數據建模用于定義和分析數據要求，支持信息系統設計的過程。裝備管理數據建模主要用于兩個方面，一是支撐裝備管理信息系統建設和數據交互，二是服務于裝備大數據業務分析所需的數據結構框架。技術發展促進信息系統的升級換代，數據是可繼承的資產，需要持續維護、管理、分析和挖掘；數據建模是信息系統設計和業務分析的核心要素，直接影響系統的架構設計和技術特性；所以，深入剖析業務本質，抽象對象模型表達，設計科學、合理、可擴展的數據架構和數據模型，是數據資產建設的基礎，是業務系統設計的重中之重。作戰裝備結構復雜、研制周期較長，裝備管理涉及要素多，不同裝備類型研制管理模式和部門分工不同，依照業務流程設計的信息系統結構和邏輯也不盡相同，在數據交互和關聯分析時，出現信息融合困難、關聯度低等問題，歸根到底還是數據建模是否科學、合理，包括是否頂層設計、合理抽象、橫向考慮、適當超前超寬規劃等。

體系結構設計方法體系

結構框架是體系結構設計方法學的別名，為開發、描述和溝通體系結構提供指南、模型和規則。最早是上世紀80年代J.A.Zachman提出的企業體系結構框架“扎克曼框架”，面向作戰美國國防部先后開發了C4ISR和DoDAF體系結構框架[1]，基于美國國防部的信息管理技術架構The Open Group組織開發了面向復雜組織信息系統設計參考的企業架構框架TOGAF等。體系結構框架提供了信息系統設計和實施的一般方法和步驟，其中對數據框架和模型都有不同程度的單獨論述，作為方法論都可以作為數據建設自頂向下設計、循環迭代開發的參考，也為數據建模提供了頂層視圖和全局思維方式。

01?TOGAF 開放組織結構框架

TOGAF是用于開發組織架構的一套方法和工具，支持最佳實踐和一套可重用的架構資產。它將架構域分為四個關鍵領域：

1）業務架構，定義業務戰略和組織，關鍵業務流程以及治理和標準；

2）應用架構，為部署各個系統提供藍圖，包括應用程序系統之間的交互以及與基本業務流程的關系；

3）數據架構，記錄邏輯和物理數據資產的結構以及任何相關的數據管理資源；技術架構，描述了支持關鍵任務應用部署所需的硬件，軟件和網絡基礎架構[2]，如圖1所示。其中，數據架構，需要清晰理解業務功能、流程和服務如何使用數據實體，以及在哪里如何創建、存儲、傳遞、轉換數據。

圖1 TOGAF關鍵領域架構

圖2 DoDAF 體系架構六步法

參考步驟如下：

1）選擇參考模型、視角和工具，包括確定總體建模流程、識別所需的數據構建塊目錄集、識別所需的矩陣和圖、識別待收集的需求類型，形成數據目錄集、數據權限矩陣、數據實體業務功能矩陣、實體關系圖和類圖、數據架構視圖（概念數據圖、邏輯數據圖、數據傳播圖、數據生命周期圖、數據遷移圖、數據安全圖）、數據需求類型等。

2）開發數據架構描述，包括基線描述、目標描述、差距分析、候選路線圖、分析架構影響、利益攸關者審視、確定數據架構、定義架構文件，形成業務數據模型、邏輯數據模型、數據管理流程模型、數據實體業務功能矩陣、數據交互需求等。

3）輸出結果細化和更新，包括草擬的架構工作說明、數據原則、架構定義文件、架構需求規范，和數據實體/數據組件目錄、數據實體/業務功能矩陣、應用/數據矩陣、概念/邏輯數據圖、數據傳遞/安全圖、數據遷移圖、數據生命周期圖。TOGAF給出模板式數據架構設計方法，銜接業務、應用和技術架構，保證需求和架構的整體性、步驟和操作的規范性，且要素齊全，是信息系統正向設計的規范表達，在信息系統設計數據建模過程中可直接參考。

02?DoDAF 美國國防部體系結構框

架美國國防部體系結構框架(DoDAF)2.0版是一套頂層的、全面完整的框架和概念模型，聚焦于關鍵國防部決策者所需的體系結構數據和信息[3]。DoDAF V2.0提供了體系結構開發6步方法論、DM2本體模型、概念模型和元模型數據組、視角和模型[4-5]。美國國防部 DoDAF是以數據為中心的體系結構設計方法，通過典型的全景、能力、數據和信息、作戰、計劃、服務、標準、系統等8個視角為各利益相關方提供決策視圖，構建了一套數據建模方法支撐數據采集、匯總、分析、展示，包括：

