基于集成的信息系统体系成熟度评价方法

柯宏发， 郭道通， 陈典斌， 祝冀鲁

(1. 装备学院装备试验系， 北京 102206； 2. 装备学院研究生管理大队， 北京 101416)

基于集成的信息系统体系成熟度评价方法

柯宏发1， 郭道通2， 陈典斌2， 祝冀鲁1

(1. 装备学院装备试验系， 北京102206；2. 装备学院研究生管理大队， 北京101416)

针对信息系统发展水平评价问题，提出了一种基于集成的信息系统体系成熟度评价方法。将信息系统体系成熟度分解为技术、互操作和互认知3个成熟度分量，介绍了体系成熟度评价的基本框架和思路，建立了信息系统体系成熟度的加权评价模型；构建了系统互操作和互认知成熟度等级评价模型，在考虑分系统集成成熟度约束的基础上，建立了信息系统互操作成熟度和互认知成熟度评价模型；在考虑单项技术集成的基础上，构建了分系统技术成熟度、信息系统技术成熟度评价模型；最后，通过防空装备信息系统成熟度评价实例验证了该方法的合理性和有效性。

体系成熟度； 信息系统； 互操作； 互认知； 技术成熟度； 集成成熟度

军事信息系统是信息化条件下联合作战体系的中枢神经，通过信息系统获取、处理、存储和共享信息等，实现作战要素高度融合、信息资源高效利用，从而生成装备体系作战能力。因此，信息系统的技术研发、集成生产、试验与评价等水平或层次，对武器装备体系建设至关重要。自20世纪70年代前后技术成熟度等级提出以来，结合装备建设研制管理的实际，国内外研究者[1-7]在成熟度评价方面取得了很多的研究与应用成果，提出了技术成熟度、系统技术成熟度和体系技术成熟度等评价模型。

信息系统体系成熟度是指在集成生产、试验与评价、使用保障等阶段，体系发展演化等预期建设目标的实现水平或层级。体系成熟度评价就是估计信息系统对预期建设目标的满足程度，通常采用系统化、等级化的度量等级进行判断，并以此反映当前状态在信息系统发展演化过程中所处的阶段。从物理域、信息域、认知域和社会域的行动反应角度，军事信息系统将侦察装备、通信装备和导航武器等各类信息化资源有机交联在一体，呈现集成性、融合性、渗透性和增值性等特征，使得上述成熟度评价模型很难涵盖信息系统的认知域、社会域等特征。为此，笔者提出一种基于集成的信息系统体系成熟度评价方法，并通过实例验证该方法的合理性和有效性。

1 基于集成的体系成熟度评价框架和思路

1.1体系成熟度评价框架

信息系统是由信息收集、信息融合和信息分发等多个分系统组成的“系统体系”，其复杂度高、综合性强，分系统与分系统之间的交联横跨物理、信息、认知和社会等领域，各个分系统的论证、研制和试验等发展演化是一系列不同步的周期模型。因此，随着时间的推移，信息系统体系成熟度模型需要涵盖并综合上述4个领域的特点和要求。笔者通过划分信息系统体系成熟度的不同层次，建立了基于集成的信息系统体系成熟度评价框架，如图1所示。

图1 基于集成的信息系统体系成熟度评价框架

假设信息系统由n个分系统组成，共涉及m项关键技术，各关键技术基于多对多的映射关系支撑各分系统，图中的“×”表示关键技术对相应分系统的支撑关系。从单项技术成熟度到分系统技术成熟度、再到信息系统体系成熟度，从分系统互操作成熟度和分系统集成成熟度到分系统互操作成熟度，从分系统互认知成熟度和分系统集成成熟度到互认知成熟度，都是一种逐层支撑的关系。

1.2体系成熟度评价思路

由图1可知：信息系统体系成熟度主要通过互操作、互认知和系统技术3种成熟度进行表征，这3种成熟度取决于n个分系统的互操作、互认知和技术成熟度，分系统技术成熟度又取决于相应支撑的单项技术成熟度和技术集成成熟度。

