張劍偉，尚斌，劉舜鑫，吳凡，潘勇

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

智慧院所環(huán)境下的 “六性”系統(tǒng)工程

張劍偉，尚斌，劉舜鑫，吳凡，潘勇

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

傳統(tǒng)的 “六性”系統(tǒng)工程自成體系，與科研院所的設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)脫節(jié)，對(duì)產(chǎn)品或系統(tǒng)的 “六性”的提升效果不佳?！爸腔墼核拍睢钡奶岢龊蛯?shí)施，為 “六性”系統(tǒng)工程與產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程的深度融合提供了契機(jī)。闡述了 “六性”工程在智慧院所背景下所起的作用，探討了其實(shí)施的技術(shù)途徑。并以 “六性協(xié)同工作平臺(tái)CARMES”為例，給出了智慧院所環(huán)境下實(shí)施“六性”系統(tǒng)工程的手段和方法。

智慧院所；六性系統(tǒng)工程；軟件平臺(tái)；CARMES

0 引言

現(xiàn)代武器裝備設(shè)計(jì)使用過程中體現(xiàn)出的可靠性、維修性、保障性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境適應(yīng)性 （簡(jiǎn)稱 “六性”）是衡量裝備作戰(zhàn)效能的重要指標(biāo)，與裝備的性能指標(biāo)具有同等重要的地位。然而，目前裝備的 “六性”工作與裝備研制單位的設(shè)計(jì)制造工作存在一定程度的脫節(jié)現(xiàn)象，盡管 “六性”工作的開展過程中編制了工作大綱和工作計(jì)劃，并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開展了 “六性”工作項(xiàng)目，但“六性”系統(tǒng)工程的思想和技術(shù)尚未與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研制工作完全融合，仍然存在 “兩張皮”的現(xiàn)象，難以使產(chǎn)品的 “六性”指標(biāo)獲得較大的提升。

2013年，國(guó)防科工局信息中心首次提出了“智慧院所”這一概念。智慧院所是我國(guó)擬構(gòu)建的智慧軍工體系微觀層面的基本單位[1]，其以創(chuàng)新為核心目標(biāo)，以知識(shí)自動(dòng)化為方法，以統(tǒng)一模型為工作基礎(chǔ)，在系統(tǒng)工程思想的指導(dǎo)下，利用裝備全壽命周期中的大數(shù)據(jù)，融合新一代互聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘和智能算法等分析方法，完成決策的權(quán)衡與優(yōu)化，支持裝備全壽命周期內(nèi)各項(xiàng)活動(dòng)的高效開展。智慧院所這一概念的提出，為推進(jìn)裝備 “六性”系統(tǒng)工程與裝備研發(fā)過程的進(jìn)一步融合提供了良好的契機(jī)。

1 智慧院所的內(nèi)涵

在2013年 “軍工核心能力數(shù)據(jù)中心建設(shè)思路研討會(huì)”上，國(guó)防科工局信息中心提出了 “智慧軍工”這一概念。智慧軍工體系主要包括宏觀、中觀和微觀3個(gè)層面：宏觀層面是智慧政府，主要起協(xié)調(diào)資源、統(tǒng)籌規(guī)劃的作用；中觀層面是智慧軍工集團(tuán)，主要起整合服務(wù)、協(xié)調(diào)資源的作用；微觀層面是智慧軍工企業(yè)，即智慧院所，是將裝備設(shè)計(jì)制造過程與智慧化思想有機(jī)結(jié)合的前沿陣地[2]。

智慧院所這一概念的提出，是順應(yīng)技術(shù)發(fā)展的要求。近年來，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，武器裝備研發(fā)、制造、運(yùn)行和維護(hù)等全壽命周期內(nèi)積累的各種信息、數(shù)據(jù)和環(huán)境信息等呈幾何級(jí)數(shù)膨脹，而大部分信息未能被充分地利用，處于孤立無序的狀態(tài)。利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)挖掘等方法，對(duì)這些信息進(jìn)行有效的處理和分析，在統(tǒng)一模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行決策權(quán)衡與優(yōu)化，可以有效地支撐武器裝備研制運(yùn)行的全過程。

建設(shè)智慧院所不是一個(gè)一蹴而就的過程，通常而言，需要經(jīng)過3個(gè)階段的積累：1）基于數(shù)據(jù)電子化的數(shù)字化院所，該階段的主要目標(biāo)是將裝備全壽命周期內(nèi)的各類數(shù)據(jù)、院所的組織架構(gòu)和業(yè)務(wù)流程等各類數(shù)據(jù)以數(shù)字化的形式表達(dá)，實(shí)現(xiàn)院所內(nèi)部的數(shù)字化；2）基于信息集成的信息化院所，該階段的側(cè)重點(diǎn)在于將數(shù)字化信息進(jìn)行全過程集成；3）基于知識(shí)創(chuàng)新的智慧院所，該階段著重進(jìn)行信息共享、知識(shí)交流和創(chuàng)新活動(dòng)。

