蘇 浩,肖桃順,孔瑞遠(yuǎn),沈艷麗

(中國(guó)電子科學(xué)研究院,北京 100041)

綜合電子信息系統(tǒng)是我軍對(duì)指揮控制、信息感知、信息傳送、信息對(duì)抗、信息保障裝備及計(jì)算和數(shù)據(jù)資源等構(gòu)成的各種軍事信息系統(tǒng)的統(tǒng)稱[1]。其規(guī)模巨大、技術(shù)復(fù)雜且覆蓋范圍廣,要保證復(fù)雜系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)、互通、互操作,需從頂層對(duì)系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

協(xié)同設(shè)計(jì)的概念源于計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作(Computer Supported Cooperative Work,CSCW),計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同設(shè)計(jì)(Computer Supported Cooperative Design,CSCD)是CSCW在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用,用來解決設(shè)計(jì)人員之間的協(xié)同工作問題,可提高設(shè)計(jì)工作的效率和質(zhì)量。CSCD技術(shù)在航空、航天、船舶、兵器、核工業(yè)等領(lǐng)域的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面得到了成功的應(yīng)用,本文借鑒CSCD在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn),針對(duì)綜合電子信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù),開展了協(xié)同設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)平臺(tái)和效率模型的研究。

1 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)設(shè)計(jì)

綜合電子信息系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)以“工具一體化,過程協(xié)同化”為目標(biāo)展開設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)工具一體化,主要通過網(wǎng)絡(luò)共享的數(shù)據(jù)資源來實(shí)現(xiàn),對(duì)不同設(shè)計(jì)工具產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理,并通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)不同設(shè)計(jì)工具間的數(shù)據(jù)交互;設(shè)計(jì)過程協(xié)同化,主要是通過規(guī)范設(shè)計(jì)流程和輸入輸出的要求來實(shí)現(xiàn),將設(shè)計(jì)規(guī)范與相應(yīng)的設(shè)計(jì)工具相結(jié)合,并通過項(xiàng)目管理對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行監(jiān)控和管理,確保處于不同地理位置的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和人員能夠在適當(dāng)?shù)碾A段開展正確的設(shè)計(jì),協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1) 協(xié)同設(shè)計(jì)過程管理

將協(xié)同設(shè)計(jì)與項(xiàng)目管理進(jìn)行結(jié)合,借助網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化的協(xié)同設(shè)計(jì)工具,提高協(xié)同設(shè)計(jì)過程管理的效率,根據(jù)跨領(lǐng)域、跨地域設(shè)計(jì)人員的具體情況制定整體任務(wù)規(guī)劃,明確設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)需求,考慮多人、多部門異地協(xié)同工作的客觀條件,規(guī)劃工作流程,以協(xié)調(diào)所有協(xié)同設(shè)計(jì)小組或人員之間的關(guān)系,使相關(guān)部門和人員能夠清晰地了解負(fù)責(zé)的任務(wù)、計(jì)劃、流程以及需要配合的內(nèi)容(時(shí)間、資源、人員等),有序地開展系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)。

2) 協(xié)同設(shè)計(jì)資源管理

通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)過程中的數(shù)據(jù)和資源進(jìn)行統(tǒng)一管理,為協(xié)同設(shè)計(jì)提供資源共享和應(yīng)用,包括協(xié)同過程數(shù)據(jù)、參考資源數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)知識(shí)和工具軟件等。

過程數(shù)據(jù)管理,主要記錄協(xié)同設(shè)計(jì)過程輸入、輸出以及參考的數(shù)據(jù)或資源,確保協(xié)同設(shè)計(jì)過程的數(shù)據(jù)可跟蹤;

參考資源管理,為各種設(shè)計(jì)任務(wù)提供各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐;

設(shè)計(jì)模型管理,對(duì)各種模型和模型相關(guān)的信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理,包括概念模型、數(shù)學(xué)模型、算法模型等,支持對(duì)模型的分類組織與描述;

