文 | 本刊記者 石菲

系統(tǒng)工程實踐引發(fā)創(chuàng)新發(fā)展

文 | 本刊記者 石菲

對于航空制造業(yè)而言，隨著航空產品復雜性的提高，傳統(tǒng)的基于文件的系統(tǒng)工程已經不能滿足創(chuàng)新發(fā)展的需求，亟需基于模型的系統(tǒng)工程方法和工具。

從零件數(shù)量上，飛機的零件數(shù)量是其他產品無法比擬的。一架大型民用飛機，零件數(shù)量超過600萬件，其中連接件300萬個，電纜總長274km；普通戰(zhàn)機的零部件數(shù)量也超過70萬個。在軟件方面，飛機所涉及的軟件代碼數(shù)量也是其他產品無法企及的。比如，空客A380有800多萬行代碼，國外某航空航天制造商每年所編寫的軟件代碼數(shù)量超過了微軟公司。在研發(fā)規(guī)模上，飛機通常是由多個國家合作投資研發(fā)的；民機的研制周期和服務領域包括從顧客提出對飛機的需求開始，到飛機設計、制造、交付出廠，以及投入航線后的服務工作，其研制周期和服務時限也都相對較長。比如，波音787飛機的研發(fā)就涉及10個國家的43家一級供應商，全部供應商達1萬多家；空客A380從方案可行性報告到交付使用共用了19年時間，預期服務年限則超過40年。

總的來說，每一個組成部分的設計、制造、試驗和應用都需要有統(tǒng)一協(xié)調的技術要求，才能使全系統(tǒng)協(xié)調一致地運轉；對所有承擔研制的單位以統(tǒng)一的計劃和協(xié)調的程序進行高度集中的調度，才能使研制工作處于最優(yōu)的管理狀態(tài)，使研制費用最少，時間最短。完成這些艱巨而復雜的總體協(xié)調工作最科學的方法就是系統(tǒng)工程。飛機的研制過程無疑是一個龐大的系統(tǒng)工程，是高端制造業(yè)的代表。

創(chuàng)新從需求開始

當前，中國正在全面進入“中國制造2025”、“工業(yè)4.0”與“互聯(lián)網+”的新時代，對于高端制造業(yè)而言，擁有自主創(chuàng)新能力至關重要。而對于航空制造業(yè)而言，隨著航空產品復雜性的提高，傳統(tǒng)的基于文件的系統(tǒng)工程已經不能滿足創(chuàng)新發(fā)展的需求，亟需基于模型的系統(tǒng)工程方法和工具。

作為中國航空的旗艦企業(yè)，中國航空工業(yè)集團公司（下簡稱中航工業(yè)）面臨的主題是創(chuàng)新驅動發(fā)展。伴隨產品研發(fā)的日益復雜，轉型過程之中，諸多挑戰(zhàn)紛紛出現(xiàn)。例如：復雜性要求對質量管理實踐的挑戰(zhàn)，在相關聯(lián)的世界中如何處理安全和行業(yè)規(guī)約，來自產品創(chuàng)新速度的競爭壓力，增加最終用戶對更多的特定和定制化產品提出范圍的期望等。因此，建立一個開放的工業(yè)體系，掌握和全球對接的工業(yè)方法成為必然要求。中航工業(yè)亟需采用基于模型的系統(tǒng)工程方法與工具，打造基于統(tǒng)一IT架構的新型集團IT治理體系，與航空產品和技術匹配發(fā)展。

中航工業(yè)信息化首席專家、系統(tǒng)工程信息化推進辦公室副主任、智能制造專家組副組長、中航工業(yè)信息技術中心（金航數(shù)碼科技有限責任公司）CTO高星海解釋說，創(chuàng)新是從需求開始的，航空復雜產品涉及到供應商、組成制造單位，在這個過程中，需求變化如何規(guī)范，并進行準確的傳達，已經成為大家共同面對的問題。而模型驅動的理念能夠做到跨產品生命周期的協(xié)同，能夠使開發(fā)部門的各個單位和各個業(yè)務部門，完全基于一套語言來工作，從而避免溝通所帶來的誤差。

也就是說，工業(yè)需要用時間的總量或者模型去洞察整個研發(fā)過程，而基于模型的系統(tǒng)工程就是在產品開發(fā)前期準確表達用戶需求，表達產品設計架構的功能以及產品內部的各個元素之間的邏輯關系。

2013年，中航工業(yè)與IBM進行合作，力促系統(tǒng)工程方法論及相關技術在航空產品研發(fā)中的應用，全面推廣基于航空產品的全專業(yè)級需求管理系統(tǒng)，建立以需求為驅動的航空產品協(xié)同研發(fā)體系，合作提升系統(tǒng)工程的應用水平。

需求管理系統(tǒng)幫助中航工業(yè)完善了設計、運營環(huán)節(jié)，使需求的傳遞、更改更為清晰。

在設計的過程中，航空航天的設計過程不是獨立研發(fā)，而是要充分考慮運行環(huán)境。以飛機為例，飛機只是交通運輸?shù)囊粋€環(huán)節(jié)，還要考慮和機場、地勤、加油設備以及空中的交通系統(tǒng)等的關系。而這種關系在一開始的過程中不是通過機械部分表達的，需要通過特定的描述，將用戶和各個利益相關方，包括飛行員、乘客、政府管理部門等聯(lián)系起來。

