李國(guó)強(qiáng) 湛希 郭凱 徐啟
(1北京跟蹤與通信技術(shù)研究所,北京,100094;2中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所,北京,100028)
文 摘:秉承系統(tǒng)工程理念,遵循標(biāo)準(zhǔn)化基本規(guī)律與原理,對(duì)系統(tǒng)工程六維模型、工作分解結(jié)構(gòu) (WBS)、平行分解法等傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì)方法以及標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)工程六維模型、美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架 (DoDAF)等新興設(shè)計(jì)方法的內(nèi)涵與特點(diǎn)作了介紹,從適用對(duì)象、適用時(shí)機(jī)等方面進(jìn)行分析,提出應(yīng)用建議。
以系統(tǒng)觀為指導(dǎo),以人造實(shí)體系統(tǒng)或標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域?yàn)閷?duì)象,研究、籌劃、設(shè)計(jì)和建立由若干相互聯(lián)系、相互作用、相互協(xié)調(diào)與配合的標(biāo)準(zhǔn)組成的標(biāo)準(zhǔn)體系,或用來(lái)科學(xué)地制定或管理標(biāo)準(zhǔn),或用來(lái)支撐、引導(dǎo)或幫助相應(yīng)人造實(shí)體系統(tǒng)的需求者、研發(fā)者和生產(chǎn)者解決相應(yīng)人造實(shí)體系統(tǒng)在其全壽命過(guò)程中的系統(tǒng)性問(wèn)題,是標(biāo)準(zhǔn)化的一項(xiàng)十分重要的任務(wù)[1-2]。
伴隨著系統(tǒng)工程理論和標(biāo)準(zhǔn)化 (學(xué))研究與實(shí)踐的持續(xù)深化,信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)及其在體系設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用,標(biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì)與構(gòu)建方法在原有基礎(chǔ)上取得了與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展,新理念、新方法不斷涌現(xiàn)并在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)與完善。
標(biāo)準(zhǔn)體系是標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)、先導(dǎo)和藍(lán)圖。標(biāo)準(zhǔn)化作為一種復(fù)雜的系統(tǒng)工程,其體系設(shè)計(jì)一般也借鑒系統(tǒng)工程六維模型、工作分解結(jié)構(gòu)、平行分解法、屬種分類(lèi)法/過(guò)程劃分法、分類(lèi)法等系統(tǒng)工程理論方法。此外,隨著以DoDAF(美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架)為代表的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在信息化領(lǐng)域深入應(yīng)用,其在標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域也被逐步引入。
標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)工程是指:在特定的社會(huì)活動(dòng)和技術(shù)過(guò)程中,運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)和標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)的理論、規(guī)律和方法,系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、組織、實(shí)施、管理和控制標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng),以保證標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象獲得最佳的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的一門(mén)組織管理技術(shù)[3]。作為系統(tǒng)工程的一個(gè)典型分支,標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)工程既具有整體性、綜合性、有效性、動(dòng)態(tài)性和社會(huì)性等系統(tǒng)工程的普遍特征,還具有強(qiáng)制性、依存性等特有屬性。
系統(tǒng)工程普適的方法論空間——由邏輯維、時(shí)間維、知識(shí)維構(gòu)成的霍爾三維結(jié)構(gòu)[4],盡管同樣適用于標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)工程,但是尚不能完全描述標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的所有屬性特征。因此,文獻(xiàn)[5]提出了如圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)工程六維模型,在霍爾三維結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,將其知識(shí)維擴(kuò)展為包涵知識(shí)、人才、資金、物資等元素的條件維,并增加其他三重反映標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)特有屬性的維度,即反映標(biāo)準(zhǔn)等級(jí) (如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等)的級(jí)別維、反映標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象類(lèi)型 (如基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)、工作標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等)的對(duì)象維、反映標(biāo)準(zhǔn)自身性質(zhì) (如技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)等)的性質(zhì)維。對(duì)于某一標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象,從確定目標(biāo)直到標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)壽命終止的整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)工程中所有的分析論證和組織管理工作,都可以運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)工程六維模型全面地處理和解決。
