标准体系设计方法对比与分析

李国强 湛希 郭凯 徐启

（1北京跟踪与通信技术研究所，北京，100094；2中国航空综合技术研究所，北京，100028）

文 摘：秉承系统工程理念，遵循标准化基本规律与原理，对系统工程六维模型、工作分解结构 (WBS)、平行分解法等传统标准体系设计方法以及标准化系统工程六维模型、美国国防部体系结构框架 （DoDAF）等新兴设计方法的内涵与特点作了介绍，从适用对象、适用时机等方面进行分析，提出应用建议。

以系统观为指导，以人造实体系统或标准化领域为对象，研究、筹划、设计和建立由若干相互联系、相互作用、相互协调与配合的标准组成的标准体系，或用来科学地制定或管理标准，或用来支撑、引导或帮助相应人造实体系统的需求者、研发者和生产者解决相应人造实体系统在其全寿命过程中的系统性问题，是标准化的一项十分重要的任务[1-2]。

伴随着系统工程理论和标准化 （学）研究与实践的持续深化，信息技术的突飞猛进及其在体系设计中的广泛应用，标准体系设计与构建方法在原有基础上取得了与时俱进的发展，新理念、新方法不断涌现并在实践中得到检验与完善。

1 标准体系设计方法

标准体系是标准化的基础、先导和蓝图。标准化作为一种复杂的系统工程，其体系设计一般也借鉴系统工程六维模型、工作分解结构、平行分解法、属种分类法/过程划分法、分类法等系统工程理论方法。此外，随着以DoDAF（美国国防部体系结构框架）为代表的体系结构设计方法在信息化领域深入应用，其在标准化领域也被逐步引入。

1.1 标准化系统工程六维模型

标准化系统工程是指：在特定的社会活动和技术过程中，运用系统科学和标准化学的理论、规律和方法，系统规划、设计、组织、实施、管理和控制标准化活动，以保证标准化对象获得最佳的社会和经济效益的一门组织管理技术[3]。作为系统工程的一个典型分支，标准化系统工程既具有整体性、综合性、有效性、动态性和社会性等系统工程的普遍特征，还具有强制性、依存性等特有属性。

系统工程普适的方法论空间——由逻辑维、时间维、知识维构成的霍尔三维结构[4]，尽管同样适用于标准化系统工程，但是尚不能完全描述标准化活动的所有属性特征。因此，文献[5]提出了如图1所示的标准化系统工程六维模型，在霍尔三维结构的基础上，将其知识维扩展为包涵知识、人才、资金、物资等元素的条件维，并增加其他三重反映标准化活动特有属性的维度，即反映标准等级 （如国际标准、区域标准、国家标准、行业标准等）的级别维、反映标准化对象类型 （如基础标准、方法标准、工作标准、产品标准等）的对象维、反映标准自身性质 （如技术标准、经济标准、管理标准等）的性质维。对于某一标准化对象，从确定目标直到标准系统寿命终止的整个标准化系统工程中所有的分析论证和组织管理工作，都可以运用标准化系统工程六维模型全面地处理和解决。

图1 标准化系统工程六维模型

标准化系统工程六维模型用于指导标准体系设计时，需要根据实际情况对六个维度及其具体内容进行调整。

1.2 工作分解结构 （WBS）

工作分解结构 （WBS， work breakdown structure）是一种把系统或产品逐层逐级分解为任务项目或分系统，以描述任务项目或分系统与系统目标之间从属关系的组织图表。任何复杂系统都可以通过这种方法从最高层级到最低层级分解表示为图形式的结构。

作为技术和管理活动的构架，工作分解结构为所有的项目参与者提供沟通渠道，并使各项工作能在明确定义的基础上进行。故确定工作分解结构经常是研制大型复杂系统开始时的首要步骤。对于有成熟经验的系统，国外都会通过标准文件形式将工作分解结构的最高几个层次的项目内容规定下来。例如，MIL-STD-881C《国防装备项目工作分解结构》，对飞行系统、导弹系统、武器系统、舰船系统、软件系统、空间系统、地面车辆系统等7类国防装备的简要工作分解结构的前三个层次进行了规定。国内航空、航天、舰船、武器等领域也制定了相应的标准来规定直升机、卫星、舰船、导弹等的简要工作分解结构[6-9]。

