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模型化——新時(shí)代提高 我國系統(tǒng)工程能力的必由之路
來源:國防科技工業(yè)
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作者:毛寅軒 趙滟 蒲洪波 靳捷
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發(fā)布時(shí)間: 2021-04-12
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工程的復(fù)雜性決定了對系統(tǒng)的認(rèn)知不可能一次到位，需要經(jīng)過一個(gè)不斷完善的過程，需要工程各部分之間進(jìn)行多輪的交互迭代.....
近年來，工程系統(tǒng)復(fù)雜性對系統(tǒng)工程能力的挑戰(zhàn)愈發(fā)突出，為了有效應(yīng)對復(fù)雜性挑戰(zhàn)，模型化的理念與手段成為系統(tǒng)工程未來發(fā)展的關(guān)鍵。
01系統(tǒng)工程遇到挑戰(zhàn)與模型化概念的提出
決定系統(tǒng)工程能力的要素。系統(tǒng)工程是從需求出發(fā)，以多學(xué)科融合為手段，通過分析、綜合、驗(yàn)證等過程，產(chǎn)出一個(gè)滿足需求、整體性能優(yōu)化的工程系統(tǒng)。
我國航天在20世紀(jì)50年代末到60年代中期初步形成了系統(tǒng)工程理念，經(jīng)過不斷發(fā)展，在20世紀(jì)90年代，航天系統(tǒng)工程理論和實(shí)踐走向成熟。遵循系統(tǒng)工程要求，踐行系統(tǒng)工程方法是中國航天成功實(shí)現(xiàn)“載人航天”“探月工程”“北斗導(dǎo)航”等舉世矚目的重大工程的堅(jiān)強(qiáng)保證。
工程的復(fù)雜性決定了對系統(tǒng)的認(rèn)知不可能一次到位，需要經(jīng)過一個(gè)不斷完善的過程，需要工程各部分之間進(jìn)行多輪的交互迭代，來保證系統(tǒng)各層級能夠及時(shí)適應(yīng)系統(tǒng)整體的最新要求，直到最后在整體上實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)。在這個(gè)過程中，對系統(tǒng)的正確認(rèn)知以及系統(tǒng)各層級的迭代能力極大程度上決定了系統(tǒng)工程的能力。
中國航天幾十年來踐行系統(tǒng)工程方法，通過合理的組織體系設(shè)置、嚴(yán)格的型號研制程序、嚴(yán)密的管理保障辦法實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)工程的成功運(yùn)行，成就了中國航天一系列輝煌成果。
系統(tǒng)的復(fù)雜性對系統(tǒng)工程能力提出了挑戰(zhàn)。近年來隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的迅速發(fā)展，人類社會的諸多生活場景發(fā)生改變，很多領(lǐng)域的人造系統(tǒng)逐步具備了網(wǎng)絡(luò)化特征，具備了感知與學(xué)習(xí)能力，過程中產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。同時(shí)，系統(tǒng)與外部的聯(lián)系更加緊密，呈現(xiàn)出體系性的特征。
這樣的背景下，以航天為代表的國防科技重大工程，其工程任務(wù)愈加復(fù)雜，工程規(guī)模愈加巨大，系統(tǒng)復(fù)雜性問題愈來愈突出，對系統(tǒng)工程能力帶來了前所未有的挑戰(zhàn)：
第一是如何對愈加復(fù)雜的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效認(rèn)知的問題。隨著工程系統(tǒng)的復(fù)雜性愈來愈高，如何保證系統(tǒng)總體層級的共像認(rèn)知與基礎(chǔ)層級的個(gè)性認(rèn)知不出現(xiàn)脫節(jié)？
第二是系統(tǒng)工程運(yùn)行過程中系統(tǒng)信息與知識的有效迭代問題。在工程的體系性愈來愈復(fù)雜、對工程的各類要求變的越來越多的情況下，如何確保系統(tǒng)各層級的迭代快速而準(zhǔn)確？
這兩方面問題倘若不能得到有效解決，系統(tǒng)工程能力將無法確保實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)，系統(tǒng)工程的效果也將大打折扣。
基于模型的系統(tǒng)工程是保障系統(tǒng)工程能力的技術(shù)保證。基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）是國際系統(tǒng)工程學(xué)（INCOSE）提出的概念。國際系統(tǒng)工程學(xué)所定義的模型有兩項(xiàng)鮮明的特征：第一，模型面向從概念階段就開始的系統(tǒng)工程全周期；第二，模型是被系統(tǒng)各部門進(jìn)行迭代論證的依據(jù)。這兩個(gè)特征，一方面為工程總體部、系統(tǒng)總體部等部門開展系統(tǒng)工程工作提供了全新的技術(shù)手段；另一方面MBSE以電子化的模型介質(zhì)直接實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工程工作跨領(lǐng)域、跨部門的傳遞與分發(fā)，為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的迭代提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
MBSE對系統(tǒng)認(rèn)知與系統(tǒng)迭代兩方面的支撐作用對于系統(tǒng)工程具有意義重大。
第一，MBSE在技術(shù)層面上增強(qiáng)了系統(tǒng)級信息表征與信息迭代能力，能夠?qū)⒐こ處煹臅r(shí)間和精力解放到專業(yè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，有利于提高系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性；
