體系工程研究

任天助，辛萬(wàn)青，嚴(yán)晞雋,趙鴻宇，于 浛

（1.北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京，100076；2.中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076；3.北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所，北京，100076）

0 引 言

系統(tǒng)工程自創(chuàng)立以來(lái)，在處理諸多人類社會(huì)復(fù)雜問(wèn)題中發(fā)揮了重要作用。隨著現(xiàn)代社會(huì)復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性、多變性等問(wèn)題的逐步加劇，系統(tǒng)日益復(fù)雜化和大型化，傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程理論在研究從每一個(gè)組件開(kāi)始重新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方面得心應(yīng)手，但是這類單一獨(dú)立系統(tǒng)需要研究的越來(lái)越少，而由這些系統(tǒng)組成的更復(fù)雜的大系統(tǒng)越來(lái)越多，例如彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)就是由雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、攔截導(dǎo)彈防御系統(tǒng)、導(dǎo)彈跟蹤和控制站點(diǎn)等許多本身獨(dú)立的系統(tǒng)組成。我們把這類系統(tǒng)的系統(tǒng)（System of Systems，SoS）稱之為體系。傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程方法在解決體系問(wèn)題時(shí)遇到了困難，此時(shí)一套針對(duì)體系問(wèn)題的方法與工具就應(yīng)運(yùn)而生，即旨在解決系統(tǒng)工程解決不了的體系問(wèn)題的工程方法——“體系工程”。研究人員相信，在體系工程的指導(dǎo)下能夠更加有效地實(shí)現(xiàn)體系的設(shè)計(jì)、分析、集成、評(píng)估、維護(hù)等工作。

本文從體系研究的發(fā)展歷程入手，將體系研究的發(fā)展分為概念形成階段、快速發(fā)展階段和聚焦演變階段3 個(gè)階段。并通過(guò)總結(jié)和分析當(dāng)前體系工程的研究現(xiàn)狀，把握體系工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與前沿方向，希望能為體系問(wèn)題的研究者提供參考。

1 體系研究在國(guó)外的發(fā)展

1.1 概念形成階段

體系（System of Systems）這個(gè)詞最早被研究人員提到可以追溯到20 世紀(jì)50 年代，Boulding、Jackson和Keys、Ackoff、Berry 以及Jacob 都用到了“體系”的概念。這些研究者被認(rèn)為是體系工程領(lǐng)域的先驅(qū)，但他們對(duì)于體系概念的理解沒(méi)有完全脫離傳統(tǒng)系統(tǒng)的理念，或者只是用“體系”來(lái)表達(dá)對(duì)領(lǐng)域內(nèi)一些復(fù)雜問(wèn)題的理解。直到20 世紀(jì)90 年代，隨著美國(guó)星球大戰(zhàn)計(jì)劃的誕生，美國(guó)國(guó)防部對(duì)如何建立新一代防御系統(tǒng)做出了描述，“體系”正式寫入官方報(bào)告，用于描述現(xiàn)代防御系統(tǒng)的工程技術(shù)問(wèn)題。隨后，體系正式進(jìn)入系統(tǒng)工程領(lǐng)域研究人員的視野，許多學(xué)者開(kāi)始嘗試對(duì)體系進(jìn)行定義并嘗試提出研究體系問(wèn)題的工程方法。

