肖力墉,曾相戈
XIAO Li-yong, ZENG Xiang-ge
(中國航空綜合技術(shù)研究所,北京 100028)
隨著信息技術(shù)和裝備技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代戰(zhàn)爭形態(tài)已經(jīng)逐步從傳統(tǒng)的機械化戰(zhàn)爭轉(zhuǎn)向信息化條件下的戰(zhàn)爭,網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)正逐步成為戰(zhàn)爭的主要模式。在這種背景下,基于傳統(tǒng)武器系統(tǒng)平臺的裝備建設(shè)方式越來越難以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)發(fā)展的需要。“系統(tǒng)系(System of Systems,SoS)”這一概念作為網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)裝備配置的全新樣式應(yīng)運而生,它希望從更高的高度來對大規(guī)模、復雜且彼此獨立的系統(tǒng)進行分析,整合各系統(tǒng)之間的相互作用,使它們相互融合,協(xié)同工作,從而產(chǎn)生“1+1>2”的效應(yīng),獲得比傳統(tǒng)系統(tǒng)更高的能力和性能。
不過,無論是國外還是國內(nèi),系統(tǒng)系都是一個相當新的研究領(lǐng)域。從國外情況來看,自系統(tǒng)系的概念提出以來,就受到了發(fā)達國家軍事領(lǐng)域、學術(shù)領(lǐng)域及裝備制造領(lǐng)域的普遍關(guān)注,現(xiàn)已取得了一定的研究成果。Bjelkemyr等論述了系統(tǒng)系的定義、分類和方法論[1];Reggil Cole圍繞系統(tǒng)系的體系結(jié)構(gòu)進行了研究[2];Mc Carter和White等重點討論了系統(tǒng)系的涌現(xiàn)性和社會認知等問題[3];Sahin等探討了系統(tǒng)系的仿真框架及其應(yīng)用[4];Biltgen著眼于系統(tǒng)系的技術(shù)評價進行了探索[5];文獻[6]~[9]則分別闡述了系統(tǒng)系的原理和方法在美國防務(wù)系統(tǒng)、自主探測器研制、微型電網(wǎng)、空間探索等領(lǐng)域的應(yīng)用。此外,美軍各軍兵種開展了大量的系統(tǒng)系研制與建設(shè)工作(例如,美軍彈道導彈防御系統(tǒng)、美陸軍未來作戰(zhàn)系統(tǒng)、美海軍海洋綜合監(jiān)測系統(tǒng)等);并于2008年正式發(fā)布了《系統(tǒng)系工程指南》,定義了系統(tǒng)系工程的主要內(nèi)容及其在系統(tǒng)系研制管理過程中的應(yīng)用[10]??傮w而言,發(fā)達國家(尤其是美國)經(jīng)過十多年來的系統(tǒng)系研究與建設(shè),已經(jīng)積累了一定的研究成果和研究經(jīng)驗,但即便如此,他們針對系統(tǒng)系的研究也還處于初級階段,尚有很大的研究與發(fā)展空間。
從國內(nèi)情況來看,我國的軍事領(lǐng)域、學術(shù)領(lǐng)域及裝備制造領(lǐng)域雖然尚未確立“系統(tǒng)系”這一概念,但也出現(xiàn)了一些與之相類似的提法(例如,“體系”、“裝備體系”等),并圍繞體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、能力指標分析、作戰(zhàn)效能評估等方面開展了一些初步的研究。不過這些研究內(nèi)容總體上還處于起步階段,并且大多集中于各自的技術(shù)細節(jié),缺乏對系統(tǒng)系這一概念及其研制特點的宏觀把握和剖析。同時,我國的裝備制造領(lǐng)域目前還是圍繞著傳統(tǒng)的裝備平臺來開展研制工作,尚未從系統(tǒng)系的層面來思考裝備建設(shè)問題。不過隨著我國現(xiàn)代化軍事變革需求的日益迫切,“建設(shè)信息化軍隊、打贏信息化戰(zhàn)爭”要求的深入推進,以及航母戰(zhàn)斗群、高分對地觀測系統(tǒng)等大型綜合裝備研制項目的逐步開展,確立“系統(tǒng)系”的概念并從系統(tǒng)系的層面來思考裝備建設(shè)問題,將極有助于提升我國裝備建設(shè)的整體性和系統(tǒng)性,從而帶動我國裝備制造業(yè)整體水平的提高。