第二，MBSE對于系統(tǒng)信息與知識迭代能力的增強(qiáng)能夠提高系統(tǒng)工程效率，在研制任務(wù)更為艱巨的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)工程進(jìn)度和周期可控；
第三，MBSE能夠增強(qiáng)各個(gè)系統(tǒng)層級認(rèn)知和表征能力，并能夠?qū)⑾到y(tǒng)層級與基礎(chǔ)層級進(jìn)行關(guān)聯(lián)，支持基于模型的多層級提前驗(yàn)證，有助于提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)工程成功率；
第四，MBSE在系統(tǒng)級提供了模型化的載體與模型化的知識，增強(qiáng)了知識繼承和復(fù)用的能力，能夠避免重復(fù)建設(shè)，提高工程建設(shè)的效益。
02未來系統(tǒng)工程模型化發(fā)展設(shè)想
01系統(tǒng)工程遇到挑戰(zhàn)與模型化概念的提出
決定系統(tǒng)工程能力的要素。系統(tǒng)工程是從需求出發(fā)，以多學(xué)科融合為手段，通過分析、綜合、驗(yàn)證等過程，產(chǎn)出一個(gè)滿足需求、整體性能優(yōu)化的工程系統(tǒng)。
工程的復(fù)雜性決定了對系統(tǒng)的認(rèn)知不可能一次到位，需要經(jīng)過一個(gè)不斷完善的過程，需要工程各部分之間進(jìn)行多輪的交互迭代，來保證系統(tǒng)各層級能夠及時(shí)適應(yīng)系統(tǒng)整體的最新要求，直到最后在整體上實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)。在這個(gè)過程中，對系統(tǒng)的正確認(rèn)知以及系統(tǒng)各層級的迭代能力極大程度上決定了系統(tǒng)工程的能力。
中國航天幾十年來踐行系統(tǒng)工程方法，通過合理的組織體系設(shè)置、嚴(yán)格的型號研制程序、嚴(yán)密的管理保障辦法實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)工程的成功運(yùn)行，成就了中國航天一系列輝煌成果。
系統(tǒng)的復(fù)雜性對系統(tǒng)工程能力提出了挑戰(zhàn)。近年來隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的迅速發(fā)展，人類社會的諸多生活場景發(fā)生改變，很多領(lǐng)域的人造系統(tǒng)逐步具備了網(wǎng)絡(luò)化特征，具備了感知與學(xué)習(xí)能力，過程中產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。同時(shí)，系統(tǒng)與外部的聯(lián)系更加緊密，呈現(xiàn)出體系性的特征。
這樣的背景下，以航天為代表的國防科技重大工程，其工程任務(wù)愈加復(fù)雜，工程規(guī)模愈加巨大，系統(tǒng)復(fù)雜性問題愈來愈突出，對系統(tǒng)工程能力帶來了前所未有的挑戰(zhàn)：
第二是系統(tǒng)工程運(yùn)行過程中系統(tǒng)信息與知識的有效迭代問題。在工程的體系性愈來愈復(fù)雜、對工程的各類要求變的越來越多的情況下，如何確保系統(tǒng)各層級的迭代快速而準(zhǔn)確？
這兩方面問題倘若不能得到有效解決，系統(tǒng)工程能力將無法確保實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)，系統(tǒng)工程的效果也將大打折扣。
基于模型的系統(tǒng)工程是保障系統(tǒng)工程能力的技術(shù)保證。基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）是國際系統(tǒng)工程學(xué)（INCOSE）提出的概念。國際系統(tǒng)工程學(xué)所定義的模型有兩項(xiàng)鮮明的特征：第一，模型面向從概念階段就開始的系統(tǒng)工程全周期；第二，模型是被系統(tǒng)各部門進(jìn)行迭代論證的依據(jù)。這兩個(gè)特征，一方面為工程總體部、系統(tǒng)總體部等部門開展系統(tǒng)工程工作提供了全新的技術(shù)手段；另一方面MBSE以電子化的模型介質(zhì)直接實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工程工作跨領(lǐng)域、跨部門的傳遞與分發(fā)，為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的迭代提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
MBSE對系統(tǒng)認(rèn)知與系統(tǒng)迭代兩方面的支撐作用對于系統(tǒng)工程具有意義重大。
第一，MBSE在技術(shù)層面上增強(qiáng)了系統(tǒng)級信息表征與信息迭代能力，能夠?qū)⒐こ處煹臅r(shí)間和精力解放到專業(yè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，有利于提高系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性；
第二，MBSE對于系統(tǒng)信息與知識迭代能力的增強(qiáng)能夠提高系統(tǒng)工程效率，在研制任務(wù)更為艱巨的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)工程進(jìn)度和周期可控；
第三，MBSE能夠增強(qiáng)各個(gè)系統(tǒng)層級認(rèn)知和表征能力，并能夠?qū)⑾到y(tǒng)層級與基礎(chǔ)層級進(jìn)行關(guān)聯(lián)，支持基于模型的多層級提前驗(yàn)證，有助于提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)工程成功率；
第四，MBSE在系統(tǒng)級提供了模型化的載體與模型化的知識，增強(qiáng)了知識繼承和復(fù)用的能力，能夠避免重復(fù)建設(shè)，提高工程建設(shè)的效益。
02未來系統(tǒng)工程模型化發(fā)展設(shè)想
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