一種信息系統的體系成熟度評價方法與流程
2023-06-14 02:18:11
本發明涉及信息系統評價技術領域，尤其涉及一種信息系統的體系成熟度評價新方法。
背景技術：
軍事信息系統將探測裝備、指揮裝備、信息化武器等各類作戰資源有機交聯在一體，以信息為主導，信息嵌入到物理域、認知域和社會域中，是涵蓋物理域、信息域、認知域、社會域的複雜巨系統。目前的技術成熟度大多側重於單一技術的評估，系統成熟度很少考慮各個單項技術之間、軍事信息系統組成分系統之間的相對重要性，難以對信息系統的成熟性進行全面評估。
技術實現要素：
為克服現有技術的不足，本發明針對軍事信息系統的集成性、融合性、滲透性、增值性等特徵，提供一種信息系統的體系成熟度評估方法。
為實現上述發明目的，本發明採用如下技術方案：
一種信息系統的體系成熟度評估方法，是通過信息系統的互操作成熟度、互認知成熟度和系統技術成熟度進行表徵，互操作成熟度、互認知成熟度和系統技術成熟度又取決於n項分系統的分系統互操作成熟度、互認知成熟度和技術成熟度，分系統技術成熟度又取決於相應支撐的單項技術成熟度和技術集成成熟度；
對各個層次的成熟度採用分級量化評估形式進行描述，信息系統體系成熟度用體系成熟度等級表示、互操作成熟度用互操作成熟度等級表示、互認知成熟度用互認知成熟度等級表示、系統技術成熟度用系統技術成熟度等級表示；分系統互操作成熟度用分系統互操作成熟度等級表示、分系統互認知成熟度用分系統互認知成熟度等級表示、分系統技術成熟度用分系統技術成熟度等級表示；單項技術成熟度則採用技術成熟度等級表示，技術集成成熟度用集成成熟度等級表示；各層次的成熟度分別與相應的風險相對應，即成熟度等級越高，風險越低；成熟度等級越低，風險越高；採用從下至上依次建立各個成熟度等級評價模型；首先需要建立單項技術成熟度等級、集成成熟度等級到分系統技術成熟度等級的聚合模型；然後考慮n項分系統的相對重要性，分別建立分系統互操作成熟度等級、分系統互認知成熟度等級和分系統技術成熟度等級到互操作成熟度等級、互認知成熟度等級和技術成熟度等級的聚合模型；最後建立互操作成熟度等級、互認知成熟度等級和技術成熟度等級的聚合模型，從而得到信息系統體系成熟度評價結果；
信息系統是由n項分系統組成的複雜系統，分系統之間存在兩兩交互關係，採用線性加權的思想建立聚合模型，其中的權重採用網絡化層次分析法，以反映分系統之間交互關係；具體的信息系統體系成熟度評價步驟如下：
①確定信息系統的分系統組成及關鍵技術；②分析信息系統的互操作成熟度、互認知成熟度和系統技術成熟度之間的相對重要性，基於層次分析法求解權重向量；③分析信息系統各個分系統之間的交互關係，構建權重的網絡化判斷矩陣，求解分系統的權重向量；④分析各分系統內部技術結構及集成關係，基於成熟度標準制定分系統的集成成熟度和技術成熟度等級標準；⑤依據定義的等級標準，確定各分系統的單項技術成熟度與技術之間的集成成熟度；⑥計算各分系統的技術成熟度，確定各分系統的互操作成熟度和互認知成熟度；⑦計算信息系統的互操作成熟度、互認知成熟度和技術成熟度；⑧計算信息系統的體系成熟度；
其中的分系統成熟度評價模型，信息系統分系統成熟度表徵了分系統發展演化的狀態和水平，是體系成熟度評價的基礎，根據信息系統體系成熟度評價的步驟，首先對分系統成熟度的評價；
1)、.技術成熟度等級及評價，單項技術成熟度和技術集成成熟度是信息系統體系成熟度分析的基礎，單項技術成熟度和技術集成成熟度等級決定了體系成熟度的高低；通常將單項技術成熟度劃分為多級：從小到大，技術成熟度水平越來越高；
a.發現與報告基本原理，b.闡明技術方案和或應用，c.驗證技術方案的關鍵功能和特性，d.在實驗室環境中驗證基礎部件/原理樣機有效，e.在實際使用模擬環境中驗證部件/原理樣機有效，f.在實際使用模擬環境中驗證系統/分系統模型或原理樣機有效，g.在使用環境中驗證系統樣機有效，h.真實系統通過測試與驗證，i.真實系統通過多次任務的應用驗證；