設(shè)計(jì)知識(shí)管理,將設(shè)計(jì)過程中涉及的算法、流程、方法、規(guī)范、約束以及各種支持決策的信息定義為知識(shí),根據(jù)知識(shí)的分類、表現(xiàn)形式、存儲(chǔ)形式的不同采用基于語(yǔ)義面向服務(wù)的知識(shí)管理與處理技術(shù)進(jìn)行知識(shí)的管理、檢索和使用;

工具軟件管理,采用面向倉(cāng)儲(chǔ)的服務(wù)化方式進(jìn)行統(tǒng)一管理,支持工具的上傳、注冊(cè)、存儲(chǔ)、檢索及下載,便于設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)工具的獲取。

3) 數(shù)據(jù)/接口轉(zhuǎn)換

協(xié)同設(shè)計(jì)過程中可能會(huì)用到多種設(shè)計(jì)工具軟件,各軟件支持的數(shù)據(jù)類型和信息接口不一致,會(huì)導(dǎo)致協(xié)同設(shè)計(jì)過程數(shù)據(jù)共享困難,協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)提供數(shù)據(jù)/接口轉(zhuǎn)換工具,利用XML數(shù)據(jù)文件的跨平臺(tái)優(yōu)勢(shì),基于數(shù)據(jù)交換規(guī)范定制統(tǒng)一的XSD數(shù)據(jù)文件,嚴(yán)格約束不同設(shè)計(jì)工具之間的數(shù)據(jù)交互格式,實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)過程的無縫連接。

2 協(xié)同設(shè)計(jì)過程研究

2.1 協(xié)同設(shè)計(jì)流程模型

綜合電子信息系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)工作流程是基于協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行的,項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、平臺(tái)管理員、設(shè)計(jì)部門/人員和驗(yàn)證人員通過統(tǒng)一登陸門戶訪問協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái),從而獲取任務(wù)、資源、數(shù)據(jù)和軟件,并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。設(shè)計(jì)過程按照功能可分為四個(gè)模塊:任務(wù)分解,任務(wù)管理,協(xié)同設(shè)計(jì)和驗(yàn)證審核。

任務(wù)分解,項(xiàng)目負(fù)責(zé)人根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)書,利用協(xié)同管理工具開展項(xiàng)目規(guī)劃,會(huì)同設(shè)計(jì)平臺(tái)管理人員,確定項(xiàng)目參與人員的角色、權(quán)限,以及項(xiàng)目全生命周期的工作流程和計(jì)劃,完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)的分析和分解,把分解后的子任務(wù)發(fā)布到協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)上;

協(xié)同設(shè)計(jì),對(duì)于分布在各地的設(shè)計(jì)部門通過協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)統(tǒng)一門戶登陸后領(lǐng)受自己的設(shè)計(jì)任務(wù),設(shè)計(jì)部門承擔(dān)任務(wù)后進(jìn)一步將復(fù)雜的子任務(wù)分解、細(xì)化和量化,通過設(shè)計(jì)部門的內(nèi)部協(xié)調(diào)與調(diào)度把分解后的任務(wù)分配到一個(gè)或幾個(gè)設(shè)計(jì)人員開展協(xié)同設(shè)計(jì)。

在協(xié)同設(shè)計(jì)過程中,設(shè)計(jì)人員之間,設(shè)計(jì)部門之間以及設(shè)計(jì)人員與設(shè)計(jì)部門之間的資源和信息的交互通過協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員在接收到任務(wù)后,利用協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)獲取設(shè)計(jì)資源(如設(shè)計(jì)資料、設(shè)計(jì)案例和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)等)以及其他設(shè)計(jì)部門或人員的設(shè)計(jì)信息。同時(shí),也把自己的階段性成果、設(shè)計(jì)資料或設(shè)計(jì)進(jìn)程發(fā)布到平臺(tái)上供其他人員查看。