1）基于DM2基礎本體的數據建模方法論，將頂級基礎本體元素抽象為事物、個體、類型、組合；

2）將整個國防部領域對象概括為條件、規則、活動、資源、能力、計劃、位置等 24個關鍵概念，形成概念級體系結構框架數據元模型，見圖3；

3）按照業務概念域描述概念關系，形成執行者、資源流、信息和數據、規則、能力、服務、組織結構、譜系等11個數據組和52個視角模型；在數據交互規范中，給出領域概念和概念關系的全貌。

DoDAF 以數據為中心的體系結構方法，非常適合大數據建設或決策系統建設參考。其定義的DM2基礎本體、領域概念、領域概念關系，是自頂向下、高度抽象的建模方法，保證整個數據模型的體系性和一致性；其定義的數據組元模型描述、視圖元模型圖，是對業務領域實體及關系的描述，信息系統設計數據建模可直接參考。

圖3 DoDAF2 概念數據模型

數據建模抽象方法

根據GB 18391和GB 32392中的定義，元數據是定義和描述其他數據的數據，元模型是描述模型的模型。在信息技術標準中，元是相對的概念，是對數據、結構進行抽象的表達，以適應信息系統的設計和開發。

01?元數據概念與標準

GB 18391《信息技術 元數據注冊系統》系列標準是對元數據注冊系統的一個定義，用于管理數據的語義。包含六個部分：

1）第一部分對數據的表示、概念、含義以及它們之間的關系進行形式化描述，使任何機器都能理解；

2）第二部分確定了一系列原則、方法和程序，用于規范在為各類管理項與一個或多個分類方案間建立關聯時至少要的記錄信息；

3）第三部分規定了數據元的基本屬性，包括定義、說明及內容等，保證對數據元有共同的認識；

4）第四部分規定了構建數據和元數據定義的要求與建議；

5）第五部分規定了對數據元概念、概念域、數據元和值域等管理項的命名和標識；

6）第六部分規定了對不同應用領域的管理項進行注冊和賦予國際唯一標識符的規程。標準的第一部分給出了數據元的基本模型，包括數據元概念和表示，其中概念又由對象類和特性組成，見圖4。

圖4 數據元的基本模型

對象類是我們希望采集和存儲數據的事物，對應描寫對象模型中的類，對應實體-關系模型中的實體；特性對應類和實體中的屬性。這就是信息系統數據建模的抽象用法和基本概念，可直接用于裝備管理的數據建模。標準的第三部分給出了數據元屬性的常規描述符集，包括名稱、定義、約束、條件、最多實例數、數據類型、最大長度、字符集、語言和備注等；和數據元屬性的基本屬性，包括標識類、定義類、關系類、表示類和管理類等。在數據建模的過程中，定義、關系和表示類的屬性是基本要求，標識和管理類的屬性在建大系統的數據模型過程也要遵循。

02?元對象設施與標準

GB 32913《信息技術 元對象設施》定義了元模型、接口集合，可以用來定義和操縱一組可互操作的元模型以及它們對應的模型。它是一種抽象語言，用于說明、構建和管理技術中立的元模型；是一種框架，用于實現擁有由元模型描述元數據的存儲庫和集成框架。MOF 研究的中心主題是元數據管理的可擴展性，提供支持任何種類的分層元數據框架，給出了經典的四層建模體系結構，通過遞歸地將語義應用到不同層次上，完成語義結構的定義，為元模型擴展以及實現提供體系結構基礎，如圖5所示。

圖5 MOF 典型四層建模結構

每層具體描述如下：

1）信息(對象)層 (M0)的信息包含了用戶希望描述的數據。

2）模型層(M1)包含了描述實例層數據的元數據。元數據聚在一起形成了模型。

3）元模型層 (M2)包含定義了元數據結構和語義的描述信息(即元元數據)。元元數據聚在一起形成的元模型是一種抽象語言，可以用來描述不同類型的數據。

4）元元模型層(M3)包含描述元元數據結構和語義的描述信息。換句話說,這是定義不同類型元數據的“抽象語言”。構建適用于裝備全壽命周期管理數據建模的元模型，按應用領域泛化形成業務數據模型，對應的裝備全壽命周期數據模型的M0、M1、M2層見圖6。