技術集成成熟度表徵了兩項技術之間的可集成狀態，通常將技術集成成熟度劃分為多級：從小到大，技術集成成熟度水平越來越高；
a.通過充分、詳細的描述識別技術間的接口，b.通過接口，兩種技術之間存在一定的相互作用，c.技術間可進行有序、充分地集成與交互，具有兼容性，d.對技術間集成的質量與保證細節描述很充分，e.對技術間集成的確立、管理和終止能有效控制，f.為達到預期應用，集成技術可被接收、轉換並配置信息，g.技術集成已經過詳細的校核和驗證，認為是可行的，h.在系統環境下，實際集成完成了試驗與演示，並達到任務要求，i.集成通過成功的任務實施得到了驗證；
假設在信息系統第i(i＝1,2,…,n)項分系統共涉及到j項關鍵技術，且每一項關鍵技術已知各自的技術成熟度等級，則有技術成熟度等級矢量
對j項關鍵技術進行兩兩之間的集成成熟度分析，相同技術之間可完全集成，則建立第i項分系統的技術集成成熟度等級矩陣
式中取為9級。
則計算第i項分系統的技術成熟度等級矢量
第i項分系統中每一項關鍵技術所集成的技術數量不同，假設第k(k＝1,2,…,j)項技術所集成的技術數量為ik，則有第i項分系統的標準化技術成熟度等級矢量
則第i項分系統的技術成熟度表示為
2)、互操作成熟度等級及評價，為了更易於理解信息系統的軍事活動載體特徵以及基本信息系統的體系作戰能力本質，採用增強型互操作成熟度模型評估信息系統的互操作成熟度；其軍事信息系統的6個級別：
名稱：隔離級，入門級，功能級，集成級，協作級，適應級；
結構：無結構設計，結構方法，項目體系結構，工程體系結構，聯合體系結構，融合體系結構；
應用：手工作業，孤立程序，程序數據分離，構件化，服務化，敏捷化；
設施：獨立，點到點連接，局域連接，廣域連接，柵格連接，定義連接；
安全：物理隔絕，端點防護，局域防護，廣域防護，跨域防護，免疫防護；
運維：手工運維，端設備運維，局域運維，廣域運維，聯動運維，定義運維；
數據：私有模型，程序模型，功能模型，領域模型，跨域共用，柔性構造；
其中的結構屬性是對信息系統體系結構方法成熟度的評價，應用屬性是對軟體互操作能力的評價，設施屬性是對網絡互操作能力的評價，運維屬性是對信息資源調度能力的評價，安全屬性是對安全保密成熟度的評價，數據屬性是對數據結構建模成熟度的評價；
針對第i項分系統，假設上述互操作屬性對互操作成熟度的貢獻權重分別為各個屬性的成熟度等級分別為則第i項分系統的歸一化互操作成熟度表示為
3)、互認知成熟度等級及評價，利用互認知成熟度等級評價信息系統的互認知能力，借鑑互理解和互遵循成熟度模型，建立互認知成熟度等級模型；
名稱：隔離級，入門級，功能級，集成級，協作級，適應級；
制度/規則：默認傳統規章，局部制度/規則，部門制度/規則，領域制度/規則，跨域制度/規則，適應制度/規則；
態勢：手工作業，態勢基準，知識分類架構，領域架構，關聯架構，全景架構；
決策：文字表述，文/圖表述，基本決策要素，領域決策要素，協作決策要素，適應性要素；
指控：經驗指控，末端指控，基礎指控，領域指控，聯合指控，敏捷指控；
監察/評估：無監察/評估，運動式評估，周期式評估，制度式評估，聯合評估，適應性評估；
其中的制度/規則屬性是對信息系統的知識表徵等規範落實範圍和程度的評價，態勢屬性是對信息系統基於知識結構的基準性、一致性、關聯性等表徵戰場態勢程度的評價，決策屬性是對信息系統基於決策要素的基準性、一致性、關聯性等準確表徵決策知識程度的評價，指控屬性是對信息系統基於指控基準知識準確表徵指揮控制過程的評價，監察/評估屬性是評價信息系統各種能力和措施落實的成熟度；
針對第i項分系統，假設上述互認知屬性對互認知成熟度的貢獻權重分別為各個屬性的成熟度等級分別為則第i項分系統的歸一化互認知成熟度表示為