研究體系問(wèn)題首先要解決“什么是體系”的問(wèn)題，然而從20 世紀(jì)90 年代初開(kāi)始，學(xué)界就開(kāi)始對(duì)這一問(wèn)題展開(kāi)爭(zhēng)論。從1993 年開(kāi)始，幾乎每年體系領(lǐng)域都有重要的學(xué)術(shù)論文發(fā)表，內(nèi)容都圍繞著體系的定義問(wèn)題。Eisner 認(rèn)為體系是“一系列彼此獨(dú)立獲得的系統(tǒng)組成的系統(tǒng)”，每個(gè)子系統(tǒng)的最優(yōu)并不能保證整個(gè)體系的最優(yōu)。Shenhar 認(rèn)為“體系是大范圍分布的系統(tǒng)集合成的系統(tǒng)的簇或網(wǎng)絡(luò)，這些系統(tǒng)一起為了共同的目標(biāo)協(xié)同工作”。Holland 提出將體系當(dāng)作人工的復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)，并具有自組織性和自適應(yīng)性。同時(shí)Admiral 首次介紹了體系概念在軍事領(lǐng)域的發(fā)展以及其在軍事領(lǐng)域扮演的重要角色。自此開(kāi)始，軍事領(lǐng)域成為體系最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。Manthorpe 從聯(lián)合作戰(zhàn)的角度，認(rèn)為體系是由C4ISR 系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)的具有互操作和協(xié)同能力的系統(tǒng)，目的在于建立信息優(yōu)勢(shì)。Maier 在一次系統(tǒng)工程的會(huì)議上首次給出了區(qū)分孤立系統(tǒng)和體系的5 條準(zhǔn)則，即體系應(yīng)該具有體系各組成部分在運(yùn)行上的獨(dú)立性、體系各組成部分在管理上的自主性、體系各組成部分在地理上分布廣泛、體系的涌現(xiàn)性和體系的演化性這5 條屬性。這5 條準(zhǔn)則在2 年后經(jīng)過(guò)修改正式出版，Maier 補(bǔ)充了他對(duì)體系定義：體系是由那些具備獨(dú)立系統(tǒng)特征的組件所組成的集合體，這些獨(dú)立系統(tǒng)的特征應(yīng)包括運(yùn)行上的獨(dú)立性和管理上的自主性。Kotov、Luskasik、Pei 等人不斷提出對(duì)體系新的定義，但在2001 年Maier 的5 條準(zhǔn)則被Sage 和Cuppan 再次提出，得到研究者的廣泛認(rèn)可，成為體系領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)難得的共識(shí)。至此，體系的概念基本形成，關(guān)于體系的研究進(jìn)入到井噴狀態(tài)。

1.2 快速發(fā)展階段

21 世紀(jì)以來(lái)，學(xué)者們不滿足于僅僅認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)體系，開(kāi)始類比系統(tǒng)工程的方法，建立研究體系問(wèn)題的一些共性方法。2001 年，Sage 和Cupan[1]基于“新聯(lián)邦主義”提出了體系工程的框架，Carlock 和 Fenton[2]認(rèn)為可以將傳統(tǒng)系統(tǒng)工程中的一些內(nèi)容加以發(fā)展，提出了企業(yè)體系工程（Enterprise Systems of Systems Engineering）。2003 年Keating[3]首次將傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程與體系工程進(jìn)行了比較，從關(guān)注點(diǎn)、問(wèn)題、目標(biāo)、組織特性、框架、方法等方面給體系工程做了明確的定義，將體系工程的建立向前推進(jìn)了一大步。2005 年，DeLaurentis[4]嘗試用體系工程的方法研究現(xiàn)代交通問(wèn)題，闡述了如何將交通問(wèn)題看做體系工程問(wèn)題，并提出要用整體的框架和方法去解決問(wèn)題，這一方法對(duì)后續(xù)體系框架研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

從2005 年開(kāi)始，美國(guó)成立了依托國(guó)防采辦大學(xué)的體系工程研究中心（System of Systems Engineering Center of Excellence，SoSECE）和依托老道明大學(xué)的國(guó)家體系研究中心（National Center for System of Systems Engineering，NCSoSE），標(biāo)志著專業(yè)化體系工程研究機(jī)構(gòu)的正式成立。IEEE 從2006 年開(kāi)始舉辦體系工程專題年會(huì)，更多的IEEE 系統(tǒng)工程、軟件架構(gòu)等領(lǐng)域的會(huì)議也分別開(kāi)辟了體系研究的專題。Inderscience 出版社從2008 年開(kāi)始出版“International Journal of System of Systems Engineering”雜志，專門研討體系及體系工程問(wèn)題。2008 年，Jamshidi[5]綜合多名體系工程專家在體系開(kāi)放性、體系結(jié)構(gòu)、體系建模仿真、網(wǎng)絡(luò)中心化集成、體系涌現(xiàn)、體系評(píng)估和管理等領(lǐng)域的研究成果出版了“System of Systems Engineering”一書(shū)，這是體系領(lǐng)域正式出版的第一本專著。同年，美國(guó)國(guó)防部發(fā)布了《體系工程指南（ Systems Engineering Guide for Systems of Systems）》，指導(dǎo)系統(tǒng)工程師在面對(duì)體系問(wèn)題時(shí)采用何種系統(tǒng)工程方法，確定了體系工程的過(guò)程，該手冊(cè)對(duì)包括中國(guó)在內(nèi)的其他國(guó)家裝備論證都產(chǎn)生了影響。據(jù)作者不完全統(tǒng)計(jì)（在Web of Knowledge 上搜索關(guān)鍵字為“system-of-systems”的論文，將數(shù)量按年份整理成圖1），在2008 年左右，體系相關(guān)的論文數(shù)量達(dá)到了峰值，體系領(lǐng)域的熱度也達(dá)到了頂峰。

