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）

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，與科研院所的設計制造系統(tǒng)脫節(jié)，對產品或系統(tǒng)的 “六性”的提升效果不佳?！爸腔墼核拍睢钡奶岢龊蛯嵤?，為 “六性”系統(tǒng)工程與產品設計生產過程的深度融合提供了契機。闡述了 “六性”工程在智慧院所背景下所起的作用，探討了其實施的技術途徑。并以 “六性協同工作平臺CARMES”為例，給出了智慧院所環(huán)境下實施“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；CARMES

0 引言

現代武器裝備設計使用過程中體現出的可靠性、維修性、保障性、安全性、經濟性和環(huán)境適應性 （簡稱 “六性”）是衡量裝備作戰(zhàn)效能的重要指標，與裝備的性能指標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計制造工作存在一定程度的脫節(jié)現象，盡管 “六性”工作的開展過程中編制了工作大綱和工作計劃，并按照相關標準開展了 “六性”工作項目，但“六性”系統(tǒng)工程的思想和技術尚未與產品的設計研制工作完全融合，仍然存在 “兩張皮”的現象，難以使產品的 “六性”指標獲得較大的提升。

2013年，國防科工局信息中心首次提出了“智慧院所”這一概念。智慧院所是我國擬構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，以知識自動化為方法，以統(tǒng)一模型為工作基礎，在系統(tǒng)工程思想的指導下，利用裝備全壽命周期中的大數據，融合新一代互聯網云計算、數據挖掘和智能算法等分析方法，完成決策的權衡與優(yōu)化，支持裝備全壽命周期內各項活動的高效開展。智慧院所這一概念的提出，為推進裝備 “六性”系統(tǒng)工程與裝備研發(fā)過程的進一步融合提供了良好的契機。

1 智慧院所的內涵

在2013年 “軍工核心能力數據中心建設思路研討會”上，國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個層面：宏觀層面是智慧政府，主要起協調資源、統(tǒng)籌規(guī)劃的作用；中觀層面是智慧軍工集團，主要起整合服務、協調資源的作用；微觀層面是智慧軍工企業(yè)，即智慧院所，是將裝備設計制造過程與智慧化思想有機結合的前沿陣地[2]。

智慧院所這一概念的提出，是順應技術發(fā)展的要求。近年來，隨著計算機輔助設計、計算機集成制造等數字化技術的應用，武器裝備研發(fā)、制造、運行和維護等全壽命周期內積累的各種信息、數據和環(huán)境信息等呈幾何級數膨脹，而大部分信息未能被充分地利用，處于孤立無序的狀態(tài)。利用云計算、大數據挖掘等方法，對這些信息進行有效的處理和分析，在統(tǒng)一模型的基礎上進行決策權衡與優(yōu)化，可以有效地支撐武器裝備研制運行的全過程。

建設智慧院所不是一個一蹴而就的過程，通常而言，需要經過3個階段的積累：1）基于數據電子化的數字化院所，該階段的主要目標是將裝備全壽命周期內的各類數據、院所的組織架構和業(yè)務流程等各類數據以數字化的形式表達，實現院所內部的數字化；2）基于信息集成的信息化院所，該階段的側重點在于將數字化信息進行全過程集成；3）基于知識創(chuàng)新的智慧院所，該階段著重進行信息共享、知識交流和創(chuàng)新活動。