4)、分系統權重，在對分系統互操作成熟度、分系統互認知成熟度、分系統技術成熟度進行聚合時，利用權重表示子系統對體系的重要程度；信息系統中的n項分系統由於信息交互和共享關係，它們是相互聯繫、相互影響的，採用網絡層次分析法能很好地處理、反映各個分系統之間的相互重要性程度；基於網絡層次分析法的1～9標度對分系統進行量化，通過計算網絡的兩兩比較判斷矩陣、構建無權超矩陣和加權超矩陣、計算極限超矩陣，最後進行綜合排序得到權重值；假設求得n項分系統的權重向量為w＝(w1,w2,…,wn)；
其中的體系成熟度評價模型，基於加權求和的方法，對信息系統分系統互操作成熟度、分系統互認知成熟度、分系統技術成熟度進行聚合，分別得到信息系統的互操作成熟度、互認知成熟度、技術成熟度如下：
利用權重集(w1,w2,w3)表示信息系統的互操作成熟度、互認知成熟度、技術成熟度的相對重要性，則有信息系統體系成熟度等級評價模型
isrl＝w1·iorl+w2·mkrl+w3·strl(11)
式中isrl的取值範圍為[0,1]，綜觀上述評估流程，體系成熟度評估了給定發展階段下信息系統的潛在成熟水平，是基於該值比較不同信息系統的成熟度大小。
由於採用如上所述的技術方案，本發明具有如下優越性：
一種信息系統的體系成熟度評估方法，是採用從下至上依次建立各個成熟度等級評價模型；首先需要建立單項技術成熟度等級、集成成熟度等級到分系統技術成熟度等級的聚合模型；然後考慮n項分系統的相對重要性，分別建立分系統互操作成熟度等級、分系統互認知成熟度等級和分系統技術成熟度等級到互操作成熟度等級、互認知成熟度等級和技術成熟度等級的聚合模型；最後建立互操作成熟度等級、互認知成熟度等級和技術成熟度等級的聚合模型，從而得到信息系統體系成熟度評價結果；本發明克服了現有單一技術的評估缺陷，能夠對信息系統組成分系統之間的相對重要性、成熟性進行全面評估。其中採用的評估流程，體系成熟度評估了給定發展階段下信息系統的潛在成熟水平，但取值本身並不具備明顯的物理意義，只是基於該值比較不同信息系統的成熟度大小。
附圖說明
圖1為信息系統的體系成熟度評價框架圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種信息系統的體系成熟度評估方法，採用的信息系統體系成熟度評價可分為如下8個主要步驟：①確定信息系統的主要分系統組成及關鍵技術。②分析信息系統的互操作成熟度、互認知成熟度和系統技術成熟度之間的相對重要性，基於層次分析法求解權重向量。③分析信息系統各個分系統之間的交互關係，構建權重的網絡化判斷矩陣，求解分系統的權重向量。④分析各分系統內部技術結構及集成關係，基於目前的9級成熟度標準制定分系統的集成成熟度和技術成熟度等級標準。⑤依據定義的等級標準，確定各分系統的單項技術成熟度與技術之間的集成成熟度。⑥計算各分系統的技術成熟度，確定各分系統的互操作成熟度和互認知成熟度。⑦計算信息系統的互操作成熟度、互認知成熟度和技術成熟度。⑧計算信息系統的體系成熟度。
1採用的信息系統體系成熟度評價框架，進行成熟度評價
1.1體系成熟度評價框架
信息系統是由信息收集、信息處理、信息分發等多個複雜系統組成的「系統體系」，其複雜度高、綜合性強，系統與系統之間的交聯橫跨物理、信息、認知、社會等領域，各個分系統的論證、研製是一系列不同步的周期模型，信息系統的論證、研製是一項複雜的系統工程。因此，隨著時間的推移，體系成熟度模型需要涵蓋、綜合物理、信息、認知、社會等領域的特點和要求來描述信息系統的成熟度水平層級。在考慮信息系統體系成熟度的不同層次構建，建立體系成熟度評價框架如圖1所示。
圖中信息系統由n項分系統組成，共涉及到了m項關鍵技術，關鍵技術基於多對多的映射關係對分系統支撐，表格中的「×」表示關鍵技術對相應分系統的支撐關係。從單項技術成熟度到分系統技術成熟度，再到信息系統的體系成熟度，都是一種逐層支撐的關係。
