賀偉

摘 要：試驗(yàn)器是由許多復(fù)雜系統(tǒng)組成的，是固定資產(chǎn)投資建設(shè)項(xiàng)目的核心，其建設(shè)成敗直接決定項(xiàng)目建設(shè)效益的好壞，建立試驗(yàn)器建設(shè)管理的流程和方法尤為重要。本文運(yùn)用系統(tǒng)工程思維和方法，論述了試驗(yàn)器建設(shè)流程，通過實(shí)踐和應(yīng)用表明該流程很好地支撐了試驗(yàn)器建設(shè)，為保證試驗(yàn)器順利投入科研使用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)工程；試驗(yàn)器建設(shè)；流程建設(shè)；應(yīng)用

引言

系統(tǒng)工程最早在20世紀(jì)40年代由美國(guó)貝爾電話公司提出，50年代在美國(guó)制造原子彈的“曼哈頓”計(jì)劃及以后美國(guó)北極星導(dǎo)彈和阿波羅登月計(jì)劃皆為系統(tǒng)工程取得成果的著名范例。中國(guó)自20世紀(jì)70年代末到80年代在系統(tǒng)工程的實(shí)際應(yīng)用方面有了很快的發(fā)展，最初1979年錢學(xué)森提出14門系統(tǒng)工程，后來隨著應(yīng)用的發(fā)展很快有了其他各門系統(tǒng)工程。20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初出現(xiàn)幾門新的系統(tǒng)工程：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工程、服務(wù)系統(tǒng)工程（供應(yīng)鏈）、金融系統(tǒng)工程、大型工程（三峽、青藏鐵路）、大型社會(huì)項(xiàng)目（亞運(yùn)會(huì)、奧運(yùn)會(huì)和世博會(huì)）、生物系統(tǒng)工程、醫(yī)學(xué)系統(tǒng)工程、智能交通系統(tǒng)、社會(huì)預(yù)警系統(tǒng)、電子商務(wù)、電子政務(wù)、可持續(xù)發(fā)展等。

試驗(yàn)器是為了滿足科研生產(chǎn)任務(wù)，根據(jù)需求或技術(shù)要求建設(shè)的，由一系列機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)等復(fù)雜的、非標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備組成的大型試驗(yàn)設(shè)備。其具有目標(biāo)明確、投資大、設(shè)計(jì)和調(diào)試難度大、涉及多個(gè)利益相關(guān)方等特點(diǎn)，且往往是固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目的核心。運(yùn)用系統(tǒng)工程從試驗(yàn)器需求出發(fā)，集成多種專業(yè)技術(shù)，以全壽命周期的視野反復(fù)迭代應(yīng)用分析-設(shè)計(jì)-驗(yàn)證過程，開發(fā)出整體性能優(yōu)化的系統(tǒng)。以總體設(shè)計(jì)為龍頭的試驗(yàn)器系統(tǒng)工程方法，保證了從整體目標(biāo)出發(fā)，充分發(fā)揮各專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，相互之間有效協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)器整體目標(biāo)，表現(xiàn)出強(qiáng)大的大型復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)和研制能力。

1.基于系統(tǒng)工程的建設(shè)流程

系統(tǒng)工程過程是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的分析—設(shè)計(jì)—驗(yàn)證過程，包括要求分析、功能分析、設(shè)計(jì)綜合和試驗(yàn)驗(yàn)證。反復(fù)迭代應(yīng)用的系統(tǒng)工程過程體現(xiàn)了分解集成的系統(tǒng)方法，在各階段的應(yīng)用都要以試驗(yàn)器全壽命周期的視野，考慮到其他階段的功能要求。試驗(yàn)器建設(shè)流程是設(shè)計(jì)循序漸進(jìn)、管理分階段進(jìn)行決策和控制的過程，主要包括建設(shè)方案論證、技術(shù)方案研究、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、采購與實(shí)施以及驗(yàn)收與使用等6個(gè)階段?；谙到y(tǒng)工程的流程使認(rèn)識(shí)不斷深化，將科研總體需求、分系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求與驗(yàn)證等逐步分解落實(shí)到位。

1.1建設(shè)方案論證階段

建設(shè)方案論證階段從應(yīng)用需求或者技術(shù)發(fā)展機(jī)遇出發(fā)，探索試驗(yàn)器新原理、新技術(shù)，并提出試驗(yàn)器建設(shè)方案和經(jīng)費(fèi)需求的階段。

