工程保障技术在军事信息系统建设中的应用
孙乐
摘要：文章结合军事信息系统建设实际，重点阐述工程“四性”设计、仿真支撑、系统测评等工程保障技术在系统建设过程中的应用模式，旨在提升工程建设效率，确保满足能力需求，实现系统建设目标。
关键词：工程保障技术 信息系统建设 “四性”技术 系统测评 仿真支撑
中图分类号：E96 文献标识码：A
信息系统工程保障，是指在信息化建设全过程以及各分系统采办从方案论证、需求分析、设计研发、集成测试到部署运维全生命周期的各个阶段，综合运用包括工程“四性”设计、仿真支撑、系统测评、电磁环境效应、环境工程等技术在内的所有工程保障技术，旨在为提升工程建设效率和效果，确保系统满足能力需求、实现设计目标、充分可持续发挥使用效能，确保实现系统建设目标而采取的工程措施。
以国家某军种信息化建设投资专项为例，在信息系统方案论证阶段，主要应用仿真支撑技术手段，进行系统概念建模和演示验证。在信息系统需求分析、设计研发、集成测试阶段，主要应用可靠性、维修性、测试性、保障性设计技术，提高装备所固有的、可为其维修和使用提供服务以确保系统有效工作的能力，确保装备的作战适用性、安全性以及作战效能，实现最经济的寿命周期费用；应用电磁环境效应技术，对全系统电磁兼容性进行分析和设计，对电磁泄漏进行检测分析与防护设计，对系统频谱使用情况分析与管控进行设计；应用仿真支撑技术，为系统综合集成、功能性能测试搭建支撑平台和运行虚拟环境；应用系统测评技术，测试单一装备战技指标达标情况，验证系统功能和综合性能，对体系作战效能做出分析评价。在信息系统部署运维阶段，主要应用环境工程技术，为系统提供适宜、安全、符合要求的部署、运行、维护环境，一方面确保系统平时业务功能的执行以及战时作战效能的发挥，另一方面使系统运行的环境质量达标、稳定、受控。
1工程“四性”技术
“四性”是系统工程管理的重要组成部分，一般包括可靠性、维修性、测试性以及保障性，“四性”工作必须统一纳入信息系统研发、生产、试验、使用等计划，与其他各项工作密切协调地进行；同时，对装备性能、可靠性、维修性、测试性和保障性等质量特性进行系统综合和同步设计。
在军事信息系统建设过程中统筹考虑“四性”设计，一方面“四性”设计应当贯穿论证、方案、工程建设、验收、使用全过程；另一方面军事通信网络、硬件设施、软件平台、业务应用系统、安全保障系统以及运维系统等项目在建设过程中都应开展“四性”设计。只有这样才能保障军事信息系统建设实现质量、进度、费用之间的综合权衡，才能取得最佳效能和寿命周期费用。
1.1可靠性
可靠性是指产品在指定条件下实现期望功能的能力，其概率度量称为可靠度，一般用R（t）表示。对系统的可靠性进行设计、制造、试验、控制与管理是一项综合性技术，目的在于改善信息系统的战备完好状态，提高任务成功能力，减少对维修人力和后续保障的要求，提高效费比；主要工作是研究故障、预防故障、减少故障以及降低故障的影响。
1.2维修性
维修性是指产品在指定条件下，按指定方法维修后恢复到原有状态的能力，是信息系统研制的重要指标，是信息系统设计的一种便于维修的内在性能。在信息系统设计时，使用方应向承建方提出维修性的要求，包括：维修性的定性要求，如可达性、标准性、互换性、安全性、识别标志、检测诊断方便准确、维修技能要求低、维修内容少等；维修性的定量要求，如平均修复时间、平均预防性维修时间、最大修复时间、平均维修时间等；维修保障要求，如技术资料、备品、训练等。
1.3测试性
测试性是指系统、设备或组件能够及时准确地确定其状态，并定位其故障的一种特性，随着信息化技术的发展，各种信息化装备、设备日趋复杂化，测试性的地位也更加突出。装备测试性的好坏，直接关系到故障检测时间、故障隔离时间及故障维修时间。因此采用测试性良好的装备，有利于用户及时排除故障，提高系统可靠性。