1.2體系成熟度的評價，根據圖1所示的信息系統體系成熟度評價框架，體系成熟度主要通過信息系統的互操作成熟度、互認知成熟度和系統技術成熟度進行表徵，互操作成熟度、互認知成熟度和系統技術成熟度又取決於n項分系統的分系統互操作成熟度、互認知成熟度和技術成熟度，分系統技術成熟度又取決於相應支撐的單項技術成熟度和技術集成成熟度。
對各個層次的成熟度採用目前的分級量化評估形式進行描述，信息系統體系成熟度用體系成熟度等級(informationsystemreadinesslevel，isrl)表示、互操作成熟度用互操作成熟度等級(interoperabilityreadinesslevel，iorl)表示、互認知成熟度用互認知成熟度等級(mutualknowledgereadinesslevel，mkrl)表示、系統技術成熟度用系統技術成熟度等級(systemtechnologyreadinesslevel，strl)表示；分系統互操作成熟度用分系統互操作成熟度等級(subsysteminteroperablereadinesslevel，siorl)表示、分系統互認知成熟度用分系統互認知成熟度等級(subsystemmutualknowledgereadinesslevel，smkrl)表示、分系統技術成熟度用分系統技術成熟度等級(subsystemtechnologyreadinesslevel，sstrl)表示；單項技術成熟度則採用目前的技術成熟度等級(technologyreadinesslevel，trl)表示，技術集成成熟度用集成成熟度等級(integrationreadinesslevel，irl)表示。各層次的成熟度分別與相應的風險相對應，即成熟度等級越高，風險越低；成熟度等級越低，風險越高。
基於圖1所示的多層次評價框架，需要從下至上依次建立各個成熟度等級評價模型。首先需要建立單項技術成熟度等級、集成成熟度等級到分系統技術成熟度等級的聚合模型；然後考慮n項分系統的相對重要性，分別建立分系統互操作成熟度等級、分系統互認知成熟度等級和分系統技術成熟度等級到互操作成熟度等級、互認知成熟度等級和技術成熟度等級的聚合模型；最後建立互操作成熟度等級、互認知成熟度等級和技術成熟度等級的聚合模型，從而得到信息系統體系成熟度評價結果。
信息系統是由n項分系統組成的複雜系統，分系統之間存在兩兩交互關係，信息系統體系結構直接增加了上述各種聚合模型的表達難度。鑑於建模的合理性和可行性，本文採用線性加權的思想建立聚合模型，其中的權重採用網絡化層次分析法，以反映分系統之間交互關係。
2分系統成熟度評價模型，信息系統分系統成熟度表徵了分系統發展演化的狀態和水平，是體系成熟度評價的基礎。根據信息系統體系成熟度評價的主要步驟，首先介紹分系統成熟度評價涉及的主要要素。
2.1技術成熟度等級及評價，單項技術成熟度和技術集成成熟度是信息系統體系成熟度分析的基礎，單項技術成熟度和技術集成成熟度等級決定了體系成熟度的高低。目前通常將單項技術成熟度劃分為9級(從小到大，技術成熟度水平越來越高)，其含義如表1所示。
表1技術成熟度等級及含義
技術集成成熟度表徵了兩項技術之間的可集成狀態，通常將技術集成成熟度劃分為9級(從小到大，技術集成成熟度水平越來越高)，其含義如表2所示。
表2技術集成成熟度等級及含義
假設在信息系統第i(i＝1,2,…,n)項分系統共涉及到j項關鍵技術，且每一項關鍵技術已知各自的技術成熟度等級，則有技術成熟度等級矢量
對j項關鍵技術進行兩兩之間的集成成熟度分析，相同技術之間可完全集成，則建立第i項分系統的技術集成成熟度等級矩陣
式中取為9級。
則可以計算第i項分系統的技術成熟度等級矢量
第i項分系統中每一項關鍵技術所集成的技術數量不同，假設第k(k＝1,2,…,j)項技術所集成的技術數量為ik，則有第i項分系統的標準化技術成熟度等級矢量
則第i項分系統的技術成熟度表示為