智慧院所的整體建設(shè)流程如圖 1所示?？偟膩碚f，智慧院所就是在傳統(tǒng)的組織架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程和方式方法中增加了智慧化要素。其整體流程以系統(tǒng)工程的思想為指導(dǎo)，利用數(shù)字化和模型化手段，將企業(yè)架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程、過程數(shù)據(jù)和裝備全壽命周期內(nèi)相關(guān)的仿真數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，構(gòu)建統(tǒng)一的模型，將現(xiàn)實(shí)物理世界與虛擬世界結(jié)合起來。通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，提取出模型庫中的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，利用知識(shí)組件化技術(shù)，將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)整理融合成知識(shí)體系。對(duì)于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析，得到設(shè)計(jì)大數(shù)據(jù)集、試驗(yàn)大數(shù)據(jù)集和運(yùn)維大數(shù)據(jù)集等。對(duì)于不同的大數(shù)據(jù)集根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行整理，融合成知識(shí)體系。由結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提取得到的知識(shí)與傳統(tǒng)的靜態(tài)知識(shí)不同，它是以 “知識(shí)自動(dòng)化”這一動(dòng)態(tài)形式存在的，具有自學(xué)習(xí)、自組織和自適應(yīng)的能力。在知識(shí)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，利用智能算法，對(duì)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方案進(jìn)行仿真權(quán)衡分析，可得到最優(yōu)的分析結(jié)果。智慧化的輸出可以自適應(yīng)匹配后推送到裝備全壽命周期內(nèi)對(duì)應(yīng)的活動(dòng)中，用于優(yōu)化裝備的設(shè)計(jì)、制造和管理。

圖1 智慧院所整體流程圖

2 “六性”系統(tǒng)工程

20世紀(jì)90年代初，我國(guó)提出了 “六性”系統(tǒng)工程的理論框架[3]。此后，這一理論框架在裝備研制過程中不斷地實(shí)踐，得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和完善?！傲浴毕到y(tǒng)工程的三維框架如圖 2所示，在裝備工作的不同階段，對(duì)于不同層次的產(chǎn)品，都需要開展對(duì)應(yīng)的 “六性”工作[4]。“六性”系統(tǒng)工程的三維分別是時(shí)間維、產(chǎn)品維和專業(yè)維。時(shí)間維對(duì)應(yīng)裝備的全壽命周期中的各個(gè)階段，一般可分為論證階段、方案階段、工程研制階段、設(shè)計(jì)定型階段、使用和維修階段；產(chǎn)品維對(duì)應(yīng)不同層次的裝備，例如：元器件、設(shè)備、分系統(tǒng)和系統(tǒng)等；專業(yè)維對(duì)應(yīng) “六性”工作中的可靠性、維修性、保障性、安全性和環(huán)境適應(yīng)性。

“六性”系統(tǒng)工程的開展，需要結(jié)合院所的實(shí)際情況，選定合適的六性專業(yè)組織形式，并組建專業(yè)的 “六性”團(tuán)隊(duì)開展工作。在 “六性”工作開展前需要梳理 “六性”工作流程，編制 “六性”工作規(guī)范指南，提出明確的 “六性”指標(biāo)。在實(shí)施過程中需要實(shí)時(shí)地收集匯總數(shù)據(jù)信息，開展過程監(jiān)控，并在特定的階段對(duì)實(shí)施能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖2 “六性”系統(tǒng)工程的三維框架

3 智慧院所環(huán)境下的 “六性”系統(tǒng)工程的實(shí)施

如上所述，“六性”系統(tǒng)工程需要在院所內(nèi)各部門的協(xié)作配合下共同開展，需要進(jìn)行大量的組織協(xié)調(diào)工作，同時(shí)涉及到的人員數(shù)量多，專業(yè)面廣，工作量大，工作周期長(zhǎng)，這就導(dǎo)致了多數(shù)情況下“六性”工作難以全系統(tǒng)、全方位地貫穿在裝備研制的全過程中。

智慧院所的構(gòu)建及 “六性”工作的開展，均需要以系統(tǒng)工程思想作為指導(dǎo)?？梢哉f，智慧院所的構(gòu)建為 “六性”工作的有效、深入開展提供了良好的契機(jī)，而 “六性”系統(tǒng)工程作為智慧院所建設(shè)的重要內(nèi)容，它的順利開展將極大地推動(dòng)傳統(tǒng)的院所智慧化的進(jìn)程。智慧院所環(huán)境下 “六性”系統(tǒng)工程的架構(gòu)如圖3所示。

圖3 “六性”協(xié)同工作平臺(tái)