圖1 標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)工程六維模型
標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)工程六維模型用于指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì)時(shí),需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)六個(gè)維度及其具體內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。
工作分解結(jié)構(gòu) (WBS, work breakdown structure)是一種把系統(tǒng)或產(chǎn)品逐層逐級(jí)分解為任務(wù)項(xiàng)目或分系統(tǒng),以描述任務(wù)項(xiàng)目或分系統(tǒng)與系統(tǒng)目標(biāo)之間從屬關(guān)系的組織圖表。任何復(fù)雜系統(tǒng)都可以通過(guò)這種方法從最高層級(jí)到最低層級(jí)分解表示為圖形式的結(jié)構(gòu)。
作為技術(shù)和管理活動(dòng)的構(gòu)架,工作分解結(jié)構(gòu)為所有的項(xiàng)目參與者提供溝通渠道,并使各項(xiàng)工作能在明確定義的基礎(chǔ)上進(jìn)行。故確定工作分解結(jié)構(gòu)經(jīng)常是研制大型復(fù)雜系統(tǒng)開(kāi)始時(shí)的首要步驟。對(duì)于有成熟經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng),國(guó)外都會(huì)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)文件形式將工作分解結(jié)構(gòu)的最高幾個(gè)層次的項(xiàng)目?jī)?nèi)容規(guī)定下來(lái)。例如,MIL-STD-881C《國(guó)防裝備項(xiàng)目工作分解結(jié)構(gòu)》,對(duì)飛行系統(tǒng)、導(dǎo)彈系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、艦船系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、空間系統(tǒng)、地面車(chē)輛系統(tǒng)等7類(lèi)國(guó)防裝備的簡(jiǎn)要工作分解結(jié)構(gòu)的前三個(gè)層次進(jìn)行了規(guī)定。國(guó)內(nèi)航空、航天、艦船、武器等領(lǐng)域也制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)定直升機(jī)、衛(wèi)星、艦船、導(dǎo)彈等的簡(jiǎn)要工作分解結(jié)構(gòu)[6-9]。
在設(shè)計(jì)上述7類(lèi)系統(tǒng)范圍內(nèi)裝備的標(biāo)準(zhǔn)體系時(shí),可以根據(jù)裝備的具體情況,對(duì)GJB 2116A—2015《武器裝備研制項(xiàng)目工作分解結(jié)構(gòu)》或MIL-STD-881C規(guī)定的工作分解結(jié)構(gòu)進(jìn)行剪裁,形成所設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系依存主體的工作分解結(jié)構(gòu)。
標(biāo)準(zhǔn)體系與相應(yīng)人造實(shí)體系統(tǒng) (標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象)在結(jié)構(gòu)上有著非常密切的關(guān)系。對(duì)依存人造實(shí)體系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行平行分解,由依存主體層層分解出來(lái)的各種硬件、軟件和其他工作任務(wù)作為具體標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象,以此為依據(jù)提出所需技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)等,從而發(fā)展成整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系,這就是平行分解法的基本內(nèi)涵。充分利用這種方法,可以使標(biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì)從一開(kāi)始即納入軌道,與依存主體密切配合,共同發(fā)展,收到事半功倍之效。
例如,典型的空間系統(tǒng)層次體系 (如圖2所示),該系統(tǒng)的基本部分是飛行器分系統(tǒng)和地面分系統(tǒng),圖中只顯示3個(gè)層次,到功能子系統(tǒng)為止。其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系按照平行分解法可得到圖3的規(guī)范樹(shù)。對(duì)比圖2和圖3可知,功能子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和功能子系統(tǒng)的硬件是一一對(duì)應(yīng)的。
圖2 某空間系統(tǒng)層次體系示例
圖3 某空間系統(tǒng)規(guī)范樹(shù)
通過(guò)平行分解法如此一層層地分解下去,得到各個(gè)系統(tǒng)的規(guī)范樹(shù),最終就確定了整個(gè)大系統(tǒng)所要求的整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系,其中包括了硬件和軟件。
屬種劃分法/過(guò)程劃分法是根據(jù)其依存人造實(shí)體系統(tǒng)的特點(diǎn)和規(guī)律,建立概念體系結(jié)構(gòu)或過(guò)程體系結(jié)構(gòu),確定目標(biāo)樹(shù)或目的樹(shù)。例如,可靠性、維修性等專(zhuān)業(yè)工程可以根據(jù)管理、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)與評(píng)價(jià)的需要確立若干工作項(xiàng)目,每個(gè)工作項(xiàng)目之下又有若干小項(xiàng)目,依此類(lèi)推形成各自的體系結(jié)構(gòu)。如果這些項(xiàng)目需要制定標(biāo)準(zhǔn)文件,則這些標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)地形成一定的層次體系結(jié)構(gòu)。