驗(yàn)證和審核,設(shè)計(jì)驗(yàn)證和審核貫穿整個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)過程,設(shè)計(jì)人員對(duì)自己的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行靜態(tài)驗(yàn)證,設(shè)計(jì)部門對(duì)本部門的設(shè)計(jì)成果集成后需進(jìn)行設(shè)計(jì)成果的集成驗(yàn)證,通過驗(yàn)證后的設(shè)計(jì)成果提交協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái);項(xiàng)目負(fù)責(zé)人對(duì)設(shè)計(jì)部門/人員提交的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行審核,并及時(shí)提出修改意見,在設(shè)計(jì)最后對(duì)最終成果進(jìn)行評(píng)審,通過最終審核的設(shè)計(jì)方案提交協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái),完成整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。協(xié)同設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

2.2 協(xié)同設(shè)計(jì)組織模型

綜合電子信息系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)是一種系統(tǒng)化、集成化、協(xié)作化的方法,強(qiáng)調(diào)人-人、人-機(jī)、機(jī)-機(jī)之間的協(xié)同工作,通過組織的協(xié)同活動(dòng)達(dá)到總體目標(biāo)。協(xié)同設(shè)計(jì)工作的組織模型用來定義協(xié)同設(shè)計(jì)工作中人員的組織結(jié)構(gòu),為協(xié)同設(shè)計(jì)活動(dòng)的執(zhí)行提供柔性的組織定義,基于以上的協(xié)同設(shè)計(jì)流程分析,設(shè)計(jì)任務(wù)是協(xié)同設(shè)計(jì)過程的核心,協(xié)同設(shè)計(jì)工作的組織模型應(yīng)圍繞設(shè)計(jì)任務(wù)建立,如圖3所示。

一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)可以分為多個(gè)子任務(wù),每個(gè)子任務(wù)根據(jù)復(fù)雜程度又可以繼續(xù)劃分為次一級(jí)的子任務(wù),任務(wù)分解遵循的原則是多個(gè)子任務(wù)盡量相互獨(dú)立,子任務(wù)粒度和層次需適中。每個(gè)子任務(wù)由相應(yīng)的設(shè)計(jì)小組通過設(shè)計(jì)成員間的協(xié)同活動(dòng)來完成,通過這種層次關(guān)系的定義和劃分,可以將以設(shè)計(jì)任務(wù)為中心的協(xié)同設(shè)計(jì)組織起來,構(gòu)成多層次組織模型。

該組織模型的核心要素設(shè)計(jì)任務(wù)定義為一個(gè)三元組[2]:

設(shè)計(jì)任務(wù)={子任務(wù)組,設(shè)計(jì)小組,協(xié)同活動(dòng)}

子任務(wù)組是指任務(wù)根據(jù)其復(fù)雜程度分解后形成的所有下層子任務(wù),用于進(jìn)一步描述該任務(wù),如子任務(wù)A對(duì)應(yīng)的子任務(wù)組為{子任務(wù)AA,子任務(wù)AB,…},一個(gè)子任務(wù)的所有下層子任務(wù)組成一個(gè)樹形結(jié)構(gòu),該樹形結(jié)構(gòu)的深度和寬度決定了該設(shè)計(jì)任務(wù)的分解粒度[2]。

在中國(guó)，幾乎所有的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)業(yè)務(wù)都還沒有完全進(jìn)入到良好的盈利階段，都還需要依靠本公司其他業(yè)務(wù)補(bǔ)貼。大家都在爭(zhēng)取活久，因?yàn)槲ㄓ谢钕氯ゲ拍苡幸唤z希望。大家都在搶客戶，都在花錢、燒錢、虧錢過日子，盈利是暫時(shí)不要去想了。

設(shè)計(jì)小組是指用于完成一個(gè)具體設(shè)計(jì)任務(wù)所分派的人力資源的集合,每個(gè)設(shè)計(jì)小組由一位負(fù)責(zé)人進(jìn)行組內(nèi)各設(shè)計(jì)成員工作的組織和協(xié)調(diào),設(shè)計(jì)成員通過協(xié)同工具共同完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

協(xié)同活動(dòng)是指為完成設(shè)計(jì)任務(wù),設(shè)計(jì)成員利用系統(tǒng)提供的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)所進(jìn)行的協(xié)作。

