式对武器装备需求的牵引， 行委员会首次提出SBA概念，并于1998年推出在 国防部范围内实现BA的路线图(Roadmap),具体 收稿日期：2007-12-20 从系统运行和技术3方面界定SBA的内涵，并给 基金项目：十一五国防预研资助项目(413040501)：国防预研重点 出系统实现的体系结构以来，沿此路线图的BA发 基金资助项目(40A04050707):国家自然科学重大基金资 助项目(79990580). 展，促使M&S成为最具战略意义的技术.同时，发展 通讯作者：冯珊.Email sfeng@mail hust edu cn 实践中的问题凸显出系统工程管理方法的重要 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
第 3卷第 3期 智 能 系 统 学 报 Vol. 3 №. 3 2008年 6月 CAA I Transactions on Intelligent System s Jun. 2008 面向虚拟采办的智能决策支持系统概念框架 冯 珊 1 ,郭四海 1, 2 (1. 华中科技大学 控制科学与工程系 ,湖北 武汉 430074; 2. 武汉理工大学 自动化学院 ,湖北 武汉 430070) 摘 要 :提出一种面向虚拟采办全寿命周期、全系统、全方位决策的智能决策支持系统 SBA2IDSS概念框架. 作为真 实世界采办最终需求的抽象描述 ,它属于与实现无关的规范性模型体系 ,由它定义应用领域、用户概念和环境特征. 同时它是数字世界中拟实现的初始工程模型 ,包括与实现无关的设计可行性模型、规划模型及功能顶层分解. 该框 架支持系统的自组织、自适应智能行为 ,预期可按需组成模型与仿真、文件、知识、通信及数据驱动的各类实用决策 支持系统. 该框架通过一项 SBA实例的验证 ,得到可用性的正面评价. 关键词 :虚拟采办 ;模型体系 ; 智能决策支持系统 ; 概念框架 ; 系统的系统 ; 按需组合 中图分类号 : TP391 文献标识码 : A 文章编号 : 167324785 (2008) 0320201210 A conceptual framework for the SBA2or iented intelligent dec ision support system FENG Shan 1 , GUO Si2hai 1, 2 (1. Department of Control Science and Engineering, HuazhongUniversity of Science and Technology, W uhan 430074, China; 2. School of Automation, W uhan University of Technology, W uhan 430074, China) Abstract: A concep tual framework of the SBA2oriented intelligent decision support system (SBA2IDSS) is p resen2 ted. It covers the full life cycle, the total system and every aspect of SBA decision making p rocess. A s an abstract descrip tion of final acquisition requirements in the real world, it is a p rescrip tive model system for instantiations of software system imp lementation, bywhich the app lication domain, user concep ts and environmental features are de2 fined. A t the same time, it is an initial engineering model with top2level functional decomposition to be realized in a digitalworld, and includes an imp lementation2independent design feasibilitymodel and a p roject p lanning model. The framework supports self2organization and self2adap tive intelligent system behavior. A s expected, its reusable components can be integrated into various app lied decision support system s driven by different factors, such asmod2 eling and simulation、documents、knowledge、commuication and data set. To verify that the framework meets real reqirements, the useability of the framework was tested in a rep resentative SBA environment and a positive evalua2 tion was achieved. Keywords: simulation based acquisition; model system; intelligent decision support system; concep tual framework; system of system s; integration by requirements 收稿日期 : 2007212220. 基金项目 :“十一 ”五国防预研资助项目 ( 413040501) ;国防预研重点 基金资助项目 ( 40A04050707) ;国家自然科学重大基金资 助项目 (79990580). 通讯作者 :冯 珊. E2mail: sfeng@mail. hust. edu. cn. 基于仿真的采办 ( simulation2based acquisition, SBA) ,属军事技术用语 ,是当代知识高度密集 ,学科 高度综合的高科技发展浪潮在军界的反映. 由基于 实物的采办转向 SBA的发展 ,受到新时代迅速变革 中的战争性质和作战方式对武器装备需求的牵引 , 更受到基于信息技术、计算机技术和网络技术的建 模与仿真技术 (modeling and simulation,M&S)突飞 猛进发展的推动 [ 1 ] . 全球范围内 ,从 1997年美国防部建模与仿真执 行委员会首次提出 SBA 概念 ,并于 1998年推出在 国防部范围内实现 SBA的路线图 (Roadmap ) ,具体 从系统、运行和技术 3方面界定 SBA 的内涵 ,并给 出系统实现的体系结构以来 ,沿此路线图的 SBA发 展 ,促使 M&S成为最具战略意义的技术. 同时 ,发展 实践中的问题凸显出系统工程管理方法的重要
·202· 智能系统学报 第3卷 性21.在2006年4月发布的采办建模与仿真主计 以信息优势与决策优势导致能在体系对抗中致胜的 划AMMP中，一方面，系统工程方法和决策作为贯 综合能力.本文提出的面向虚拟采办的智能决策支 彻SBA始终的关键词，在AM9MP中频繁出现.5个 持系统SBA-DSS是迈向这一强势需求的第一步 顶层目标中，有3个目标与采办决策者直接关联，特 本文内容组织如下：首先在引言中阐明了SBA 别是目标五直指工作队伍的塑造，说明在复杂武器 发展的国内外形势所呈现出的以决策优势和信息优 装备SBA系统工程执行过程中，以人为中心的管理 势装备采办决策者的强势需求和本文作者对此作出 理念，及相应人员组织行为与认知过程的建模与仿 的响应.其次在第1节全面刻划了SBA-DSS基于 真，持续加强的必要性.同时，为适应战争模式变化， MSF体系结构的自适应、自组织决策支持系统概 SBA前进的脚步己经迅速从单个装备项目采办跨向 念框架，继而第2节强调各类型智能组件的技术和 联合能力集成与开发系统(JCDS)支持的联合能力 运用，在第3节介绍了实施嵌入式仿真的系统公共 及系统的系统(SOS)采办.标志着SBA的工作方式 设施后，第4节给出以应用验证平台的范例，最后是 由平台驱动项目开发，转向网络中心支持的系统集 结论和展望 成.系统新型研究与开发周期的严格和复杂性增长 都呼唤BA过程的自动化执行和对决策者智力支 1面向SBA的DSS概念框架设计 持的强化。 本文论及的智能决策支持系统，简称SBA-DSS 为此，建模与仿真领域有许多旨在突破当前困 概念框架具有三重意义2,61 境的研究与开发成果出现，完成了多项实体仿真、虚 1)它是真实世界最终需求的抽象描述，属于与 拟仿真和构造仿真系统6)，并成功开发了SBA协 实现无关的规范性模型体系，由它定义应用领域、用 同仿真平台，进而在使BA在能快速响应新的作战 户概念和环境特征； 需求方面进行了卓有成效的网格化工作1然而， 2)它是数字世界中拟实现的初始工程模型，包 国防战略决策更期望一种有效运用BA技术，使之 括与实现无关的设计可行性模型、规划模型及系统 能最佳地利用具备快速响应的、可信的且经济有效 功能顶层分解： 的M&S能力，以支持采办任务从定义开发、试验和 3)它在问题空间和解空间之间建立联系，满足 生产到持续保障的优化决策全过程.