Statusrapport för DCMF

Transkript

1 Statusrapport för DCMF VAHID MOJTAHED, MARTIN EKLÖF, EDWARD TJÖRNHAMMAR FOI JELENA ZDRAVKOVIC DSV (SU/KTH) FOI är en huvudsakligen uppdragsfinansierad myndighet under Försvarsdepartementet. Kärnverksamheten är forskning, metod- och teknikutveckling till nytta för försvar och säkerhet. Organisationen har cirka 1000 anställda varav ungefär 800 är forskare. Detta gör organisationen till Sveriges största forskningsinstitut. FOI ger kunderna tillgång till ledande expertis inom ett stort antal tillämpningsområden såsom säkerhetspolitiska studier och analyser inom försvar och säkerhet, bedömning av olika typer av hot, system för ledning och hantering av kriser, skydd mot och hantering av farliga ämnen, IT-säkerhet och nya sensorers möjligheter. FOI Totalförsvarets forskningsinstitut Tel: Informationssystem Fax: Stockholm FOI-R SE Användarrapport Informationssystem ISSN December 2009

2 Vahid Mojtahed, Martin Eklöf, Edward Tjörnhammar FOI Jelena Zdravkovic DSV (SU/KTH) Statusrapport för DCMF

3 Titel Statusrapport för DCMF Title Status report for DCMF Rapportnr/Report no Rapporttyp Report Type Sidor/Pages FOI-R SE Användarrapport 22 p Månad/Month December Utgivningsår/Year 2009 ISSN ISSN Kund/Customer Projektnr/Project no Godkänd av/approved by FM E7141 Anders Törne FOI, Totalförsvarets Forskningsinstitut Avdelningen för Informationssystem FOI, Swedish Defence Research Agency Information Systems Stockholm SE Stockholm

4 Sammanfattning Stöd för att utveckla interoperabla simuleringar är i fokus inom området modellering och simulering (M&S). I sammanhanget har konceptuell modellering erkänts som ett viktigt steg i utvecklingsprocessen. En konceptuell modell bidrar till att förbättra den gemensamma förståelsen mellan alla intressenter som berörs av en simulering och är därmed nyckel till en framgångsrik transformering av användarkrav till färdiga simuleringar. Defence Conceptual Modelling Framework (DCMF) är FOI:s förslag till konceptuell modellering inom det militära området. DCMF-konceptet utvecklas i ett projekt vars mål är att skapa ett ramverk för att fånga, analysera, och representera konceptuella modeller. Modellerna är formella beskrivningar av processer, enheter, relationer, interaktioner mellan enheter, omgivningsfaktorer och annat som är väsentligt för militära operationer. Ett krav på modellerna är att de är generella och kan användas för att beskriva de typiska egenskaperna hos en mängd operationer. DCMF inkluderar även en process för att skapa de konceptuella modellerna. DCMF-konceptet är dock fortfarande ett ämne för forskning och utveckling, då dess samtliga delar inte är kartlagda ännu. Utöver processen finns ett antal viktiga komponenter som är under utveckling för närvarande, bl.a. form och innehåll för de olika kunskapskomponenter som produceras inom processen, samt det bibliotek som dessa ska förvaras i. Projektet har som ambition att prototyputveckla delar av DCMF i syfte att demonstrera dess nytta. Huvudverksamheten har därför fokuserat på fastställande av de krav som DCMF-biblioteket ska uppfylla och de konceptuella modeller som är tänkta att lagras där. Även val av lämpliga scenarier som grund för fallstudier, samt lämpliga gränssnitt mot användare för prototyparbetet har analyserats. Dessutom deltar projektet aktivt i en NATO-arbetsgrupp som också studerar problemområdet konceptuell modellering. Huvudsyfte med gruppens arbete är att definiera konceptuell modellering för militär M&S, samt rekommendera en process för framtagande av konceptuella modeller. Dessa ska sedan paketeras som en uppsättning vägledande dokument (Guidelines) och levereras till såväl NATO som SISO som underlag för vidare standardiseringsarbete. Ett annat arbete som projektet försöker tappa av resultat till är den modellbaserade förmågeutveckling (MbFU) som är under införande i FM (genom användning av arkitekturramverket MODAF). Statusen hos samtliga ovanstående arbeten beskrivs översiktligt i rapporten. Nyckelord: Konceptuell modellering, Kunskapshantering, DCMF, Återanvändbarhet, Interoperabilitet, Semantik, Ontologi, Resursbibliotek, Modellbaserad utveckling. 3

5 Summary Support for developing interoperable simulation assets has recently become an area of focus within the Modelling and Simulation (M&S) community. Concomitantly conceptual modelling has been recognized as an important step within the simulation development process. Conceptual models help improve common understanding between stakeholders involved in simulation development and thereby are key to transforming user requirements into implemented simulations. The Defence Conceptual Modelling Framework (DCMF) is the Swedish Defence Research Agency - FOI s proposal for how to deal with conceptual modelling issues within the military domain. DCMF is a project at FOI which tries to create a framework for capturing, analysing, and representing conceptual models. These models are formalised descriptions of real world processes, entities, environmental factors, associated relationships, and interactions that constitute a particular set of military missions, operations, or tasks. Such conceptual models should be generic and applicable to as many military scenarios as possible without any loss of critical information. DCMF also includes a process for developing the conceptual models of military operations. DCMF is still the subject of research and development, and as a result all of its parts have not yet been addressed. In addition to processes, there are a number of other important elements that are under development, in particular the form and content for the different knowledge components produced by the process, as well as the library where these should be stored. The project aims to develop a prototype to partly demonstrate the benefits of DCMF. The main activity has therefore focused on determining the requirements of the DCMF library and the conceptual models. Furthermore, a selection of appropriate scenarios as the basis for case studies, and the appropriate interface to users, has been analysed. Moreover, the project actively participates and contributes to a NATO group, also studying the problem area Conceptual Modelling. The main purpose of this work is to define conceptual modelling for military M&S, and recommend a process for production of conceptual models. These will then be packaged as guidelines and will be delivered to both NATO and SISO as a basis for further standardisation work. Finally, the project is also trying to support efforts within the Swedish Armed Forces related to the area of Model Based Capability Development (MbFU) (mainly through utilization of the architecture framework MODAF). The status of all these activities is outlined in the report. Keywords: Conceptual Modelling, Knowledge Management, DCMF, Reusability, Interoperability, Semantics, Ontology, Resource library, Model-based development. 4