圖1 歷年體系相關(guān)SCI 發(fā)展數(shù)量Fig.1 Number of SCI Papers in SoS

1.3 聚焦演變階段

2008 年之后，體系工程的概念在學(xué)界引起了很大的關(guān)注，同時(shí)熱度有所減退，學(xué)者們開(kāi)始思考體系工程究竟如何發(fā)展才能更好地為各個(gè)領(lǐng)域提供幫助。根據(jù)Sousa-Poza、Samuel Kovacic 的觀點(diǎn)[6]，此時(shí)的體系工程分為2 個(gè)分支：a）以切實(shí)可靠的技術(shù)方法來(lái)解決已經(jīng)存在的體系問(wèn)題；b）從體系本身和方法論出發(fā)，發(fā)展認(rèn)識(shí)、管理體系的方法。即一個(gè)走技術(shù)性（Technical）的務(wù)實(shí)道路，一個(gè)走研究性（Inquiry）的“務(wù)虛”道路。隨后Keating[7]闡述了軍事界、學(xué)術(shù)界和企業(yè)界三者由于面對(duì)體系的角度不同而產(chǎn)生的不同研究思路。軍事界的研究者認(rèn)為體系工程是系統(tǒng)工程的延續(xù)，更加關(guān)注體系工程的技術(shù)與實(shí)際的體系產(chǎn)品。學(xué)術(shù)界更加關(guān)注體系的概念和現(xiàn)象，在夯實(shí)體系基礎(chǔ)理論的同時(shí)不斷探索體系的新領(lǐng)域。企業(yè)界則更加關(guān)注體系工程中的架構(gòu)以及不同架構(gòu)帶來(lái)的涌現(xiàn)性，通過(guò)更好的組織架構(gòu)為大型組織帶來(lái)更高的效率。也有學(xué)者[8]將體系工程更簡(jiǎn)單的分為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的兩條道路，無(wú)論如何劃分，實(shí)際情況是最近10 年中，體系工程在各條道路上都有了進(jìn)一步的發(fā)展。

軍事領(lǐng)域的體系研究者對(duì)體系結(jié)構(gòu)框架給予了極高的重視，因?yàn)轶w系結(jié)構(gòu)對(duì)軍事裝備體系研制、開(kāi)發(fā)、采辦、試驗(yàn)、部署、運(yùn)行以及演化發(fā)展等的全生命周期都有著極其重要的作用。目前比較有影響力的有美軍的國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架（Department of Defense Architecture Framework，DoDAF），以及英軍國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架（ Ministry of Defense Architecture Framework，MoDAF）等，其中美軍DoDAF 的影響和應(yīng)用最為廣泛。同時(shí)，近些年提出了綜合DoDAF 和MoDAF 特點(diǎn)的統(tǒng)一框架UPDM（the Unified Profile for DoDAF/MODAF），F(xiàn)atma[9]在UPDM 的基礎(chǔ)上闡釋了統(tǒng)一框架UAF（the Unified Architecture Framework），探討了在元模型層面上這種統(tǒng)一框架如何反映體系的要素。軍事領(lǐng)域的研究者還非常關(guān)注體系的效能評(píng)估問(wèn)題，因?yàn)檫@關(guān)乎裝備體系能否在戰(zhàn)爭(zhēng)中獲得優(yōu)勢(shì)。由于評(píng)估的方法很多，體系領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物DeLaurentis[10]提出從系統(tǒng)類型、相關(guān)性和控制3 個(gè)維度來(lái)選擇具體的評(píng)估方法。他的團(tuán)隊(duì)還提出用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行體系的建模與評(píng)估，用于解決空中交通體系中的互通性問(wèn)題。密蘇里科技大學(xué)的Cihan Dagli 及團(tuán)隊(duì)[11]近年來(lái)也在軍事領(lǐng)域頗有建樹(shù)。該團(tuán)隊(duì)針對(duì)可以互相通信的裝備系統(tǒng)，利用博弈論中的主從博弈方法對(duì)武器裝備體系建模方法提出了一種半定量的體系設(shè)計(jì)方法，在體系對(duì)抗中對(duì)裝備體系架構(gòu)進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)。此外該團(tuán)隊(duì)還將多目標(biāo)優(yōu)化方法引入裝備體系設(shè)計(jì)中，把體系設(shè)計(jì)和計(jì)算智能相結(jié)合，并以典型的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)戰(zhàn)例為模型，分析了體系生成與演化的過(guò)程。