特别在知识密 决策可溯性和进行一致性分析的建模与仿真质量要 集型作业的采办过程早期，更需发挥决策支持作用， 求.见图1 真实世界(Real world) 虚拟世界(Computer world). 真实系统(system) 人工事实(Artifacts) 模拟 仿真 问题空间 解空间 真实世界 虚拟/数字世界一 描述性模型(Descriptive model)→ 组合仿真模型 系统概念框架 预期模型(prospective model)一 规范性模型(prescriptive model) 计算机实现(implementation) 图1真实世界模型虚拟世界 Fig 1 Real world-model-virtual world 11系统行为预期 接获取问题解答，还能在DSS支持下获取“为达目 虚拟采办(BA)是现实世界国防采办在数字世 标应做什么”的满意答案.虚拟采办支持最优真实 界中的映射.从建模与仿真的观点，BA就是真实采 采办的实现，虚拟采办任务的完成常是真实采办工 办系统的模型系统.而一项SBA任务的应用操作运 作的开始.从这个基本点出发，SBA-DSS系统本身 行就是该模型系统的一次仿真执行.按模型与被模 是一个基于仿真的采办支持系统和复杂问题求解系 拟的真实系统间的关系定义，模型系统不完全等于 统)总的问题求解流程是面向需求的全局问题分 真实系统.但应在建模者最关心的系统功能、行为和 解→具体决策问题形成→个人理性决策一群体研讨 结构等方面，体现出最大似真性.模型系统的最大优 决策·一致性决策形成决策执行及效果反馈」 势在于它能超越现实世界的刚性约束，能在相当程 12框架结构和运行机理 度上由用户掌控，获取复杂采办问题的解决方案.使 体现上述1)一3)功能目标的SBA-DSS概念框 用户可以通过与BA-DSS系统的交互，不仅能直 架主要用来定义系统的预期行为和物理配置，并按 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
性 [ 223 ] . 在 2006年 4月发布的采办建模与仿真主计 划 AMSMP中 ,一方面 ,系统工程方法和决策作为贯 彻 SBA始终的关键词 ,在 AMSMP中频繁出现. 5个 顶层目标中 ,有 3个目标与采办决策者直接关联 ,特 别是目标五直指工作队伍的塑造 ,说明在复杂武器 装备 SBA系统工程执行过程中 ,以人为中心的管理 理念 ,及相应人员 /组织行为与认知过程的建模与仿 真 ,持续加强的必要性. 同时 ,为适应战争模式变化 , SBA前进的脚步已经迅速从单个装备项目采办跨向 联合能力集成与开发系统 (JCIDS)支持的联合能力 及系统的系统 (SOS)采办. 标志着 SBA的工作方式 由平台驱动项目开发 ,转向网络中心支持的系统集 成. 系统新型研究与开发周期的严格和复杂性增长 都呼唤 SBA 过程的自动化执行和对决策者智力支 持的强化. 为此 ,建模与仿真领域有许多旨在突破当前困 境的研究与开发成果出现 ,完成了多项实体仿真、虚 拟仿真和构造仿真系统 [ 426 ] ,并成功开发了 SBA 协 同仿真平台 ,进而在使 SBA在能快速响应新的作战 需求方面进行了卓有成效的网格化工作 [ 728 ] . 然而 , 国防战略决策更期望一种有效运用 SBA技术 ,使之 能最佳地利用具备快速响应的、可信的且经济有效 的 M&S能力 ,以支持采办任务从定义、开发、试验和 生产到持续保障的优化决策全过程. 特别在知识密 集型作业的采办过程早期 ,更需发挥决策支持作用 , 以信息优势与决策优势导致能在体系对抗中致胜的 综合能力. 本文提出的面向虚拟采办的智能决策支 持系统 SBA2IDSS是迈向这一强势需求的第一步. 本文内容组织如下 :首先在引言中阐明了 SBA 发展的国内外形势所呈现出的以决策优势和信息优 势装备采办决策者的强势需求和本文作者对此作出 的响应. 其次在第 1节全面刻划了 SBA2IDSS基于 XMSF体系结构的自适应、自组织决策支持系统概 念框架 ,继而第 2节强调各类型智能组件的技术和 运用 ,在第 3节介绍了实施嵌入式仿真的系统公共 设施后 ,第 4节给出以应用验证平台的范例 ,最后是 结论和展望. 1 面向 SBA的 IDSS概念框架设计 本文论及的智能决策支持系统 ,简称 SBA2IDSS 概念框架具有三重意义 [ 223, 526 ] : 1)它是真实世界最终需求的抽象描述 ,属于与 实现无关的规范性模型体系 ,由它定义应用领域、用 户概念和环境特征 ; 2)它是数字世界中拟实现的初始工程模型 ,包 括与实现无关的设计可行性模型、规划模型及系统 功能顶层分解 ; 3)它在问题空间和解空间之间建立联系 ,满足 决策可溯性和进行一致性分析的建模与仿真质量要 求. 见图 1. 图 1 真实世界 —模型 —虚拟世界 Fig. 1 Real world2model2virtual world 1. 1 系统行为预期 虚拟采办 (SBA)是现实世界国防采办在数字世 界中的映射. 从建模与仿真的观点 , SBA就是真实采 办系统的模型系统. 而一项 SBA任务的应用操作运 行就是该模型系统的一次仿真执行. 按模型与被模 拟的真实系统间的关系定义 ,模型系统不完全等于 真实系统. 但应在建模者最关心的系统功能、行为和 结构等方面 ,体现出最大似真性. 模型系统的最大优 势在于它能超越现实世界的刚性约束 ,能在相当程 度上由用户掌控 ,获取复杂采办问题的解决方案. 使 用户可以通过与 SBA2IDSS系统的交互 ,不仅能直 接获取问题解答 ,还能在 IDSS支持下获取“为达目 标应做什么 ”的满意答案. 虚拟采办支持最优真实 采办的实现 ,虚拟采办任务的完成常是真实采办工 作的开始. 从这个基本点出发 , SBA2IDSS系统本身 是一个基于仿真的采办支持系统和复杂问题求解系 统 [ 9 ] . 总的问题求解流程是面向需求的全局问题分 解 →具体决策问题形成 →个人理性决策 →群体研讨 决策 →一致性决策形成 →决策执行及效果反馈. 1. 2 框架结构和运行机理 体现上述 1) ～3)功能目标的 SBA2IDSS概念框 架主要用来定义系统的预期行为和物理配置 ,并按 ·202· 智 能 系 统 学 报 第 3卷
第3期 冯珊，等：面向虚拟采办的智能决策支持系统概念框架 ·203- 定义给出该框架的显式图形化描述，如图2 决策任务 决策过程(S0S) 工作组文档 鳄叉 M很S概念模型 决策问题 景材料 庆究 参加决策人 资料 备迹方案集 中间或最终 问题空间 解空间 决策分析与集成(S0S) 综合集成 综合分析 决策可离性分析 第2阶段 定性定量 按期望目标检查 映策精化 合取析取 激率、效果、效品 冲突化解 影响因素的 模糊决策 灵级度分析 决策空间 SBA-MeSS-IDSS公共设施 M&S管理与控制，决策（人事、环境）管控制 局域网 相关平台1系统1 相关平台n系统n 门户 接入管理与控制 广域网 平台 系统 图2SBA-DSS系统概念框架 Fig 2 SBA-DSS system concep tual framework 它以网络互联的人机系统为决策主体单元的 迭代步骤的优化过程获得.由图2给出的决策过程 智能决策支持系统DSS为主框架，面向采办应用执 子系统和决策分析与集成子系统按需组成的解题流 行分布计算.其应用视图由可重用功能组件按需构 程执行和完成，标志为决策形成和决策精化二阶段 成面向具体决策目标的复杂问题求解系统.它的行 13问题域空间描述模型 为处理过程)视图由面向具体采办任务的SBA应 1.1节给出SBA-DSS问题求解任务→决策形 用仿真系统来界定决策问题、决策者、决策过程及决 成与精化决策执行与反馈的问题驱动式系统求解 策环境.在决策过程实现中，由DS功能支持决策 范型.据此，需要由问题域空间描述模型来实例化 者，在给定的决策环境条件下，历经人机合作对相 刻画采办项目全寿命、全系统、全方位的决策问题 应过程的有效处理，最终获取决策问题的解.换言 集.而这是由真实世界的具体项目采办过程决定的 之，由决策任务子系统根据决策问题识别及形式化 因此，参照美国的JCDS兼顾我国采办的具体需求 表征与相关规范化数据、信息和知识构造驱动器 用图3所示3类活动（采办前期、采办和持续保 (driver),再由决策过程子系统选择基于算法类型的障)、5个阶段（位项及方案初选与精选、技术开发、 求解器(soer)获取相应的解答o)对于更多的非 系统开发、生产与部署和使用与保障)和3个里程 结构化决策问题，很难有OR式Solver,.所以在个人 碑决策点表征的通用采办过程二维图表模型山，作 理性决策基础上，通过多个决策者参加的定性定量 为虚拟世界问题域空间描述模型的真实世界参照 综合集成法研讨过程，经过螺旋上升式认知过程，集 依据.例如，用图3按照时间序列和决策者的采办任 中群体智慧寻求具体条件下的一致解.一致解是个 务内容，可以划定该决策者当前工作所属的采办阶 人理性决策和群体研讨决策间进行了多种多次反复 段和责任、决策问题和可使用的资源，以及将获得的 1994-2009 China Academic Journal Electronie Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