6 Innehållsförteckning 1 Inledning Bakgrund Problembeskrivning DCMF-projektet, Årets verksamhet Nyttan med DCMF Prototyputveckling Fallstudie Artefakter Tekniker DCMFs bäring på MbFU Metod för kunskapsanskaffning inom MbFU Gemensam terminologi för MbFU NATO-arbetsgrupp inom konceptuell modellering NMSG Arbetssätt och arbetsstatus Uppnått resultat Nytta Referenser 19 6 Appendix A Process 20 5

7 6

8 1 Inledning 1.1 Bakgrund DCMF - Defence Conceptual Modelling Framework - är ett ramverk, i första hand framtaget för att förstå och beskriva aktiviteter och processer i militära operationer, med syftet att kunna skapa konceptuella modeller för utveckling av simuleringsmodeller. Ramverket består av ett antal komponenter som samverkar för att stödja modellerare då konceptuella modeller skall tas fram från ostrukturerade data. Det innebär att DCMF erbjuder en metod med vars hjälp formella och maskinellt bearbetningsbara konceptuella modeller av militära operationer kan tas fram. Det formella angreppssättet och metodens urval av kunskapskällor, bidrar till konceptuella modeller av hög kvalitet. Vidare ger metoden även möjlighet till framställning av återanvändbara och interoperabla konceptuella modeller, till stöd för utveckling av avancerade simuleringsmodeller. Verksamhet inom konceptuell modellering har bedrivits inom försvarsmaktens FoTområde M&S sedan 2003 (under samma namn som ramverket). DCMF-projektet har under dessa år etablerat ett metodologiskt ramverk, innehållande en process och nödvändiga komponenter, som ska möjliggöra utveckling av konceptuella modeller för militära (simulerings)tillämpningar. Det är dock viktigt att påpeka att DCMF fortfarande är ett ämne för forskning och utveckling. Samtliga delar av DCMF är inte kartlagda ännu och visst arbete återstår innan ramverket kan driftsättas. 1.2 Problembeskrivning Processen att ta fram kunskapsunderlag som är konsistent, användbart och relevant är tidskrävande. Fel i kunskapsmängden, eller i tolkningen av denna, leder direkt till fel vid dess användning. Den kunskap om verkligheten som representeras i form av en modell och det syfte för vilket kunskapen inhämtas, sätter gränser för vad modellen kan användas till och vilka förenklingar som är rimliga att göra under modelleringen. Kunskapsmängden som modellen representerar bevaras inte alltid och även om så sker, är det ofta svårt att återanvända den. Detta beror främst på att kunskapen om hur en modell tas fram inte dokumenteras i den utsträckning som krävs. Med andra ord saknas, inför potentiell återanvändning av en modell, relevanta fakta om själva kunskapsinhämtningen och därmed spårbarhet till kunskapen (källan). DCMF består inte enbart av konceptuella modeller, utan även av verktyg för utveckling och återanvändning av dessa. Vidare utgörs ramverket av ett gemensamt bibliotek för förvaring av konceptuella modeller, samt standarder för inhämtning och integrering av kunskap. En av målsättningarna med DCMF är att det ska kunna användas av olika kunder i skilda sammanhang. Med andra ord krävs en hög grad av flexibilitet. För att utveckla DCMF mot en sådan behovsbild behöver flera delar av processen konkretiseras ytterligare, samt stödjas av verktyg för automatisering. För att uppnå en högre grad av automatisering krävs bland annat att förutsättningar för maskinell bearbetning av information existerar, d.v.s. att information som kommer in i DCMF tolkas, kodas och lagras på ett sådant sätt att den blir användbar även för maskiner. Detta kräver i sin tur formalisering av information, samt ett verktygsstöd för informationsbearbetning. Dessa problemområden studeras i projektet. 1.3 DCMF-projektet, Det övergripande projektmålet är att utforma en praktiskt användbar modelleringsprocess som hanterar kunskap, hela vägen från anskaffning till användning. Detta sker genom att identifiera och utvärdera kriterier och metoder som syftar till att underlätta såväl utveckling, användning och återanvändning av simuleringsmodeller, som samverkan 7