時(shí)間回溯到1996年2月15日，這一天，長(zhǎng)沙縣縣政府自長(zhǎng)沙市區(qū)潘家坪遷至星沙鎮(zhèn)。那時(shí)候的星沙被形容成“鳥(niǎo)不拉屎”的地方，很多人都不愿意過(guò)來(lái)。改革開(kāi)放40周年間，長(zhǎng)沙縣一天一個(gè)樣，一年一個(gè)樣，高速公路使長(zhǎng)沙縣縣域經(jīng)濟(jì)騰飛添上雙翼，長(zhǎng)沙縣的發(fā)展速度令世人驚奇。

體系工程學(xué)界的研究對(duì)體系工程未來(lái)的持續(xù)發(fā)展有著重要意義，沒(méi)有這些工作，體系只是學(xué)術(shù)界的一個(gè)熱門概念，在文章一哄而上發(fā)表完之后就變得悄無(wú)聲息，相關(guān)的投入最終變成泡沫。近年來(lái)，學(xué)界的研究不斷取得新進(jìn)展。Dahmann 和Baldwin[12]提出了將體系從控制的角度分成 4 類，包括直接指派類（Directed）、互相承認(rèn)類（Acknowledged）、協(xié)同合作類（Collaborative）和虛擬類（Virtual），這種分類方式得到了領(lǐng)域內(nèi)專家的認(rèn)可。Keating 及其在老道名大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)一直在推動(dòng)體系工程領(lǐng)域基礎(chǔ)理論的發(fā)展。Adams、MacG 和Keating 在2011 年[13]提出了體系工程研究的7 大步驟：a）對(duì)研究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行梳理；b）設(shè)計(jì)特定的方法；c）組織研究體系工程的團(tuán)隊(duì)；d）進(jìn)行體系工程的探究與分析；e）把分析結(jié)果轉(zhuǎn)化具體的行動(dòng)；f）報(bào)告體系工程研究采取的行動(dòng)；g）評(píng)估體系研究的影響。之后該研究團(tuán)隊(duì)對(duì)體系的元系統(tǒng)（Metasystem）開(kāi)展了深入的研究[14]，并認(rèn)為體系工程的目標(biāo)和任務(wù)就在于“設(shè)計(jì)、部署、操作和改變?cè)到y(tǒng)”。他們將元系統(tǒng)看作一類復(fù)雜系統(tǒng)（Complex System），成功將復(fù)雜系統(tǒng)和體系工程建立了聯(lián)系，并對(duì)這類系統(tǒng)的復(fù)雜性管理開(kāi)展了深入研究，在體系領(lǐng)域掀起了研究復(fù)雜系統(tǒng)管理（Complex System Governance）[15]的熱潮。此外，該團(tuán)隊(duì)還為體系工程的可持續(xù)性研究（Sustainability）做出了卓越的貢獻(xiàn)，Katina[16]研究了體系可持續(xù)性的必要性，并基于航母戰(zhàn)斗群的例子提出了一種能夠提高體系可持續(xù)性的框架。Payuna[17]研究了體系彈性（Resilience）的概念，即體系在受到破壞之后恢復(fù)的能力，以及如何改進(jìn)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提高體系的彈性。近幾年出現(xiàn)了許多有關(guān)體系彈性的研究[18]，這些研究為傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程與可靠性研究拓展了新的思路，增加了體系工程學(xué)科的深度。