定义给出该框架的显式图形化描述 ,如图 2. 图 2 SBA2IDSS系统概念框架 Fig. 2 SBA2IDSS system concep tual framework 它以网络互联的人 —机系统为决策主体单元的 智能决策支持系统 IDSS为主框架 ,面向采办应用执 行分布计算. 其应用视图由可重用功能组件按需构 成面向具体决策目标的复杂问题求解系统. 它的行 为 (处理过程 )视图由面向具体采办任务的 SBA应 用仿真系统来界定决策问题、决策者、决策过程及决 策环境. 在决策过程实现中 ,由 IDSS功能支持决策 者 ,在给定的决策环境条件下 ,历经人 —机合作对相 应过程的有效处理 ,最终获取决策问题的解. 换言 之 ,由决策任务子系统根据决策问题识别及形式化 表征与相关规范化数据、信息和知识构造驱动器 ( driver) ,再由决策过程子系统选择基于算法类型的 求解器 ( solver)获取相应的解答 [ 9210 ] . 对于更多的非 结构化决策问题 ,很难有 OR式 Solver,所以在个人 理性决策基础上 ,通过多个决策者参加的定性定量 综合集成法研讨过程 ,经过螺旋上升式认知过程 ,集 中群体智慧寻求具体条件下的一致解. 一致解是个 人理性决策和群体研讨决策间进行了多种多次反复 迭代步骤的优化过程获得. 由图 2给出的决策过程 子系统和决策分析与集成子系统按需组成的解题流 程执行和完成 ,标志为决策形成和决策精化二阶段. 1. 3 问题域 /空间描述模型 1. 1节给出 SBA2IDSS问题求解任务 →决策形 成与精化 →决策执行与反馈的问题驱动式系统求解 范型. 据此 ,需要由问题域 /空间描述模型来实例化 刻画采办项目全寿命、全系统、全方位的决策问题 集. 而这是由真实世界的具体项目采办过程决定的. 因此 ,参照美国的 JCIDS兼顾我国采办的具体需求 , 用图 3所示 3 类活动 (采办前期、采办和持续保 障 )、5个阶段 (立项及方案初选与精选、技术开发、 系统开发、生产与部署和使用与保障 )和 3个里程 碑决策点表征的通用采办过程二维图表模型 [ 11 ] ,作 为虚拟世界问题域 /空间描述模型的真实世界参照 依据. 例如 ,用图 3按照时间序列和决策者的采办任 务内容 ,可以划定该决策者当前工作所属的采办阶 段和责任、决策问题和可使用的资源 ,以及将获得的 第 3期 冯 珊 ,等 :面向虚拟采办的智能决策支持系统概念框架 ·203·
·204· 智能系统学报 第3卷 决策结论和执行结果，乃至决策应如何被评估验证 者是采办项目全面和总体负责人，他的决策问题可 和确认，它是否达到转入下一个工序的准入条件等. 举任务需求分析到初始能力方案、立项后的顶层任 这就使具有强时空复杂性和多主体参与的SBA执 务分解和规划相应的资源配置和进度协调以及工 行过程，及其分属各个不同领域的采办任务承担者， 程各阶段的入口标准标志在初始能力文件CD,能 都可能通过决策任务管理子系统所组织的决策问题 力开发文件CDD和能力生产文件CPD中)和相关 形式化完备决策前的准备，进入个人理性决策流程 联的校核、验证与确认(VV&A)等，而SBA工程的 决策者在采办项目中担当的角色不同，其决策 普通任务承担者的决策问题和相应的决策支持需 问题和问题的复杂性也大不相同，例如里程碑决策 求，则仅限于与该任务相关的范围 里程碑决策点 阶段 阶段1 阶段2 阶段3 阶段4 阶段5 CDd草案 CDD 军事需求 CPD 生产与部署 初选ICD 系统开发与演示验试 >初始低速生产 采办工程内容 技术开发 >设计准备 一初始作战试验 使用与保障 方案结选 >状态审查 。初始作战评价 方案审查 全速生产 >决策审查 活动类别 系统采办前期 系统采办 持续保障 图3国防采办管理框架 Fig 3 Defense acquisition management framework 1.4 SBA-DSS体系结构 机制仍然是H A Smon的决策三段论，即问题信 11~1.3节己阐明基于SBA-DSS系统概念框 息一备选方案排序与择优)而在多个决策结果基 架，从真实世界复杂装备采办最终需求的抽象描述 础上进行方案精选时，则需要对己有决策集合进行 到所引发的问题求解全过程.本节从系统实现的观 研讨，通过包括综合分析和综合集成及两者交互反 点出发，提出SBA-DSS体系结构，并定义体系结构 复迭代的多人多目标多方案评估过程，最后获得协 为系统组件的结构、相互关系以及其间关系的设计 同一致的精选方案.决策方案的执行与执行效果的 和演进.出于对采办对象的考虑，又可划分为开发体 反馈由局域网和广域网上联结的各种采办执行系统 系结构和产品体系结构.开发体系结构产生产品体 平台协同进行仿真，完成一轮问题求解过程.图2的 系结构，它能处理产品体系结构产生的结果，包括相 概念框架中用不同箭头联线表示出3个功能子系统 关的组织、活动、系统、交互和标准.产品体系结构属 内外多层次间的功能组件组成多种循环迭代过程的 系统的系统sos sos是系统集成的结果，即本系统 可能性34 可构造各种定义明确、结构完整和功能独立的组件， 而组件可以通过联接方式构造复杂系统.系统集成 2SBA-DSS中的智能技术 的对象可以是工具、模型、仿真和过程，它们可以集 本节简要阐述面向虚拟采办的智能决策支持系 成为群组并形成递阶的层次结构，也就是说多个模 统SBA-DSS中的智能技术.从务实的观点，定义本 型可集成为新模型，几种过程可整合为新过程.集成 文中的DSS为基于知识的决策支持系统.具体指在 是系统构成的纲，集成使能技术的核心是组件可重 DSS系统结构中，具有知识处理子系统阻件，该子 用性与互操作性，组件联结件是接口或中间件 系统阻件具有符号推理联想、学习和解释的能力， 上述SBA-DSS组件体系结构适应问题复杂性 能支持决策者进行判断、决策和获取新的知识.这里 和决策多样性的需求，并拥有最大限度的组件可组 的知识是广义的，包括推理所需的各类知识、深层和 合性和系统可扩展性能力.SBA-DSS实际采用基于 浅层、专业或非专业，其存在形式多样化，根据推理 可扩展建模与仿真框架MSF的可重用组件框架结 机制不同而有别.据此，SBA-DSS的决策支持功能 构，可以根据决策任务对输入输出类型的需要，组 源自知识获取和知识运用15161 成数据驱动、模型驱动、仿真驱动通信驱动、知识驱 复杂装备SBA的固有复杂性蕴含着众多待求 动和文件驱动等各式决策过程类型的决策支持系 解的良结构和不良结构问题，决定了BA问题求解 统.无论组成哪一种类型的决策支持系统，决策形成 过程的复杂性.承担BA任务的领域专家不能单独 过程都是人一机系统在网络计算能力和通信媒介支 只使用常规的强方法，依靠领域知识和反应来解决 持下，决策者个人做出理性决策的过程.其过程实现 面临的新问题.因为新问题常属不良结构问题，既不 C1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
决策结论和执行结果 ,乃至决策应如何被评估、验证 和确认 ,它是否达到转入下一个工序的准入条件等. 这就使具有强时空复杂性和多主体参与的 SBA 执 行过程 ,及其分属各个不同领域的采办任务承担者 , 都可能通过决策任务管理子系统所组织的决策问题 形式化完备决策前的准备 ,进入个人理性决策流程. 决策者在采办项目中担当的角色不同 ,其决策 问题和问题的复杂性也大不相同 ,例如里程碑决策 者是采办项目全面和总体负责人 ,他的决策问题可 举任务需求分析到初始能力方案、立项后的顶层任 务分解和规划、相应的资源配置和进度协调以及工 程各阶段的入口标准 (标志在初始能力文件 ICD,能 力开发文件 CDD和能力生产文件 CPD中 )和相关 联的校核、验证与确认 (VV&A )等 ,而 SBA 工程的 普通任务承担者的决策问题和相应的决策支持需 求 ,则仅限于与该任务相关的范围. 图 3 国防采办管理框架 Fig. 3 Defense acquisition management framework 1. 4 SBA2IDSS体系结构 1. 1～1. 3节已阐明基于 SBA2IDSS系统概念框 架 ,从真实世界复杂装备采办最终需求的抽象描述 到所引发的问题求解全过程. 本节从系统实现的观 点出发 ,提出 SBA2IDSS体系结构 ,并定义体系结构 为系统组件的结构、相互关系以及其间关系的设计 和演进. 出于对采办对象的考虑 ,又可划分为开发体 系结构和产品体系结构. 开发体系结构产生产品体 系结构 ,它能处理产品体系结构产生的结果 ,包括相 关的组织、活动、系统、交互和标准. 产品体系结构属 系统的系统 SOS. SOS是系统集成的结果 ,即本系统 可构造各种定义明确、结构完整和功能独立的组件 , 而组件可以通过联接方式构造复杂系统. 系统集成 的对象可以是工具、模型、仿真和过程 ,它们可以集 成为群组并形成递阶的层次结构 ,也就是说多个模 型可集成为新模型 ,几种过程可整合为新过程. 集成 是系统构成的纲 ,集成使能技术的核心是组件可重 用性与互操作性 ,组件联结件是接口或中间件. 上述 SBA2IDSS组件体系结构适应问题复杂性 和决策多样性的需求 ,并拥有最大限度的组件可组 合性和系统可扩展性能力. SBA2IDSS实际采用基于 可扩展建模与仿真框架 XMSF的可重用组件框架结 构 ,可以根据决策任务对输入 /输出类型的需要 ,组 成数据驱动、模型驱动、仿真驱动、通信驱动、知识驱 动和文件驱动等各式决策过程类型的决策支持系 统. 无论组成哪一种类型的决策支持系统 ,决策形成 过程都是人 —机系统在网络计算能力和通信媒介支 持下 ,决策者个人做出理性决策的过程. 其过程实现 机制仍然是 H. A. Simon的决策三段论 ,即问题 —信 息 —备选方案排序与择优 [ 12 ] . 而在多个决策结果基 础上进行方案精选时 ,则需要对已有决策集合进行 研讨 ,通过包括综合分析和综合集成及两者交互反 复迭代的多人多目标多方案评估过程 ,最后获得协 同一致的精选方案. 决策方案的执行与执行效果的 反馈由局域网和广域网上联结的各种采办执行系统 平台协同进行仿真 ,完成一轮问题求解过程. 图 2的 概念框架中用不同箭头联线表示出 3个功能子系统 内外多层次间的功能组件组成多种循环迭代过程的 可能性 [ 13214 ] . 2 SBA2IDSS中的智能技术 本节简要阐述面向虚拟采办的智能决策支持系 统 SBA2IDSS中的智能技术. 从务实的观点 ,定义本 文中的 IDSS为基于知识的决策支持系统. 具体指在 IDSS系统结构中 ,具有知识处理子系统 /组件 ,该子 系统 /组件具有符号推理、联想、学习和解释的能力 , 能支持决策者进行判断、决策和获取新的知识. 这里 的知识是广义的 ,包括推理所需的各类知识、深层和 浅层、专业或非专业 ,其存在形式多样化 ,根据推理 机制不同而有别. 据此 , SBA2IDSS的决策支持功能 源自知识获取和知识运用 [ 15216 ] . 复杂装备 SBA的固有复杂性蕴含着众多待求 解的良结构和不良结构问题 ,决定了 SBA问题求解 过程的复杂性. 承担 SBA任务的领域专家不能单独 只使用常规的强方法 ,依靠领域知识和反应来解决 面临的新问题. 因为新问题常属不良结构问题 ,既不 ·204· 智 能 系 统 学 报 第 3卷
