任务驱动的集群无人机RMS分析与评估技术课件 5 集群无人机任务系统概念模型研究

5集群无人机任务系统概念模型研究CONTENTS目录5.1任务系统概念建模分析5.2任务系统层次结构模型及其建模方法5.3任务时序模型及其建模方法5.4任务逻辑关系模型及其建模方法5.5任务系统概念模型示例5集群无人机任务系统概念模型研究

任务系统概念建模运用图形、文字、表格标准化语言，抽象描述使用任务，包括阶段任务、关系及参数。概念建模方法基于任务系统概念建模需求，提出建模方法，为无人机体系可靠性研究提供规范任务信息。任务系统概念建模分析5.15.1.1需求分析

任务系统概念建模依据任务系统概念建模的依据是任务方案、任务计划或作战想定。

模型需求点一任务系统概念模型需描述无人机体系各层任务，表达相邻层次任务间相互影响，以分析最终任务目的与各层阶段任务完成情况的关系。

模型需求点二任务系统概念模型需反映阶段任务间的邻接关系、时序关系及关系动态变化特点。

模型需求点三任务概念模型要规范易懂、简洁实用，便于在理解体系行为过程上达成一致，容易让不同的人员掌握和利用。5.1.2概念模型任务系统模型概述

任务系统概念建模描述对象包括任务系统层次、阶段任务、邻接及逻辑关系，需多模型互补集成。

模型类型主要包括层次结构、时序和逻辑关系三类模型，共同完成任务系统描述。5.1.2概念模型

（1）任务层次结构模型任务层次结构模型是对各层任务及其隶属关系的规范化描述，用于反映任务系统的层次结构。

（2）任务时序模型任务时序模型是对阶段任务、要求、邻接关系的规范化描述，用于描述阶段任务间邻接关系和阶段参数。

（3）任务逻辑关系模型任务逻辑关系模型是对上下层阶段任务间逻辑关系的规范化描述，反映下层任务对上层任务的影响。5.1.3建模方法

从工程角度来讲，任务的建模方法包括建模语言和建模过程两大部分5.1.3建模方法1．建模语言

任务系统概念建模分析需明确表达层次、时序与逻辑关系，选择适合需求的建模语言，支持模型检验与重用。

建模语言分类分为通用与专用建模语言，如UML、SysML适应多领域，PSL专用于制造过程描述，需根据系统特性选用。5.1.3建模方法

2．建模过程任务系统概念建模过程需结合模型特点和建模语言提出，3种模型各有特点，需分别研究其建模过程。任务系统层次结构模型及其建模方法5.25.2任务系统层次结构模型及其建模方法任务系统特性层次结构明确，上层任务约束下层，下层支撑上层，体现系统整体性和关联性。建模方法要点描述各层任务，反映层次关系，确保模型准确表现任务系统特性。5.2.1描述元素任务系统层次结构模型的描述元素主要有任务节点、连接线和任务参数表