1.4保障性
保障性是指系统的设计特性和保障资源可以满足系统日常及作战使用要求的能力，主要包括使用、维修及储存三个方面的保障性。保障性分析是产品研制系统工程的一个组成部分，是研究保障问题影响系统设计和确定保障资源的分析方法。
2系统测评技术
系统测评，即系统综合测试评估，是军事信息化能力生成的重要组成，是提高系统建设水平，促进军事信息化项目全面协调可持续发展重要保障。通过组建专门针对军事信息化项目的功能、使用性能、应用效能的验证评估环境，能够支撑系统测评理论研究、互操作能力测试与评估、技术体制试验与验证、复杂电磁环境下系统综合测评等总体工作，并可用于研究和解决信息系统互操作性分析、能力驗证与评估、网络化系统的指标测试、系统测试评估标准制定等关键技术问题。
系统综合测试评估主要由互操作性测评、综合性能测试、系统效能评估和辅助测评研究四个部分组成。系统综合测试评估组成，如图1所示。
2.1互操作性测评
互操作性测评面向网络、应用、数据互操作测评软件及设备，主要包括网络接口测试、网络协议测试、应用消息测试和互操作性评估。互操作性是指系统中各分系统、各子系统、设备或组件之间提供和接受服务，并保证他们可协同工作的能力。
2.2综合性能测试
综合性能测试面向时效、压力、安全等综合性能测评软件及设备，主要包括网络损伤模拟、网络性能测试、网络安全测试、应用负载模拟、应用性能测试和应用安全测试。重点关注X个热点，一是如何在网络损伤的情况下，提高系统容灾能力和稳定性；二是如何通过网管及其它测试手段完成对网元设备、网络端到端、分布式端到端全网性能等的测试；三是如何利用现有安全产品和测试工具网络安全测试，以评估整个网络的安全性。
2.3系统效能评估和测评辅助研究
系统效能评估针对典型系统效能指标的评估软件和分析设备，主要包括系统性能分析、性能数据采集、数据深度挖掘和系统效能分析。效能主要是针对武器系统评价需要而提出来的，至今尚无统一确切的定义。辅助测评研究旨在建立专业测试评估技术研究环境，主要包括联合测试研究和测评手段研究。联合测试研究是指对上述所有的测试和评估进行综合性、一体化的研究，以发现其中内在的联系和影响因素，更好地反映系统的现状。而测评手段研究是指基于现有的测试工具，研究和开发新型的测评工具集，已达到最好的测试效果。
3仿真支撑技术
计算机仿真技术已全面应用于信息系统建设的规划、分析、实施、运行等各个阶段，特别是在项目论证、建设、应用、评估等方面发挥着突出的支撑作用，既可提高系统效率，又可缩短研发周期，确保训练安全性，降低训练成本。随着系统科学迅速发展，仿真技术已从传统的工程领域扩展到系统工程领域，在社会经济、环境生态、能源、生物医学、教育训练等领域也得到了广泛的应用。
宏观上讲，现代仿真技术体系由建模技术、建模与仿真支撑系统技术，以及仿真应用技术为核心构成，如图2所示。
利用仿真支撑技术对系统进行研究，可以解决利用原系统研究所不能解决的许多问题，在军事信息系统建设过程中更是如此。例如，在系统装备采办的规划论证阶段，系统根本不存在，需要建立模型先研究它在作战中的作用，分析确定对系统的战技术指标要求等。有时试验条件可能无法保证，系统所处的自然环境、战场环境难以创造和掌握，例如作战训练时无法提供大量的敌方目标；有时试验无法按要求反复进行，或者难以保证每次试验在同样的操作条件下运行；有时采用实际系统试验过于烦琐，不能按人的预想随意进行条件设置，例如装备运用分析等。而利用模型开展仿真试验研究，很大程度上可以克服这些不利条件和弊端。由于模型和系统具有相似性，可以通过仿真试验的结果来推断真实系统试验的结果，间接达到试验的目的。