第3期 冯珊，等：面向虚拟采办的智能决策支持系统概念框架 ·205· 存在可资用的数学模型，更无现成的算法.即使有算 器等各类资源.例如选用同类之最的M&S组件及相 法也属指数复杂性(NP完全)问题.这时只有凭借 关使能器和工具集，在决策流程确定时配套提供.管 经验的、尚未形成科学体系的知识，在已知信息不精 理软件实现有可能采用技术成熟的商化软件 确、不完全或模糊的条件下，进行反复试探或搜索， 22支持知识获取的综合集成法 包括向人类群体智慧的搜索，使用弱方法求解 采办管理决策问题多种多样，既有顶层里程碑式 SBA~DSS不但需要通过解决良结构问题以提 采办进程中的重大战略决策，也有确定采办具体进程 高决策效率，通过各种工具和使能器的作用充分发 状态、识别和发现问题寻求改革时机的工作层决策， 挥机对人的支持.更需要支持决策者运用启发式知 还有采办计划执行单位和个人的项目层决策，分别涉 识把人类智慧嵌入计算机处理流程，对复杂问题进 及到身处不同机构，掌握不同决策权限的决策者.但 行有效探索，获取满意决策.正是这种需求背景决定 是他们面临的决策棘手难题却都是由始料不及、欠缺 了SBA-DSS配备的多种类型智能支持能力的模 先验知识以应变引起的，例如作战需求变化、执行中 块阻件.以下择其要者分别阐明 的技术调整等，主要困难首先是问题的抽提与表征， 21决策任务全面智能化管理 其次是问题求解方法，两样困难的根源都是没有应题 在13节己经说明由反映现实世界采办过程的 的知识.钱学森先生提出的人一机结合，是以人为主 问题域空间描述模型，根据决策者需求产生具体形 从定性到定量的综合集成方法正是引导决策者如何 式化决策问题，启动决策形成流程的一整套功能是 进行人一机互动，在M&S先进技术支持下，以结构化 由决策任务管理子系统承担的，包括上述非结构问 问题的逐步优化求解去逼近非结构化问题的解202) 题求解过程.实际上，决策任务管理子系统的 图4形象地表明在M&S技术支持下，决策者如何从 功能远不止此，它至少还承担以下各种重要角色： 一个模型的极少核心规范参数出发，经过多次建模一 211决策者智能代理 测试优化参数再建模的循环迭代，找到一个合适 特别是执行采办项目全寿命、全系统、全方位管 的系统概念模型的过程.同理，可以用各种CA的 理决策的里程碑决策者的智能代理或智能代理小 计算技术，逻辑推理工具，模式识别技术及它们的集 组，根据里程碑决策者的责权细则，协同完成各种类 成来支持知识的获取和知识求精过程2).综合集成 型的主动支持和服务，例如： 法还指出集成群体智慧的研讨方法来聚积知识，形成 文件管理包括作战需求文件、阶段性评审决 所谓大成智慧.实践经验表明，这些方法都符合HA 策文件、顶层要求文件、工程进度标志性文件、各阶 Smon提出的有限合理性原则下的启发式方法.其要 段任务上下文，各项决策备忘录等 领是知识与搜索相结合，用搜索弥补知识的不足，在 会议组织议题参与人员、议程、结论等 逐步优化及知识增加趋于完全的过程中，搜索量随之 工程监管主动提示决策者和任务承担方工程 递减，最后过程终止在满意解上.综合集成法强调 进度和质量关键信息，收集报告和汇总 人机结合，以人为主充分发挥人脑的思维能力，这 上述支持和服务的技术实现的方案有2种：建 是值得进一步努力实现的.本项目在决策形成与决策 立多Agent平台或将单项功能的A模块如表征、分 精化过程中将进行综合集成方法演练，并进行题例积 类识别、推理、存储、学习等分散嵌入各个处理流程 累以进一步拓展其应用 代码中) 仿真 2L.2按Driver-Solver组成各类决策支持过程 成 区别不同决策任务提供的输入数据类型和对输 核心规范参数 开发过程 概念 出形式的需求来组合多种不同类型的决策支持过 程.这种方法和技术不但符合本系统的应用目标，并 过程中的意见反馈 可从网络环境直接长入未来的全球信息网格(GG) 多个开发者的研讨结论 测试和试验 环境.结合本系统的决策问题领域和决策环境，按使 图4M&S支持决策知识获取过程 用频度对组合的DSS类型排序，应是模型及仿真驱 Fig 4 M&S support decision knowledge acquisiton 动、文件驱动、知识驱动、通信驱动、数据驱动.因为 process 支持过程随输入输出类型不同而变化多端，智能技 术多采用嵌入式在线自动伴自动生成： 23SBA-DSS中的人机界面 21.3资源管理 在SBA-DSS系统中，每一对人机结合体都 包括数据信息知识模型与仿真工具与使能 是系统的基本决策单元，运作计算机的人类操作者 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
存在可资用的数学模型 ,更无现成的算法. 即使有算 法也属指数复杂性 (NP完全 )问题. 这时只有凭借 经验的、尚未形成科学体系的知识 ,在已知信息不精 确、不完全或模糊的条件下 ,进行反复试探或搜索 , 包括向人类群体智慧的搜索 ,使用弱方法求解. SBA2IDSS不但需要通过解决良结构问题以提 高决策效率 ,通过各种工具和使能器的作用充分发 挥机对人的支持. 更需要支持决策者运用启发式知 识把人类智慧嵌入计算机处理流程 ,对复杂问题进 行有效探索 ,获取满意决策. 正是这种需求背景决定 了 SBA2IDSS配备的多种类型智能支持能力的模 块 /组件. 以下择其要者分别阐明. 2. 1 决策任务全面智能化管理 在 1. 3节已经说明由反映现实世界采办过程的 问题域 /空间描述模型 ,根据决策者需求产生具体形 式化决策问题 ,启动决策形成流程的一整套功能是 由决策任务管理子系统承担的 ,包括上述非结构问 题求解过程 [ 17218 ] . 实际上 ,决策任务管理子系统的 功能远不止此 ,它至少还承担以下各种重要角色 : 2. 1. 1 决策者智能代理 特别是执行采办项目全寿命、全系统、全方位管 理决策的里程碑决策者的智能代理或智能代理小 组 ,根据里程碑决策者的责权细则 ,协同完成各种类 型的主动支持和服务 ,例如 : 文件管理 包括作战需求文件、阶段性评审决 策文件、顶层要求文件、工程进度标志性文件、各阶 段任务上下文 ,各项决策备忘录等. 会议组织 议题、参与人员、议程、结论等. 工程监管 主动提示决策者和任务承担方工程 进度和质量关键信息 ,收集报告和汇总. 上述支持和服务的技术实现的方案有 2种 :建 立多 Agent平台或将单项功能的 A I模块如表征、分 类识别、推理、存储、学习等分散嵌入各个处理流程 代码中 [ 19 ] . 2. 1. 2 按 D river2Solver组成各类决策支持过程 区别不同决策任务提供的输入数据类型和对输 出形式的需求来组合多种不同类型的决策支持过 程. 这种方法和技术不但符合本系统的应用目标 ,并 可从网络环境直接长入未来的全球信息网格 ( GIG) 环境. 结合本系统的决策问题领域和决策环境 ,按使 用频度对组合的 DSS类型排序 ,应是模型及仿真驱 动、文件驱动、知识驱动、通信驱动、数据驱动. 因为 支持过程随输入 /输出类型不同而变化多端 ,智能技 术多采用嵌入式在线自动 /半自动生成. 2. 1. 3 资源管理 包括数据 /信息 /知识 /模型与仿真工具与使能 器等各类资源. 例如选用同类之最的 M&S组件及相 关使能器和工具集 ,在决策流程确定时配套提供. 管 理软件实现有可能采用技术成熟的商化软件. 2. 2 支持知识获取的综合集成法 采办管理决策问题多种多样 ,既有顶层里程碑式 采办进程中的重大战略决策 ,也有确定采办具体进程 状态、识别和发现问题寻求改革时机的工作层决策 , 还有采办计划执行单位和个人的项目层决策 ,分别涉 及到身处不同机构 ,掌握不同决策权限的决策者. 但 是他们面临的决策棘手难题却都是由始料不及、欠缺 先验知识以应变引起的 ,例如作战需求变化、执行中 的技术调整等. 主要困难首先是问题的抽提与表征 , 其次是问题求解方法 ,两样困难的根源都是没有应题 的知识.钱学森先生提出的人 —机结合 ,是以人为主 , 从定性到定量的综合集成方法正是引导决策者如何 进行人 —机互动 ,在 M&S先进技术支持下 ,以结构化 问题的逐步优化求解去逼近非结构化问题的解 [ 20221 ] . 图 4形象地表明在 M&S技术支持下 ,决策者如何从 一个模型的极少核心规范参数出发 ,经过多次建模 → 测试 →优化参数 →再建模的循环迭代 ,找到一个合适 的系统概念模型的过程. 同理 ,可以用各种 CI、A I的 计算技术 ,逻辑推理工具 ,模式识别技术及它们的集 成来支持知识的获取和知识求精过程 [ 22 ] . 综合集成 法还指出集成群体智慧的研讨方法来聚积知识 ,形成 所谓大成智慧. 实践经验表明 ,这些方法都符合 H. A. Simon提出的有限合理性原则下的启发式方法. 其要 领是知识与搜索相结合 ,用搜索弥补知识的不足 ,在 逐步优化及知识增加趋于完全的过程中 ,搜索量随之 递减 ,最后过程终止在满意解上. 综合集成法强调 人 —机结合 ,以人为主充分发挥人脑的思维能力 ,这 是值得进一步努力实现的.本项目在决策形成与决策 精化过程中将进行综合集成方法演练 ,并进行题例积 累以进一步拓展其应用. 图 4 M&S支持决策知识获取过程 Fig. 4 M&S support decision knowledge acquisition p rocess 2. 3 SBA2IDSS中的人 —机界面 在 SBA2IDSS系统中 ,每一对人 —机结合体都 是系统的基本决策单元 ,运作计算机的人类操作者 第 3期 冯 珊 ,等 :面向虚拟采办的智能决策支持系统概念框架 ·205·