這種方法通常適用于軍事專(zhuān)業(yè)工程標(biāo)準(zhǔn)體系的設(shè)計(jì)。如文獻(xiàn)[10]中基于可靠性工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié),劃分了裝備壽命周期內(nèi)開(kāi)展可靠性工程的工作項(xiàng)目群,包括可靠性及其工作項(xiàng)目要求的確定、可靠性管理等5個(gè)工作項(xiàng)目群,再對(duì)每個(gè)項(xiàng)目群里面的具體工作項(xiàng)目進(jìn)行劃分,如可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)項(xiàng)目群中包括環(huán)境應(yīng)力篩選、可靠性研制試驗(yàn)、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)、可靠性鑒定試驗(yàn)、可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)、可靠性分析評(píng)價(jià)等6個(gè)工作項(xiàng)目。據(jù)此,可靠性工程標(biāo)準(zhǔn)體系就可以按照工作項(xiàng)目的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
分類(lèi)是一種認(rèn)識(shí)事物的方法,即以事物的性質(zhì)、特點(diǎn)、用途等作為區(qū)分的標(biāo)準(zhǔn),將符合同一標(biāo)準(zhǔn)的事物聚類(lèi),將不符合同一標(biāo)準(zhǔn)的分開(kāi)。作為分類(lèi)的依據(jù)和工具,分類(lèi)法是指將類(lèi)或組按照相互間的關(guān)系,依據(jù)一定的原則組成系統(tǒng)化的結(jié)構(gòu),并體現(xiàn)為不同類(lèi)目組成的反映該原則與關(guān)系的體系表。
針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)這樣龐大而結(jié)構(gòu)繁雜的系統(tǒng),由于種類(lèi)繁多,可以根據(jù)目的的不同,從不同的角度進(jìn)行分類(lèi)。主要的標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)法包括:①按標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別劃分的級(jí)別分類(lèi)法;②按標(biāo)準(zhǔn)自身屬性劃分的性質(zhì)分類(lèi)法;③按標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象劃分的對(duì)象分類(lèi)法。
具體到每一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),都具有自身的級(jí)別特征、性質(zhì)特征和對(duì)象特征,因此這三種分類(lèi)法又是相互交叉、互為補(bǔ)充的。例如一個(gè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),它的級(jí)別特征可能是行業(yè)級(jí),它的性質(zhì)特征是技術(shù),它的對(duì)象特征是產(chǎn)品,則這個(gè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)行業(yè)級(jí)的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
DoDAF[11]是一部指導(dǎo)美國(guó)國(guó)防領(lǐng)域內(nèi)各系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的頂層、全面、通用的規(guī)范性文件。它對(duì)在美國(guó)國(guó)防領(lǐng)域內(nèi)描述各系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵概念、重要術(shù)語(yǔ)和定義進(jìn)行了統(tǒng)一,明確了體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)原則和程序,給出了體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的基本方法和模型,提供了支撐關(guān)鍵過(guò)程決策的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和信息。
DoDAF 1.0版本主要從作戰(zhàn)應(yīng)用、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等三個(gè)視角進(jìn)行分析,開(kāi)始了 “以數(shù)據(jù)為中心”的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。1.5版本充分吸納網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的先進(jìn)技術(shù)成果,引入了面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)概念,增加了服務(wù)視圖。2.0版本以后,DoDAF結(jié)構(gòu)框架真正實(shí)現(xiàn)了從以模型為中心到以數(shù)據(jù)為中心的轉(zhuǎn)變,能夠針對(duì)不同對(duì)象、不同領(lǐng)域提供相應(yīng)的決策數(shù)據(jù)。
當(dāng)前的2.02版定義給出了一種普適于體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的 “六步法”。該方法以體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為中心,著重強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)內(nèi)部和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系?;?“六步法”的體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)方法適用于SOA(面向服務(wù)架構(gòu))體系結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā),強(qiáng)調(diào)以數(shù)據(jù)為中心,即將關(guān)注點(diǎn)放在數(shù)據(jù)上、數(shù)據(jù)內(nèi)部以及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系上。
文獻(xiàn)[12-13]從原理內(nèi)涵、適用對(duì)象、優(yōu)勢(shì)與不足等方面對(duì)上述方法進(jìn)行了對(duì)比分析,見(jiàn)表1。
表1 主要標(biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì)方法對(duì)比
