军事电子信息系统需求工程方法研究

２００６年１２月　军事运筹与系统工程Ｄｅｃ．２００６　第２Ｏ卷第４期　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．２０　Ｎｏ．４　军事电子信息系统需求工程方法研究　赵弘　，蒋晓原　（１．通信指挥学院，湖北，武汉４３００１０；２．中国电子设备系统工程研究所，北京１０００３９）　摘要：　需求分析是军事电子信息系统建设的关键环节。长期以来，我们对军事电子信息系统的需求　分析一直是用自然语言定性描述，主观因素较多。论文采用需求工程方法，对需求工程的获取、处理、验证　和实现四个阶段进行了分析，并结合军事电子信息系统的具体特点对每个阶段可采用的具体方法进行研　究。　关键词：军事电子信息系统；需求工程；信息流　中图分类号：ＴｌＹＪ９１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—８２１１（２００６）０４一ｏｏ４４一ｏ４　１　引　言　在军事电子信息系统的需求分析、开发设计和建设维护的各个阶段中，需求分析处于系统建设的初始　部分，它提供了构建整个系统的根基。需求分析差之毫厘，系统实现则谬以千里。据统计，在系统项目的　研制中百分之四十至六十的不成功都是由于需求分析不科学、不全面造成的。长期以来，我们对军事电子　信息系统的需求一直处在用自然语言定性描述的阶段，主观因素较多，而较少把之作为一项“工程”来看　待。事实上，需求工程是系统工程的重要分支，在软件工程学科中已得到广泛运用。军事电子信息系统建　设作为一项复杂巨系统工程，亦应采用需求工程的方法，综合运用多种需求分析技术，使构建的信息系统　切实符合未来战场的需要。　２　需求工程过程研究　需求工程实际上是对问题域及需求作调查研究，并经过不断交互的分析处理，最终设计成满足那些需　求的解系统的特性并用标准化的格式进行描述的过程。根据需求工程的特点，可以将其分为需求获取、需　求处理、需求验证和需求实现四部分，这四个环节是层次递进关系，在每个环节中同时包含需求管理，因为　需求管理贯穿于需求工程的全过程，因此不在阶段划分之中。　２．１　需求获取　需求获取是一个信息收集的过程，此阶段主要考虑的问题有：应当收集什么信息、从哪里收集信息、采　用什么技术或手段收集。对军事电子信息系统需求来说，信息获取的来源有指挥人员、系统领域的专　家、系统领域操作员，他们从“打得赢”的角度出发，以军事思想、作战样式、指挥理论等为依据，综合考虑　作战对象、作战环境、技术发展及人员素质等因素，对军事电子信息系统提出一系列功能和效能需求。但　这种直接表述的需求仅仅是一种初始需求，并非全部科学、合理，与“需求实现”阶段所需要的格式化需求　相比还相当肤浅，甚至有不少疏漏。为保证需求获取的相对合理，还需要系统分析员与上述系统使用人员　收稿日期：２００６—０４—０３　作者简介：赵弘（１９７３一），男，博士研究生，讲师，主要研究方向为军事信息系统总体分析设计　维普资讯 http://www.cqvip.com

军事电子信息系统需求工程方法研究　进行多次沟通和交流。在需求获取阶段常采用的方法有：座谈会法、德尔菲法、调查问卷法、系统原型、组　织文档、联合会议记录等。　２．２　需求处理　需求处理就是对所获取的需求进行归纳、整理、分析和处理，明确哪些需求是可行及可接受的，哪些是　需要进一步深化细化的，哪些是不必要或不可行的，并形成相对完整和规范的系统体系架构描述。做好需　求处理首先要对获取来的信息进行过滤。由于每个人的阅历及对问题的认识不同，从众多相关人员中收　集的需求会差别很大，有些甚至是对立的。对于这些千差万别的需求，系统分析人员还需从经济、技术等　方面综合客观考虑，对于那些被排除在系统之外的需求，分析人员有义务帮助用户分析为什么他们提出的　要求是不合理的。这样做既是为了保证将来整个系统的完整性、有效性不受影响；也是为了保证在随即进　行的系统开发进程中不会因此而产生被动的设计变更，对于系统可以接受的需求条目，需求工程师在此时　应当能够掌握每个需求的验证方法。其次，要构建系统的基本体系结构。在系统功能需求确定之后，还要　理清这些需求之间的相互关系、系统的边界条件、环境因素等。经过严谨的分析，将系统分解成一系列子　系统或组件。