在企業(yè)領(lǐng)域，體系工程從技術(shù)上升到一個(gè)更加廣闊的層面，關(guān)注體系中架構(gòu)的組織方法和體系該如何制定決策。該領(lǐng)域的研究偏向管理學(xué)與社會(huì)學(xué)領(lǐng)域，工程的意味不如軍事領(lǐng)域濃厚。Jin[19]將體系應(yīng)用在項(xiàng)目管理中，提出一種新型的體系框架，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)還原論的思想研究項(xiàng)目的計(jì)劃與管理，用整體觀的思想對(duì)復(fù)雜的項(xiàng)目流程進(jìn)行把控。Mike[20]則分析了體系中運(yùn)行和管理獨(dú)立性的密切關(guān)系，用兩個(gè)5×5 的矩陣分別從消費(fèi)者-生產(chǎn)者和需求方-供貨方的角度評(píng)估遇到的各種情況。除了這些領(lǐng)域，在航空航天、能源電力、環(huán)境安全等諸多領(lǐng)域都有基于體系工程的研究成果，這也是近幾年體系領(lǐng)域論文數(shù)量較多的重要原因。

2 體系工程在中國(guó)的發(fā)展

根據(jù)游光榮等的研究[21]，在1994 年中國(guó)就有學(xué)者發(fā)表與體系工程相關(guān)的論文，但目前能在網(wǎng)絡(luò)資源中查到，并且比較系統(tǒng)、正確地闡釋體系的含義最早的是張最良[22]2005 年在香山科學(xué)會(huì)議第269 次學(xué)術(shù)研討會(huì)上做的報(bào)告。之后中國(guó)國(guó)防領(lǐng)域的專家較為關(guān)注國(guó)外體系研究的進(jìn)展，發(fā)表了許多介紹國(guó)外體系問(wèn)題研究發(fā)展趨勢(shì)的文章。2011 年，中國(guó)電子科學(xué)院學(xué)報(bào)特別設(shè)立一期《體系工程專題》，譚躍進(jìn)、胡曉峰、張維明發(fā)表了對(duì)體系工程領(lǐng)域的關(guān)注與自己的見(jiàn)解，這些學(xué)者都是中國(guó)裝備論證領(lǐng)域“重量級(jí)”的專家?？梢?jiàn)在2010 年之后，體系工程理念在中國(guó)的熱度達(dá)到了一個(gè)新的高度，體系工程成為了武器裝備體系這一特殊體系的重要研究工具，楊克巍、趙青松、陽(yáng)東升和張維明等學(xué)者都出版了體系工程應(yīng)用在武器裝備體系有關(guān)的專著。近年來(lái)在體系需求論證、體系設(shè)計(jì)與建模和體系評(píng)估方面都有很多突出的成果。在體系需求論證方面，陳文英在文獻(xiàn)[23]中基于體系工程的思想提出了武器裝備體系需求論證的研究框架，包括軍事背景分析、任務(wù)領(lǐng)域需求分析、能力領(lǐng)域需求分析、需求方案分析和體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，明確了武器裝備體系需求論證的規(guī)范過(guò)程、理論原則、技術(shù)方法以及相關(guān)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品；在體系設(shè)計(jì)與建模方面，中國(guó)主要圍繞美國(guó)國(guó)防部發(fā)布的DoDAF 框架做了很多應(yīng)用方面的工作，岳增坤[24]分析了體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的內(nèi)容和相互邏輯關(guān)系，以海上聯(lián)合機(jī)動(dòng)編隊(duì)系統(tǒng)為實(shí)例，建立了其體系結(jié)構(gòu)模型并進(jìn)行了驗(yàn)證。黃小華[25]利用IBM Rhapsody 工具建模設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的全景視圖、業(yè)務(wù)視圖、系統(tǒng)視圖和技術(shù)視圖等體系框架模型，驗(yàn)證DoDAF 在復(fù)雜體系工程中建模的可行性和必要性。葛冰峰等[26]提出一種基于XML 和著色Petri 網(wǎng)的可執(zhí)行建模方法用于體系建模。在體系評(píng)估方面，體系貢獻(xiàn)率是近年來(lái)體系評(píng)估中一個(gè)重要的概念，具體有兩種思路，一種是基于體系能力指標(biāo)來(lái)度量貢獻(xiàn)率，另一種是基于體系效能指標(biāo)來(lái)度量貢獻(xiàn)率，李小波等[27]結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)提出了一種能效綜合的體系貢獻(xiàn)率評(píng)估方法，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。除此之外，在體系可靠性和彈性領(lǐng)域，潘星等[28]提出了一種基于彈性的體系結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)方法，對(duì)體系的組件或系統(tǒng)進(jìn)行重要度分析。除了國(guó)防軍事領(lǐng)域外，在軟件工程、在應(yīng)急管理、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域許多學(xué)者也展開(kāi)了體系工程的應(yīng)用性研究。