2.2互操作成熟度等級及評價，互操作是信息系統最為核心的物質基礎，美國國防部在2001年給出的互操作性定義是：互操作性是指系統、單位或軍事力量之間相互提供和接受服務，以使他們能夠有效共同運作的能力；我國gjb/z144-2004對互操作性所做的定義是：兩個或兩個以上系統或應用之間交換信息並利用所交換信息的能力。
美國國防部c4isr工作組分析了信息系統之間的交互複雜性、交互特點以及互操作需求，提出了5個互操作成熟等級描述信息系統之間交互和共享信息的「成熟度」；gjb/z144-2004建立了指揮自動化系統的5級互操作成熟等級模型；曹江等提出了軍事信息系統6個級別的增強型互操作成熟度參考模型，該模型更易於理解信息系統的軍事活動載體特徵以及基本信息系統的體系作戰能力本質。本文採用該增強型互操作成熟度模型評估信息系統的互操作成熟度，其模型及含義要素如表3所示。
表3增強型互操作成熟度等級及含義
表3中結構屬性是對信息系統體系結構方法成熟度的評價，應用屬性是對軟體互操作能力的評價，設施屬性是對網絡互操作能力的評價，運維屬性是對信息資源調度能力的評價，安全屬性是對安全保密成熟度的評價，數據屬性是對數據結構建模成熟度的評價。
針對第i項分系統，假設上述互操作屬性對互操作成熟度的貢獻權重分別為各個屬性的成熟度等級分別為則第i項分系統的歸一化互操作成熟度表示為
2.3互認知成熟度等級及評價，信息系統是物理域、信息域、認知域、社會域內軍事活動的載體，多領域知識的認知與共享成為信息系統的發展方向之一。在軍事活動與信息系統建立相適應制度、規則和機制的基礎上，信息系統獲取的信息越來越豐富，利用網絡技術、人工智慧等加工這些信息，促進軍事活動者對它們的共享認知成為問題的關鍵。認知是指領會、了解、懂得的一種心理判斷、決策過程，是對事物或現象的一種結構化表達；互認知就是軍事活動者共享信息和共享知識，信息系統為豐富經驗和智慧的共享、對事物或現象的一致性認知創造了條件。信息系統的互認知主要關注其信息、知識的處理，使信息處理能力覆蓋到認知域、社會域等。本文利用互認知成熟度等級評價信息系統的互認知能力，借鑑文獻的互理解和互遵循成熟度模型，建立互認知成熟度等級模型及含義要素如表4所示。
表4互認知成熟度等級及含義
表4中制度/規則屬性是對信息系統的知識表徵等規範落實範圍和程度的評價，態勢屬性是對信息系統基於知識結構的基準性、一致性、關聯性等表徵戰場態勢程度的評價，決策屬性是對信息系統基於決策要素的基準性、一致性、關聯性等準確表徵決策知識程度的評價，指控屬性是對信息系統基於指控基準知識準確表徵指揮控制過程的評價，監察/評估屬性是評價信息系統各種能力和措施落實的成熟度。
針對第i項分系統，假設上述互認知屬性對互認知成熟度的貢獻權重分別為各個屬性的成熟度等級分別為則第i項分系統的歸一化互認知成熟度表示為
2.4分系統權重，在對分系統互操作成熟度、分系統互認知成熟度、分系統技術成熟度進行聚合時，利用權重表示子系統對體系的重要程度。信息系統中的n項分系統由於信息交互和共享關係，它們是相互聯繫、相互影響的，採用網絡層次分析法能很好地處理、反映各個分系統之間的相互重要性程度。基於網絡層次分析法的1～9標度對分系統進行量化，通過計算網絡的兩兩比較判斷矩陣、構建無權超矩陣和加權超矩陣、計算極限超矩陣，最後進行綜合排序得到權重值。假設求得n項分系統的權重向量為w＝(w1,w2,…,wn)。
3體系成熟度評價模型，基於加權求和的思路，對信息系統分系統互操作成熟度、分系統互認知成熟度、分系統技術成熟度進行聚合，分別得到信息系統的互操作成熟度、互認知成熟度、技術成熟度如下：
利用權重集(w1,w2,w3)表示信息系統的互操作成熟度、互認知成熟度、技術成熟度的相對重要性，則有信息系統體系成熟度等級評價模型
isrl＝w1·iorl+w2·mkrl+w3·strl(11)
式中isrl的取值範圍為[0,1]。綜觀上述評估流程，體系成熟度評估了給定發展階段下信息系統的潛在成熟水平，但取值本身並不具備明顯的物理意義，只是可以基於該值比較不同信息系統的成熟度大小。