首先要把需求條目化，確保每個需求都是明確的，可驗證的。之后進行整個系統(tǒng)的功能和邏輯的設計，這一步由很多復雜的子系統(tǒng)組成。需要明確每個子系統(tǒng)應該完成什么功能，之間的交聯(lián)關系是怎樣的。在邏輯設計中要把前端需求分解下來，其中有些系統(tǒng)是直接承擔頂層系統(tǒng)的某項需求，有些則是一個需求分拆成多個相關聯(lián)的需求，交給不同的子系統(tǒng)來完成。這個過程需要很長的時間周期。

高星海舉例說：“比如航空機載軟件的研發(fā)，當研制到后期時，上游提出更改意見。在過去這是一個巨大的變更，我們設計師團隊要圍繞這些更改召開很多會議進行商討?，F(xiàn)在有需求管理工具以后，軟件人員通過需求跟蹤，很快就發(fā)現(xiàn)只需要更改少量代碼就可以滿足上游要求。這在研制組織管理上發(fā)揮了巨大的作用，為未來在新的型號上如何縮短開發(fā)周期、提高質量找到了切入點?！?/p>

不僅如此，在運營環(huán)節(jié)上，可能隨著新的技術出現(xiàn)，或者隨著用戶需求調整，需要重新改進過去的需求點。如哪些子系統(tǒng)或者哪些部件升級之后，它的交聯(lián)關系和原來的系統(tǒng)是不是還能保持正常。需求管理系統(tǒng)使這些問題得以有效解決。

通過三年的實踐，中航工業(yè)通過分領域試點，總結形成系統(tǒng)工程流程體系和標準規(guī)范，通過最佳實踐案例推廣，快速展開推進工作。先后從航空運載器、發(fā)動機到航空系統(tǒng)開展了基于模型的系統(tǒng)工程實施工作，完成了航電、飛控、機電等多個領域的需求管理、基于模型的系統(tǒng)工程、聯(lián)合仿真、軟件工程等項目的實施工作，逐步探索出一條適合航空產品研制應用的路線，為在航空行業(yè)內以及其他行業(yè)進行基于模型的系統(tǒng)工程推廣打下堅實的基礎。

同時，作為國內引領系統(tǒng)工程的推進單位，中航工業(yè)信息技術中心還基于國際系統(tǒng)工程協(xié)會（INCOSE）的系統(tǒng)工程知識體系、戰(zhàn)略合作伙伴的最佳實踐以及自身最佳實踐積累形成了完整的系統(tǒng)工程推進建設框架和標準實施方案。

工業(yè)知識的內生機制

高星海表示，從國際的角度來看，航空企業(yè)在不斷地探索過程中帶動了系統(tǒng)工程相關的學術研究以及方法論的提供?！癐BM是國際系統(tǒng)工程協(xié)會核心方法論的提供者，在IBM的幫助下，中航工業(yè)參加了國際系統(tǒng)工程協(xié)會，獲得了國際系統(tǒng)工程學會最新的知識體——系統(tǒng)工程手冊，在這個手冊的基礎上，我們組織了翻譯、出版，同時又開展了和國際對接的系統(tǒng)工程師的培訓。通過三年的認證培訓，如今有將近700名國際系統(tǒng)工程師?！?/p>

如今，中航工業(yè)已經形成了一種有自己特色的工業(yè)知識的提取、傳播、驗證和型號推廣應用的機制，體現(xiàn)在以下三方面：

首先，中航工業(yè)信息技術中心在國際系統(tǒng)工程學會的指導下，完全掌握了這套方法論，并通過培訓實踐不斷完善，完成了思維的突破。

其次，中航工業(yè)信息技術中心建立了一套完整的基于模型的系統(tǒng)工程工具的實施系統(tǒng)。

最后，在新型號研制過程中，中航工業(yè)認識到基于模型的重要性，也理解了只有基于模型的系統(tǒng)工程全面應用，才能保證未來的重點型號一次設計成功，一次制造成功。因此，中航工業(yè)圍繞重大型號的研制全面開始推進基于模型的系統(tǒng)工程進一步完善。

高星海表示，研發(fā)人員在設計過程當中要考慮如何采用系統(tǒng)思維的方式去管理整合自己的設計過程和管理自己的設計對象。過去以產品為目標進行工作，只要把工作完成就可以。但是站在復雜系統(tǒng)的角度，要滿足用戶的彈性需求，則需要將工作上升到方法論和工具層面，才能滿足精益求精的工匠精神。

同時，信息技術中心還有另外一個角色——金航數(shù)碼，是國家兩化融合的重要支撐單位，擁有國家級信息化和工業(yè)化深度融合創(chuàng)新體驗中心、信息化和工業(yè)化深度融合工業(yè)軟件研發(fā)基地，承擔著將工業(yè)知識融入工業(yè)軟件，從而將國際上最先進的工業(yè)方法向其他行業(yè)進行推廣，服務于更廣大的工業(yè)領域的責任。高星海表示，中航工業(yè)會持續(xù)在基于模型的系統(tǒng)工程領域探索實踐，并將新技術進一步融入其中，為“中國制造2025”做出貢獻。

他說，基于模型的思想在持續(xù)拓展，從基于模型的系統(tǒng)工程，到整個設計、制造、檢測、維護環(huán)節(jié)都采用模型的定義和連續(xù)的傳遞，成為基于模型的工程。如果企業(yè)管理也全部基于模型開展數(shù)據(jù)的交換以及生產系統(tǒng)的仿真，企業(yè)就會變成基于模型的企業(yè)。而模型背后體現(xiàn)的是設計方法和設計流程，以及對新工具的使用技能。利用工具將設計流程變得可傳承、協(xié)同，模型就有了知識化的特征，在這個基礎上提取模型之間的關聯(lián)關系，并利用認知計算開展模型的自動推理和計算機的深度理解，工業(yè)會走入一個新的階段。