采用目前的分级量化形式分别对各个层次的成熟度进行评估，其等级分别对应相应的风险，即成熟度等级越高，风险越低；反之也成立。评价模型中利用符号表示成熟度等级：体系成熟度等级、互操作成熟度等级、互认知成熟度等级和系统技术成熟度等级的表示符号分别为SSRL(SoS Readiness Level)、IORL(Interoperability Readiness Level)、MCRL(Mutual Cognition Readiness Level)和STRL(System Technology Readiness Level)；分系统互操作成熟度等级、分系统互认知成熟度等级、分系统技术成熟度等级和分系统集成成熟度等级的表示符号分别为SIORL(Subsystem Interoperability Readiness Level)、SMCRL(Subsystem Mutual Cognition Readiness Level)、SSTRL(Subsystem Technology Readiness Level)和SSIRL(Subsystem Integration Readiness Le-vel)；技术成熟度等级和技术集成成熟度等级的表示符号分别为TRL(Technology Readiness Level)和TIRL(Technology Integration Readiness Level)。

信息系统由n个分系统组成，分系统之间存在两两交互关系，由图1所示的多层次评价框架可知：信息系统体系成熟度基于互操作、互认知和技术成熟度三者的相对重要性(分系统之间权重可采用网络化层次分析法进行计算)，通过对互操作成熟度等级、互认知成熟度等级和技术成熟度等级进行聚合得到；这3种成熟度等级又在考虑分系统集成成熟度的基础上，通过对下层分系统互操作、互认知和技术成熟度等级进行聚合；分系统技术成熟度等级又可以通过单项技术成熟度等级和技术集成成熟度等级进行聚合得到。

1.3体系成熟度评价步骤

根据上述体系成熟度评价框架和思路，信息系统体系成熟度评价可分为如下8个主要步骤：1)确定信息系统的主要分系统组成及关键技术；2)分析信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度和技术成熟度之间的相对重要性，基于网络化层次分析法求解权重向量；3)分析各分系统内部技术结构及集成关系，基于目前的9级成熟度标准制定分系统的集成成熟度和技术成熟度等级标准；4)依据定义的等级标准，确定各分系统的单项技术成熟度与技术之间的集成成熟度；5)计算各分系统的技术成熟度，确定各分系统的互操作成熟度和互认知成熟度；6)计算分系统之间的集成成熟度；7)计算信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度和技术成熟度；8)计算信息系统的体系成熟度。

2 集成成熟度等级模型

集成成熟度是信息系统体系成熟度分析的基础之一，其集成成熟度等级在一定程度上决定了体系成熟度的高低。本文将集成成熟度分为技术集成成熟度和系统集成成熟度。

2.1技术集成成熟度等级模型

技术集成成熟度表征了2项技术之间的可集成状态，通常将其划分为9级[5](从小到大，技术集成成熟度水平越来越高)，其技术集成成熟度等级(TIRL)及含义如表1所示。

表1 技术集成成熟度等级及含义

假设信息系统的第i(i=1,2,…,n)个分系统共涉及j项关键技术，当进行两两关键技术之间的集成成熟度分析时，若相同技术之间可完全集成，则建立第i个分系统的技术集成成熟度等级矩阵为

(1)

2.2系统集成成熟度等级模型

信息系统是由多个分系统按照一定的体系结构形式而集成的统一整体，分系统集成的状态和水平直接决定了信息系统的整体功能和水平。本文选用系统集成成熟度来表示信息系统分系统之间的可集成状态和水平，通常将其划分为9级[5](从小到大，系统集成成熟度水平越来越高)。分系统集成成熟度等级(SSIRL)及含义如表2所示。

表2 分系统集成成熟度等级及含义

当进行两两分系统之间的集成成熟度分析时，若相同分系统之间可完全集成，则建立n个分系统的集成成熟度等级矩阵为

(2)

式中：SSIRLhl=SSIRLlh，SSIRLhh,取为9级，其中h,l=1,2,…,n。

3 分系统成熟度评价模型

信息系统分系统成熟度表征了分系统发展演化的状态和水平，是体系互操作、互认知和技术等3种成熟度以及体系成熟度评价的基础。

3.1技术成熟度等级及评价

单项技术成熟度也是信息系统体系成熟度分析的基础之一，单项技术成熟度等级在相当程度上决定了体系成熟度的高低。目前，通常将单项技术成熟度划分为9级[5](从小到大，技术成熟度水平越来越高)。技术成熟度等级(TRL)及含义如表3所示。

表3 技术成熟度等级及含义

假设已知信息系统第i个分系统第j项关键技术的技术成熟度等级，则归一化的技术成熟度等级矢量为

(3)

第i个分系统的技术成熟度等级矢量为

(4)

第i个分系统中每项关键技术所集成的技术数量不同，假设第k(k=1,2,…,j)项技术所集成的技术数量为ki，则第i个分系统的标准化技术成熟度等级矢量为

(5)