仿真支撑技术广泛应用于军事信息系统建设的分析（Analysis）、训练（Training）和采办（Acquisition）三大领域，以及战略、战役、战术和技术四个层次，有针对性的解决不同层次的问题。
3.1分析类仿真
分析类仿真主要包括战争分析、作战分析和武器运用分析等不同的应用，仿真所针对的对象是战争的决策和方案，主要目的是通过模拟手段对决策和方案在各种条件下的可能性进行分析比较，确保结果的可行性和最优性。这类仿真针对性很强，需要可信度非常高的模型和明确的边界条件，所使用的数据也需要尽可能真实，此外，分析结果的准确性还需要大量重复的模拟、分析和计算。
例如在军事通信网络规划建设中，就可以利用各类通信网络设备仿真模型，针对军事信息化通信网络建设的需求，按照信息化建设的总体设计原则，构建符合军事实际情况的网络拓扑环境，对不同通信网络拓扑结构下各类业务传输指标进行对比分析，为军事各级网络带宽选择、通信网络技术体制设计提出建议，确保军事信息化通信网络建设技术方案的科学性和可行性。
3.2训练类仿真
训练类仿真重点针对战争参与者，即首长、指挥官和单兵，旨在通过模拟出与战争相近的环境，来对战争参与者进行训练，以提高他们对战争环境的适应性，在非战时提前掌握决策、指挥、作战和行动等行为的实战经验。这类仿真核心是如何明确系统与参训者的人机接口、如何建立训练环境、如何提高模拟环境真实性或相似性。此外，也需要模型可信，与分析类模拟相比，特别是对战场环境、自然环境、武器装备环境等作战环境和过程模拟要求较高，使得受训者得到逼近真实的模拟战争体验。
3.3采办类仿真
采办这一概念是从美军引进的，是指军方根据战争任务需要，完成所需武器及系统的概念研究、立项、设计、开发、测试、生产、部署、保障、改良及报废的过程。采办类仿真的对象正是武器装备，主要通过一定的仿真模拟手段，对武器装备系统的设计、生产、功能、性能、使用等进行分析研究，其作用是对武器装备的研制、采办、发展、运用和改进等提供技术支持，从而达到在相对更少的实际试验次数下，提高武器装备功能、性能和效能的目的，为武器装备的发展规划研究提供依据。
采办类仿真内容主要包括三种类型：一是武器模拟，仅对武器本身的功能和性能等进行仿真；二是武器装备平台仿真，例如汽车、飞机等，需要对这些平台进行动力学、运动学、外形特征、物理特性、武器效能等方面的仿真模拟；三是对武器系统或武器体系仿真，这种情况比较复杂，一般由多种武器装备构建，系统仿真需要在多个平台的基础上聚集而成。
4电磁环境效应技术
与普通信息化建设相比，军事信息系统建设中的电磁环境效应技术也比较常见，重点保证复杂电磁环境兼容性。電磁环境效应主要指电磁环境中的部分或全部组成因素对于武器装备、生物体及材料等的作用效果。对于信息化系统设备来说，按用途一般包括有线通信系统设备、无线通信系统设备、信息服务平台设备、业务应用系统设备、安全保密系统设备等；所涉及的电子装备数量多，系统用频装备占用频率范围宽且可靠性要求高，特别是移动通信电台等装备所处环境恶劣，电磁效应的影响更为明显。因此，信息化建设中必须全过程考虑系统电磁兼容性，分析系统的无线频率资源规划是否满足用频装备频率使用的影响、同时兼顾对系统安全保密的影响和装备可靠性的影响。
5环境工程技术
除上述几种工程保障技术外，经常配套用到环境工程技术，旨在为保护自然环境资源、修复生态、防治污染等而实施的工程技术。按照治理对象进行分类，主要分为水污染控制、大气污染控制、固体废物控制、物理污染控制和生态修复等工程技术。对于一般军事信息化建设而言，环境工程技术主要指与信息系统相关的机房、水、电、气等方面内容，如机房要求、空调系统要求、供电系统要求、照明要求（指挥中心）、消防要求、防雷和接地要求、温湿度要求等，不在本文中赘述。