因此,本文希望通過對國外相關(guān)文獻和實踐經(jīng)驗進行分析研究,總結(jié)歸納系統(tǒng)系的內(nèi)涵與類型,深入剖析系統(tǒng)系具有的顯著特點,重點研究系統(tǒng)系研制管理區(qū)別于傳統(tǒng)單一系統(tǒng)研制管理的差異性,以期為我國裝備制造業(yè)今后開展系統(tǒng)系的研制與建設(shè)工作提供參考。
系統(tǒng)系的概念首先出現(xiàn)于美國武器裝備采辦領(lǐng)域[11],由美國參聯(lián)會副主席海軍上將威廉·歐文斯于1996年在美國國家安全研究學會刊物上發(fā)表的《美國正在興起的系統(tǒng)系》文章中率先提出。威廉·歐文斯認為系統(tǒng)系由三大系統(tǒng)組成:ISR(情報、監(jiān)視與偵察)、C4I(指揮、控制、計算機、通信與情報)、精確打擊火力系統(tǒng)。三大系統(tǒng)之間以信息交換為基礎(chǔ),實現(xiàn)相互基本聯(lián)系。這種組成生成了其他方法所不能產(chǎn)生的涌現(xiàn)行為和軍事能力。
而后系統(tǒng)系的概念不斷豐富發(fā)展,在各個領(lǐng)域形成了諸多定義,并且從不同角度揭示了系統(tǒng)系的內(nèi)涵。例如,文獻[12]強調(diào)了系統(tǒng)系的集成;文獻[13]重在描述系統(tǒng)系的特性;文獻[14]闡明了系統(tǒng)系是由很多復雜系統(tǒng)組成的更大規(guī)模的分布式系統(tǒng);文獻[15]從聯(lián)合作戰(zhàn)的角度指出系統(tǒng)系關(guān)注的重點是各系統(tǒng)的協(xié)同與互操作;國際系統(tǒng)工程協(xié)會(INCOSE)重點強調(diào)了系統(tǒng)系具備了各組成系統(tǒng)簡單累加無法產(chǎn)生的性能;美國國防部則認為系統(tǒng)系是為了完成既定任務(wù)而組合成的一組系統(tǒng),這些系統(tǒng)有各自的目標、資源及獨立的管理,但需要與系統(tǒng)系的目標協(xié)調(diào)一致。
上述系統(tǒng)系的定義雖然各有側(cè)重,但它們的本質(zhì)是相似的。本文認為可以將系統(tǒng)系的內(nèi)涵理解成:一個大規(guī)模集成的超系統(tǒng),它基于特定的目標,由多個本身獨立運行的復雜系統(tǒng)構(gòu)成,并可涌現(xiàn)出這些組成系統(tǒng)簡單累加無法產(chǎn)生的能力。
根據(jù)系統(tǒng)系內(nèi)部組成系統(tǒng)研制狀態(tài)的不同,系統(tǒng)系的組成部分可能包括:現(xiàn)有系統(tǒng)、改進系統(tǒng)、在研系統(tǒng)、擬研系統(tǒng),以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等,如圖1所示。這些組成系統(tǒng)大多具有不同的研制起始點和研制狀態(tài),并且擁有自身的目標、特定的功能及相對獨立的管理。
圖1 系統(tǒng)系的構(gòu)成
表1 系統(tǒng)系的分類
根據(jù)系統(tǒng)系的研制和使用管理模式,當前出現(xiàn)的系統(tǒng)系一般可以分成四種類型,即虛擬型、協(xié)作型、公認型、直接型。目前占主流的主要是公認型的系統(tǒng)系。各種類型系統(tǒng)系的不同特點如表1所示。
系統(tǒng)系雖然可以看作是一個大規(guī)模集成的超系統(tǒng),但它與單一系統(tǒng)相比,存在著一些顯著的特點,也正是這些特點決定了它更加適應(yīng)未來戰(zhàn)爭模式和裝備發(fā)展的需要。具體來看,這些特點主要包括:
1)整體性
整體性是指系統(tǒng)系并不是其各組成系統(tǒng)的簡單累加,而是各組成系統(tǒng)在特定目標下聚合而成的整體,它將生成各組成系統(tǒng)簡單組合無法產(chǎn)生的整體能力,呈現(xiàn)出整體效能的躍升,從而實現(xiàn)具體的任務(wù)目標。另一方面,系統(tǒng)系的組成系統(tǒng)對于系統(tǒng)系的貢獻并不是線性的,需要視具體任務(wù)和整體情況判斷其對于系統(tǒng)系所發(fā)揮的作用。此外,多個組成系統(tǒng)聚合在一起,還很可能產(chǎn)生一些事先難以預知的“意外”現(xiàn)象,使得系統(tǒng)系很可能表現(xiàn)出一些特有的涌現(xiàn)性質(zhì)。