1．任务节点任务节点是无人机体系各层次任务，是任务系统层次结构模型基本元素，用带边框字符表示，名称可用专业语言描述。

2．连接线连接线反映了任务之间的层次和隶属关系，用带单箭头的直角折线段表示。

3．任务参数表任务参数是层次结构模型重要组成部分，各任务属性构成其基本属性和信息，虽内容、种类及描述参数多样，但可用统一结构化表格描述。5.2.2语法规则任务节点与连接线规则任务节点与连接线组合表示任务层次和隶属关系，箭头端任务由箭尾端任务分派而来。连接线使用限制相邻层次的任务节点可用连接线连接，层次不相邻或具有相同父节点的节点不能用连接线连接。模型结构规则模型中只能有一个顶层任务节点；除顶层外每个任务有父节点，除最底层外每个任务有子节点。5.2.3建模步骤01分析体系各层任务依据任务方案中指挥体系设置、兵力编成和装备的使用特点和方式，确定出体系各层的任务。02绘制任务节点及层次连接线构图是绘制任务系统层次结构模型的过程，包括绘制任务节点、按层次和隶属关系组织节点、描述任务参数。03绘制并填写任务参数表格按照任务方案中对各个层次任务及其要求的描述，采用规范化的参数表格对任务描述。04检验模型检验模型是检验正确性和有效性。正确性指模型无错、符合语法、准确表达意思；有效性指正确反映任务层次隶属关系，准确描述意图、决心和目的。未通过需重新进行第1步。任务时序模型及其建模方法5.35.3.1建模分析任务时序模型描述各阶段任务及关系，规范任务流程，体现连续性和时序性。建模分析分析阶段任务目的，考虑使命任务制约，评估阶段任务完成对整体影响，展现逻辑与时序关系。1.邻接关系分析阶段任务有确定型和概率型两种基本邻接关系，可细分且因传递性能组合复杂邻接关系。2.时序关系分析阶段任务时序关系分串行（无交叉，含超前、汇合）和并行（有交叉，含期间等5类）。5.3.2任务分解为了建立任务时序模型，需要将任务进行分解成一系列的阶段任务。任务分解过程中需要参考任务方案或计划5.3.2任务分解1．任务分解的原则

任务分解原则遵循实际使用流程，确保任务描述与现实一致，考虑无人机可靠性及保障需求，适应不同层次任务特性，体现装备使用特点。阶段任务命名命名应直观反映任务内容与特点，避免使用含任务目的、战术技术、部队类型词汇，确保名称清晰明了。5.3.2任务分解

2．任务分解的过程以概率型邻接关系为分割点分大任务段落，再分解成满足时序模型的阶段任务。5.3.2任务分解3．阶段任务的界定标准

任务分解原则合理界定阶段任务，避免低水平重复，考虑可靠性和保障，平衡任务描述清晰度与工作量。

体系层阶段任务以任务阶段变化时刻界定，便于整体理解体系任务段落，适应复杂协同变化。

集群层阶段任务依据目标、行动性质或兵力使用变化界定，如火力打击群分解为准备、输送、集结等阶段。

平台层阶段任务基于装备功能系统间任务可靠性关系变化界定，满足系统可靠性和维修性需求。5.3.3建模语言本节主要针对任务时序模型的特点，研究建立任务时序模型所需的描述元素和使用规则5.3.3建模语言：1.描述元素任务时序模型组成模型含阶段任务、标识与邻接节点，反映任务推进，参数表量化任务，注释辅助说明。节点分类分阶段任务、标识与邻接三类节点，阶段任务为基本元素，标识节点标示起止，邻接体现任务关系。5.3.3建模语言2.语法规则

任务时序模型组合阶段任务节点与时序连接线，表达串行与顺序邻接，遵循特定语法规则。邻接节点使用规则成对出现，邻接汇节点与源节点配对，表示概率型邻接关系，包括条件、分支与循环邻接，可相互嵌套用于复杂分支建模。5.3.3建模语言3.结构规则