9 mellan modeller. DCMF-processen innehåller fyra faser där samtliga faser inte har utforskats i samma utsträckning. Medan förståelsen och därmed kartläggningen av de första stegen är godtagbar är läget inte alls det samma när det gäller senare faser och de komponenter som krävs där. De kunskapskomponenter som identifieras och skapas under tidiga faser i processen skall läggas i ett bibliotek för såväl vidareutveckling under processen som nyttjande av slutanvändarna. Därför fokuserar arbetet på undersökning av hur ett sådant bibliotek bör utformas och organiseras. Projektet har som ambition att prototyputveckla såväl bibliotek som konceptuella modeller enligt konceptet, i syfte att demonstrera delar av DCMF. Projektet deltar, sedan 2007, också aktivt i en NATO-arbetsgrupp vars mål är att bemästra samma ämne, d.v.s. konceptuell modellering inom militär modellering och simulering för NATO:s räkning. Sverige, med representanter från DCMF-projektet, har haft en ledande roll inom denna arbetsgrupp och avsikten är att fortsätta arbetet fram till slutet av våren 2010, då NATO-gruppen ska leverera resultat. Projektet har också fått som uppdrag att undersöka om DCMF som modelleringsramverk och arbetssätt kan bidra till den utveckling som sker inom Försvarsmakten mot en modellbaserad förmågeutveckling, bl.a. genom tillämpning av arkitekturramverket MODAF. 1.4 Årets verksamhet Fokus under året har legat på de tre verksamheter som omnämnts ovan, som var och en har haft ett eget spår inom projektet. Därav tillägnas de var sitt kapitel i denna rapport. Nedan följer en kort sammanfattning av de tre spåren: 1. Huvudverksamheten inom projektet har berört fastställande av de krav som ställs på DCMF-biblioteket och de konceptuella modeller som är tänkta att lagras där. Detta har gjorts i syfte att förbereda prototyputvecklingsarbetet av både bibliotek och konceptuella modeller enligt DCMF-konceptet. För att kunna detaljplanera skapandet av DCMF-biblioteket har produkter och deras specifikationer, samt potentiella användare och deras behov, analyserats och mer utförligt beskrivits i förra årets rapport [FOI-R SE]. Baserat på det genomförda arbetet har projektet under 2009 närmare specificerat nödvändiga tjänster och vidare analyserat deras funktion. Uppdelningen i tjänster är ett sätt att närmare beskriva önskad funktionalitet hos DCMF-biblioteket. Vidare har projektet studerat ett antal verktyg, bl.a. Protége som är ett verktyg för ontologihantering och semantisk markup, i syfte att utröna dess duglighet i relation till de krav som DCMFbiblioteket ska uppfylla. Tidigt under 2009 initierades även ett examensarbete på civilingenjörsnivå i syfte att utforska hur endast en delmängd av en omfattande ontologi (eller uppsättning av ontologier) kan extraheras, så att enbart den för scenariot relevanta delen av kunskapen behöver hanteras. Även val av lämpligt scenario (grund för fallstudie), samt vilka vyer (gränssnitt mot användare) som kan vara lämpliga för prototyparbetet har analyserats. Verksamheten inom detta spår beskrivs i sin helhet i kapitel Försvarsmakten går som bekant mot en modellbaserad förmågeutveckling (MbFU) främst genom tillämpning av arkitekturramverket MODAF (Ministry of Defence Architecture Framework). Givet målsättningen med DCMF, d.v.s. att skapa process/metod/verktyg för formalisering av auktoriserad kunskap inom en domän, uppfattades det som värdefullt att djupare analysera hur DCMF skulle kunna tillämpas inom ramen för MbFU. Detta skulle exempelvis kunna vara i syfte att underlätta skapande av artefakter, specificerade inom arkitekturramverket MODAF, med god kvalitet och med bibehållen spårbarhet genom hela kedjan av modellering. Därav initierades ett arbete för att identifiera eventuella lämpliga områden inom ramen för MbFU, där DCMF potentiellt skulle kunna göra påtaglig nytta. Analysen identifierade två huvudsakliga områden, vilka har föreslagits till 8

10 ansvariga inom Försvarsmakten med rekommendation om att planera in dem i det fortsatta utvecklingsarbetet kopplat till MbFU. Analysarbetet och förslagen redovisas i sin helhet i kapitel Aktivt deltagande i arbetsgruppen NMSG-058 har varit det tredje spåret under innevarande år. NMSG-058 startade sitt arbete 2007 och studerar problemområdet Conceptual Modelling for M&S. Huvudsyfte att hitta en användbar definition av konceptet konceptuell modellering för militär M&S, samt rekommendera en process för framtagande av konceptuella modeller. Det framtagna resultatet är tänkt att användas som underlag för vidare standardiseringsarbete, men ska även direkt kunna användas av olika presumtiva användare. Gruppens arbete och status, genomförda och planerade aktiviteter, samt uppnådda resultat redovisas i kapitel Nyttan med DCMF Den långsiktiga vinsten med DCMF är att inför modellutveckling undvika framtagning av en ny konceptuell modell, då resultat från tidigare modelleringsarbeten kan återanvändas. Meningen är att inför en ny användning sätts en skräddarsydd modell samman, främst genom återanvändning av de konceptuella grundmodeller som redan existerar i DCMFbiblioteket. Genom återanvändning av befintliga konceptuella modeller kan nya behovsanpassade modeller snabbt sättas samman, samtidigt som kraven på verifierade och validerade delmodeller inte går förlorade. Återanvändning av redan gjorda avvägningar och förenklingar sparar i allmänhet tid och resurser. Givet att formaliserade och strukturerade konceptuella modeller redan existerar så sänks modellunderhållskostnaderna avsevärt. Såväl versions- och varianthantering, som validering och verifiering av simuleringsmodeller, underlättas också påtagligt. Slutligen bör även nämnas att DCMF, i det längre perspektivet, kommer att möjliggöra såväl interoperabilitet mellan simuleringsmodeller, som framtagning av nya modellfamiljer för nya behov. Detta kommer att bidra till avsevärt förkortade ledtider vid utveckling och användning av simuleringsmodeller. 9