2)漸進演化性
漸進演化性是指系統(tǒng)系在其生命周期內(nèi)是隨著使命任務(wù)、技術(shù)條件以及外界環(huán)境的變化,而不斷進行演變的。這與單一系統(tǒng)按照預先設(shè)定的指標和規(guī)范來進行設(shè)計和實現(xiàn)有著顯著的差異。系統(tǒng)系在其生命周期內(nèi)是動態(tài)的、漸進演化的,可能會新增某些組成系統(tǒng)、新研某些組成系統(tǒng)、改進某些組成系統(tǒng)、刪除某些組成系統(tǒng),或是對現(xiàn)有系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)與方式進行重新組織。
3)不確定性
不確定性是指系統(tǒng)系沒有明確的邊界,其能力指標也具有一定的隨機性和模糊性;同時,系統(tǒng)系的實際能力只有在特定的目標和背景下才能體現(xiàn),在不同的目標和背景下所展現(xiàn)出的能力也可能會不同。這與單一系統(tǒng)具有清晰的邊界、特定的功能、明確的性能指標有著明顯的差別。因此,系統(tǒng)系必須綜合考慮包括各種典型外部環(huán)境在內(nèi)的諸多不確定性因素。
4)自組織性
自組織性是指系統(tǒng)系的各個組成系統(tǒng)都具有自主性,具體可分為運行自主性和管理自主性。運行自主性是指各組成系統(tǒng)自身都具有特定的功能,可以獨立運行,完成切實的任務(wù);管理自主性是指各組成系統(tǒng)都擁有各自的目標、資源及獨立的管理,可以獨立進行管控。相比于傳統(tǒng)單一系統(tǒng)的子系統(tǒng)脫離了該系統(tǒng)就無法正常工作,這些組成系統(tǒng)即便脫離了系統(tǒng)系,也完全可以獨立工作,完成自身的目標。其實系統(tǒng)系層面上的很多工作就是要協(xié)調(diào)這些組成系統(tǒng),使其自身目標與系統(tǒng)系的總體目標相適應(yīng)。
如前文所述,系統(tǒng)系具備了一些單一系統(tǒng)所不具備的特點,這些特點使得系統(tǒng)系研制有別于傳統(tǒng)單一系統(tǒng),這也為系統(tǒng)系的研制管理帶來了新的挑戰(zhàn)。下面本文就將總結(jié)和借鑒美國裝備研制管理的相關(guān)經(jīng)驗,對比分析系統(tǒng)系研制管理與傳統(tǒng)單一系統(tǒng)研制管理的差異性,從而為我國裝備制造業(yè)未來開展系統(tǒng)系的研制與建設(shè)工作提供參考。
美國傳統(tǒng)單一系統(tǒng)的研制管理是以系統(tǒng)工程為核心。它提供了一整套方法,幫助綜合協(xié)調(diào)特定系統(tǒng)在壽命周期內(nèi)的各項活動;同時,它構(gòu)建了一個技術(shù)框架,指導對系統(tǒng)的性能、風險、費用和進度做出正確的綜合權(quán)衡決策。系統(tǒng)工程過程在整個裝備系統(tǒng)研制過程中重復使用,通過一種結(jié)構(gòu)化的方式把設(shè)計要求逐步轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)規(guī)范和一個相應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)工程過程的一般內(nèi)容分為兩類,即技術(shù)管理過程和技術(shù)過程,其內(nèi)容如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)工程過程的一般內(nèi)容
上述單一系統(tǒng)的研制管理模式基本上是圍繞著特定的裝備平臺來開展相關(guān)工作的,這些平臺通常都具有特定的運行環(huán)境、清晰的系統(tǒng)邊界、預設(shè)的技術(shù)指標、較明確的利益相關(guān)方和管理職責等。然而由于系統(tǒng)系具有整體性、漸進演化性、不確定性及自組織性等特點,這就使得系統(tǒng)系的研制管理模式與傳統(tǒng)的單一系統(tǒng)相比產(chǎn)生了很大的差別,具體體現(xiàn)在目標設(shè)定、管理監(jiān)督、研制過程、考慮要素等幾個方面。