目前，中國(guó)的體系工程研究水平較國(guó)外還有一定的差距，沒(méi)有形成類似美國(guó)體系工程研究中心的專業(yè)化的體系工程研究機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)刊物，也沒(méi)有類似歐洲GEOSS 的大型體系工程應(yīng)用。但是，近些年體系工程研究也在不斷發(fā)展。由國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)王維平教授主編的《體系工程與裝備論證系列叢書(shū)》正式出版，這也是中國(guó)第一套以體系工程為核心的系列叢書(shū)專著?！犊萍紝?dǎo)報(bào)·體系工程》正式創(chuàng)刊，成為體系工程領(lǐng)域首份中文核心期刊，這也是中國(guó)第一份專門圍繞體系工程的高水平刊物，領(lǐng)域內(nèi)的研究合力正在逐漸形成。

3 體系工程研究與應(yīng)用展望

隨著國(guó)內(nèi)外體系工程研究的不斷深入，也面臨新的挑戰(zhàn)。前文提到學(xué)界在研究體系的復(fù)雜性的來(lái)源時(shí)遇到了困難。軍事領(lǐng)域則在體系工程中協(xié)作時(shí)，發(fā)現(xiàn)彼此的體系框架都不盡相同，大家都在以“不同的語(yǔ)言”交流和協(xié)作。同時(shí)，國(guó)外內(nèi)體系工程的研究都關(guān)注體系的仿真和評(píng)估，但是如何用定量的方法分析體系內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)聚合產(chǎn)生的涌現(xiàn)特性還沒(méi)有一套業(yè)界共識(shí)的方法。此外，無(wú)人系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新型領(lǐng)域暴露出明顯的體系特征，但是這方面的研究還并未深入。因此，本文對(duì)體系工程以下幾方面做出展望。

3.1 元系統(tǒng)管理的研究將揭示體系演化的奧秘

元系統(tǒng)管理研究的發(fā)展為分析體系演化提供更高的視角。Keating[7]指出現(xiàn)在研究的體系問(wèn)題都是充滿不確定的，有時(shí)甚至用瞬息萬(wàn)變來(lái)形容，如果想在體系中把握不變的要素，應(yīng)對(duì)復(fù)雜體系問(wèn)題的不確定性與涌現(xiàn)性，就應(yīng)從“元”（Meta）的角度來(lái)思考問(wèn)題，元系統(tǒng)是在控制層次中，位于系統(tǒng)之上的系統(tǒng)，是生成系統(tǒng)的系統(tǒng)。如果能夠研究清楚元系統(tǒng)的特性，也就能把握體系復(fù)雜性的本質(zhì)。

3.2 體系框架將向統(tǒng)一化發(fā)展

除了著名的DoDAF 和MoDAF 之外，各種體系框架在一段時(shí)間內(nèi)層出不窮，包括北約體系結(jié)構(gòu)框架（NATO Architecture，NAF）、加拿大國(guó)防部框架（DND/CF Architecture Framework，DNDAF）、意大利國(guó)防部框架（Italian Ministry of Defence Architectural Framework，MDAF）和澳大利亞國(guó)防部框架（Australian Defense Organization Architecture Framework ，ADOAF）。每種體系框架都立足本國(guó)的軍事體系，因而有一定的必要性，但是本質(zhì)上來(lái)說(shuō)彼此差異不大。從體系框架的角度來(lái)看，未來(lái)將向統(tǒng)一框架的方向發(fā)展，通過(guò)開(kāi)展元模型的研究保障體系框架涵蓋所有的體系元素，并利用統(tǒng)一的建模語(yǔ)言（如UML、SysML等）消除歧義，并借助Rhapsody 等系統(tǒng)建模工具實(shí)現(xiàn)可執(zhí)行化的分析驗(yàn)證。