·206- 智能系统学报 第3卷 既可作为决策者享受系统提供的决策支持服务，又 ate)5步，与H A.Smon关于管理决策形成的解 可以是能力开发者，向系统提供各种资源.无论充当 释：决策过程可分为相关信息收集、备选方案产生、 哪种角色，人类在数字世界的活动必须通过人机 决策方案选择与决策方案执行及效果反馈，有异曲 界面实现.因此，图形人一机界面(GU)是DSS最 同工之妙，都强调超越人脑认知水平的能力来自电 重要的组件，它包括对话管理模块，问题处理模块和 脑的计算能力.结合决策支持现有水平，在概念框架 信息知识可视化模块.准确及时而有效的对话是解 中，决策者都是以人机交互系统出现的，且具有图 决问题的第一步，其次通过问题处理模块组件（以 6示意的智力分工 下简称PPC)协调决策者DMs知识管理系统 问题表述 BMS、数据管理系统DBMS及M&S管理系统，它处 横向思维 创造性模版 理DM从对话模块提出的问题.并有针对性地提供 形象思维 非逻辑思维 人脑 电脑 直觉思维 概念模型FBS 数据、信息、知识、模型与仿真资源，再用trouble~ 逻辑思维 随机激励法 shooter那样的技术保证决策过程正常进行.最后， 数据/信息/知识 不同方式分别按结构化、非结构化、半结构化问题规 人的智力资源 模型/仿其 现在极大丰富 划解题路径，找到相应的求解器(Solver),乃至获得 启发式获取 的计算资源 满意解.所以，问题处理模块或组件PP℃亦称为 图6创新思维形成过程中人脑与电脑智力分工 DSS的驱动器(Driver). 和交互 上述整个过程可见，GUI体现出人机智力互 Fig 6 Mental load and interaction in innovation r 补、分工合作的执行中介和桥梁的重要角色.高明的 mulation GU还可嵌入按解题需要主动采集信息、处理资料、 主动提示和解释因果关系等功能.如在网络环境中， 25不确定性处理 它可按资源传输媒介和计算能力的源头组织，分别 本文只论及与人类认知活动有关的一类不确定 处理各种流程.另外，智能界面具备学习和运用知识 性.根据不确定性原因和处理类型可选择相应的适 的能力，有助于在决策过程中增强决策者对问题的 用方法.不确定性的原因有以下4类：1)信息缺乏 认识.至于设计GUL过去强调技术视图、数据和模 (知识)lack of infomation(knowledge);2)信息过多 型，而现在组织和个人视图的加入表明人的因素受 (复杂性)abundance of inf(comp lexity);3)证据矛 到关注.图5给出SBA-DSS的GUI设计中用户的 盾（怀疑）conflicting evidence(doubt);4)信念be 智力模型 lief信息处理类型有3类：1)算法型A lgorithm ic,2) 基于知识型Knowledge Based,3)启发型Heuristic 视图开发 问题认识 而处理模型有很多，如①概率型；②证据理论型；③ 视图综合 智力模型DM 技为组织个人 与提示 可能性理论型；④模糊集理论型；⑤定性型；⑥灰色 0 P 集理论型；⑦粗糙集理论型，⑧区间算法型：⑨凸建 模型.其中②④、⑤狜计较有用 结果和判断 所涉动作 当专家群决策中出现意见相左，矛盾很大时，可 以用证据理论方法处理如何集成的问题.在BA决 策过程中，需要对专家群体对某些证据或结论进行 图5GU设计中人的智力模型 Fig 5 Mental model for GI design 综合，特别要对相互矛盾或冲突的决策依据结论进 行合取时，就要用到证据理论的方法.该方法目前是 24人脑电脑智力分工 种务实的就事论事的启发式方法.组合证据的过 通过人一机智力分工提升决策者认知水平的决 程也就是处理冲突的过程，根据组合规则处理冲突 策支持系统技术结构体系具有支持创新思维的功 的原理，可以将其分为：1)完全丢弃冲突信息(Ds 能，与创新策略有关针对具体目标的认知心理学上 card);2)从冲突信息中发现新事物(Discover);3) DEAL模型将问题求解过程分为问题确定(identi- 分析和消解冲突信息(Disassemble)三大类2).最 fy)、问题定义和表征(define and represent)、策略形 后由人脑作出随机应变的取舍决策.在系统公共设 成(exp lore possible solution strategies)、策略行动(act 施中，将专设不确定性处理方法工具集以备用， on the strategies)和回顾与评定(bok back&evalu~ 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
既可作为决策者享受系统提供的决策支持服务 ,又 可以是能力开发者 ,向系统提供各种资源. 无论充当 哪种角色 ,人类在数字世界的活动必须通过人 —机 界面实现. 因此 ,图形人 —机界面 ( GU I)是 IDSS最 重要的组件 ,它包括对话管理模块 ,问题处理模块和 信息 /知识可视化模块. 准确及时而有效的对话是解 决问题的第一步 ,其次通过问题处理模块 /组件 (以 下简 称 PPC ) 协 调 决 策 者 DM s、知 识 管 理 系 统 KBMS、数据管理系统 DBMS及 M&S管理系统 ,它处 理 DM从对话模块提出的问题. 并有针对性地提供 数据、信息、知识、模型与仿真资源 ,再用 trouble2 shooter那样的技术保证决策过程正常进行. 最后 , 不同方式分别按结构化、非结构化、半结构化问题规 划解题路径 ,找到相应的求解器 (Solver) ,乃至获得 满意解. 所以 ,问题处理模块或组件 PPC 亦称为 IDSS的驱动器 (D river). 上述整个过程可见 , GU I体现出人 —机智力互 补、分工合作的执行中介和桥梁的重要角色. 高明的 GU I还可嵌入按解题需要主动采集信息、处理资料、 主动提示和解释因果关系等功能. 如在网络环境中 , 它可按资源传输媒介和计算能力的源头组织 ,分别 处理各种流程. 另外 ,智能界面具备学习和运用知识 的能力 ,有助于在决策过程中增强决策者对问题的 认识. 至于设计 GU I,过去强调技术视图、数据和模 型 ,而现在组织和个人视图的加入表明人的因素受 到关注. 图 5给出 SBA2IDSS的 GU I设计中用户的 智力模型. 图 5 GU I设计中人的智力模型 Fig. 5 Mental model for GU I design 2. 4 人脑 —电脑智力分工 通过人 —机智力分工提升决策者认知水平的决 策支持系统技术 /结构体系具有支持创新思维的功 能 ,与创新策略有关. 针对具体目标的认知心理学 I2 DEAL模型将问题求解过程分为问题确定 ( identi2 fy)、问题定义和表征 ( define and rep resent)、策略形 成 ( exp lore possible solution strategies)、策略行动 ( act on the strategies)和回顾与评定 ( look back & evalu2 ate) 5步 ,与 H. A. Simon关于管理决策形成的解 释 :决策过程可分为相关信息收集、备选方案产生、 决策方案选择与决策方案执行及效果反馈 ,有异曲 同工之妙 ,都强调超越人脑认知水平的能力来自电 脑的计算能力. 结合决策支持现有水平 ,在概念框架 中 ,决策者都是以人 —机交互系统出现的 ,且具有图 6示意的智力分工. 图 6 创新思维形成过程中人脑与电脑智力分工 和交互 Fig. 6 Mental load and interaction in innovation for2 mulation 2. 5 不确定性处理 本文只论及与人类认知活动有关的一类不确定 性. 根据不确定性原因和处理类型可选择相应的适 用方法. 不确定性的原因有以下 4类 : 1)信息缺乏 (知识 ) lack of information ( knowledge) ; 2)信息过多 (复杂性 ) abundance of inf. ( comp lexity) ; 3)证据矛 盾 (怀疑 ) conflicting evidence ( doubt) ; 4 )信念 be2 lief. 信息处理类型有 3类 : 1)算法型 A lgorithm ic; 2) 基于知识型 Knowledge Based; 3)启发型 Heuristic. 而处理模型有很多 ,如 ①概率型 ; ②证据理论型 ; ③ 可能性理论型 ; ④模糊集理论型 ; ⑤定性型 ; ⑥灰色 集理论型 ; ⑦粗糙集理论型 ; ⑧区间算法型 ; ⑨凸建 模型. 其中 ②、④、⑤估计较有用. 当专家群决策中出现意见相左 ,矛盾很大时 ,可 以用证据理论方法处理如何集成的问题. 在 SBA决 策过程中 ,需要对专家群体对某些证据或结论进行 综合 ,特别要对相互矛盾或冲突的决策依据 /结论进 行合取时 ,就要用到证据理论的方法. 该方法目前是 一种务实的就事论事的启发式方法. 组合证据的过 程也就是处理冲突的过程 ,根据组合规则处理冲突 的原理 ,可以将其分为 : 1)完全丢弃冲突信息 (D is2 card) ; 2)从冲突信息中发现新事物 (D iscover) ; 3) 分析和消解冲突信息 (D isassemble) 三大类 [ 23 ] . 最 后由人脑作出随机应变的取舍决策. 在系统公共设 施中 ,将专设不确定性处理方法工具集以备用. ·206· 智 能 系 统 学 报 第 3卷