而后，就是对构建的体系结构进行优化，使体系结构更简捷、更科学、实现更方便。需求处理　的主要方法有：结构化分析法、面向对象分析法、面向问题域分析法和系统效能权衡分析法等。　２．３　需求验证　需求验证是试图发现并纠正需求工程阶段中出现的任何错误，确保问题域的特征和系统需求都全面　而准确地得以确定，而且确保系统体系结构无二义地定义了系统的行为，以致于给定问题域的特征后，该　行为能很好地满足多种需求。通过验证，使分析的需求无遗漏、无重复、无前后不一致。需求验证的过程　实际上是需求反馈、复审、循环的过程。验证的第一步是把经需求处理后的文档交由领域专家、指挥员和　系统操作员评阅，看是否与其初始需求在理解上有偏差。由于系统分析人员和系统需求人员知识领域不　同，对同一问题的表述和理解难免不一致，为此必须通过反馈，把双方意图沟通，使双方对文档的意见与认　识最终达成统一。验证的第二步是对需求文档建模仿真，把标准化的体系结构转化成动态可执行模型　（如有色Ｐｅｔｒｉ网模型），并结合具体的作战想定，进行模拟仿真，对需求设计的可行性、合理性等因素进行　分析验证，找出错误，把处理结果反馈给第二阶段，重新进行需求处理，这样反复循环，直至评估认为合理　科学为止。需求验证的主要方法有：逻辑分析、原型用例生成、功能测试、模拟仿真等。　２．４　需求实现　需求实现就是用规范的文档形式描述经过处理和验证的需求，建立需求规格说明书。构造一份完整　科学的规格说明书是需求实现的关键。因为需求文档是经过数次获取、处理和验证的循环后所形成的需　求结果，它提供了与开发过程的其他部分的链接，是整个需求工程目的的实现。通过需求文档，系统设计　者、使用者和测试者都能清楚地、无歧义地了解未来系统的功能轮廓以及他们各自所需承担的责任。这里　所说的规范是指运用一种语义明确、规范易懂、简单实用的描述，使军事人员与技术人员在此基础上对系　统达成一致的理解。当然，规范的描述不是仅有一种描述方式。由于对同一系统，作战人员和技术人员的　关注点不同，应有不同的表示方式。对军事电子信息系统而言，作战人员只关心系统能否实现信息的快速　流动及信息共享等具体功能，系统分析人员关心的是建立什么样的系统才能确保其经济、科学、可继承、可　拓展，而技术人员则主要关心采用何种技术来具体实现系统。针对关注点的不同，应分别建立作战体系结　构、系统体系结构和技术体系结构，并使三者合理衔接，前后统一。需求实现的主要方法有：面向对象视图　描述、形式化规格描述、数学描述等。　２．５　需求工程流程　根据上述需求工程各个阶段的功能和作用分析，可以得出其流程如图１所示。　，　维普资讯 http://www.cqvip.com

《军事运筹与系统工程》２００６年第４期　图１需求工程流程图　３　军事电子信息系统的需求特点　军事电子信息系统作为一个极其复杂和庞大的人机系统，软硬件皆有、技术面宽、作战效能要求高，使　得其与一般的软件需求工程相比更加复杂，呈现出如下独特特点：　３．１　人机交互特点突出。共性需求提取困难　军事电子信息系统是为作战服务的，从情报信息的获取、作战决策的生成到火力武器的打击都需要作　战人员的参与。而各类作战人员由于所处岗位不同、习惯不同，对系统的要求因人而异、因时而异、因地而　异，因而造成了使用需求的随意性、离散性、非连续性，并且难以量化。　３．２技术环境动态易变，需求变化难以避免　一方面，由于复杂的国际局势以及周边安全情况处于一种不稳定的均衡状态，在这种动态博弈的背景　下，作战需求会随着和国防使命的变化而不断调整变化，作战需求的变化将直接引起用户需求和　系统需求的变化；另一方面，信息技术变化日新月异，按今年先进技术设计的系统，明年就可能已经落后，　在很多场合下不是需求牵引技术，而是新技术出现后，如何用于军事目的，发挥其技术优势。作战环境与　信息技术的动态易变，使得需求在设计完成后发生变化几乎是不可避免的。因此，必须对此有清楚的认　识，采取必要的措施在开发过程中消除这种变化的影响。需求变化的不可避免并不应该影响需求分析工　作中所要求的精确和详细。反过来，需求分析工作越详细、越精确，需求的变化所造成的影响就会越小。　３．３需求范围涉及面宽。要求人员商效协作　军事电子信息系统的需求分析从人员类型上包括军事、系统分析、技术三方面人员，从专业领域上遍　布通信、计算机、情报侦察、电子对抗等所有信息领域，涉及面相当宽。由于信息系统需求都与这些人员有　关，使得需求分析的队伍非常庞大，对一个特定需求是否正确的问题不易达成一致意见，效率也难以保障。　只有各类人员都能充分认清各自职责，密切协作，才能保障需求分析的准确高效。而密切协作的前提是都　有较高的素质，而当前军事人员容易拘泥于本职工作和经验，技术人员往往对用户工作方式、使用环境缺　乏了解。片面追求高技术。系统分析人员却习惯于当一般调查员的角色，这使得各类人员的高效协作显得　更为迫切。　维普资讯 http://www.cqvip.com