摘要：文章结合军事信息系统建设实际，重点阐述工程“四性”设计、仿真支撑、系统测评等工程保障技术在系统建设过程中的应用模式，旨在提升工程建设效率，确保满足能力需求，实现系统建设目标。
关键词：工程保障技术 信息系统建设 “四性”技术 系统测评 仿真支撑
中图分类号：E96 文献标识码：A
信息系统工程保障，是指在信息化建设全过程以及各分系统采办从方案论证、需求分析、设计研发、集成测试到部署运维全生命周期的各个阶段，综合运用包括工程“四性”设计、仿真支撑、系统测评、电磁环境效应、环境工程等技术在内的所有工程保障技术，旨在为提升工程建设效率和效果，确保系统满足能力需求、实现设计目标、充分可持续发挥使用效能，确保实现系统建设目标而采取的工程措施。
以国家某军种信息化建设投资专项为例，在信息系统方案论证阶段，主要应用仿真支撑技术手段，进行系统概念建模和演示验证。在信息系统需求分析、设计研发、集成测试阶段，主要应用可靠性、维修性、测试性、保障性设计技术，提高装备所固有的、可为其维修和使用提供服务以确保系统有效工作的能力，确保装备的作战适用性、安全性以及作战效能，实现最经济的寿命周期费用；应用电磁环境效应技术，对全系统电磁兼容性进行分析和设计，对电磁泄漏进行检测分析与防护设计，对系统频谱使用情况分析与管控进行设计；应用仿真支撑技术，为系统综合集成、功能性能测试搭建支撑平台和运行虚拟环境；应用系统测评技术，测试单一装备战技指标达标情况，验证系统功能和综合性能，对体系作战效能做出分析评价。在信息系统部署运维阶段，主要应用环境工程技术，为系统提供适宜、安全、符合要求的部署、运行、维护环境，一方面确保系统平时业务功能的执行以及战时作战效能的发挥，另一方面使系统运行的环境质量达标、稳定、受控。
1工程“四性”技术
“四性”是系统工程管理的重要组成部分，一般包括可靠性、维修性、测试性以及保障性，“四性”工作必须统一纳入信息系统研发、生产、试验、使用等计划，与其他各项工作密切协调地进行；同时，对装备性能、可靠性、维修性、测试性和保障性等质量特性进行系统综合和同步设计。
在军事信息系统建设过程中统筹考虑“四性”设计，一方面“四性”设计应当贯穿论证、方案、工程建设、验收、使用全过程；另一方面军事通信网络、硬件设施、软件平台、业务应用系统、安全保障系统以及运维系统等项目在建设过程中都应开展“四性”设计。只有这样才能保障军事信息系统建设实现质量、进度、费用之间的综合权衡，才能取得最佳效能和寿命周期费用。
1.1可靠性
可靠性是指产品在指定条件下实现期望功能的能力，其概率度量称为可靠度，一般用R（t）表示。对系统的可靠性进行设计、制造、试验、控制与管理是一项综合性技术，目的在于改善信息系统的战备完好状态，提高任务成功能力，减少对维修人力和后续保障的要求，提高效费比；主要工作是研究故障、预防故障、减少故障以及降低故障的影响。
1.2维修性
维修性是指产品在指定条件下，按指定方法维修后恢复到原有状态的能力，是信息系统研制的重要指标，是信息系统设计的一种便于维修的内在性能。在信息系统设计时，使用方应向承建方提出维修性的要求，包括：维修性的定性要求，如可达性、标准性、互换性、安全性、识别标志、检测诊断方便准确、维修技能要求低、维修内容少等；维修性的定量要求，如平均修复时间、平均预防性维修时间、最大修复时间、平均维修时间等；维修保障要求，如技术资料、备品、训练等。
1.3测试性
测试性是指系统、设备或组件能够及时准确地确定其状态，并定位其故障的一种特性，随着信息化技术的发展，各种信息化装备、设备日趋复杂化，测试性的地位也更加突出。装备测试性的好坏，直接关系到故障检测时间、故障隔离时间及故障维修时间。因此采用测试性良好的装备，有利于用户及时排除故障，提高系统可靠性。
