应用型科研院所技术体系构建方法研究与实践

张向辉

(中国电子科技集团公司第十四研究所， 江苏 南京 210039)

0 引 言

国防科技是赢得现代战争的关键要素和装备变革的核心驱动力，对战斗力构成要素和军事力量运用方式产生决定性影响，促使作战样式和制胜机理发生深刻变化[1]。长期以来，应用型科研院所主导国防尖端技术研究和先进武器装备研制。一代技术催生一代装备，一代装备承载一代技术。技术体系不仅决定了应用型科研院所技术创新能力和核心竞争力，还决定了产品研制能力和业务拓展能力。从使命责任层面来讲，应用型科研院所以技术体系为“驱动器”，突破关键技术、抢占科技制高点、提升产品研制水平和拓展业务发展范围。从科技管理层面来讲，应用型科研院所以技术体系为“根目录”，开展战略规划制定、资源优化配置、创新能力建设、人才梯队布局、知识产权保护和技术成果管理。

目前，国内外还没有把应用型科研院所技术体系理论和方法作为独立域进行研究，相关研究蕴含在诸如科技发展战略论证、军事需求工程研究和武器装备体系论证中。文献[2]讨论了装备技术体系战略地位，文献[3]分析了装备技术体系结构基本概念，文献[4]提出了装备技术体系论证分析基本框架，文献[5]阐述了装备技术体系设计原则，文献[6-7]研究了武器装备体系技术评估方法，文献[8]研究了装备技术体系设计方法。这些研究成果对于构建应用型科研院所技术体系具有指导作用，但是他们都是从装备论证视角，把技术体系作为装备体系的补充和下延，没有将技术体系作为单独研究对象，也没有把研究下沉到应用型科研院所层面来探讨技术体系构建方法问题。

为此，本文分析了应用型科研院所技术系统特点和构建技术体系需要解决的问题，结合技术体系构建实践，从技术和管理二维视角提出了一种结构设计、数据生成、视图描述分离的技术体系集成构建方法，为应用型科研院所构建满足技术和管理需求的技术体系提供参考。

1 应用型科研院所技术系统分析

1.1 技术系统特点分析

装备技术体系是以装备体系为视角，由支撑武器装备研制、生产、使用、维修过程中所涉及的基础理论、应用技术以及军事工程技术、军事系统工程技术等组成的统一整体，具有关联性、层次性、整体性、功能性等特点[8]。本文将应用型科研院所技术体系定义延伸为满足产品研制需求和业务发展需求，在一定发展阶段下形成的，涉及多个维度、彼此贯通、相互渗透的技术网络。

应用型科研院所承担最主流装备产品研制任务、掌握最核心应用型尖端科技、拥有最密集专家人才队伍，无论其是否构建了显性化技术体系，都客观地存在着基本的技术系统。这些技术系统具备一定程度的关联性、分布性、层次性、演化性等体系化特征，是构建应用型科研院所显性化技术体系的现实基础。

(1)关联性

区别于一般纯理论研究机构，应用型科研院所技术系统多学科交叉、多领域融合，不追求单一技术指标极致化，追求产品整体性能最优化，其技术之间形成相互影响的关联性特征。

(2)分布性

从全球范围来看，应用型科研院所大多采用总体部门、专业部门、制造部门及其次级部门等研发组织架构，技术散布于各个细分组织单元中，其技术系统形成自然的分布式状态。

(3)层次性

应用型科研院所集科学、技术、工程和产业于一体，技术系统、产品体系、产业体系深度耦合和交互发展，内部自发形成系统级、子系统级、模块级等分层分级“top-down”层次化结构。

(4)演化性

军事需求牵引国防科技快速发展，科技革命促进国防科技深度变革，应用型科研院所新旧技术快速变化和迭代，成熟度与技术风险不断变化，其技术系统形成动态进阶的演化性特点。

1.2 技术体系需要解决的问题

虽说应用型科研院所技术系统基本具有上述关联性、分布性、层次性和演化性4个特点，但是大多是基于专业分工来整理技术条目，再按照专业层次把技术条目拼接成多个层级的技术列表[8]。这种技术列表具有构建方法简单、线条清晰等优点，但缺乏体系性，在技术创新和科技管理上无法充分发挥作用。因此，应用型科研院所技术系统必须从技术列表向技术体系转变，必须要解决关系、要素和作用三大体系性问题。具体而言，应用型科研院所需要解决结构设计问题、数据生成问题和效能涌现问题。

(1)结构设计问题

结构设计是把技术体系抽象化成关系模型，决定了技术体系功能。国外先后颁布了JTA、DISR、DIVA、DTA等核心体系结构数据模型，但这些体系结构是为了满足作战网络中心和互操作性要求[8]，和应用型科研院所技术体系的构建目标有着本质的不同。目前国内技术体系没有统一的行业标准和系统性的方法论，需要根据自身技术特点和管理需求设计个性化的、符合发展需要的技术体系结构。