圖6 MOF 技術映射

1）M0層信息包含了裝備管理信息系統存儲的各類裝備、器材、計劃、項目等的具體數據；

2）M1層包含了描述實例層數據的元數據，聚在一起形成預研科研、采購接裝、使用維護、退役報廢等數據模型；

3）M2元模型層定義裝備管理所需的元數據結構和語義的描述信息。裝備管理數據建模工作量大、涉及要素眾多，建立規范一致的建模規則和具有普適性參考模型意義重大，可保證具體業務領域數據建模過程中的一致性和體系性。DoDAF中的DM2本體模型本質上就是所有數據模型的元模型，支撐各種具體對象和業務的數據建模，保證美國國防部規劃、指揮、采辦、保障等系統數據匯總分析和共享交互。

數據模型管理與評價

體系架構設計方法強調迭代完善，數據管理和數據模型管理也是其中的一個方面。DAMA國際和GB36073中，都將數據模型迭代設計和評價完善作為一個重要內容。

01?DAMA 數據建模與設計過程

國際數據管理協會（DAMA國際）編制的《DAMA數據管理知識體系指南》將數據建模定義為發現、分析和確定數據需求的過程，用數據模型的精確形式表示和傳遞這些數據需求。

1）在建模方法中，推薦了關系、多維、面向對象、事實、時間序列和NoSQL等6種表示模式，概念、邏輯、物理等3層模型，描述了數據建模和設計過程的基本概念、目標和原則。

2）在規范化抽象化要求中，DAMA強調規范化和抽象化，規范化強調了每個屬性只在一個位置出現，以消除冗余和不一致性，對應于每個層次的主鍵和外鍵，闡述了三范式、BCNF 范式和四五范式；抽象化強調了對重要和本質屬性的保留，對細節的移除，以便更廣泛情況下的擴展性，包括泛化和特化、超類和子類的運用，使模型具有良好的擴展性、減少冗余。

3）在建模活動中，DAMA強調了建模規劃、正向逆向建模、模型審核、模型維護等過程，把模型作為長期工作保持最新狀態[6]。詳細見圖7。裝備管理領域龐大，其數據模型的確需要一個數據組織進行全壽命周期的管理和維護，一方面保證業務需求對數據的正確理解，另一方面管理數據模型的狀態有效性。良好的數據建模能夠降低開發和維護成本，增加未來需求重復利用的可能性。

圖7 DAMA 數據建模設計

02?能力成熟度模型評價方法

GB 36073《數據管理能力成熟度評估模型》是對組織和機構進行數據管理能力成熟度評估的標準方法，規定了從數據戰略、治理、架構、應用、安全、質量、標準和生存周期等8個能力域進行評估。與數據模型有關的在數據架構和數據標準中描述。1）數據架構包括數據模型、數據分布、數據集成與共享、元數據管理等4個部分，其中數據模型從粒度上分為主題域、概念、邏輯和物理模型，從應用上分為組織級和系統應用級數據模型，過程上包括收集和理解數據需求、制定模型規范、開發數據模型、數據模型應用、模型符合性檢查、模型變更管理等。2）數據標準包括業務術語、參考數據和主數據、數據元、指標數據等4個部分，業務術語是組織內部理解數據、應用數據的基礎，數據元標準保證數據擁有者和使用者對數據有一致的理解。能力成熟度評價模型一定程度上就是數據管理的目標，其中對數據模型的要求就是數據建模的目標。裝備管理數據建模也要能夠指導裝備應用系統的結構設計、編制數據模型規范指導數據模型開發、建立統一數據資源目錄方便數據查詢應用、跟蹤預測需求變化和屬性同步更新機制。

裝備管理數據建模建議

01?裝備數據建模需求目標

不管是TOGAF還是DoDAF，都強調對組織戰略目標的支持和系統循環迭代的過程。裝備工作的核心問題是解決“任務目標”與“裝備資源”之間的矛盾性問題，即圍繞面向作戰的要求，以作訓任務的保障和完成為目標、以裝備能力的生成與保持為導向，對各類資源進行優化調配和使用。裝備全壽命周期管理數據建模主要面向信息系統研制和大數據建設需求，在業務層面，數據建模應能夠表達裝備管理計劃與狀態的偏差、裝備系統能力與結構組成；在技術層面，數據模型應能夠滿足裝備系統與管理業務數據間的集成交互、多維跨域的數據橫向關聯分析和多層次的數據決策支持。