對于單一系統(tǒng)而言,它關(guān)注的目標主要是通過合理的設(shè)計與開發(fā),使其能夠達到預先設(shè)定的技術(shù)指標,繼而滿足相應(yīng)的任務(wù)需求。在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中,需要盡量消除各種不必要的可能性,以確保系統(tǒng)最終的各項指標與最初的設(shè)想相一致。
但對于系統(tǒng)系而言,由于系統(tǒng)系具有漸進演化性和不確定性等特征,所以它并不會針對整個系統(tǒng)系預先設(shè)定技術(shù)指標,而會面向多種不同的背景和需求,實現(xiàn)系統(tǒng)系的動態(tài)組合,持續(xù)演化。因此,系統(tǒng)系研制所關(guān)注的目標是其能力隨著時間推移而不斷進行演化,并使系統(tǒng)系盡量實現(xiàn)以下幾方面的提升:
1)不斷擴大系統(tǒng)系內(nèi)部現(xiàn)有的基礎(chǔ)性組成系統(tǒng)共同工作的范圍;
2)通過吸納新系統(tǒng)或改造現(xiàn)有系統(tǒng),不斷增添系統(tǒng)系的功能度;
3)不斷提高系統(tǒng)系預測外部環(huán)境變化的能力;
4)通過重組系統(tǒng)(在某些情況下淘汰一些系統(tǒng)),提升系統(tǒng)系的效用或效率。
綜上所述,單一系統(tǒng)研制主要關(guān)注的目標是要實現(xiàn)一個相對固定的技術(shù)指標;而系統(tǒng)系研制則主要關(guān)注的是其能力的動態(tài)演化和持續(xù)提升。這就要求在系統(tǒng)系實現(xiàn)與演化過程中,不斷從效用和可行性等方面持續(xù)評定新出現(xiàn)的方案或可能性。
對于單一系統(tǒng)而言,其管理監(jiān)督的核心就是在首席系統(tǒng)工程師的領(lǐng)導下,分層監(jiān)管系統(tǒng)工程過程。該過程一般具有比較明確的利益相關(guān)方,并且擁有獨立的管理資源和管理權(quán)限。
然而對于系統(tǒng)系而言,無論是利益相關(guān)方還是對研制活動的監(jiān)管都在系統(tǒng)系層面和其各組成系統(tǒng)層面同時存在,而不同層面的需求往往會不一致,甚至存在沖突。因此平衡各方需求是系統(tǒng)系研制管理需解決的重點問題。
一方面,利益相關(guān)方可能會因各自的背景和對系統(tǒng)系的理解不同,而對系統(tǒng)系及其內(nèi)部系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的關(guān)注。例如對系統(tǒng)系感興趣的用戶很少會關(guān)注其內(nèi)部單個系統(tǒng)的約束和研制計劃;而對于單個系統(tǒng)感興趣的用戶則容易忽視整個系統(tǒng)系。特別是多個部門聯(lián)合的系統(tǒng)系研制項目,平衡各方需求則會更為復雜,利益相關(guān)方在考慮技術(shù)問題的同時,還需要考慮經(jīng)費和政治因素。
另一方面,對于研制管理活動的監(jiān)管,在不同層面也有不同的方式。系統(tǒng)系層面的監(jiān)管活動其實更像是一種能力整合,它需要通過影響內(nèi)部組成系統(tǒng)的項目管理者,來實現(xiàn)系統(tǒng)系的研制管理要求。而且這種影響通常還是間接的,系統(tǒng)系的研制管理通常并不會直接介入單一系統(tǒng)的研制過程。同時,系統(tǒng)系內(nèi)部的各組成系統(tǒng)通常也有它們自己的項目主任、用戶、系統(tǒng)工程師和獨立的研究計劃,他們在各自系統(tǒng)層面開展類似于單一系統(tǒng)研制的管控工作,但需要注意與整個系統(tǒng)系相協(xié)調(diào)。通常系統(tǒng)系的管理者并不具有對所有組成系統(tǒng)的管理權(quán)限。
由此可見,無論是從平衡利益相關(guān)方的角度,還是從研制管理活動監(jiān)管的角度,系統(tǒng)系的研制管理都更為復雜,需要時刻平衡各方需求,確保各方目標一致。因此,在系統(tǒng)系研制管理過程中需要建立起一整套平衡機制和權(quán)限結(jié)構(gòu),以調(diào)整需求、配置資源、協(xié)調(diào)或控制各項活動。