11 2 Prototyputveckling Den viktigaste frågeställningen som DCMF-projektet försöker besvara är hur konceptuella modeller av militära operationer bör utvecklas och underhållas. Syftet är, som tidigare nämnts, att möjliggöra en praktisk återanvändning av, samt en verklig samverkan mellan, framtida simuleringsmodeller. Förenklat går DCMF-processen ut på att först identifiera (auktoriserade) kunskapskällor som kan beskriva den militära operation som ska modelleras, d.v.s. en uppsättning aktiviteter som tillsammans svarar mot operationen identifieras och kopplas till auktoriserade informationskällor. Med hjälp av kunskapsanskaffningsmetoder samlas därefter detaljerad information om aktiviteterna in och genom tillämpning av metoder, tekniker och verktyg på den inhämtade informationen, skapas en eller flera produkter i varje fas av DCMF-processen (för en mer detaljerad beskrivning av DCMF-processen se [FOI-R SE] samt [FOI-R SE]). När den inhämtade informationen, som ofta är scenariospecifik, generaliseras d.v.s. den scenariospecifika informationen tas bort, skapas en av de viktigaste produkterna i DCMFprocessen, nämligen en kunskapskomponent (Knowledge Component - KC). En KC representerar en generaliserad beskrivning av en militär aktivitet som kan användas för flera syften. Dessa kunskapskomponenter utgör i sig, eller sammansatta, den slutgiltiga konceptuella modellen (Conceptual Model - CM). Kunskapskomponenter och konceptuella modeller lagras i ett bibliotek som möjliggör användning för olika syften. Målet för projektet under nästa år är att ta fram en fungerande prototyp som kan demonstrera DCMF-biblioteket, samspelet mellan ovan nämnda artefakter, samt nyttan med konceptet. I syfte att närmare specificera en kravbild för denna prototyp, som ligger till grund för utvecklingen under 2010, krävs genomförande av flera aktiviteter. Dessa kan delas in i tre huvudsakliga kategorier: 1- Först av allt krävs en eller flera fallstudier som sätter ramarna och ger en kravbild för prototyputvecklingsarbetet. Ett arbete för att beskriva lämpliga fallstudier har genomförts. Vidare har även andra avgränsningar för arbetet diskuterats i syfte att hitta en realistisk och rimlig nivå för prototyputvecklingen. Dessa aspekter beskrivs närmare under avsnitt För att kunna skapa kunskapskomponenter och konceptuella modeller, som skall lagerhållas i DCMF-biblioteket, måste även mallar (templates) för dessa artefakter bestämmas. I avsnitt 2.2 beskrivs de val som gjorts inom projektet avseende mall för KC och KM, samt de regler som ska reglera hur kunskapskomponenter sätts samman till konceptuella modeller. 3- Inom projektet har även ett antal teknikval gjorts inför prototyputvecklingsarbetet. Tidigare undersökningar inom DCMF har visat att OWL (Web Ontology Language) är ett språk som kan svara mot det formaliseringskrav som DCMFkonceptet har. Därav har undersökningar gjorts angående vilka tekniker och verktyg som kan skapa, modifiera och underhålla DCMF-artefakter i OWLformat. Arbetet beskrivs kortfattat under avsnitt Fallstudie En eller flera fallstudier kommer att genomföras i syfte att identifiera de krav som kommer att ligga till grund för utvecklingen av en prototyp under I den första fallstudien kommer nyttjandet av DCMF i anslutning till utveckling av en distribuerad (HLA-baserad) simulering, utifrån FEDEP, att studeras närmare. FEDEP är en recommended practice som beskriver faser i utvecklingen och exekveringen av en HLA-baserad simulering (vilken benämns federation i HLA-termer). I tidiga faser av denna process ses konceptuella modeller som ett medel för att identifiera de krav som ligger till grund för utveckling av aktuell federation. Tanken är således att analysera vilka krav som ställs på DCMF i denna kontext. 10