02?裝備管理數據資源體系

對應于DAMA和數據管理能力成熟度評價標準，對組織架構、業務流程和數據要素等的全面性、關聯性、追溯性等提出整體宏觀的要求，如數據目錄、數據需求等的組織和記錄。裝備工作是一個多層次、多維度的業務體系，立體交織，融匯一體。可從三個維度對數據資源體系進行分析梳理：一是管理維度，以規劃計劃為中心調配資源、安排項目，在規定的時間、經費約束條件下，確保使命任務和戰略目標的實現；二是全壽命維度，主要包括需求變更、研制狀態、列裝部署、使用維護、退役報廢等方面；三是對象維度，按照配套形成能力的各類裝備資源或管理對象進行細分。系統分析裝備全壽命周期管理全業務過程，梳理裝備全壽命周期數據來源、分布和形態，形成科學合理地裝備數據目錄；深入剖析裝備內外部數據及其關聯，標記數據之間的關聯關系，圍繞裝備管理業務和裝備系統能力兩條主線，形成范圍覆蓋全面、要素關聯一體的裝備全壽命周期數據資源體系[7]。

03?裝備管理數據模型設計

GB 18391元數據和GB 32913元模型的建設一般步驟都對數據的描述、模型的抽象、格式的規范等提出要求，尤其是元模型的四層結構及其逐層抽象描述的嚴謹邏輯，有力保證了整個數據模型的體系性和一致性。首先，根據裝備數據資源體系的劃分，抽取與裝備全壽命周期管理密切相關的對象，并將對象分類和抽象。構建適用于裝備管理數據建模的元模型，為數據建模提供規則和約束。參考MOF，構建裝備管理元模型，至少包含以下幾個元素：

1）對象，包括裝備、器材、設備等實體和采購、維修、訓練等活動；

2）關系，包括包含、前后時序、重疊、超子等關系；3）屬性，對象和關系的描述，如名稱、編號（型號）、價格、時間、地點等；4）約束，是業務層面的規則和限制，如制度、規程、有效構型狀態等。其次，建立裝備管理業務和系統能力兩個核心參考模型，抽象概況出裝備管理普適性的對象關系，用于具體業務領域數據建模的參考。

1）裝備管理業務的核心是在有限資源、時間等約束下，綜合軍隊和研制部門力量，規劃開展提升裝備技戰術指標、裝備數量質量、保持和生成裝備戰斗力的管理活動。

2）裝備系統能力的核心是提高裝備系統作戰能力，包括圍繞戰斗力生成的裝備作戰能力、裝備編成與作戰能力、裝備狀態保持、人員訓練能力等。最后，根據具體業務流程分析結果，滿足元模型規則約束，參考裝備管理業務或系統能力參考模型，建立每個具體裝備業務的數據模型。以維修作業為例，通過頂層戰訓目標生成維修規劃和年度作業計劃，并下達給基層維修部隊，專業技術人員使用測試設備通過檢查確認裝備狀態，有故障發生時通過隔離、測試等定位故障件，參照維修規程進行復位、換件、調試、測試等操作，保持裝備的狀態和能力。如圖8所示。

圖8 裝備維修作業數據模型

04?裝備管理數據標準化

管理數據管理標準是對數據需求、模型表示、技術要求等以特定形式發布作為共同遵守的準則和依據，GB36073中數據標準是解決不同單位和不同用戶之間對業務術語、參考數據和主數據、數數據元、指標數據等定義和理解的一致性問題。裝備管理數據標準中的業務術語和數據元標準可以協同制定，同時要給出術語和元數據的管理制度，包括定義、審批、發布、維護的程序，以便在整個組織內統一管理、共享和應用；裝備管理數據建模的結果可以定期更新發布，也可以參考GB 32392《互操作性元模型框架MFI》標準對數據模型進行注冊管理。裝備管理數據標準的建設，需要組織各部門和研發各單位共建共享共用，建議采取以下措施：

1）首先，需要組織制定數據制度辦法，確立需求方和技術方的權責關系；

2）其次，需要制定頂層的規則規范，保證各類數據標準相互之間的一致性和規范性；

3）最后，用戶單位、需求團隊、技術團隊之間要通力合作，保證用戶要求和技術實現的符合性。

目前某工程數據標準僅定義了對象類和業務類數據模型，覆蓋的廣度和工程深入度都不夠，個別領域的用戶參與度、技術單位之間的協調等都比較缺乏，最后的實現和實施效果大打折扣。

結束語

數據建模在信息系統建設的設計階段，決定了整個數據架構的穩定性、易用性、靈活性和魯棒性，對后續裝備大數據建設影響深遠。裝備管理信息化建設是常建常新的復雜工程，數據作為信息化建設的成果體現和長期資產，需要體系結構設計保證其全面性、體系性，需要嚴謹的抽象建模方法保證規范性、可擴展性，需要一整套運行管理機制保證權威性、可持續性，這樣的數據才是能夠改善運行機制、提升管理效率、提高作戰能力的裝備資產。