在设计上述7类系统范围内装备的标准体系时，可以根据装备的具体情况，对GJB 2116A—2015《武器装备研制项目工作分解结构》或MIL-STD-881C规定的工作分解结构进行剪裁，形成所设计标准体系依存主体的工作分解结构。

1.3 平行分解法

标准体系与相应人造实体系统 （标准化对象）在结构上有着非常密切的关系。对依存人造实体系统的层次结构进行平行分解，由依存主体层层分解出来的各种硬件、软件和其他工作任务作为具体标准化对象，以此为依据提出所需技术标准、管理标准等，从而发展成整个标准体系，这就是平行分解法的基本内涵。充分利用这种方法，可以使标准体系设计从一开始即纳入轨道，与依存主体密切配合，共同发展，收到事半功倍之效。

例如，典型的空间系统层次体系 （如图2所示），该系统的基本部分是飞行器分系统和地面分系统，图中只显示3个层次，到功能子系统为止。其相应的标准体系按照平行分解法可得到图3的规范树。对比图2和图3可知，功能子系统的标准和功能子系统的硬件是一一对应的。

图2 某空间系统层次体系示例

图3 某空间系统规范树

通过平行分解法如此一层层地分解下去，得到各个系统的规范树，最终就确定了整个大系统所要求的整个标准体系，其中包括了硬件和软件。

1.4 属种划分法/过程划分法

属种划分法/过程划分法是根据其依存人造实体系统的特点和规律，建立概念体系结构或过程体系结构，确定目标树或目的树。例如，可靠性、维修性等专业工程可以根据管理、设计、试验与评价的需要确立若干工作项目，每个工作项目之下又有若干小项目，依此类推形成各自的体系结构。如果这些项目需要制定标准文件，则这些标准相应地形成一定的层次体系结构。

这种方法通常适用于军事专业工程标准体系的设计。如文献[10]中基于可靠性工程的关键环节，划分了装备寿命周期内开展可靠性工程的工作项目群，包括可靠性及其工作项目要求的确定、可靠性管理等5个工作项目群，再对每个项目群里面的具体工作项目进行划分，如可靠性试验与评价项目群中包括环境应力筛选、可靠性研制试验、可靠性增长试验、可靠性鉴定试验、可靠性验收试验、可靠性分析评价等6个工作项目。据此，可靠性工程标准体系就可以按照工作项目的体系结构进行设计。

1.5 分类法

分类是一种认识事物的方法，即以事物的性质、特点、用途等作为区分的标准，将符合同一标准的事物聚类，将不符合同一标准的分开。作为分类的依据和工具，分类法是指将类或组按照相互间的关系，依据一定的原则组成系统化的结构，并体现为不同类目组成的反映该原则与关系的体系表。

针对标准这样庞大而结构繁杂的系统，由于种类繁多，可以根据目的的不同，从不同的角度进行分类。主要的标准分类法包括：①按标准级别划分的级别分类法；②按标准自身属性划分的性质分类法；③按标准化对象划分的对象分类法。

具体到每一项标准，都具有自身的级别特征、性质特征和对象特征，因此这三种分类法又是相互交叉、互为补充的。例如一个产品标准，它的级别特征可能是行业级，它的性质特征是技术，它的对象特征是产品，则这个产品标准是一个行业级的产品技术标准。

1.6 美国国防部体系结构框架 （DoDAF）

DoDAF[11]是一部指导美国国防领域内各系统体系结构开发的顶层、全面、通用的规范性文件。它对在美国国防领域内描述各系统体系结构的关键概念、重要术语和定义进行了统一，明确了体系结构设计的指导原则和程序，给出了体系结构开发的基本方法和模型，提供了支撑关键过程决策的体系结构数据和信息。