第3期 冯珊，等：面向虚拟采办的智能决策支持系统概念框架 ·207· 标，①数据可视；②易于访问；③箔理制度化；④易于 3SBA-DSS基础设施 理解：⑤河信；⑥支持数据互操作能力；⑦迅速反映 3.1信息基础设施 用户需求.实现上述目标的关键是建立元数据，元数 由于SBA-DSS的理性决策和决策精化群决策 据是使数据可视、便于访问和易于理解的关键.元数 对输入数据和最终决策提供方式的需求，基础设施 据阐明数据信息可用性、如何访问和理解，并应按创 的支撑作用应有利于信息优势和决策优势的营造. 建元数据的规范进行发布。 因为基于MSF的体系结构可保证可重用功能模块 4)有配置管理的、权威的关于采办装备或能力 构建更复杂的服务并以此支持决策优势2421：信息 产品开发活动所需的所有信息，而且具有动态性和 优势则需通过以下的措施获得. 开放性，及时更新的要求很强，不断有新的数据共享 1)DSS的信息系统应能由信息能力、相关过 与互操作需求出现，如作战需求参数、面向需求的基 程和人员组成端到端的全局网络体系构成，它能按 于M&$设计和评估的信息 照需求方、承办方决策人员、辅助人员的需求收集、 32必备的SBA基础设施 处理、存储、分发、管理信息，包含通信、计算系统与 SBA-DSS的决策问题域、决策者和决策过程及 服务软件、数据等」 环境都源于SBA执行系统，所以应实施以BA嵌入 2)在群决策单元的人机系统间进行相关信 DSS的决策过程仿真或DSS嵌入SBA的采办过程 息转发接收、发送及交换，向接收方或发送方的各 仿真来解决采办决策问题，使采办决策者获取有效 决策单元提供关于信息保存、组织、可视化、确认、存 解决方案.为此，设想SBA-DSS的基础设施应包括 储的数据、信息和知识.鉴于决策者们常是合作团 系统最终用户已具备的BA协同开发平台基本能 队，由于共同工作目标和利益关系，需要有共同的信 力系统，再根据决策问题求解的需要给予扩充.基于 息交换语言 这种设想条件下的SBA-DSS基础设施如图7所示 3)面向信息优势的数据管理策略：有7个目 虚拟采办决策 支持系统用户 采办应用门户 SBA-IDSS应用门户层 面向虚拟 开发与 采办全生 采办领域集成 决策 前期 演示 初始作 全面作 武器 研讨 平台和工具层 群决策 M&S 命周期的 采办 验证 战能力 战能力 装备 支持 建模/验模 支撑 支撑 支撑 支撑 虚拟 试验/评 工具 工具 工具 估工具 工具 采办 决策 协同仿真环境 PM/VPLM/EAI(DIF)/HLA++ 安全 集成框架层 体系 XMSF/MDA/Agent 采办资源层 M&S 信息与知识 文件 资源 低、耀高 文档 VV&A期范 图7BA-DSS基础设施 Fig 7 SBA-DSS infrastructure 决策支持.采用组件的可组合性构成处理过程的具 4模拟示范（导弹新型方案初选与精选） 体实现.里程碑决策者在系统支持下己完成：①军用 需求转变成技术状态的描述：②根据已有技术库中 按示范要求，进行从导弹新型需求确定、方案初 的技术转换成采办项目特定工作，并进行费效分析， 选到方案精选过程，通过验收，完成一次文件驱动式 确定评估方案准则，以备方案择优 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
3 SBA2IDSS基础设施 3. 1 信息基础设施 由于 SBA2IDSS的理性决策和决策精化群决策 对输入数据和最终决策提供方式的需求 ,基础设施 的支撑作用应有利于信息优势和决策优势的营造. 因为基于 XMSF的体系结构可保证可重用功能模块 构建更复杂的服务并以此支持决策优势 [ 24225 ] ;信息 优势则需通过以下的措施获得. 1) IDSS的信息系统应能由信息能力、相关过 程和人员组成端到端的全局网络体系构成 ,它能按 照需求方、承办方、决策人员、辅助人员的需求收集、 处理、存储、分发、管理信息. 包含通信、计算系统与 服务软件、数据等. 2) 在群决策单元的人 —机系统间进行相关信 息转发、接收、发送及交换 ,向接收方或发送方的各 决策单元提供关于信息保存、组织、可视化、确认、存 储的数据、信息和知识. 鉴于决策者们常是合作团 队 ,由于共同工作目标和利益关系 ,需要有共同的信 息交换语言. 3) 面向信息优势的数据管理策略 :有 7个目 标 , ①数据可视 ; ②易于访问 ; ③管理制度化 ; ④易于 理解 ; ⑤可信 ; ⑥支持数据互操作能力 ; ⑦迅速反映 用户需求. 实现上述目标的关键是建立元数据 ,元数 据是使数据可视、便于访问和易于理解的关键. 元数 据阐明数据信息可用性、如何访问和理解 ,并应按创 建元数据的规范进行发布. 4) 有配置管理的、权威的关于采办装备或能力 产品开发活动所需的所有信息 ,而且具有动态性和 开放性 ,及时更新的要求很强 ,不断有新的数据共享 与互操作需求出现 ,如作战需求参数、面向需求的基 于 M&S设计和评估的信息. 3. 2 必备的 SBA基础设施 SBA2IDSS的决策问题域、决策者和决策过程及 环境都源于 SBA执行系统 ,所以应实施以 SBA嵌入 IDSS的决策过程仿真或 IDSS嵌入 SBA的采办过程 仿真来解决采办决策问题 ,使采办决策者获取有效 解决方案. 为此 ,设想 SBA2IDSS的基础设施应包括 系统最终用户已具备的 SBA 协同开发平台基本能 力系统 ,再根据决策问题求解的需要给予扩充. 基于 这种设想条件下的 SBA2IDSS基础设施如图 7所示. 图 7 SBA2IDSS基础设施 Fig. 7 SBA2IDSS infrastructure 4 模拟示范 (导弹新型方案初选与精选) 按示范要求 ,进行从导弹新型需求确定、方案初 选到方案精选过程 ,通过验收 ,完成一次文件驱动式 决策支持. 采用组件的可组合性构成处理过程的具 体实现. 里程碑决策者在系统支持下已完成 : ①军用 需求转变成技术状态的描述 ; ②根据已有技术库中 的技术转换成采办项目特定工作 ,并进行费效分析 , 确定评估方案准则 ,以备方案择优. 第 3期 冯 珊 ,等 :面向虚拟采办的智能决策支持系统概念框架 ·207·
·208- 智能系统学报 第3卷 里程碑 理解 作战概念 功能领域分析 军事需求文件 释紧菇斋 功能需求分析 决策者 实现可能性分析 备选方案1 研讨支持 采办需求文件 最可行方案 备选方案2 备选方案3 资源支持 图8里程碑决策者工作流程 Fig 8 Milestone DM working process 图8所示工作流程由导弹新型需求军事描述文 件驱动，里程碑决策者在SBA-DSS辅助下对该文 件进行理解与分析，从而确定备选方案描述文件中 必需的基本概念（如作战概念）和技术指标（功能需 求).其次经过多侧面分析，在初步确定备选方案集 合的基础上通过决策研讨在参与该导弹新型方案决 策过程的所有决策者中达成共识，并最终由里程碑 决策者确定最可行方案.以下列出ML文件描述的 描述”> 方案"> 释"1> CoBATask> 中路径"/> 内容描述"> 9、10所示，由文件驱动产生的相应ML描述文件 <SavePath Value="/Schema/"Mcmo="保存路径"/ 具有类似模式，限于篇幅，本文不再作详细表述 承办者 理解用户需求 提出开发方案 方案性能分解 决策 采办需求文件 分析作战能力 性能（约束）定义 和环境约束 和约束目标 验证耳标 部件开发方案 功能定义分解 筛选 提出部件备选方案集 解决 即使能/关键技术 都件 方案集 验证目标 图9承办决策者工作流程 Fig 9 Working process of project task DM 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
图 8 里程碑决策者工作流程 Fig. 8 M ilestone DM working p rocess 图 8所示工作流程由导弹新型需求军事描述文 件驱动 ,里程碑决策者在 SBA2IDSS辅助下对该文 件进行理解与分析 ,从而确定备选方案描述文件中 必需的基本概念 (如作战概念 )和技术指标 (功能需 求 ). 其次经过多侧面分析 ,在初步确定备选方案集 合的基础上通过决策研讨在参与该导弹新型方案决 策过程的所有决策者中达成共识 ,并最终由里程碑 决策者确定最可行方案. 以下列出 XML文件描述的 此文件驱动 ,嵌入多决策者研讨决策的个人理性决 策流程及相应的基于最可行方案的采办需求文件. 相关承办决策者和研讨决策者的工作流程如图 9、10所示 ,由文件驱动产生的相应 XML描述文件 具有类似模式 ,限于篇幅 ,本文不再作详细表述. 图 9 承办决策者工作流程 Fig. 9 Working p rocess of p roject task DM ·208· 智 能 系 统 学 报 第 3卷
