智慧院所环境下的 “六性”系统工程

张剑伟，尚斌，刘舜鑫，吴凡，潘勇

（工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510610）

智慧院所环境下的 “六性”系统工程

张剑伟，尚斌，刘舜鑫，吴凡，潘勇

（工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510610）

传统的 “六性”系统工程自成体系，与科研院所的设计制造系统脱节，对产品或系统的 “六性”的提升效果不佳。“智慧院所概念”的提出和实施，为 “六性”系统工程与产品设计生产过程的深度融合提供了契机。阐述了 “六性”工程在智慧院所背景下所起的作用，探讨了其实施的技术途径。并以 “六性协同工作平台CARMES”为例，给出了智慧院所环境下实施“六性”系统工程的手段和方法。

智慧院所；六性系统工程；软件平台；CARMES

0 引言

现代武器装备设计使用过程中体现出的可靠性、维修性、保障性、安全性、经济性和环境适应性 （简称 “六性”）是衡量装备作战效能的重要指标，与装备的性能指标具有同等重要的地位。然而，目前装备的 “六性”工作与装备研制单位的设计制造工作存在一定程度的脱节现象，尽管 “六性”工作的开展过程中编制了工作大纲和工作计划，并按照相关标准开展了 “六性”工作项目，但“六性”系统工程的思想和技术尚未与产品的设计研制工作完全融合，仍然存在 “两张皮”的现象，难以使产品的 “六性”指标获得较大的提升。

2013年，国防科工局信息中心首次提出了“智慧院所”这一概念。智慧院所是我国拟构建的智慧军工体系微观层面的基本单位[1]，其以创新为核心目标，以知识自动化为方法，以统一模型为工作基础，在系统工程思想的指导下，利用装备全寿命周期中的大数据，融合新一代互联网云计算、数据挖掘和智能算法等分析方法，完成决策的权衡与优化，支持装备全寿命周期内各项活动的高效开展。智慧院所这一概念的提出，为推进装备 “六性”系统工程与装备研发过程的进一步融合提供了良好的契机。

1 智慧院所的内涵

在2013年 “军工核心能力数据中心建设思路研讨会”上，国防科工局信息中心提出了 “智慧军工”这一概念。智慧军工体系主要包括宏观、中观和微观3个层面：宏观层面是智慧政府，主要起协调资源、统筹规划的作用；中观层面是智慧军工集团，主要起整合服务、协调资源的作用；微观层面是智慧军工企业，即智慧院所，是将装备设计制造过程与智慧化思想有机结合的前沿阵地[2]。

智慧院所这一概念的提出，是顺应技术发展的要求。近年来，随着计算机辅助设计、计算机集成制造等数字化技术的应用，武器装备研发、制造、运行和维护等全寿命周期内积累的各种信息、数据和环境信息等呈几何级数膨胀，而大部分信息未能被充分地利用，处于孤立无序的状态。利用云计算、大数据挖掘等方法，对这些信息进行有效的处理和分析，在统一模型的基础上进行决策权衡与优化，可以有效地支撑武器装备研制运行的全过程。

建设智慧院所不是一个一蹴而就的过程，通常而言，需要经过3个阶段的积累：1）基于数据电子化的数字化院所，该阶段的主要目标是将装备全寿命周期内的各类数据、院所的组织架构和业务流程等各类数据以数字化的形式表达，实现院所内部的数字化；2）基于信息集成的信息化院所，该阶段的侧重点在于将数字化信息进行全过程集成；3）基于知识创新的智慧院所，该阶段着重进行信息共享、知识交流和创新活动。

智慧院所的整体建设流程如图 1所示。总的来说，智慧院所就是在传统的组织架构、业务流程和方式方法中增加了智慧化要素。其整体流程以系统工程的思想为指导，利用数字化和模型化手段，将企业架构、业务流程、过程数据和装备全寿命周期内相关的仿真数据、制造数据、设计数据、试验数据、运行环境数据和运行状态数据进行整合，构建统一的模型，将现实物理世界与虚拟世界结合起来。通过标准的数据采集技术，提取出模型库中的结构化数据，利用知识组件化技术，将结构化数据整理融合成知识体系。对于非结构化数据，采用大数据技术对其进行数据挖掘和数据分析，得到设计大数据集、试验大数据集和运维大数据集等。对于不同的大数据集根据其特点进行整理，融合成知识体系。由结构化和非结构化数据提取得到的知识与传统的静态知识不同，它是以 “知识自动化”这一动态形式存在的，具有自学习、自组织和自适应的能力。在知识自动化的基础上，利用智能算法，对设计的创新方案进行仿真权衡分析，可得到最优的分析结果。智慧化的输出可以自适应匹配后推送到装备全寿命周期内对应的活动中，用于优化装备的设计、制造和管理。