試驗(yàn)器的使用單位按照試驗(yàn)器立項(xiàng)論證的相關(guān)要求開展設(shè)備前期論證，編制建設(shè)方案報(bào)告，為項(xiàng)目立項(xiàng)評(píng)估提供支撐。本階段詳細(xì)論述項(xiàng)目建設(shè)的必要性，初步分析建設(shè)需求，評(píng)估是否具備建設(shè)條件，說明建設(shè)方案和投資規(guī)模。重點(diǎn)開展必要性分析、需求分析、形成初步建設(shè)方案及主要工藝設(shè)備并進(jìn)行投資估算。為開展技術(shù)方案研究提供依據(jù)。

1.2 技術(shù)方案研究階段

技術(shù)方案研究階段對(duì)符合科研需求方向進(jìn)行任務(wù)分析，提出各分系統(tǒng)方案，開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)而進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行性論證，提出使用要求和技術(shù)指標(biāo)。

本階段重點(diǎn)工作為通過對(duì)多個(gè)技術(shù)方案進(jìn)行比較分析，開展技術(shù)方案的可行性研究，編制技術(shù)方案報(bào)告，確定推薦方案，并對(duì)推薦方案進(jìn)行詳細(xì)說明，為試驗(yàn)器方案設(shè)計(jì)編制提供技術(shù)支持。使用單位或設(shè)計(jì)單位依據(jù)建設(shè)方案論證報(bào)告和立項(xiàng)評(píng)估建議，開展方案技術(shù)可行性分析，保證技術(shù)方案經(jīng)濟(jì)、恰當(dāng)、可行，并提出試驗(yàn)器廠房、油、水、電、氣等輔助能力、環(huán)保、安全、保密等方面使用要求。建設(shè)進(jìn)度符合要求，經(jīng)費(fèi)不超標(biāo)。技術(shù)方案成熟度滿足要求，關(guān)鍵技術(shù)在實(shí)施階段能滿足建設(shè)要求，技術(shù)路徑準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、方案充分、合理、已優(yōu)化，最終形成技術(shù)方案報(bào)告。與建設(shè)方案論證報(bào)告相比較，方案、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)等發(fā)生變更的，需在技術(shù)方案報(bào)告的專門章節(jié)中予以說明。

1.3 方案設(shè)計(jì)階段

方案設(shè)計(jì)階段根據(jù)使用要求確定系統(tǒng)級(jí)的功能、性能要求，建立功能基線；將系統(tǒng)級(jí)要求分解到分系統(tǒng)，完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，建立明確的建設(shè)基線。

本階段為詳細(xì)設(shè)計(jì)提供輸入，編制設(shè)計(jì)方案報(bào)告，對(duì)總體設(shè)計(jì)方案和重大技術(shù)問題的解決方案進(jìn)行綜合分析，論證技術(shù)上的適用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)上的合理性。確定試驗(yàn)器總體設(shè)計(jì)方案和主要分系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，為項(xiàng)目的技術(shù)、質(zhì)量、進(jìn)度控制提供依據(jù)，為詳細(xì)設(shè)計(jì)提供輸入。使用單位協(xié)同設(shè)計(jì)單位依據(jù)批復(fù)的可行性研究報(bào)告或技術(shù)方案報(bào)告開展方案設(shè)計(jì)工作，編制設(shè)計(jì)方案、總圖或打樣圖等方案設(shè)計(jì)相關(guān)的文檔和圖紙，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真或設(shè)計(jì)驗(yàn)證，形成設(shè)計(jì)方案報(bào)告并歸檔。重點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：（1）論述總體設(shè)計(jì)方案（包括主要設(shè)計(jì)指標(biāo)、工作原理、主要組成等）；（2）針對(duì)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)方案、功能方案、需求滿足情況、關(guān)鍵技術(shù)落實(shí)情況進(jìn)行說明，（3）針對(duì)項(xiàng)目中的關(guān)鍵、重大技術(shù)問題的解決方案進(jìn)行詳細(xì)說明；（4）針對(duì)項(xiàng)目可靠性、維修性等方面設(shè)計(jì)情況進(jìn)行說明；（5）針對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的驗(yàn)證情況進(jìn)行說明。與技術(shù)方案論證報(bào)告相比較，方案、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)等發(fā)生調(diào)整的，需在設(shè)計(jì)方案報(bào)告的專門章節(jié)中予以詳細(xì)說明。

1.4 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段

詳細(xì)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行功能、性能驗(yàn)證分析以及各種仿真分析試驗(yàn)，完成系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)，建立生產(chǎn)制造和調(diào)試基線。