對于單一系統(tǒng)而言,系統(tǒng)工程師通??梢酝ㄟ^設(shè)立項目里程碑,編制系統(tǒng)需求文件,制定系統(tǒng)研制管理計劃,反復迭代系統(tǒng)工程過程,來實現(xiàn)對系統(tǒng)研制過程的管控。同時,還可以通過對系統(tǒng)開展試驗與評定,來對系統(tǒng)的研制結(jié)果進行驗證和確認。
然而對于系統(tǒng)系而言,研制同步的問題可能會導致上述傳統(tǒng)的研制管理方法在很大程度上失效。這是因為系統(tǒng)系包含了眾多具有不同壽命周期的組成系統(tǒng),而且這些系統(tǒng)還具有不同的起始點和研制狀態(tài)。在這些系統(tǒng)中,有些已經(jīng)正式部署,有些還處于研制過程當中,有些可能才剛剛立項,而有些尚處于技術(shù)論證的階段。因此,系統(tǒng)系的管理者和工程師就必須重新定義與擴展傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程方法,使之能夠充分考慮各個組成系統(tǒng)的需求和關(guān)鍵因素,并且能夠?qū)Ω鹘M成系統(tǒng)施加影響。系統(tǒng)系工程師需要基于各組成系統(tǒng)不同步的研制進度,來引導和影響各組成系統(tǒng)的改進計劃和開發(fā)優(yōu)先次序,從而保證系統(tǒng)系能夠朝著其能力目標的方向持續(xù)演化與升級。
此外,系統(tǒng)系的試驗需要同時跨越多個組成系統(tǒng)的生命周期,并且需要涵蓋所有組成部分的復雜度和潛在的涌現(xiàn)結(jié)果。但是與此同時,系統(tǒng)系內(nèi)部各組成系統(tǒng)的研制過程又很難同步,所以對系統(tǒng)系進行完整的試驗與評定是很困難的,甚至是不可行的。很多時候需要借助建模與仿真的力量,來實現(xiàn)系統(tǒng)系的試驗與評定。因此,需要在系統(tǒng)系工程計劃里盡早安排建模與仿真的規(guī)劃。
對于單一系統(tǒng)而言,其工程研制過程通常只需要關(guān)注系統(tǒng)的邊界、接口、性能和行為,并滿足預先規(guī)定的系統(tǒng)指標。定義系統(tǒng)邊界通常是一個靜態(tài)問題,并且系統(tǒng)的邊界范圍和接口要求一般都可以清晰地識別。同時,系統(tǒng)的性能和行為也通常由系統(tǒng)自身的屬性來決定。
然而對于系統(tǒng)系而言,其邊界通常具有一定的模糊性。系統(tǒng)系研制的重點是要識別出那些對于系統(tǒng)系的能力目標實現(xiàn)起到關(guān)鍵作用的系統(tǒng),并且理解這些系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。同時,系統(tǒng)系的性能也不僅僅依賴于其各個組成系統(tǒng),還取決于這些系統(tǒng)組合的“端到端”的行為,這些系統(tǒng)必須要協(xié)同工作,才能實現(xiàn)系統(tǒng)系的功能。因此,需要建立合理的機制和方法,在系統(tǒng)系層面進行綜合協(xié)調(diào),確保系統(tǒng)系的性能既能夠滿足系統(tǒng)系用戶的需要,也能夠滿足各組成系統(tǒng)的需要。
伴隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭模式的逐步轉(zhuǎn)變,系統(tǒng)系作為支撐這一模式的裝備配置樣式,勢必日益受到國內(nèi)外軍事領(lǐng)域、學術(shù)領(lǐng)域及裝備制造領(lǐng)域的重視。如何突破現(xiàn)有的著眼于單一系統(tǒng)的研制管理模式,科學有效地管理這種大型復雜系統(tǒng)系的建設(shè),更是一道擺在所有裝備制造強國面前的難題。本文聚焦于從整體上宏觀把握系統(tǒng)系的內(nèi)涵和特點,并從工程管理的角度深入挖掘與剖析了系統(tǒng)系研制與單一系統(tǒng)研制在目標設(shè)定、管理監(jiān)督、研制過程、考慮要素等方面的差異性。這些差異性的存在使得在系統(tǒng)系的研制管理過程中難以照搬原有的管理模式,需要在今后的研究中進一步探索針對系統(tǒng)系研制管理的新思路,從頂層設(shè)計上進行突破與創(chuàng)新,破解系統(tǒng)系研制過程中遇到的管理挑戰(zhàn),找到適合系統(tǒng)系研制管理的新模式。
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