图1 智慧院所整体流程图

2 “六性”系统工程

20世纪90年代初，我国提出了 “六性”系统工程的理论框架[3]。此后，这一理论框架在装备研制过程中不断地实践，得到了长足的发展和完善。“六性”系统工程的三维框架如图 2所示，在装备工作的不同阶段，对于不同层次的产品，都需要开展对应的 “六性”工作[4]。“六性”系统工程的三维分别是时间维、产品维和专业维。时间维对应装备的全寿命周期中的各个阶段，一般可分为论证阶段、方案阶段、工程研制阶段、设计定型阶段、使用和维修阶段；产品维对应不同层次的装备，例如：元器件、设备、分系统和系统等；专业维对应 “六性”工作中的可靠性、维修性、保障性、安全性和环境适应性。

“六性”系统工程的开展，需要结合院所的实际情况，选定合适的六性专业组织形式，并组建专业的 “六性”团队开展工作。在 “六性”工作开展前需要梳理 “六性”工作流程，编制 “六性”工作规范指南，提出明确的 “六性”指标。在实施过程中需要实时地收集汇总数据信息，开展过程监控，并在特定的阶段对实施能力进行评价。

图2 “六性”系统工程的三维框架

3 智慧院所环境下的 “六性”系统工程的实施

如上所述，“六性”系统工程需要在院所内各部门的协作配合下共同开展，需要进行大量的组织协调工作，同时涉及到的人员数量多，专业面广，工作量大，工作周期长，这就导致了多数情况下“六性”工作难以全系统、全方位地贯穿在装备研制的全过程中。

智慧院所的构建及 “六性”工作的开展，均需要以系统工程思想作为指导。可以说，智慧院所的构建为 “六性”工作的有效、深入开展提供了良好的契机，而 “六性”系统工程作为智慧院所建设的重要内容，它的顺利开展将极大地推动传统的院所智慧化的进程。智慧院所环境下 “六性”系统工程的架构如图3所示。

图3 “六性”协同工作平台

“六性”协同工作平台是 “六性”工作应用的基础与载体，平台的构建应当与智慧院所的整体流程紧密地结合。基于智慧院所的整体流程，“六性”协同工作平台可分为3个部分，分别为数据库层、工具层和管理层。其中，数据库层包括项目基础数据库、知识库、设计数据库、试验数据库和使用数据库等；工具层中的 “六性”软件工具箱需涵盖装备六性工作开展过程中涉及到的大部分工作项目，包括指标论证、设计分析、试验评价和维修保障等；管理层可对六性工作项目、任务和数据等进行集成管理。

智慧院所的构建同样需要搭建起智慧院所平台，平台整体框架的设想如图4所示。平台由门户层、工具层、数据层和基础层构成，并与 “六性”协同工作平台形成设计、分析和管理的智慧协同。其中，门户层是院所内各个用户的统一入口；基础层是整个平台的软硬件基础，包括平台的安全体系、网络环境、数据中心和计算中心；数据层存储有整个平台所需的基础数据；工具层主要包括智慧管理、智慧研发、智慧生产和智慧运维4个平台及统一的模型，技术引擎将数据层的数据进行智能处理，上传至统一的模型中。统一的模型中的数据经知识自动化和仿真权衡后的结果，自适应匹配至4个平台中，为平台的工作提供智慧化支持。

图4 智慧院所的平台框架

“六性”协同工作平台的总体架构能够很好地融合进智慧院所平台中。“六性”数据库可作为智慧院所平台数据层的一部分，按照工具层中软件工具的功能，工具层可与智慧研发、智慧制造和智慧运维平台相结合，为装备全寿命周期中的 “六性”工作提供技术支持。“六性”系统工作平台的管理层可以作为智慧管理平台的一部分，对其他3个平台的 “六性”工作进行统筹管理。

目前，工业和信息化部电子第五研究所新近发布了 “六性” 协同工作平台的最新版本CARMES7.0[5]。该版本不再局限于原有版本的定位，而是以系统工程的思想为指导，以装备研发过程中的 “六性”工作项目为出发点，统筹规划平台设计布局。CARMES7.0可作为智慧院所平台的有机组成部分，能够在智慧院所环境下有效地开展“六性”系统工程，对智慧院所的建设起到积极的推动作用，可以促进 “六性”工作与设计、研发工作的结合，从而极大地提升装备的 “六性”水平。