第3期 冯珊，等：面向虚拟采办的智能决策支持系统概念框架 ·209. 对照确定的 评估分析方案集 多个 采办需求文件 用户需求和环境约速 并验证系统方案性能 对照能力评估/分析 决策者 评估和分析方案 可视化数据表征 各系统方案 方案文件 经济分析 对照需求评估/分析 排序讨论 序 使能/关键部件 致性决定 图10研讨决策者工作流程 Fig 10 Working process of discussion DMs technology used in the tools for the concep tual design of vir 5结束语 tual protypes and its evolution [J]Joumal of Huazhong 上述示例证明BA-DSS概念框架满足顶层功 University of Science and Technobgy,2007,35(8):48- 能分解和设计可行性要求，体系结构先进，具有动态 51 可扩展性和多种面向性特征.适应SBA多类型决策 [5李伯虎，柴旭东.SBA支撑环境技术的研究[J].系统 仿真学报，2004,16(2)：181-185 问题、多类型决策者、多类型决策过程和多类型决策 LIBohu,CHA I Xudong Supporting envirorment technology 支持等复杂需求.所提出的各类型智能技术旨在强 of smulation based acquisition [J].Joumal of System Sm- 化人一机智力相互支持、优势互补.可预期该BA ulation,2004,16(2):181-185 DSS实用原型可演化为一种知识创新过程的、智力 [6周少平，李群，王维平，支持武器装备体系论证的探索 综合集成的决策支持系统.实践证明从定性到定量 性分析框架研究J]系统仿真学报，2007,19(9)：2066 的综合集成方法的运用，可提高系统整体智能水平， 2079 这一点意味着，每一次SBA-DSS的具体应用由于 ZHOU Shaop ing,LIQun,WANGWeiping Expbrabry a- 知识创新和积累都为系统的成长作出了贡献 nalysis framework research for weapon system of systems e- 在现有技术基础上要进行的研究重点有： valuation [J ]Joumal of System Smulation,2007,19(9): 2066-2079 1)模型、组件、仿真的组合能力，特别是模型要 [7候宝存，柴旭东，李伯虎，等.面向多学科虚拟样机协同 素提取和系列派生模型的研发工作，因为它是采办 仿真的仿真网格技术研究[J]计算机集成制造系统， 决策者在仿真中实现快速、灵活、准确性的最重要的 2006,12(12):2004-2010 能力 HOU Baocun,CHA I Xudong,L IBohu,et al Collaborative 2)在强化计算机对人的理解方面有目标系统 smulation technology based on smulation grid or multidis- 建模、多种效果状态表达、人的行为描述和人员组 cplinary virtual prootyp ing[J].Computer Integrated Manu- 织行为及认知过程的表征.同时在计算技术方面，要 facturing Systems,2006,12(12):2004-2010 紧密关注MSF体系结构中MSF Profile的应用、 [8冯珊，郭四海，梅纲，等.面向BA的智能体网格体 二进制ML问题及可执行体系结构研究 系结构[J]系统工程与电子技术，2004,26(9)：1291- 1296 参考文献 FENG Shan,GO Sihai,MEI Gang,et al SBA oriented a- gent grid architecture [J]Systems Engineering and Elec- [1 ]MARK D S Acquisition modeling and smulation master onics.2004,26(9):1291-1296 plan EB /OL [2007-10-11 ]htp://www.acq osd [9 ]SHM J P,WARKENTN M.Past,present,and future of mil decision support technobgy []Decision Support Systems. [2 ]Natonal Aeronautics and Space Adm inistration NASA sm- 2002,33(2):111-126 ulation based acquisition (SBA)gbssary [R].NASA ES- [10 ]HEMANT K,DAN IEL J.Progress in web-based decision MD-RQ-0026,2005. support technolgies decision support systems[]Deci- [3 ]National Aeronautics and Space Ad inistration NASA sm- sion Support Systems,2007,43(4):1083-1095. ulation based acquisition (BA)mplementation strategy [11白凤凯，方家银.世界主要军事强国军事采办管理 [R]NASA E9MD-RQ-0024,2005. M1.北京：兵器工业出版社，2005：55-76 [4冯珊，郭四海，周凯波，等.虚拟样机概念设计工具中 [12 ]DAV IS P K,B IGELOW J H.Motivated metamodels syn- 的智能技术[J]华中科技大学学报，2007,35(8)：4851 thesis of cause effect reasoning and statistical metamodel- FENG Shan,GO Sihai,ZHOU Kaibo,et al Intelligent ing[R ]RAND MR1570,2003 1994-2009 China Academic Journal Electronie Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
图 10 研讨决策者工作流程 Fig. 10 Working p rocess of discussion DM s 5 结束语 上述示例证明 SBA2IDSS概念框架满足顶层功 能分解和设计可行性要求 ,体系结构先进 ,具有动态 可扩展性和多种面向性特征. 适应 SBA多类型决策 问题、多类型决策者、多类型决策过程和多类型决策 支持等复杂需求. 所提出的各类型智能技术旨在强 化人 —机智力相互支持、优势互补. 可预期该 SBA2 IDSS实用原型可演化为一种知识创新过程的、智力 综合集成的决策支持系统. 实践证明从定性到定量 的综合集成方法的运用 ,可提高系统整体智能水平. 这一点意味着 ,每一次 SBA2IDSS的具体应用由于 知识创新和积累都为系统的成长作出了贡献. 在现有技术基础上要进行的研究重点有 : 1)模型、组件、仿真的组合能力 ,特别是模型要 素提取和系列派生模型的研发工作 ,因为它是采办 决策者在仿真中实现快速、灵活、准确性的最重要的 能力. 2)在强化计算机对人的理解方面有目标系统 建模、多种效果状态表达、人的行为描述和人员 /组 织行为及认知过程的表征. 同时在计算技术方面 ,要 紧密关注 XMSF体系结构中 XMSF Profile的应用、 二进制 XML问题及可执行体系结构研究. 参考文献 : [ 1 ]MARK D S. Acquisition modeling and simulation master p lan [ EB /OL ]. [ 2007210211 ]. http: / /www. acq. osd. m il. [ 2 ]National Aeronautics and Space Administration. NASA sim2 ulation based acquisition ( SBA) glossary [ R ]. NASA ES2 MD2RQ20026, 2005. [ 3 ]National Aeronautics and Space Administration. NASA sim2 ulation based acquisition ( SBA ) imp lementation strategy. [R ]. NASA ESMD2RQ20024, 2005. [ 4 ]冯 珊 , 郭四海 ,周凯波 ,等. 虚拟样机概念设计工具中 的智能技术 [J ]. 华中科技大学学报 , 2007, 35 (8) : 48251. FENG Shan, GUO Sihai, ZHOU Kaibo, et al. Intelligent technology used in the tools for the concep tual design of vir2 tual p rototypes and its evolution [ J ]. Journal of Huazhong University of Science and Technology, 2007, 35 ( 8 ) : 482 51. [ 5 ]李伯虎 , 柴旭东. SBA 支撑环境技术的研究 [J ] . 