1.4保障性
保障性是指系统的设计特性和保障资源可以满足系统日常及作战使用要求的能力，主要包括使用、维修及储存三个方面的保障性。保障性分析是产品研制系统工程的一个组成部分，是研究保障问题影响系统设计和确定保障资源的分析方法。
2系统测评技术
系统测评，即系统综合测试评估，是军事信息化能力生成的重要组成，是提高系统建设水平，促进军事信息化项目全面协调可持续发展重要保障。通过组建专门针对军事信息化项目的功能、使用性能、应用效能的验证评估环境，能够支撑系统测评理论研究、互操作能力测试与评估、技术体制试验与验证、复杂电磁环境下系统综合测评等总体工作，并可用于研究和解决信息系统互操作性分析、能力驗证与评估、网络化系统的指标测试、系统测试评估标准制定等关键技术问题。
系统综合测试评估主要由互操作性测评、综合性能测试、系统效能评估和辅助测评研究四个部分组成。系统综合测试评估组成，如图1所示。
2.1互操作性测评
互操作性测评面向网络、应用、数据互操作测评软件及设备，主要包括网络接口测试、网络协议测试、应用消息测试和互操作性评估。互操作性是指系统中各分系统、各子系统、设备或组件之间提供和接受服务，并保证他们可协同工作的能力。
2.2综合性能测试
综合性能测试面向时效、压力、安全等综合性能测评软件及设备，主要包括网络损伤模拟、网络性能测试、网络安全测试、应用负载模拟、应用性能测试和应用安全测试。重点关注X个热点，一是如何在网络损伤的情况下，提高系统容灾能力和稳定性；二是如何通过网管及其它测试手段完成对网元设备、网络端到端、分布式端到端全网性能等的测试；三是如何利用现有安全产品和测试工具网络安全测试，以评估整个网络的安全性。
2.3系统效能评估和测评辅助研究
系统效能评估针对典型系统效能指标的评估软件和分析设备，主要包括系统性能分析、性能数据采集、数据深度挖掘和系统效能分析。效能主要是针对武器系统评价需要而提出来的，至今尚无统一确切的定义。辅助测评研究旨在建立专业测试评估技术研究环境，主要包括联合测试研究和测评手段研究。联合测试研究是指对上述所有的测试和评估进行综合性、一体化的研究，以发现其中内在的联系和影响因素，更好地反映系统的现状。而测评手段研究是指基于现有的测试工具，研究和开发新型的测评工具集，已达到最好的测试效果。
3仿真支撑技术
计算机仿真技术已全面应用于信息系统建设的规划、分析、实施、运行等各个阶段，特别是在项目论证、建设、应用、评估等方面发挥着突出的支撑作用，既可提高系统效率，又可缩短研发周期，确保训练安全性，降低训练成本。随着系统科学迅速发展，仿真技术已从传统的工程领域扩展到系统工程领域，在社会经济、环境生态、能源、生物医学、教育训练等领域也得到了广泛的应用。
宏观上讲，现代仿真技术体系由建模技术、建模与仿真支撑系统技术，以及仿真应用技术为核心构成，如图2所示。
利用仿真支撑技术对系统进行研究，可以解决利用原系统研究所不能解决的许多问题，在军事信息系统建设过程中更是如此。例如，在系统装备采办的规划论证阶段，系统根本不存在，需要建立模型先研究它在作战中的作用，分析确定对系统的战技术指标要求等。有时试验条件可能无法保证，系统所处的自然环境、战场环境难以创造和掌握，例如作战训练时无法提供大量的敌方目标；有时试验无法按要求反复进行，或者难以保证每次试验在同样的操作条件下运行；有时采用实际系统试验过于烦琐，不能按人的预想随意进行条件设置，例如装备运用分析等。而利用模型开展仿真试验研究，很大程度上可以克服这些不利条件和弊端。由于模型和系统具有相似性，可以通过仿真试验的结果来推断真实系统试验的结果，间接达到试验的目的。