12 För ovanstående analys krävs även någon form av exempel på simuleringstillämpning (som ska utvecklas och exekveras mha FEDEP). Här kommer en modell som är under utveckling inom projektet Realtidssimulering för Effekt-Baserad Plannering (RSEBP) att användas som utgångspunkt. Modellen har utvecklats utifrån ett scenario som är hämtat från övningen Combined Joint Staff Exercise 2008 (CJSE 08). Scenariot inkluderar historik och händelseutveckling i ett fiktivt land där ett antal miliser och andra irreguljära aktörer verkar i en efterkrigsekonomi. För mer information angående scenario och modell, se [FOI-R SE]. Med FEDEP, samt RSEBP-scenariot (modellen), som grund kommer krav på ett tänkt DCMF-verktyg utifrån producentvyn att identifieras. Detta kommer att ske genom en genomgång av de tidiga faserna av FEDEP under antagandet att en simuleringsmodell ska skapas för att studera en problemställning kopplat till RSEBP-scenariot. Vidare antas att konceptuella modeller som beskriver generiska aspekter av scenariot finns tillgängliga för sammansättning i en konfiguration som beskriver aktuell problemställning. D.v.s de konceptuella modellerna nyttjas i princip som grund för att etablera en beskrivning som specificerar centrala aktörer och deras beteenden och interaktioner som krävs i den simuleringsmodell som i senare steg ska skapas. Från ett övergripande perspektiv kommer denna genomgång att identifiera krav på funktioner för sökning, i syfte att identifiera relevanta konceptuella modeller, sammansättning av konceptuella modeller i nya konfigurationer, med stöd för kontroll av konfigurationernas korrekthet, samt funktioner för visualisering av konceptuella modeller. 2.2 Artefakter Indata till DCMF-processen utgörs i de flesta fall av ostrukturerad text, exempelvis i form av militära scenarier. Därefter sker en strukturering av textmängden baserat på en eller flera tekniker. Den strukturerade datamängden delas upp i kunskapsinstanser (Knowledge Instances - KI), som representerar specifik kunskap gällande det scenario som analyseras. Kunskapsinstanserna är scenariospecifika och därav inte allmänt tillämpbara. I syfte att skapa återanvändbara komponenter generaliseras extraherade kunskapsinstanser genom mappning mot en domänontologi. Resultatet av denna operation är kunskapskomponenter (Knowledge Components - KC) som representerar generell och återanvändbar kunskap. Givet den fallstudie som beskrivs ovan ligger utmaningen framöver dels i att skapa en struktur för kunskapskomponenter som kan möta de krav som FEDEP (och HLA) ställer på en konceptuell modell, men även att finna lämpliga regler för att sätta samman flera KC till en konceptuell modell (Conceptual Model - CM). Följande aktiviteter är för närvarande aktuella för att närmare adressera dessa frågeställningar: 1. Analys av möjligheten att tillämpa BOM-standarden (Base Object Model) som grund för representation av kunskapskomponenter och konceptuella modeller. Strukturering av kunskapskomponenter och konceptuella modeller har tidigare studerats inom projektet, se [FOI-R SE], [FOI-R SE] och [FOI-R SE], i form av KM3, BOM++ och KC Template. Efter granskning av dessa modeller och givet den tillämpning som DCMF avser att stödja (simulering) har projektet beslutat att använda BOM-standarden som grund för konceptuella modeller i den prototyp som ska utvecklas framöver. Beslutet grundas på att BOM-standarden inkluderar de basala strukturer som krävs för representation av en konceptuell modell för simuleringstillämpningar. Viss modifiering kan dock komma att bli nödvändig, se punkt 2 nedan. Vidare är BOM-standarden etablerad inom den militära simuleringsdomänen, i synnerhet inom området för distribuerad simulering. 2. Modifiering/utökning av BOM-standarden för att erhålla en mer generell och komplett konceptuell modell för simuleringstillämpningar. De grundläggande elementen i BOM behöver utökas avseende vissa aspekter för att stödja ett bredare spektrum av simuleringstillämpningar och även för att möjliggöra en 11

13 högre grad av automatisering relaterat till konceptualisering och design (i linje med vad DCMF representerar). Två huvudsakliga förbättringsområden föreslås: - Utveckling av en BOM-ontologi som specificerar ingående element, relationer och begränsningar explicit, d.v.s. en mer semantisk rik representation av BOMspecifikationen. - Utökning av vissa element i syfte att möta de krav som DCMF och den specifika tillämpningen (från fallstudien) ställer. Detta gäller exempelvis BOM:ens sätt att beskriva operationer. Detta sker idag genom en tillståndsmaskin som inte möjliggör beskrivning av mer avancerade flöden av aktiviteter. Vad som möjligen krävs är representation av mer avancerade kontrollflöden som exempelvis kan stödja branching (OR, XOR, AND), loopar och synkronisering. 3. Specificering av regler för komposition (sammansättning) av en uppsättning kunskapskomponenter i syfte att skapa en mer uttömmande konceptuell modell. Givet användning av konceptuella modeller i den kontext som fallstudien beskriver, finns ett behov av att kunna sätta samman generella kunskapskomponenter i en konfiguration som speglar det scenario som simuleringsmodellen under utveckling ämnar representera. En grundläggande tanke med BOM-standarden är just att den ska stödja sammansättning av enkla byggblock till en mer komplett modell, utifrån de specifika krav som ställs. Givet den ontologiska ansats som beskrivs ovan, är det därför även nödvändigt att införa delar i kunskapsrepresentationen (regler) som medför att validiteten i de konfigurationer som skapas kan kontrolleras, d.v.s. kontroll av att den sammansättning av kunskapskomponenter som skapas är meningsfull och korrekt. Denna validering kan genom den ontologiska ansatsen automatiseras till viss del. Figur 1 illustrerar hur DCMF-relaterade artefakter kan kopplas till ovan beskrivna specifikationer. Som nämnts tidigare bygger DCMF-konceptet på att samtliga producerade artefakter kan hanteras i ett gemensamt resursbibliotek. Biblioteket måste stödja lagring, sökning och användning av kunskapskomponenter, samt regler för sammansättning av kunskapskomponenter till konceptuella modeller. I följande avsnitt beskrivs de viktigaste teknikvalen som hitintills har gjorts avseende den kommande prototyputvecklingen. Figur 1: DCMF-relaterade artefakter och deras formella representation. 12

14 2.3 Tekniker I tidigare rapporter har projektet beskrivit ett processflöde, samt förslag till artefaktbeskrivningar och tjänstespecifikationer, i syfte att etablera en systemkravställning. Denna del fokuserar på de teknikval som gjorts för den faktiska implementationen, samt deras motivering. Exakt vilka behov, samt vilken funktionalitet som skall stödjas, har ännu inte specificerats i detalj. Det som med säkerhet kan sägas är att systemet kommer att följa en klient-server modell där de funktionella kraven är utspridda över ett tjänstelager. Detta innebär att resursbiblioteket följer en tjänstebaserad princip. Projektet har i detta sammanhang valt [OSGi] som grund. Systemet skall ha möjlighet att visa DCMF-artefakter med olika vyer, samt kunna manipulera dessa på ett dynamiskt sätt. Att välja ett teknikalternativ som passar DCMF:s artefaktmodell innebär en avgränsning till de system som redan är skrivna för att manipulera OWL-data. I dagsläget finns enbart en OWL-editor vilken har stöd för att visa OWL-data på detta vis, eller med hjälp av insticksmoduler, nämligen [Protége-OWL]. Tjänstomfånget för resursbiblioteket har redan beskrivits i föregående års rapport [FOI-R SE]. Vidareutveckling av dessa sker då arbetet med specifika artefakter och processer för dessa klargjorts. 13