從表1可知,上述幾種設(shè)計(jì)方法的適用對(duì)象、優(yōu)勢(shì)與不足各有差異:①?gòu)倪m用對(duì)象來(lái)看,標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)工程六維模型適用于標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別和類(lèi)別的確定,DoDAF適用于復(fù)雜標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象的結(jié)構(gòu)化描述(如標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象技術(shù)體系的設(shè)計(jì)),兩者均不直接用于標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);②工作分解結(jié)構(gòu)、平行分解法、屬種劃分法/過(guò)程劃分法、分類(lèi)法則均可直接用于標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其中,工作分解結(jié)構(gòu)、平行分解法適用于層次結(jié)構(gòu)較清晰、功能組成明確的復(fù)雜對(duì)象開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì);③屬種劃分法/過(guò)程劃分法適用于專(zhuān)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì);④分類(lèi)法適用于分類(lèi)規(guī)則明確的簡(jiǎn)單產(chǎn)品。
通過(guò)以上分析可總結(jié)出各種方法的適用時(shí)機(jī):①DoDAF本質(zhì)上是從復(fù)雜環(huán)境中提取出關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息,并保持?jǐn)?shù)據(jù)之間的統(tǒng)一性、關(guān)聯(lián)性和一致性,最終將這些信息以易于理解的方式展示給決策者和執(zhí)行者,實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象的全方位分析,可作為復(fù)雜對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì)的先導(dǎo)步驟;②工作分解結(jié)構(gòu)、平行分解法可結(jié)合用于標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)的頂層設(shè)計(jì);③工作分解結(jié)構(gòu)、平行分解法、屬種劃分法/過(guò)程劃分法、分類(lèi)法可相結(jié)合用于體系結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì);④標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)工程六維模型則用于體系結(jié)構(gòu)確定之后的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。
分析國(guó)際國(guó)外航天領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)情況,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)標(biāo)準(zhǔn)體系采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)法 (ICS)劃分,國(guó)際電信聯(lián)盟 (ITU)標(biāo)準(zhǔn)體系采用字母分類(lèi)法劃分,美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)(MIL)標(biāo)準(zhǔn)體系采用聯(lián)邦分類(lèi)法 (FSC)與字母分類(lèi)法相結(jié)合劃分,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)標(biāo)準(zhǔn)體系采用數(shù)字分類(lèi)法劃分,這些體系均采用分類(lèi)法作為基本的設(shè)計(jì)方法。
國(guó)際電工委員會(huì) (IEC)標(biāo)準(zhǔn)體系、空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢(xún)委員會(huì) (CCSDS)標(biāo)準(zhǔn)體系、聯(lián)合技術(shù)體系結(jié)構(gòu) (JTA)標(biāo)準(zhǔn)體系、歐洲空間標(biāo)準(zhǔn)化合作組織 (ECSS)標(biāo)準(zhǔn)體系、美國(guó)航空與航天學(xué)會(huì)(AIAA)標(biāo)準(zhǔn)體系、美國(guó)機(jī)動(dòng)工程師協(xié)會(huì) (SAE)標(biāo)準(zhǔn)體系等均采用工作分解結(jié)構(gòu)對(duì)組織機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域進(jìn)行劃分,再構(gòu)建相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體系的設(shè)計(jì)方法。
采用在標(biāo)準(zhǔn)化政策方向指導(dǎo)下 “自下而上”模式建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)體系 (如MIL),大多采用了分類(lèi)法開(kāi)展體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),這些體系大多規(guī)模龐大,對(duì)系統(tǒng)性要求不高。采用在體系系統(tǒng)規(guī)劃下“自上而下”模式建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)體系,大多采用了工作分解結(jié)構(gòu)開(kāi)展體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),這些體系大多技術(shù)基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)較好,對(duì)系統(tǒng)性要求較高(如 ECSS、 JTA)。
我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)、航天等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)中,通常使用工作分解結(jié)構(gòu)、平行分解法、屬種劃分法/過(guò)程劃分法和分類(lèi)法等各種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相結(jié)合的方式。這些傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在我國(guó)各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用,但各自都有不同的優(yōu)勢(shì)和不足,在實(shí)際工作中,這些方法通常需要配合使用。
標(biāo)準(zhǔn)體系的設(shè)計(jì)與構(gòu)建應(yīng)緊密結(jié)合其依存的人造實(shí)體系統(tǒng)或標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象的特點(diǎn),綜合使用上述方法,以揚(yáng)長(zhǎng)避短,充分激發(fā)這些方法的優(yōu)勢(shì),保證設(shè)計(jì)的科學(xué)有序。