任务时序模型结构规则模型禁止单独元素存在，需组合描述，执行主体统一，参数表详述，允许多路径但单起止点，条件设定防无效与死锁。

任务时序模型时间约束顺序邻接任务不重叠，持续时间为并集；概率邻接不占时，汇节点后任务与源节点前任务时间对齐。

任务时序模型化简规则针对同类型邻接节点简化，合并条件，删多余节点与连线，保持模型直观易读，异类型节点化简视情况而定，不减可读性不简化。5.3.4建模步骤

1．分解体系任务任务分解是依据任务方案将体系任务过程在时序上分解成阶段任务并确定要求，仅用于建立体系任务时序模型。

2．绘制阶段任务序列将阶段任务按照时顺和邻接关系，用阶段任务节点、邻接节点和时序连接线组织绘制出来。

3．绘制并填写阶段任务要求的参数表格在明确阶段任务要求的基础上，对阶段任务要求用相关的参数表格进行描述。

4．检验模型检验模型是对模型合法性和有效性的检查验证。合法性指模型无错误、元素使用符合语法规则；有效性指模型能准确描述体系任务过程及意图等，不扩大不缩小。未通过需重新进行第1步。任务逻辑关系模型及其建模方法5.45.4.1建模分析任务逻辑关系模型是对上下层阶段任务之间逻辑关系的规范化描述，需要满足以下需求5.4.1建模分析任务逻辑关系模型要能够表述各种逻辑关系（1）逻辑关系模型体系高层任务与低层任务间的关系，包括与、或、表决、冷储备，体现任务成败关联。①与关系高层任务需所有低层任务成功方为成功，任一失败即失败。②或关系高层任务在任一低层任务成功时即视为成功，仅当全失败时才失败。③表决关系高层任务在k个及以上低层任务成功时成功，形成k/n关系。④

冷储备关系低层任务按序执行，首任务失败后由储备顶替，全失败时高层任务失败。5.4.1建模分析

01（2）在任务执行过程中，体系相邻层次之间逻辑关系随着阶段任务的变化而变化，因此任务时序模型中的每个阶段任务都要有与其对应的逻辑关系模型。平台层的无人机系统从装备保障分析的角度来看是不可再分割的整体，直接反映了装备综合运用情况，因此其任务时序模型中的阶段任务就没有相对应的逻辑关系模型

02（3）任务逻辑关系模型反映的是在体系的阶段任务期间，低层的阶段任务如何影响高层阶段任务的，因此逻辑关系模型要把阶段任务期间内每个低层任务过程给描述出来5.4.2建模语言本节主要针对任务逻辑关系模型的特点，研究建立逻辑关系模型所需的描述元素和使用规则

1.描述元素逻辑关系节点分与、或、表决、冷储备四种，有源节点和汇节点；阶段任务节点同时序模型表示；时序连接线带单箭头，逻辑连接线为直线段或折线段。5.4.2建模语言：2.语法规则

任务逻辑关系模型需配合使用不同元素，遵循语法规则，逻辑关系节点成对出现，组合内用时序和逻辑线连接。

逻辑关系节点使用可嵌套表示多组合间关系，避免割断任务过程，反映高层与低层任务间逻辑。5.4.2建模语言3.结构规则

模型结构规则避免孤立元素，多任务需按时序规则描述，保持逻辑清晰。

模型化简规则同类型源或汇节点可化简，用时序线直连前后节点，提升模型可读性，酌情操作避免复杂度增加。5.4.3建模步骤

任务逻辑关系模型阶段任务对应逻辑关系，时序决定模型数量，一一匹配原则。

建模步骤识别阶段任务，构建时序框架，对应建立逻辑关系模型，确保任务衔接。5.4.3建模步骤

1．任务分解体系层、集群层阶段任务对下层复杂，分解需遵循界定标准，满足可靠性和维修性建模，下层任务时间不跨上层且起止时间一致。

2．绘制每个下层的阶段任务节点构图是绘制逻辑关系模型的具体过程，包括绘制下层的阶段任务节点、邻接节点，形成下层的阶段任务序列。

3．绘制逻辑关系符号分析高层与下层阶段任务序列的逻辑关系，用逻辑关系连接线和节点组织连接下属层次阶段任务序列。5.4.3建模步骤4．检验模型

检验模型检查模型合法性和有效性，确保元素使用合规，如实反映装备协同，未通过需重做第一步。

建模流程针对单阶段任务建立逻辑关系模型，完成后再从时序模型第二步起，为各下属装备建立任务时序模型。任务系统概念模型示例5.55.5任务系统概念模型示例

任务系统概念模型示例基于混合型集群无人机，包括1侦察系统（3架侦察机），2攻击系统（各4架攻击机）。5.5任务系统概念模型示例：1．任务系统层次结构模型示例集群无人机任务参数，分别见表。5.5任务系统概念模型示例2．集群无人机任务时序模型集群无人机自主察打任务时序以顺序结构为主，侦察未搜索到目标则返航，识别到目标则定位引导攻击，多目标时突防打击循环直至目标清单为空。

5.5任务系统概念模型示例：3．集群无人机各阶段任务的逻辑关系模型

01集群无人机自检任务下面给出集群无