15 3 DCMFs bäring på MbFU Försvarsmakten planerar att införa modellbaserad förmågeutveckling (MbFU) med Ministry of Defence Architecture Framework (MODAF) som grund. Detta innebär en utveckling från ett dokumentbaserat angreppssätt (exempelvis i form av dagens Handbok Målsättningsarbete H Mål), till ett modellbaserat angreppssätt med strukturering av information i form av modeller. Fördelarna med att införa ett modellbaserat angreppssätt är bland annat ökad spårbarhet i förmågeutvecklingens samtliga faser, genom att kopplingar mellan förmågor, förband och materialsystem blir synliga (och representerade i modellen). Det kommer även att bidra till ökad förmåga avseende konsekvensanalys då samtliga förband är beskrivna utifrån samma premisser (och med inbördes relationer). För att ovanstående ska bli lyckosamt krävs givetvis att den information och kunskap som beskrivs enligt MODAF är av en viss kvalitet. MODAF ger inga fördelar i ett beslutsfattandeperspektiv om de modeller som besluten grundar sig på ej är korrekta. DCMF representerar en process som syftar till att skapa kvalitativa modeller avseende militär verksamhet. Givet detta fanns ett uttalat intresse från flera håll att se vad DCMF kan bidra med i sammanhanget. Givet detta genomfördes en analys för att identifiera potentiella områden där DCMF kan bidra till MbFU, mer specifikt bidra till utveckling/vidmakthållande av arkitekturer baserade på MODAF. Analysen resulterade i två huvudsakliga områden, vilka redovisas nedan. 3.1 Metod för kunskapsanskaffning inom MbFU Givet den ambition som finns angående tillämpning av arkitektur för Försvarsmaktens förmågeutveckling, bör behovet av en metod för att anskaffa kunskap inom denna ansats utredas. Metoden riktar sig till de tidiga faserna i utvecklingscykeln, mer specifikt konceptutvecklingsskedet. Detta skede startar efter beslut om att det för ett eller flera identifierade verksamhetsbehov, uttryckta som förmågegap, måste tas fram en lösning. Processen att ta fram kunskapsunderlag som är konsistent, användbart och relevant är tidskrävande och en viktig del av modelleringsarbetet. Fel i kunskapsmängden leder direkt till fel vid användningen av modellen. Den kunskap om verkligheten som modelleras och det syfte för vilket kunskap inhämtas sätter också gränser för vad modellen kan användas till och vilka förenklingar som är rimliga att göra vid modelleringstillfället. Det är därmed viktigt att sådana val görs metodiskt, då konsekvensen av varje val som förs in i systemet (i tidiga faser) kommer att ligga kvar som grund för framtida avgöranden. En åtgärd är att inte tillåta vem (eller vilken litteratur) som helst uttala sig om en frågeställning, även om vederbörande uppfattar sig själv som expert inom området. Identifiering av auktoritativa kunskapskällor, certifiering av dessa kunskapskällor, fokusering på rätt kontext, inhämtning av kunskap, etc. är därmed viktiga aktiviteter i en metod för kunskapsanskaffning. Metoden bör innefatta stöd för såväl klarläggande av vem/vilken organisation som är lämplig att auktorisera vilka kunskapskällor och för vilka sammanhang, som att beskriva tillvägagångssättet för inhämtning av lämplig kunskap. Det är av stor vikt att missförstånd och felaktigheter upptäcks i ett tidigt utvecklingsskede. En väl genomförd kunskapsanskaffning ökar chansen att felaktigheter och missförstånd upptäcks tidigt. De mest svårupptäckta och kostsamma felen i ett komplext systemutvecklingsarbete, vilket MbFU-arbetet är ett tydligt exempel på, är de som införs i ett tidigt skede (utan att man känner till det). Det åstadkoms vanligtvis genom att fel kunskap/information införs då verkligheten och dess ingångsvärden beskrivs. En formell metod minimerar risken (och i optimala fall hindrar) att sådana fel införs redan i konceptbeskrivningsskedet. Därmed är MbFU, som alla andra modellbaserade utvecklingsarbeten, i allra högsta grad beroende av korrekt och pålitlig (auktoriserad) kunskap som inhämtas m.h.a. en solid kunskapsanskaffningsmetod. DCMF kan erbjuda en sådan metod. 14

16 3.2 Gemensam terminologi för MbFU Givet den ambition som finns angående tillämpning av (enterprise)arkitektur för Försvarsmaktens förmågeutveckling, bör kraven på en gemensam terminologi/vokabulär för ändamålet utredas. I syfte att skapa arkitekturer för avgränsade delar av Försvarsmaktens verksamhet, som tillsammans bidrar till en övergripande förståelse för förmågor och hur dessa hänger samman, behövs en gemensam terminologi som är accepterad av samtliga berörda parter. En terminologi är dock dynamisk till sin karaktär och måste förändras i takt med sin omvärld för att vara användbar, d.v.s. även rutiner och processer för hantering av terminologin över tiden krävs. En gemensam terminologi behövs för att en sammanhållen syn på Försvarsmaktens förmågor ska kunna realiseras utifrån etablerade arkitekturer. Genom att standardisera terminologin som tillämpas för att beskriva företeelser, underlättas även förståelsen för de arkitekturella artefakter som produceras i olika sammanhang. Genom en väl genomtänkt process för hur terminologin ska hanteras för att reflektera förändringar i omvärlden, säkras acceptans för tolkningen av olika begrepp, samt att bakåtkompabilitet med redan etablerade arkitekturer vidmakthålls. I ovan beskrivna kontext är det av intresse att analysera hur DCMF kan bidra till att föra in den semantiska aspekten avseende det vokabulär som används vid beskrivning av en arkitektur (MODAF Ontology). Exempelvis hur DCMF kan bidra till utveckling av en ontologi som kan tillämpas vid arkitekturutveckling. 15