系统 仿真学报 , 2004 , 16 (2) : 1812185. L IBohu, CHA IXudong. Supporting environment technology of simulation based acquisition [J ]. Journal of System Sim2 ulation, 2004, 16 (2) : 1812185. [ 6 ]周少平 ,李 群 ,王维平. 支持武器装备体系论证的探索 性分析框架研究 [J ]. 系统仿真学报 , 2007, 19 (9) : 20662 2079. ZHOU Shaop ing, L IQun, WANGW eip ing. Exp loratory a2 nalysis framework research for weapon system of systems e2 valuation [J ]. Journal of System Simulation, 2007, 19 (9) : 206622079. [ 7 ]侯宝存 ,柴旭东 ,李伯虎 ,等. 面向多学科虚拟样机协同 仿真的仿真网格技术研究 [ J ]. 计算机集成制造系统 , 2006, 12 (12) : 200422010. HOU Baocun, CHA IXudong, L IBohu, et al. Collaborative simulation technology based on simulation grid for multidis2 cip linary virtual p rototyp ing[J ]. Computer IntegratedManu2 facturing System s, 2006, 12 (12) : 200422010. [ 8 ]冯 珊 ,郭四海 ,梅 纲 ,等. 面向 SBA的智能体网格体 系结构 [J ]. 系统工程与电子技术 , 2004, 26 ( 9) : 12912 1296. FENG Shan, GUO Sihai, MEI Gang, et al. SBA oriented a2 gent grid architecture [ J ]. System s Engineering and Elec2 tronics, 2004, 26 (9) : 129121296. [ 9 ] SH IM J P, WARKENTIN M. Past, p resent, and future of decision support technology [J ]. Decision Support Systems, 2002, 33 (2) : 1112126. [ 10 ]HEMANT K, DAN IEL J. Progress in web2based decision support technologies decision support system s[ J ]. Deci2 sion Support System s, 2007, 43 (4) : 108321095. [ 11 ]白凤凯 ,方家银. 世界主要军事强国军事采办管理 [M ]. 北京 :兵器工业出版社 , 2005: 55276. [ 12 ]DAV IS P K, B IGELOW J H. Motivated meta2models syn2 thesis of cause effect reasoning and statistical meta2model2 ing[R ]. RAND MR1570, 2003. 第 3期 冯 珊 ,等 :面向虚拟采办的智能决策支持系统概念框架 ·209·
·210· 智能系统学报 第3卷 [13 ]SMON H A.The sciences of the artificial [M ]Cam- [22 JMUSTAJOKIJ,RA MO P Interactive computer support in bridge M IT Press,1981:134-145 decision conferencing to cases on off-site nuclear emer [14 ]KATHER NE L M,TOLKA,PULLEN JM,et al XMSF gency management [J ]Decision Support Systems,2007, as an enabler for NATO M&S [C]/Proceedings of 2003 42(4):2247-2260 NATO Annual Modeling and Smulation Conference Naray- [23]FENG Shan,GO Shai,L I Xiaodong The fuzzy techno- anan,Japan,2003:115.129 logical framework for a web-based decison support system [15 ]SMON H A.Models of man:social and rational [M ] [C]//Proceedings of the 11 th World Multi-Conference on New York:John W iley,1957:45-64 Systems,Cybemetics and Infomatics [S L].2007:7-11 [16 ]SMON HA,NEW EL L A heuristic problem solving the [24 ]L IBohu,CHA I Xudong,HOU Baocun,et al A new in- next advance in operatons research [J].Operations Re- frastructure or neworkitized M&S [C]//Proceedings of search,1958(6):1-10 2005 Intemational Conference on Scientific Computing [17 ]Office of the assistant secretary of defense for netorks and Hong Kong,China,2005:1023-1038 infomaton integration Gbbal Inmation Grid [R].Net- [25 CHA I Xudong,LI Bohu Research and application on Centric Operations and W arfare Reference Manual version service oriented infrastructure for networkitized M&S [C] 11.2004 //Proceedings of 2006 IntemationalWorkshop on Distrib- [18 ]GENE B W.The synthetic envirorment data representation uted Smulation on the Grid Washingin,DC,USA, and interchange standard EB/OL ][2002-10-15 ]ht 2006:113-125 p://www.sedris org 作者简介： [19吗珊，周剑岚.网格、计算网格和智能体网格[J].武 冯珊，女，1935年生，教授，博士 汉理工大学学报，2004,26(3)：1-5 生导师，主要研究方向为复杂系统建模 FENG Shan,ZHOU Jianlan Grid,computational grid and 与仿真，人工智能与计算智能的工程应 agent grid [J ]Joumal ofW uhan University of Technob- 用及多Agent系统等。多年来主持智能 y,2004,26(3):1-5 集成系统工程研究室工作，承担国家级 [20于景元，周晓纪.综合集成方法与总体设计部[J]复 自然科学基金及国防预研基金重点科 杂系统与复杂性科学，2004(1)：20-26 研项目并多次获国家及省部级科技进步奖。国内外刊物发 YU Jingyuan,ZHOU Xiaoji Meta-syntheses and depart 表学术论文160余篇，其中有66篇被SCL EL ISTP及N- ment of integrative system design [J ]Comp lex Systems SPEC等全文收录 and Comp lexity Science,2004 (1):20-26 [21湖晓峰，司光亚.SDS2000:一个定性定量结合的战略决 郭四海，男，1976年生，博士研究 策综合集成研讨与模拟环境[J]系统仿真学报，2000， 生，主要研究方向为建模与仿真、人工 12(6):595-599 智能技术及虚拟采办决策支持系统等。 HU Xiaofeng.SI Guangya SDS2000:an envirorment or workshop and smulaton of metasynthetic engineering or strategic analysis and decisonmaking training [J]Jour nal of System Smulaton,2000,12(6):595-599 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
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