3 協(xié)同設(shè)計(jì)工作效率評(píng)估

3.1 設(shè)計(jì)效率評(píng)估模型

謝秋等學(xué)者在文獻(xiàn)[5]中,研究了從過程(Process)、協(xié)同程度(Degree)和支持系統(tǒng)(Supporting system)三個(gè)方面對(duì)協(xié)同工作效率評(píng)估的參考模型?；?PDS 參考模型,在文獻(xiàn)[2]又進(jìn)一步提出了用于協(xié)同設(shè)計(jì)工作效率評(píng)估的 TPOR 參考模型,該模型從協(xié)同設(shè)計(jì)的技術(shù)手段、工作過程、組織管理以及資源管理等四個(gè)方面的反映了協(xié)同設(shè)計(jì)工作的實(shí)施效率[2]。

參考以上研究成果,在綜合電子信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)工作中,為有效度量設(shè)計(jì)效率,本文從“建立協(xié)同機(jī)制、提高模型關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換效率、提高設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量和重用性、減少迭代設(shè)計(jì)次數(shù)、提高設(shè)計(jì)流程并發(fā)度和協(xié)同度”等方面考慮,建立了基于協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的綜合電子信息系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)效率評(píng)估模型如下：

E=μ(C+R)/P

(1)

其中,E表示設(shè)計(jì)效率;C表示溝通效率;R表示資源利用率;P表示設(shè)計(jì)任務(wù)流程數(shù);μ為調(diào)整系數(shù)。

其計(jì)算公式如下:

1)流程數(shù)P可根據(jù)具體設(shè)計(jì)任務(wù)的流程得到;

2)溝通效率C度量了基于流程的人工溝通交互與協(xié)同平臺(tái)支持交互的差異。

(2)

(3)

3.2 仿真試驗(yàn)

實(shí)踐中,針對(duì)特定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例(為表述方便,以下統(tǒng)稱A系統(tǒng)),對(duì)比分析A系統(tǒng)分別在有無協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)支持下的設(shè)計(jì)過程,并建立相關(guān)模型。

圖4中,上方為在協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)支持下的設(shè)計(jì)流程,下方為沒有協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)支持的設(shè)計(jì)流程。其中,標(biāo)記為綠色的活動(dòng)可通過數(shù)據(jù)模型的關(guān)聯(lián)和轉(zhuǎn)換提高設(shè)計(jì)效率,標(biāo)記為黃色的活動(dòng)可提高設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)質(zhì)量,有效降低迭代設(shè)計(jì)次數(shù);標(biāo)記為粉紅色的活動(dòng)從串行改成并發(fā),提高并發(fā)度和協(xié)同度;標(biāo)記為棕色的活動(dòng)提高了數(shù)據(jù)的重用率;另外,藍(lán)色的線條表示在沒有協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)支持下,數(shù)據(jù)處于離線傳遞和人工交互狀態(tài),紅色的線條表示在協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)支持下,數(shù)據(jù)流動(dòng)和管理一直處于在線狀態(tài),縮短了人工交互和數(shù)據(jù)流動(dòng)的時(shí)間。

在無協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)支持的設(shè)計(jì)模式下,對(duì)A系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行多次仿真,仿真過程和結(jié)果如圖5、圖6所示。

在協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)支持的設(shè)計(jì)模式下,對(duì)A系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行多次仿真,仿真過程和結(jié)果如圖7、圖8所示。

通過對(duì)比分析,在完成相同設(shè)計(jì)任務(wù)情況下,無協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)支持的設(shè)計(jì)模式平均耗費(fèi)55.98個(gè)時(shí)間單位,有協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)支持的設(shè)計(jì)模式平均耗費(fèi)42.79個(gè)時(shí)間單位,在設(shè)計(jì)效率等方面有一定的提升。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文借鑒CSCW在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn),針對(duì)綜合電子信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù),對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)流程和組織模型進(jìn)行了研究,建立了協(xié)同設(shè)計(jì)工作效率評(píng)估模型,基于協(xié)同設(shè)計(jì)方法構(gòu)建了協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái),并在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行了應(yīng)用,實(shí)踐證明在設(shè)計(jì)效率和協(xié)同程度等方面有一定的提升。