17 4 NATO-arbetsgrupp inom konceptuell modellering 4.1 NMSG-058 Ett aktivt deltagande i arbetsgruppen NMSG-058 har varit ett av projektets huvudspår under innevarande år. Gruppen är av typen RTG (Research and Technology Group), koordineras av NMSG (NATO Modelling and Simulation Group) och har medlemmar från åtta länder (Kanada, Nederländerna, Norge, Rumänien, Spanien, Sverige, Turkiet, USA). NMSG-058 startade sitt arbete 2007 och ska studera problemområdet Conceptual Modelling for M&S fram till sommaren I tidigare rapporter, bl.a. [FOI Memo 2433], har gruppens mål, medlemmar, arbetssätt, planerade leveranser, etc. beskrivits utförligt. Dock är det viktigt att påminna om att huvudsyftet med arbetet är att hitta en användbar definition av konceptuell modellering för militär M&S, samt rekommendera en process för framtagande av konceptuella modeller. Dessa ska sedan paketeras som en uppsättning vägledande dokument (Guidelines) och levereras till såväl NATO som SISO (Simulation Interoperability Standards Organisation) som underlag för vidare standardiseringsarbete. Det finns en överenskommelse mellan NATO och SISO avseende förenkling av utbytte av M&S-metoder, -standarder och -provimplementeringar mellan organisationerna, vilket är applicerbart i detta fall. 4.2 Arbetssätt och arbetsstatus Arbetsgruppen har genomfört tre möten under 2009: januari, Huntsville, AL, USA april, Haag, Nederländerna oktober, Bukarest, Rumänien Gruppen är mycket aktiv och försöker även samordna det praktiska arbetet mellan mötena m.h.a. telekonferenser och bilaterala möten. Gruppen har även tillgång till ett flexibelt och effektivt verktyg, i form av en Collaborative Workspace, installerat hos AEgis i USA. Allt relevant material, såväl arbetspapper, producerade dokument, presenterat material som kalendarium, uppställda uppgifter och aktiviteter, samt deras ansvariga, uppföljning och resultat, läggs upp på denna area och går att följa upp och ladda ner m.h.a. verktyget. NMSG-058 avslutar officiellt sitt arbete under första halvåret 2010 och har utlovat en slutrapport i samband med detta. Som nämndes ovan ska denna slutrapport även utgöra en uppsättning vägledande dokument som utöver underlag för standardisering, redan vid leverans, även skall kunna användas av olika presumtiva användare (sponsorer, projektledare, militära experter, V&V-agenter, beställare, utvecklare, användare, etc.). Det är viktigt att påpeka att syftet med dessa Guidelines är att försöka harmonisera möjliga sätt att utföra konceptuell modellering på, till ett mer enhetligt och förutsägbart sätt. Gruppen påstår dock inte att det finns ett enda sätt att göra konceptuell modellering på. Gruppen tror att det finns ett behov av att uppnått resultat överförs till det internationella M&S-forumet även under andra former än en formell rapportering till NATO och/eller SISO. Därför diskuteras för närvarande såväl "Lecture Series, enligt NATO:s praxis, som andra seminarieformer eller en serie av presentationer på SIW eller motsvarande konferenser. Uppfattningen hos NMSG-058 är att gruppen har genomfört nödvändigt grundarbete och skapat underlag i en omfattning som är lämpligt givet aktuellt sammanhang 16

18 (forskningsgrupp inom NATO). Vidare bedöms att gruppen kan leverera ett underlag som lämpar sig för fortsatt arbete inom SISO och IEEE. NMSG-058 kommer därför inte att ansöka om att starta ett fortsättningsarbete i form av en ny NMSG-grupp. En av de viktigaste leveranserna, givet att arbetet närmar sig sitt slut, är arbetsgruppens slutrapport. Rapportdisposition samt ansvarfördelning för slutrapporten gjordes tidigt under året så att skrivarbetet kunde komma igång. Idag finns en omfattande disposition och en hel del text är skriven. För sitt skrivande använder gruppen en metod som går ut på att bryta ner rapporten till ett antal mindre delar, där varje gruppmedlem baserat på sin expertis bidrar med att skriva ett antal av dessa i form av storyboards. Gruppen har presterat bra hitintills och ett 50-tals storyboards är redan skrivna, eller är på väg att bli färdigställda. Detta gör att det bedöms att gruppen, med största sannolikhet, kommer att leverera förväntat resultat inom given tidsram. 4.3 Uppnått resultat Genom ett tidigt prioriteringsarbete identifierade NMSG-058 fem områden som i särklass viktigast att fokusera arbetet på: 1- Stakeholder analysis and context 2- Scope and definition 3- Relationship to standards 4- Specification of conceptual model management process 5- Specification of conceptual model artefact Det framgår tydligt av denna prioriteringslista att huvuduppgiften för gruppen är att slutligen leverera punkterna 4 och 5, vilka handlar om att specificera såväl artefakten konceptuell modell, som den process med vars hjälp artefakten produceras. Samtidigt är det lätt att konstatera att detta inte är möjligt innan punkterna 1 till 3 har studerats och kartlagts. Dessa tre områden tillsammans skapar en karta över vad en konceptuell modell för militär M&S är. Vidare även vilka som behöver konceptuella modeller och för vilka tillämpningar, samt vilka standarder som påverkar den eller kan bli påverkad av den. Tack vare ett effektivt startår och en väl förberedd arbetsplan, i linje med ovanstående prioritering, var det nödvändiga arbetet kring de första tre områdena till större del utförda redan under slutet av Årets verksamhet har därmed främst kretsat kring processen och produkten. Det är viktigt att återigen påpeka att när det gäller artefakten och processen för konceptuell modellering så handlar det inte om att föreslå ett sätt som det enda rätta. Det handlar snarare om att kunna nå en konsensus inom gruppen avseende processen och föreslå den som en rekommendation eller best practice inom området. Därmed har arbetsgången inom gruppen varit att inför varje ämne (t.ex. process) identifiera medlemsländernas respektive arbetssätt, försöka diskutera var och en av dem, kombinera de bästa delarna, samt nå en konsensus kring slutförslaget. Delar av den process för konceptuell modellering som NMSG-058 har skapat, vilken kommer att redovisas i detalj i slutrapporten, samt föreslås för standardisering, presenteras i appendix A. Processen beskrivs i tre abstraktionsnivåer. Den högsta nivån (Figur 2 i appendix A) presenterar de fem faserna som utgör processen. Den andra nivån (Figur 3 i appendix A) introducerar vilka processteg som ingår i varje fas. Den tredje nivån (Figur 4 i appendix A) redovisar hur aktiviteterna (processteg) i varje fas hänger samman, samt beskriver ett antal viktiga detaljer för varje aktivitet. Det är värt att nämna två saker i detta sammanhang: 17