第i个分系统的技术成熟度为

(6)

3.2互操作成熟度等级及评价

互操作是信息系统最为核心的物质基础，国内外关于互操作性概念的定义不同：美国国防部[8]在2001年指出，互操作性是指系统、单位或军事力量之间相互提供和接受服务，以使它们能够有效共同运作的能力，并建立了5个等级的信息系统之间交互和共享信息“成熟度”的描述模型；GJB/Z144—2004[9]指出，互操作性是2个或2个以上系统或应用之间交换信息且利用所交换信息的能力，并提出了指挥自动化系统互操作成熟度的5级评价模型。上述2个定义的内涵是一致的，均强调了2个或2个以上系统的信息共享和信息利用能力。

曹江等[10]针对信息系统之间交互的复杂性、交互特点以及互操作需求，提出了军事信息系统6个级别的增强型互操作成熟度参考模型，该模型更易于理解信息系统的军事活动载体特征以及基于信息系统的体系作战能力本质。因此，本文采用该模型来评估信息系统的互操作成熟度。增强型互操作成熟度等级(SIORL)及含义如表4[10]所示，其中：结构A1属性用于评价信息系统体系结构方法的成熟度；应用A2属性用于评价软件互操作能力；设施A3属性用于评价网络互操作能力；安全A4属性用于评价安全保密成熟度；运维A5属性用于评价信息资源调度能力；数据A6属性用于评价数据结构建模的成熟度。

(7)

表4 增强型互操作成熟度等级及含义

3.3互认知成熟度等级及评价

军事信息系统覆盖了物理、信息、认知和社会等领域的军事活动，多领域知识的认知与共享已成为军事信息系统的重要发展方向。认知是指了解、领会和懂得的一种心理判断与决策过程，是对事物或现象的一种结构化表达；互认知就是指军事活动者共享信息和共享知识的认知过程。信息系统为丰富经验、智慧共享以及对事物或现象的一致性认知等创造了条件，信息系统的互认知不仅关注其信息、知识的处理，而且使信息处理能力延伸到认知和社会等领域。

在军事活动与信息系统建立相适应制度、规则和机制的基础上，信息系统获取的信息越来越丰富，利用网络技术、人工智能等加工这些信息，促进军事活动者对它们的指挥控制、共享认知等已成为问题的关键。本文利用互认知成熟度描述信息系统的互认知能力发展演化的实现水平或层级，借鉴文献[10]的互理解和互遵循成熟度模型，建立6个级别的互认知成熟度等级模型来评价信息系统的互认知能力。分系统互认知成熟度等级(SMCRL)及含义如表5所示。

表5 分系统互认知成熟度等级及含义

表5中：制度/规则B1属性用于评价信息系统知识表征等规范的落实范围和程度；态势B2属性用于评价信息系统表征战场态势的知识结构基准性、一致性和关联性等程度；决策B3属性用于评价信息系统准确表征决策知识的相关决策要素基准性、一致性和关联性等程度；指控B4属性用于评价信息系统准确表征指挥控制过程的指控基准知识；监察/评估B5属性用于评价信息系统各种能力和措施落实的成熟度。

(8)

4 体系成熟度评价模型

基于系统集成成熟度对信息系统分系统互操作成熟度、分系统互认知成熟度、分系统技术成熟度进行聚合后，可得体系成熟度。

4.1互操作成熟度评价模型

信息系统n个分系统的互操作成熟度等级矢量为

DSIORL=(SIORL1,SIORL2,…,SIORLn)T，

(9)

则信息系统互操作成熟度等级矢量为

(10)

(11)

4.2互认知成熟度评价模型

信息系统n个分系统的互认知成熟度等级矢量为

(12)

则信息系统互认知成熟度等级矢量为

(13)

由DSMCRL计算综合的互认知成熟度评估值为

(14)

4.3技术成熟度评价模型

信息系统n个分系统的技术成熟度等级矢量为

DSSTRL=(SSTRL1,SSTRL2,…,SSTRLn)T,

(15)

则信息系统技术成熟度等级矢量为

(16)

由DSSTRL计算综合的技术成熟度评估值为

(17)

4.4体系成熟度评价模型

信息系统的互操作成熟度、互认知成熟度、技术成熟度的权重集为(w1,w2,w3)(利用层次分析法求解)，则信息系统体系成熟度等级评价模型为

SSRL=w1IORL+w2MKRL+w3STRL，

(18)