“六性”協(xié)同工作平臺(tái)是 “六性”工作應(yīng)用的基礎(chǔ)與載體，平臺(tái)的構(gòu)建應(yīng)當(dāng)與智慧院所的整體流程緊密地結(jié)合。基于智慧院所的整體流程，“六性”協(xié)同工作平臺(tái)可分為3個(gè)部分，分別為數(shù)據(jù)庫層、工具層和管理層。其中，數(shù)據(jù)庫層包括項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫、試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫和使用數(shù)據(jù)庫等；工具層中的 “六性”軟件工具箱需涵蓋裝備六性工作開展過程中涉及到的大部分工作項(xiàng)目，包括指標(biāo)論證、設(shè)計(jì)分析、試驗(yàn)評(píng)價(jià)和維修保障等；管理層可對(duì)六性工作項(xiàng)目、任務(wù)和數(shù)據(jù)等進(jìn)行集成管理。

智慧院所的構(gòu)建同樣需要搭建起智慧院所平臺(tái)，平臺(tái)整體框架的設(shè)想如圖4所示。平臺(tái)由門戶層、工具層、數(shù)據(jù)層和基礎(chǔ)層構(gòu)成，并與 “六性”協(xié)同工作平臺(tái)形成設(shè)計(jì)、分析和管理的智慧協(xié)同。其中，門戶層是院所內(nèi)各個(gè)用戶的統(tǒng)一入口；基礎(chǔ)層是整個(gè)平臺(tái)的軟硬件基礎(chǔ)，包括平臺(tái)的安全體系、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、數(shù)據(jù)中心和計(jì)算中心；數(shù)據(jù)層存儲(chǔ)有整個(gè)平臺(tái)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；工具層主要包括智慧管理、智慧研發(fā)、智慧生產(chǎn)和智慧運(yùn)維4個(gè)平臺(tái)及統(tǒng)一的模型，技術(shù)引擎將數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能處理，上傳至統(tǒng)一的模型中。統(tǒng)一的模型中的數(shù)據(jù)經(jīng)知識(shí)自動(dòng)化和仿真權(quán)衡后的結(jié)果，自適應(yīng)匹配至4個(gè)平臺(tái)中，為平臺(tái)的工作提供智慧化支持。

圖4 智慧院所的平臺(tái)框架

“六性”協(xié)同工作平臺(tái)的總體架構(gòu)能夠很好地融合進(jìn)智慧院所平臺(tái)中?！傲浴睌?shù)據(jù)庫可作為智慧院所平臺(tái)數(shù)據(jù)層的一部分，按照工具層中軟件工具的功能，工具層可與智慧研發(fā)、智慧制造和智慧運(yùn)維平臺(tái)相結(jié)合，為裝備全壽命周期中的 “六性”工作提供技術(shù)支持?！傲浴毕到y(tǒng)工作平臺(tái)的管理層可以作為智慧管理平臺(tái)的一部分，對(duì)其他3個(gè)平臺(tái)的 “六性”工作進(jìn)行統(tǒng)籌管理。

目前，工業(yè)和信息化部電子第五研究所新近發(fā)布了 “六性” 協(xié)同工作平臺(tái)的最新版本CARMES7.0[5]。該版本不再局限于原有版本的定位，而是以系統(tǒng)工程的思想為指導(dǎo)，以裝備研發(fā)過程中的 “六性”工作項(xiàng)目為出發(fā)點(diǎn)，統(tǒng)籌規(guī)劃平臺(tái)設(shè)計(jì)布局。CARMES7.0可作為智慧院所平臺(tái)的有機(jī)組成部分，能夠在智慧院所環(huán)境下有效地開展“六性”系統(tǒng)工程，對(duì)智慧院所的建設(shè)起到積極的推動(dòng)作用，可以促進(jìn) “六性”工作與設(shè)計(jì)、研發(fā)工作的結(jié)合，從而極大地提升裝備的 “六性”水平。

4 智慧院所環(huán)境下的 “六性”系統(tǒng)工程的應(yīng)用

基于智慧院所環(huán)境下的 “六性”系統(tǒng)工程框架，結(jié)合中電某所的實(shí)際需求，在分析其管理、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)等流程的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)計(jì)系統(tǒng)、管理平臺(tái)和物資系統(tǒng)，以CARMES7.0作為有力的推手，利用數(shù)字化和模型化手段，將企業(yè)架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程、過程數(shù)據(jù)和裝備全壽命周期的 “六性”數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，構(gòu)建統(tǒng)一模型，最終形成的智慧院所平臺(tái)框架如圖 5所示，并取得初步的成效。

首先，構(gòu)建智慧院所的基礎(chǔ)系統(tǒng)，包括：高性能的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、安全體系、數(shù)據(jù)中心和技術(shù)中心，硬件體系框架主要用于支撐全所智慧平臺(tái)工作的高效開展。