19 1. Den av NMSG-058 föreslagna processen följer, gällande de viktigaste aspekterna, den process som DCMF-konceptet har arbetat fram och förfinat under de senaste 5-6 åren. 2. Representanter från USA inom gruppen har låtit flera militära organisationer, under de senaste månaderna, förhandsgranska processen och i vissa fall även jämföra den med deras befintliga processer. Organisationer som har tittat på den föreslagna processen inkluderar bl.a. JFCOM 1, OneSAF 2, RDECOM-STTC 3 men även individer som Bob Lutz Executive Committee (EXCOM) Members of SIW och uttalanden har genomgående varit positiva. När det gäller artefakten (den konceptuella modellen), dvs. slutprodukten, har Sverige också bidragit i stor utsträckning genom KM3, BOM++, samt det senaste förslaget på en mall för en generell konceptuell modell som beskrevs i förra årets rapport [FOI-R SE]. Årets bidrag (genomfört av FOI), kopplat till artefakten, har varit att identifiera en uppsättning element som kan fånga det semantiska innehåll som är nödvändigt och tillräckligt för en konceptuell modell, genom att gå igenom alla för oss kända metoder för konceptuell modellering. Därav identifierades och studerades 15 olika mallar/metoder och en förteckning över deras egenskaper, viktigaste informationselement, parametrar, etc. sattes samman. Detta gjordes för att hitta en gemensam nämnare bland dessa mallar/metoder som vi kunde utgå ifrån och förbättra. En slutgiltig mall för artefakten är under arbete. 4.4 Nytta NMSG-058 representerar internationellt samarbete med en långsiktig nytta för Försvarsmakten. Gruppen har som huvudmål att ta fram underlag för en internationell standardisering inom området konceptuell modellering för den militära M&S-världen. Den största nyttan för FM är att Sverige i stor utsträckning kan påverka och till en viss del styra detta underlag. När det gäller den teoretiska forskningen inom detta specifika område så ligger FOI/Sverige en bit före de andra i gruppen. Därmed kan deltagande i ett sådant arbete ge oss en utomordentlig möjlighet i flera avseende. Utöver det att vi har en ovärderlig möjlighet att påverka den kommande internationella standarden inom området, så kan vi få internationell feedback på vår fleråriga forskning. Vidare kan det även ge kunskap kring hur vi produktifierar den teori vi har tagit fram och hur vi kan komma närmare en praktisk användning. 1 JFCOM - U.S. Joint Forces Command 2 OneSAF - One Semi-Automated Forces 3 RDECOM-STTC US Army Research Development and Engineering Command - Simulation & Training Technology Center 18

20 5 Referenser FOI-R SE FOI-R SE Mojtahed V., Lozano M. G., Svan P., Andersson B. and Kabilan V. (2005): DCMF Defence Conceptual Modelling Framework, Methodology Report. Lozano M. G., Mojtahed V., Svan P., Andersson B. and Kabilan V. (2006): Konceptuell Modellering inom det Svenska Försvaret DCMF, FOI-R SE Mojtahed, V., Tjörnhammar, E., Zdravkovic, J. and Khan, A. (2008): The Knowledge Use in DCMF: Repository, Processes and Products, FOI-R SE Schubert J., Holm G., Hörling H., Kamrani F., Kylesten B., Moradi F., Sjöberg E. & Svensson P (2008): Realtidssimulering som stöd för effektbaserad planering FOI Memo 2433 Lägesrapport Projekt DCMF, Milstolpe OSGi Protége-OWL OSGi Alliance, The Protége Ontology Editor and Knowledge Acquisition System, 19

21 6 Appendix A Process Figur 2: Den första abstraktionsnivån på den av NMSG-058 föreslagna konceptuell modelleringsprocessen. 20

22 Figur 3: Den andra abstraktionsnivån på processen som beskriver vilka processteg som ingår i varje fas och vilka produkter som faller ut. 21

23 Figur 4: Ett exempel på den tredje abstraktionsnivån på processen som visar hur aktiviteterna i varje fas hänger samman. 22