智慧院所的整體建設流程如圖 1所示?？偟膩碚f，智慧院所就是在傳統(tǒng)的組織架構、業(yè)務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，利用數字化和模型化手段，將企業(yè)架構、業(yè)務流程、過程數據和裝備全壽命周期內相關的仿真數據、制造數據、設計數據、試驗數據、運行環(huán)境數據和運行狀態(tài)數據進行整合，構建統(tǒng)一的模型，將現實物理世界與虛擬世界結合起來。通過標準的數據采集技術，提取出模型庫中的結構化數據，利用知識組件化技術，將結構化數據整理融合成知識體系。對于非結構化數據，采用大數據技術對其進行數據挖掘和數據分析，得到設計大數據集、試驗大數據集和運維大數據集等。對于不同的大數據集根據其特點進行整理，融合成知識體系。由結構化和非結構化數據提取得到的知識與傳統(tǒng)的靜態(tài)知識不同，它是以 “知識自動化”這一動態(tài)形式存在的，具有自學習、自組織和自適應的能力。在知識自動化的基礎上，利用智能算法，對設計的創(chuàng)新方案進行仿真權衡分析，可得到最優(yōu)的分析結果。智慧化的輸出可以自適應匹配后推送到裝備全壽命周期內對應的活動中，用于優(yōu)化裝備的設計、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90年代初，我國提出了 “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踐，得到了長足的發(fā)展和完善。“六性”系統(tǒng)工程的三維框架如圖 2所示，在裝備工作的不同階段，對于不同層次的產品，都需要開展對應的 “六性”工作[4]?！傲浴毕到y(tǒng)工程的三維分別是時間維、產品維和專業(yè)維。時間維對應裝備的全壽命周期中的各個階段，一般可分為論證階段、方案階段、工程研制階段、設計定型階段、使用和維修階段；產品維對應不同層次的裝備，例如：元器件、設備、分系統(tǒng)和系統(tǒng)等；專業(yè)維對應 “六性”工作中的可靠性、維修性、保障性、安全性和環(huán)境適應性。

“六性”系統(tǒng)工程的開展，需要結合院所的實際情況，選定合適的六性專業(yè)組織形式，并組建專業(yè)的 “六性”團隊開展工作。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。在實施過程中需要實時地收集匯總數據信息，開展過程監(jiān)控，并在特定的階段對實施能力進行評價。

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)工程的實施

如上所述，“六性”系統(tǒng)工程需要在院所內各部門的協作配合下共同開展，需要進行大量的組織協調工作，同時涉及到的人員數量多，專業(yè)面廣，工作量大，工作周期長，這就導致了多數情況下“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。

智慧院所的構建及 “六性”工作的開展，均需要以系統(tǒng)工程思想作為指導。可以說，智慧院所的構建為 “六性”工作的有效、深入開展提供了良好的契機，而 “六性”系統(tǒng)工程作為智慧院所建設的重要內容，它的順利開展將極大地推動傳統(tǒng)的院所智慧化的進程。智慧院所環(huán)境下 “六性”系統(tǒng)工程的架構如圖3所示。

圖3 “六性”協同工作平臺

“六性”協同工作平臺是 “六性”工作應用的基礎與載體，平臺的構建應當與智慧院所的整體流程緊密地結合?；谥腔墼核恼w流程，“六性”協同工作平臺可分為3個部分，分別為數據庫層、工具層和管理層。其中，數據庫層包括項目基礎數據庫、知識庫、設計數據庫、試驗數據庫和使用數據庫等；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目，包括指標論證、設計分析、試驗評價和維修保障等；管理層可對六性工作項目、任務和數據等進行集成管理。

智慧院所的構建同樣需要搭建起智慧院所平臺，平臺整體框架的設想如圖4所示。平臺由門戶層、工具層、數據層和基礎層構成，并與 “六性”協同工作平臺形成設計、分析和管理的智慧協同。其中，門戶層是院所內各個用戶的統(tǒng)一入口；基礎層是整個平臺的軟硬件基礎，包括平臺的安全體系、網絡環(huán)境、數據中心和計算中心；數據層存儲有整個平臺所需的基礎數據；工具層主要包括智慧管理、智慧研發(fā)、智慧生產和智慧運維4個平臺及統(tǒng)一的模型，技術引擎將數據層的數據進行智能處理，上傳至統(tǒng)一的模型中。統(tǒng)一的模型中的數據經知識自動化和仿真權衡后的結果，自適應匹配至4個平臺中，為平臺的工作提供智慧化支持。