DoDAF 1．0版本主要从作战应用、系统实现和技术标准等三个视角进行分析，开始了 “以数据为中心”的系统体系结构设计。1．5版本充分吸纳网络中心战的先进技术成果，引入了面向服务的体系结构概念，增加了服务视图。2．0版本以后，DoDAF结构框架真正实现了从以模型为中心到以数据为中心的转变，能够针对不同对象、不同领域提供相应的决策数据。

当前的2．02版定义给出了一种普适于体系结构开发的 “六步法”。该方法以体系结构数据为中心，着重强调数据内部和数据之间的关系。基于 “六步法”的体系结构开发方法适用于SOA（面向服务架构）体系结构开发，强调以数据为中心，即将关注点放在数据上、数据内部以及数据之间的关系上。

2 标准体系设计方法内涵与适用范围

文献[12-13]从原理内涵、适用对象、优势与不足等方面对上述方法进行了对比分析，见表1。

表1 主要标准体系设计方法对比

从表1可知，上述几种设计方法的适用对象、优势与不足各有差异：①从适用对象来看，标准化系统工程六维模型适用于标准级别和类别的确定，DoDAF适用于复杂标准化对象的结构化描述（如标准化对象技术体系的设计），两者均不直接用于标准体系结构设计；②工作分解结构、平行分解法、属种划分法/过程划分法、分类法则均可直接用于标准体系结构设计，其中，工作分解结构、平行分解法适用于层次结构较清晰、功能组成明确的复杂对象开展标准体系设计；③属种划分法/过程划分法适用于专业技术领域的标准体系设计；④分类法适用于分类规则明确的简单产品。

通过以上分析可总结出各种方法的适用时机：①DoDAF本质上是从复杂环境中提取出关键数据信息，并保持数据之间的统一性、关联性和一致性，最终将这些信息以易于理解的方式展示给决策者和执行者，实现对标准化对象的全方位分析，可作为复杂对象标准体系设计的先导步骤；②工作分解结构、平行分解法可结合用于标准体系结构的顶层设计；③工作分解结构、平行分解法、属种划分法/过程划分法、分类法可相结合用于体系结构详细设计；④标准化系统工程六维模型则用于体系结构确定之后的标准项目设计。

3 标准体系设计方法应用分析

分析国际国外航天领域相关标准体系建设情况，国际标准化组织 （ISO）标准体系采用国际标准分类法 （ICS）划分，国际电信联盟 （ITU）标准体系采用字母分类法划分，美国军用标准（MIL）标准体系采用联邦分类法 （FSC）与字母分类法相结合划分，美国国家航空航天局（NASA）标准体系采用数字分类法划分，这些体系均采用分类法作为基本的设计方法。

国际电工委员会 （IEC）标准体系、空间数据系统咨询委员会 （CCSDS）标准体系、联合技术体系结构 （JTA）标准体系、欧洲空间标准化合作组织 （ECSS）标准体系、美国航空与航天学会（AIAA）标准体系、美国机动工程师协会 （SAE）标准体系等均采用工作分解结构对组织机构的业务领域进行划分，再构建相应标准体系的设计方法。

采用在标准化政策方向指导下 “自下而上”模式建设的标准体系 （如MIL），大多采用了分类法开展体系结构设计，这些体系大多规模庞大，对系统性要求不高。采用在体系系统规划下“自上而下”模式建设的标准体系，大多采用了工作分解结构开展体系结构设计，这些体系大多技术基础和标准化基础较好，对系统性要求较高（如 ECSS、 JTA）。

我国国家标准、国家军用标准、航天等行业标准体系建设中，通常使用工作分解结构、平行分解法、属种划分法/过程划分法和分类法等各种传统设计方法相结合的方式。这些传统的标准体系结构设计方法在我国各级标准体系建设过程中发挥了重要作用，但各自都有不同的优势和不足，在实际工作中，这些方法通常需要配合使用。

标准体系的设计与构建应紧密结合其依存的人造实体系统或标准化对象的特点，综合使用上述方法，以扬长避短，充分激发这些方法的优势，保证设计的科学有序。