本階段的目標(biāo)是完成設(shè)備（含子系統(tǒng)）的施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及技術(shù)要求編制等，為設(shè)備（含子系統(tǒng)）生產(chǎn)制造和調(diào)試提供依據(jù)。對(duì)于采用整體外包的設(shè)備設(shè)施，使用單位應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)報(bào)告，應(yīng)提出子分系統(tǒng)詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等，并編制設(shè)備整體技術(shù)要求，作為整體外包實(shí)施的前提和依據(jù)。對(duì)于自主設(shè)計(jì)的設(shè)備設(shè)施，使用單位/設(shè)計(jì)單位應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)報(bào)告，完成子系統(tǒng)的原理圖或施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，并編制各分系統(tǒng)技術(shù)要求，作為各分系統(tǒng)實(shí)施的前提和依據(jù)。

與設(shè)計(jì)方案論證報(bào)告和項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)報(bào)告相比較，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)等發(fā)生調(diào)整的，通過技術(shù)決定單形式編制調(diào)整原因和調(diào)整內(nèi)容，并需通過審批。

1.5 采購與實(shí)施階段

建設(shè)管理部門組織試驗(yàn)器各系統(tǒng)的采購與實(shí)施工作，依據(jù)施工圖紙和技術(shù)要求組織開展設(shè)備采購、到貨驗(yàn)收、安裝、調(diào)試等工作。在設(shè)備和子系統(tǒng)的制造、安裝和調(diào)試過程，以需求分析與轉(zhuǎn)化為輸入，由設(shè)計(jì)單位和使用單位安排技術(shù)和技能人員全程參與，對(duì)生產(chǎn)和制造中的關(guān)鍵工序進(jìn)行把關(guān)，給予技術(shù)支持，并協(xié)同供貨方做好在建設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)工作。以科研任務(wù)需求為輸入，以達(dá)到試驗(yàn)器各項(xiàng)性能指標(biāo)為目標(biāo)，按組件調(diào)試、分系統(tǒng)調(diào)試和整體聯(lián)合調(diào)試逐步開展調(diào)試工作。試驗(yàn)器生產(chǎn)制造、安裝、調(diào)試過程中需要對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行更改時(shí)，應(yīng)履行審批手續(xù)。

1.6 驗(yàn)收與使用階段

根據(jù)試驗(yàn)器設(shè)計(jì)報(bào)告和合同的相關(guān)要求逐項(xiàng)開展技術(shù)指標(biāo)驗(yàn)證、可靠性分析、合同驗(yàn)收和試驗(yàn)器驗(yàn)收工作。完成驗(yàn)收后，投入科研使用。

2.流程的應(yīng)用

基于系統(tǒng)工程的試驗(yàn)器建設(shè)流程，已在數(shù)十座大型非標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)器中廣泛應(yīng)用。按流程與模板要求，需求分析與轉(zhuǎn)化逐步深入推進(jìn)、深化驗(yàn)證，保證在實(shí)施前，各系統(tǒng)的建設(shè)方案和技術(shù)指標(biāo)能支撐試驗(yàn)器總體要求，減小了后期調(diào)整和變更的風(fēng)險(xiǎn)，提高了建設(shè)質(zhì)量，降低了管理風(fēng)險(xiǎn)。且技術(shù)方案和方案設(shè)計(jì)分別對(duì)應(yīng)著可研報(bào)告和初設(shè)報(bào)告，為項(xiàng)目可研、初設(shè)編報(bào)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.結(jié)束語

以需求分析與轉(zhuǎn)化、驗(yàn)證與仿真迭代為主要工作內(nèi)容，詳細(xì)介紹了基于系統(tǒng)工程的試驗(yàn)器建設(shè)流程及應(yīng)用，并針對(duì)每個(gè)階段的工作內(nèi)容進(jìn)行展開論述，明確了不同階段的建設(shè)目標(biāo)，為尋找滿足科研任務(wù)需求的試驗(yàn)器最佳方案提供了解決方案。通過在數(shù)十座試驗(yàn)器的應(yīng)用和實(shí)踐，保證了建設(shè)效益，減小了建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)用效果良好。

參考文獻(xiàn)

[1]汪應(yīng)洛.系統(tǒng)工程[M].第4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010年，12-15

[2]郭寶柱.航天組織管理的系統(tǒng)思維與系統(tǒng)工程方法，科技導(dǎo)報(bào)，2018年第20期，2-3