4 智慧院所环境下的 “六性”系统工程的应用

基于智慧院所环境下的 “六性”系统工程框架，结合中电某所的实际需求，在分析其管理、设计和生产等流程的基础上，结合现有的设计系统、管理平台和物资系统，以CARMES7.0作为有力的推手，利用数字化和模型化手段，将企业架构、业务流程、过程数据和装备全寿命周期的 “六性”数据、制造数据、设计数据、试验数据、运行环境数据和运行状态等数据进行整合，构建统一模型，最终形成的智慧院所平台框架如图 5所示，并取得初步的成效。

首先，构建智慧院所的基础系统，包括：高性能的网络环境、安全体系、数据中心和技术中心，硬件体系框架主要用于支撑全所智慧平台工作的高效开展。

其次，构建智慧数据系统，为全所智慧平台提供数据支撑，以 “六性”数据知识库为主体，统筹所内组织、业务和生产等数据。

然后，构建智慧院所的设计系统，包括：智慧管理平台、智慧研发平台、智慧生产平台、智慧运维平台、“六性”协同分析平台、知识自动化、仿真权衡、统一模型和技术引擎几个组成部分。其中，智慧管理平台集合组织管理、设计管理、生产管理和 “六性”系统管理子系统，通过项目管理、任务管理、数据管理和模型管理推动全所智慧管理工作的开展；基于 “六性”协同分析子系统，一方面可以集合研发、生产和运维功能，另一方面可以通过数据自动收集、知识提取和自动化仿真分析等手段来实现知识自动化及产品全寿命周期的仿真权衡分析；统一模型则主要基于产品数字化设计模型结合 “六性”相关模型为知识提取、仿真分析等功能提供支撑；技术引擎主要为智慧院所海量数据的管理与统筹提供服务，在 “六性”数据引擎的推动下实现大数据引擎、可视化引擎和检索引擎等功能。

图5 中电某所智慧院所平台框架

最后，构建智慧院所的门户入口，作为集全所管理、设计、分析和应用于一体的统一入口。

5 结束语

智慧院所的建设以统一模型为基础，以系统工程的思想为指导，这一概念的提出为 “六性”系统工程与装备研发过程的进一步融合提供了契机。“六性”协同工作平台CARMES7.0能够与智慧院所的整体框架有机地融合。该平台的部署，对于智慧院所的建设和六性工作的开展都有着积极的推动作用。

[1]赵越，孙国梁，周晗.我国 “智慧军工”体系建设构想[J].国防科技工业，2013（7）：56-57.

[2]宋大晓，韩龙宝.智慧型军工科研院所：由概念走向现实 [J].国防科技工业，2015（2）：55-56.

[3]杨为民，阮镰，屠庆慈.可靠性系统工程——理论与实践 [J].航空学报，1995，16（S1）：1-8.

[4]王靖，王禹.型号研制中的可靠性系统工程技术规范[J].航空制造技术，2008（20）：84-88.

[5]张三娣.工业和信息化部电子第五研究所发布六性协同工作平台CARMES 7.0版 [J].电子产品可靠性与环境试验，2016，34（3）：32.

Six Property Systems Engineering in the Environment of Wisdom Institute

ZHANG Jianwei，SHANG Bin，LIU Shunxin，WU Fan，PAN Yong
（CEPREI，Guangzhou 510610，China）

The traditional“six property”engineering has its own system，but this system is disconnected with the design and manufacturing systems of scientific research institutes，so it can't significantly improve the six property of products or systems.The proposition and implementation of the concept of the wisdom institute provides an opportunity for the deep integration of the“six property”system engineering and product design and production process.The function of “six property”engineering in the background of wisdom institute is expounded and the technical ways of implementing the engineering are discussed.Besides， taking the“six property cooperative working platform CARMES”as an example，the means and methods of implementing“sixproperty”system engineering under the environment of wisdom institute are given.

wisdom institute；six property systems engineering；software platform；CARMES

TB 114.2

：A

：1672-5468（2017）01-0001-05

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.01.001

2016-07-05

2016-12-06

张剑伟 （1983-），男，广西北海人，工业和信息化部电子第五研究所可靠性数据中心副主任，工程师，从事电子元器件信息管理和电子产品可靠性研究工作。