其次，構(gòu)建智慧數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為全所智慧平臺(tái)提供數(shù)據(jù)支撐，以 “六性”數(shù)據(jù)知識(shí)庫為主體，統(tǒng)籌所內(nèi)組織、業(yè)務(wù)和生產(chǎn)等數(shù)據(jù)。

然后，構(gòu)建智慧院所的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括：智慧管理平臺(tái)、智慧研發(fā)平臺(tái)、智慧生產(chǎn)平臺(tái)、智慧運(yùn)維平臺(tái)、“六性”協(xié)同分析平臺(tái)、知識(shí)自動(dòng)化、仿真權(quán)衡、統(tǒng)一模型和技術(shù)引擎幾個(gè)組成部分。其中，智慧管理平臺(tái)集合組織管理、設(shè)計(jì)管理、生產(chǎn)管理和 “六性”系統(tǒng)管理子系統(tǒng)，通過項(xiàng)目管理、任務(wù)管理、數(shù)據(jù)管理和模型管理推動(dòng)全所智慧管理工作的開展；基于 “六性”協(xié)同分析子系統(tǒng)，一方面可以集合研發(fā)、生產(chǎn)和運(yùn)維功能，另一方面可以通過數(shù)據(jù)自動(dòng)收集、知識(shí)提取和自動(dòng)化仿真分析等手段來實(shí)現(xiàn)知識(shí)自動(dòng)化及產(chǎn)品全壽命周期的仿真權(quán)衡分析；統(tǒng)一模型則主要基于產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)模型結(jié)合 “六性”相關(guān)模型為知識(shí)提取、仿真分析等功能提供支撐；技術(shù)引擎主要為智慧院所海量數(shù)據(jù)的管理與統(tǒng)籌提供服務(wù)，在 “六性”數(shù)據(jù)引擎的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)引擎、可視化引擎和檢索引擎等功能。

圖5 中電某所智慧院所平臺(tái)框架

最后，構(gòu)建智慧院所的門戶入口，作為集全所管理、設(shè)計(jì)、分析和應(yīng)用于一體的統(tǒng)一入口。

5 結(jié)束語

智慧院所的建設(shè)以統(tǒng)一模型為基礎(chǔ)，以系統(tǒng)工程的思想為指導(dǎo)，這一概念的提出為 “六性”系統(tǒng)工程與裝備研發(fā)過程的進(jìn)一步融合提供了契機(jī)。“六性”協(xié)同工作平臺(tái)CARMES7.0能夠與智慧院所的整體框架有機(jī)地融合。該平臺(tái)的部署，對(duì)于智慧院所的建設(shè)和六性工作的開展都有著積極的推動(dòng)作用。

[1]趙越，孫國(guó)梁，周晗.我國(guó) “智慧軍工”體系建設(shè)構(gòu)想[J].國(guó)防科技工業(yè)，2013（7）：56-57.

[2]宋大曉，韓龍寶.智慧型軍工科研院所：由概念走向現(xiàn)實(shí) [J].國(guó)防科技工業(yè)，2015（2）：55-56.

[3]楊為民，阮鐮，屠慶慈.可靠性系統(tǒng)工程——理論與實(shí)踐 [J].航空學(xué)報(bào)，1995，16（S1）：1-8.

[4]王靖，王禹.型號(hào)研制中的可靠性系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[J].航空制造技術(shù)，2008（20）：84-88.

[5]張三娣.工業(yè)和信息化部電子第五研究所發(fā)布六性協(xié)同工作平臺(tái)CARMES 7.0版 [J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2016，34（3）：32.

Six Property Systems Engineering in the Environment of Wisdom Institute

ZHANG Jianwei，SHANG Bin，LIU Shunxin，WU Fan，PAN Yong
（CEPREI，Guangzhou 510610，China）

The traditional“six property”engineering has its own system，but this system is disconnected with the design and manufacturing systems of scientific research institutes，so it can't significantly improve the six property of products or systems.The proposition and implementation of the concept of the wisdom institute provides an opportunity for the deep integration of the“six property”system engineering and product design and production process.The function of “six property”engineering in the background of wisdom institute is expounded and the technical ways of implementing the engineering are discussed.Besides， taking the“six property cooperative working platform CARMES”as an example，the means and methods of implementing“sixproperty”system engineering under the environment of wisdom institute are given.

wisdom institute；six property systems engineering；software platform；CARMES

TB 114.2

：A

：1672-5468（2017）01-0001-05

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.01.001

2016-07-05

2016-12-06

張劍偉 （1983-），男，廣西北海人，工業(yè)和信息化部電子第五研究所可靠性數(shù)據(jù)中心副主任，工程師，從事電子元器件信息管理和電子產(chǎn)品可靠性研究工作。