式中:SSRL的取值为[0,1]。

5 实例应用

以防空装备信息系统建设为例，验证本文方法的合理性和有效性。该防空装备信息系统包括侦察F1、收集F2、融合F3、指控F4和分发F5五个分系统，涉及的关键技术包括系统总体设计T1、雷达T2、数据融合T3、目标识别T4、作战对象规划T5和火力指控T6等技术，各项关键技术成熟度等级及TRL对各分系统的支撑关系如表6所示。

表6 关键技术对分系统的支撑关系

5.1评价结果计算

假设基于专家评估方法，已得到技术集成成熟度、分系统集成成熟度、分系统互操作属性成熟度、分系统互认知属性成熟度的等级评估值,取分系统、分系统互操作属性、分系统互认知属性之间的相对重要性为等权。其中：侦察分系统F1的技术集成成熟度等级为

收集分系统F2的技术集成成熟度等级为

融合分系统F3的技术集成成熟度等级为

指控分系统F4的技术集成成熟度等级为

分发分系统F5的技术集成成熟度等级为

分系统互操作属性成熟度等级为

分系统互认知属性成熟度等级为

根据本文提出的评价模型，计算得到5个分系统的互操作、互认知和技术成熟度等级矢量分别为

DSIORL=(0.933,0.900,0.867,0.900,0.900)T；

DSMCRL=(0.920,0.880,0.880,0.920,0.960)T；

DSSTRL=(0.799,0.840,0.741，0.762，0.820)T。

其中：5个分系统的标准化技术成熟度等级矢量分别为(0.852,0.775,0.778,0.793)T、(0.833,0.846)T、(0.716,0.765,0.683,0.798)T、(0.704,0.772,0.775,0.701，0.857，0.763)T和(0.852,0.794，0.815)T。

因此，信息系统的互操作、互认知和技术成熟度分别为IORL=0.900、MCRL=0.912和STRL=0.792，信息系统的体系成熟度为ISRL=0.868。

5.2评价结果分析

根据上述评估流程及计算结果，可得以下结论：

1)体系成熟度ISRL表征了信息系统潜在的成熟水平，通过其可比较不同信息系统的成熟度大小。

2)通过比较IORL、MCRL、STRL与ISRL的大小，可查找影响信息系统建设状态水平的短板问题。本例中由于STRL

3)通过对分系统互操作、互认知和技术成熟度等级矢量进行类似的大小比较，分别可查找影响其建设状态水平的关键分系统。如：对于本例中分系统互认知成熟度等级矢量，由于MCRL2

图2 信息侦察分系统技术成熟度分布

6 结论

以单项技术成熟度、技术集成成熟度和系统集成成熟度等为基础，综合考虑互操作、互认知和技术成熟度之间以及分系统之间的相对重要性，构建了基于集成的信息系统体系成熟度评价框架及相应模型。该信息系统体系成熟度评价方法是针对特定的信息系统进行体系成熟度评价，为信息系统体系成熟度评价提供了一种新思路、新方法，还需进一步完善细化，如：信息系统的组成分系统划分及对模型的影响、互操作和互认知成熟度等级的量化判别、评价模型的权重算法等。

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(责任编辑: 尚彩娟)

AnIntegratedApproachtoSoSReadinessAssessmentofInformationSystem

KE Hong-fa1, GUO Dao-tong2, CHEN Dian-bin2, ZHU Ji-lu1

(1. Department of Equipment Test, Equipment Academy, Beijing102206, China;2. Department of Postgraduate Management,Equipment Academy, Beijing101416, China)

Aiming at the assessment of information systems’ development level, an integrated approach to technology readiness assessment of information system architecture is put forward. SoS readiness of information system is divided into three readiness components, which are technology, interoperability and mutual cognition readiness. Basic architecture and thinking of SoS readiness assessment are introduced. A weighted SoS readiness assessment model of information system is set up. Interoperability and mutual cognition readiness level assessment models are proposed. In consideration of subsystems integration readiness constraints, interoperability and mutual cognition readiness assessment models of information system are set up. Similarly, in consideration of single technology integration, technology readiness assessment models of subsystem and information system are set up. Finally, the rationality and availability of the method is validated by an example of information system readiness assessment of air defense equipment.

SoS readiness; information system; interoperability; mutual cognition; technology readiness; integration readiness

1672-1497(2017)04-0080-07

2017-03-31

军队科研计划项目

柯宏发(1969-)，男，教授，博士。

N94

：ADOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2017.04.016