军事电子信息系统需求工程方法研究　４７　４　军事电子信息系统需求工程方法运用　军事电子信息系统的需求分析应当结合其自身的需求特点，按照需求工程各个阶段的需求开发方法，　选取其中一种方法或对几种方法进行综合改进，充分发挥每种方法的长处，只有如此，才能做到需求分析　的准确、高效。　需求获取阶段，由于其主要目的是得到系统的真正需求，可采取的方法主要有座谈会法和德尔菲法。　座谈会法就是系统分析人员和军事人员以开会的形式，面对面地进行讨论，它是调查研究中最常用的方　法。德尔菲法是将系统的需求问题和工程建设的背景资料用通信的方式向专家们提出，根据专家的答复，　对意见进行综合整理和归纳，再反馈给专家，进一步征询意见。如此多次反复，每一次都经过综合、整理和　反馈，直到问题得到较为满意的结果。这两种方法虽然思路不同，但各有优缺点，对于信息系统的需求获　取可以采取两种方法交叉运用，使之互为补充。利用座谈会法，初步了解用户的使用需求，对座谈会后还　没有彻底弄明白的问题或需要对需求加以定量化处理，则可用德尔菲法解决。德尔菲法中有些问题无法　取得共识时，也可召集专题座谈会。　在需求处理阶段，系统可采用的方法有结构化分析法和面向对象分析法。结构化分析方法就是对经　过需求获取整理分析所得的系统功能进行自顶向下和逐步细化的分解，并用ＩＤＥＦＯ和数据流图（ＤＦＤ）等　工具对这些细化的功能建立各种活动模型、数据模型和规则模型，并最终建立可执行模型的系统分析方　法。面向对象分析法起源于软件工程，是一种自顶向下分解和自下向上归纳相结合的分析方法。其处理　思路是把需求获取内容转化为用例图，并继而构造出相应的类图、对象图，最终也是建立可执行模型以方　便需求验证。两种方法相比，结构化分析法对于一些需求容易明确的系统比较有效，而对于需求不易明确　的系统，面向对象分析法则具有较大优势。军事电子信息系统作为一个需求涉及面极宽的复杂巨系统，需　求难以一次明确，因此采用面向对象分析法是最佳选择。　在需求验证阶段，对军事电子信息系统来说最有效的验证方法是分析与仿真。仿真的方法是把需求　处理阶段得到的需求分析可执行模型送入具体作战想定下的仿真脚本，与仿真各联邦成员一起在仿真系　统中进行模拟测试，分析评估现行需求分析是否能完成预定功能或存在某种缺陷。为了提高仿真效率，应　将功能软件集成起来，开发一体化的仿真环境，即在一个统一的环境下完成原来要由不同软件分别完成的　仿真任务。这个仿真环境应向用户提供方便、灵活的建模、实验和分析手段，能够支持体系结构仿真的全　过程。同时，它应对仿真中所涉及到的各种资源、如模型、参数、实验框架以及行为数据进行统一管理。　在需求实现阶段，适用于军事电子信息系统的方法是视图描述法。一般说来，规范描述法的流程是先　以一段叙述性的原文概要对问题域做一番简介，然后给出所有视图描述产品中使用的全部术语的定义，最　后按作战体系结构、系统体系结构、技术体系结构对需求进行三维视图描述。每种体系结构需达到的标准　为形成以下具体视图：对作战体系结构主要有高级作战概念图、作战节点连接能力、作战信息交换矩阵、组　织关系图、作战活动模型、作战规则模型、作战状态转换描述、作战事件／跟踪描述、逻辑数据模型；对系统　体系结构主要有系统接Ｅｌ描述、系统通信描述、系统相关矩阵、系统功能描述、作战活动与系统功能追溯矩　阵、信息系统交换矩阵、系统性能参数矩阵、系统发展描述、系统技术预测、系统规则模型、系统状态转换模　型、系统事件跟踪描述、物理模式；对技术体系结构主要有技术体系结构配置文件和标准技术预测。　参考文献　１　Ｉ＿ａｎ　Ｋ　Ｂｒａｙ．需求工程导引［Ｍ］．舒忠梅，等译．北京：人民邮电出版社，２００３　２　余滨，段采宇．军事需求与军事需求工程［Ｊ］．国防科技，２００６，（２）．