仿真支撑技术广泛应用于军事信息系统建设的分析（Analysis）、训练（Training）和采办（Acquisition）三大领域，以及战略、战役、战术和技术四个层次，有针对性的解决不同层次的问题。
3.1分析类仿真
分析类仿真主要包括战争分析、作战分析和武器运用分析等不同的应用，仿真所针对的对象是战争的决策和方案，主要目的是通过模拟手段对决策和方案在各种条件下的可能性进行分析比较，确保结果的可行性和最优性。这类仿真针对性很强，需要可信度非常高的模型和明确的边界条件，所使用的数据也需要尽可能真实，此外，分析结果的准确性还需要大量重复的模拟、分析和计算。
例如在军事通信网络规划建设中，就可以利用各类通信网络设备仿真模型，针对军事信息化通信网络建设的需求，按照信息化建设的总体设计原则，构建符合军事实际情况的网络拓扑环境，对不同通信网络拓扑结构下各类业务传输指标进行对比分析，为军事各级网络带宽选择、通信网络技术体制设计提出建议，确保军事信息化通信网络建设技术方案的科学性和可行性。
3.2训练类仿真
训练类仿真重点针对战争参与者，即首长、指挥官和单兵，旨在通过模拟出与战争相近的环境，来对战争参与者进行训练，以提高他们对战争环境的适应性，在非战时提前掌握决策、指挥、作战和行动等行为的实战经验。这类仿真核心是如何明确系统与参训者的人机接口、如何建立训练环境、如何提高模拟环境真实性或相似性。此外，也需要模型可信，与分析类模拟相比，特别是对战场环境、自然环境、武器装备环境等作战环境和过程模拟要求较高，使得受训者得到逼近真实的模拟战争体验。
3.3采办类仿真
采办这一概念是从美军引进的，是指军方根据战争任务需要，完成所需武器及系统的概念研究、立项、设计、开发、测试、生产、部署、保障、改良及报废的过程。采办类仿真的对象正是武器装备，主要通过一定的仿真模拟手段，对武器装备系统的设计、生产、功能、性能、使用等进行分析研究，其作用是对武器装备的研制、采办、发展、运用和改进等提供技术支持，从而达到在相对更少的实际试验次数下，提高武器装备功能、性能和效能的目的，为武器装备的发展规划研究提供依据。
采办类仿真内容主要包括三种类型：一是武器模拟，仅对武器本身的功能和性能等进行仿真；二是武器装备平台仿真，例如汽车、飞机等，需要对这些平台进行动力学、运动学、外形特征、物理特性、武器效能等方面的仿真模拟；三是对武器系统或武器体系仿真，这种情况比较复杂，一般由多种武器装备构建，系统仿真需要在多个平台的基础上聚集而成。
4电磁环境效应技术
与普通信息化建设相比，军事信息系统建设中的电磁环境效应技术也比较常见，重点保证复杂电磁环境兼容性。電磁环境效应主要指电磁环境中的部分或全部组成因素对于武器装备、生物体及材料等的作用效果。对于信息化系统设备来说，按用途一般包括有线通信系统设备、无线通信系统设备、信息服务平台设备、业务应用系统设备、安全保密系统设备等；所涉及的电子装备数量多，系统用频装备占用频率范围宽且可靠性要求高，特别是移动通信电台等装备所处环境恶劣，电磁效应的影响更为明显。因此，信息化建设中必须全过程考虑系统电磁兼容性，分析系统的无线频率资源规划是否满足用频装备频率使用的影响、同时兼顾对系统安全保密的影响和装备可靠性的影响。
5环境工程技术
除上述几种工程保障技术外，经常配套用到环境工程技术，旨在为保护自然环境资源、修复生态、防治污染等而实施的工程技术。按照治理对象进行分类，主要分为水污染控制、大气污染控制、固体废物控制、物理污染控制和生态修复等工程技术。对于一般军事信息化建设而言，环境工程技术主要指与信息系统相关的机房、水、电、气等方面内容，如机房要求、空调系统要求、供电系统要求、照明要求（指挥中心）、消防要求、防雷和接地要求、温湿度要求等，不在本文中赘述。