圖4 智慧院所的平臺框架

“六性”協同工作平臺的總體架構能夠很好地融合進智慧院所平臺中?！傲浴睌祿炜勺鳛橹腔墼核脚_數據層的一部分，按照工具層中軟件工具的功能，工具層可與智慧研發(fā)、智慧制造和智慧運維平臺相結合，為裝備全壽命周期中的 “六性”工作提供技術支持。“六性”系統(tǒng)工作平臺的管理層可以作為智慧管理平臺的一部分，對其他3個平臺的 “六性”工作進行統(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” 協同工作平臺的最新版本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，以裝備研發(fā)過程中的 “六性”工作項目為出發(fā)點，統(tǒng)籌規(guī)劃平臺設計布局。CARMES7.0可作為智慧院所平臺的有機組成部分，能夠在智慧院所環(huán)境下有效地開展“六性”系統(tǒng)工程，對智慧院所的建設起到積極的推動作用，可以促進 “六性”工作與設計、研發(fā)工作的結合，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)工程的應用

基于智慧院所環(huán)境下的 “六性”系統(tǒng)工程框架，結合中電某所的實際需求，在分析其管理、設計和生產等流程的基礎上，結合現有的設計系統(tǒng)、管理平臺和物資系統(tǒng)，以CARMES7.0作為有力的推手，利用數字化和模型化手段，將企業(yè)架構、業(yè)務流程、過程數據和裝備全壽命周期的 “六性”數據、制造數據、設計數據、試驗數據、運行環(huán)境數據和運行狀態(tài)等數據進行整合，構建統(tǒng)一模型，最終形成的智慧院所平臺框架如圖 5所示，并取得初步的成效。

首先，構建智慧院所的基礎系統(tǒng)，包括：高性能的網絡環(huán)境、安全體系、數據中心和技術中心，硬件體系框架主要用于支撐全所智慧平臺工作的高效開展。

其次，構建智慧數據系統(tǒng)，為全所智慧平臺提供數據支撐，以 “六性”數據知識庫為主體，統(tǒng)籌所內組織、業(yè)務和生產等數據。

然后，構建智慧院所的設計系統(tǒng)，包括：智慧管理平臺、智慧研發(fā)平臺、智慧生產平臺、智慧運維平臺、“六性”協同分析平臺、知識自動化、仿真權衡、統(tǒng)一模型和技術引擎幾個組成部分。其中，智慧管理平臺集合組織管理、設計管理、生產管理和 “六性”系統(tǒng)管理子系統(tǒng)，通過項目管理、任務管理、數據管理和模型管理推動全所智慧管理工作的開展；基于 “六性”協同分析子系統(tǒng)，一方面可以集合研發(fā)、生產和運維功能，另一方面可以通過數據自動收集、知識提取和自動化仿真分析等手段來實現知識自動化及產品全壽命周期的仿真權衡分析；統(tǒng)一模型則主要基于產品數字化設計模型結合 “六性”相關模型為知識提取、仿真分析等功能提供支撐；技術引擎主要為智慧院所海量數據的管理與統(tǒng)籌提供服務，在 “六性”數據引擎的推動下實現大數據引擎、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框架

最后，構建智慧院所的門戶入口，作為集全所管理、設計、分析和應用于一體的統(tǒng)一入口。

5 結束語

智慧院所的建設以統(tǒng)一模型為基礎，以系統(tǒng)工程的思想為指導，這一概念的提出為 “六性”系統(tǒng)工程與裝備研發(fā)過程的進一步融合提供了契機?！傲浴眳f同工作平臺CARMES7.0能夠與智慧院所的整體框架有機地融合。該平臺的部署，對于智慧院所的建設和六性工作的開展都有著積極的推動作用。

[1]趙越，孫國梁，周晗.我國 “智慧軍工”體系建設構想[J].國防科技工業(yè)，2013（7）：56-57.

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

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

[4]王靖，王禹.型號研制中的可靠性系統(tǒng)工程技術規(guī)范[J].航空制造技術，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)布六性協同工作平臺CARMES 7.0版 [J].電子產品可靠性與環(huán)境試驗，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據中心副主任，工程師，從事電子元器件信息管理和電子產品可靠性研究工作。