3.3 網(wǎng)絡(luò)方法在建模、仿真評(píng)估中將發(fā)揮更多的作用

體系、復(fù)雜系統(tǒng)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)這3 者在組織特點(diǎn)、涌現(xiàn)性、演化性等方面有很多共通性，網(wǎng)絡(luò)化的方法將在體系問(wèn)題中扮演越來(lái)越重要的角色。在體系建模方面，基于網(wǎng)絡(luò)的方法提出的很早，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和圖論的理論支撐保障了網(wǎng)絡(luò)方法建模的可信性，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)的方法種類很多，既有善于建立動(dòng)態(tài)變化模型的無(wú)尺度網(wǎng)絡(luò)，也有擅長(zhǎng)建立兼顧規(guī)則性和隨機(jī)性的小世界網(wǎng)絡(luò)，還有擅長(zhǎng)建立可執(zhí)行模型的Petri 網(wǎng)，能為各種不同類型的體系問(wèn)題提供幫助。在體系能力評(píng)估中，網(wǎng)絡(luò)方法反映的脆弱性、連通性、抗毀性等特征是其他方法很難評(píng)估的，正如胡曉峰[29]提出的將“指標(biāo)樹(shù)”轉(zhuǎn)為“指標(biāo)網(wǎng)”的思想，用網(wǎng)絡(luò)理論取代簡(jiǎn)單分解還原的理論去研究體系工程，是未來(lái)體系評(píng)估的一個(gè)重要趨勢(shì)。

3.4 體系工程將為無(wú)人系統(tǒng)與智能體研究開(kāi)辟新領(lǐng)域

2009～2011 年，體系研究曾陷入相對(duì)低落的時(shí)期，相關(guān)的論文發(fā)表開(kāi)始減少，有些研究者認(rèn)為體系的熱度已經(jīng)消耗殆盡，因此不再研究。但是隨著無(wú)人系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、人工智能領(lǐng)域開(kāi)始火爆，許多研究者發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程甚至一些早年提出的體系工程方法在應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)量暴增的狀態(tài)時(shí)束手無(wú)策，新的體系工程方法在組織集成大數(shù)據(jù)量的無(wú)人復(fù)雜系統(tǒng)上大有可為。美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）于2015 年提出“體系集成技術(shù)和試驗(yàn)”（System of Systems Integration Technology& Experimentation，SoSITE）項(xiàng)目，旨在設(shè)計(jì)開(kāi)放式體系架構(gòu)，將有人/無(wú)人平臺(tái)的作戰(zhàn)能力結(jié)合起來(lái)，打贏未來(lái)的智能化戰(zhàn)爭(zhēng)。在2018 年的智能系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議上，Edward[30]提出下一代智慧體系的發(fā)展方向，將傳統(tǒng)體系（System-of-Systems）轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)（Data Ecosystems），旨在打破傳統(tǒng)體系工程的邊界，打造一個(gè)數(shù)據(jù)流通無(wú)阻的環(huán)境以開(kāi)放更多數(shù)據(jù)源，為人工智能的學(xué)習(xí)以及人在回路的決策提供良好環(huán)境。這些例子都說(shuō)明，體系工程和無(wú)人系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、人工智能領(lǐng)域的結(jié)合，必將開(kāi)辟出一番新的天地。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了促進(jìn)體系工程的深入研究和廣泛應(yīng)用，本文綜述了體系工程在國(guó)內(nèi)外的主要研究成果，討論了體系方法面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展方向。系統(tǒng)工程經(jīng)歷幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成比較完善的、可以應(yīng)用在各領(lǐng)域的一套設(shè)計(jì)、集成、仿真、試驗(yàn)、分析、評(píng)估、決策的方法論。體系工程是在系統(tǒng)工程基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一套理論與方法，經(jīng)過(guò)學(xué)者們的努力，短短十余年，體系工程已經(jīng)成為系統(tǒng)工程理論的一個(gè)重要的延伸，無(wú)論是國(guó)外系統(tǒng)工程的經(jīng)典著作還是中國(guó)大學(xué)的系統(tǒng)工程教材都將體系工程單獨(dú)進(jìn)行詳細(xì)介紹。未來(lái)，體系工程的研究成果將會(huì)解決更多實(shí)際問(wèn)題，開(kāi)辟更多新領(lǐng)域。