(2)数据生成问题

技术数据是把技术体系实例化成要素集合，决定了技术体系基础。应用型科研院所技术存在从混沌、模糊到清晰的复杂演变过程，具有维度多元、边界模糊和不确定性特征。国内外对于数据生成方法研究较少，相近的方法包括德尔菲调查法、头脑风暴法、专家咨询法、情景分析法等，但这些方法存在主观性强、主题泛化等问题[8-9]，需要进一步探寻有效的技术数据生成方法论。

(3)效能涌现问题

技术体系作为应用型科研院所的统一坐标和技术导航，其基本作用是提高技术创新效率和科技管理效益。目前还没有针对如何把技术体系建设成为工具化的基础设施，如何发挥技术体系在牵引技术发展、提升技术水平、促进产品发展等方面整体效能的专题研究。技术系统大多停留在技术专家头脑中，或者分散在各类技术文档中，还需要进一步探索研究与管理实证技术体系效能涌现问题。

2 技术体系思想理念比较分析

2.1 现代科学技术体系框架

钱学森院士在领导中国航天科学技术事业的20多年中，形成了系统工程和总体设计部思想，提出了现代科学技术体系框架。20 世纪70年代末，以《组织管理的技术——系统工程》发表为标志，他根据研究对象的差异性，建立了由横向11大学科门类和纵向3个层次组成的现代科学技术体系框架(图1)。80 年代末到90 年代初, 以《论系统工程》为标志，钱学森院士进一步完善了现代科学技术体系结构，并提出了包含机器体系、专家体系和知识体系三个部分的综合集成方法论，通过“人-机-网”结合体系集成旧知识、生成新知识，发挥综合优势、整体优势和智能优势[10-13]。

图1 钱学森现代科学技术体系框架

2.2 美国国防部体系结构框架

美国在C4ISR架构框架基础上，先后颁布国防部体系结构框架DoDAF1.0版、1.5版和2.0版，提供了一个推进和实施体系结构设计的一体化概念和指南。DoDAF 2.0版是需求建模和顶层设计的事实标准，采用视点、视图和模型与数据的3个层次结构，聚焦于6类利益攸关方、6个标准疑问、可遴选的8个视点和52个模型，提供解决人员、流程和技术融为一体、结构化、深层次问题的建模方法集，大大扩展了体系的视图结构和描述能力[14-16](图2)。

图2 美国国防部体系结构框架

2.3 两种体系结构框架比较

从哲学角度来看，钱学森现代科学技术体系结构和美国国防部体系结构框架分别代表了系统论和还原论两种思想理念。

(1)系统论思想

系统论旨在研究要素的结构和联系，寻求并建立普适的原理、原则和数学模型，系统整体效能大于要素效能总和。钱学森院士从系统论视角，根据不同学科之间相互交叉、结合、一体化趋势，建立“3×11”二维矩阵式体系结构框架，把自然科学、社会科学、技术科学、工程技术规范化到统一的体系框架中，形成了完整的、反映时代技术特征的现代科学技术体系。钱学森现代科学技术体系框架是系统论思想和网络化方法论有效实践，为应用型科研院所技术体系提供了基本思维方向。

(2)还原论思想

还原论则主张复杂问题解构为各部分之组合，整体可以分解为各个局部来认识。美国国防部体系结构框架的初衷是解决联合作战问题，但其“视点”概念无不体现了还原论思想。它将复杂的体系问题分解为全视点、数据与信息视点、能力视点、项目视点、系统视点、服务视点、作战视点、标准视点，从8个维度对体系进行透视和分析，把体系恢复到最原始的需求描述。美国国防部体系结构框架是还原论思维和解析方法论典型应用，为应用型科研院所技术体系提供了另一种思维方向。

(3)系统论下的还原论

从上述分析可以看出，系统论和还原论两种思想理念各有所长。基于系统论思想的现代科学技术体系结构框架擅长于建构，它将复杂的科学技术统型为二维科学技术网络，是建立复杂系统规范化结构的有效手段，从而解决应用型科研院所技术体系的结构设计问题。基于还原论思想的美国国防部体系结构框架擅长于解构，它将技术体系从“产品为中心”转向“以数据为中心”，是描述复杂系统可视化分析的有效手段，从而解决应用型科研院所技术体系的效能涌现问题。我们可以采用系统论下的还原论思路，即首先用系统论思想建构技术体系的规范化结构，形成技术体系底层数据库之后，再用还原论思想把技术体系解构成若干视图，进行多视角描述、透视和分析，发挥技术体系整体效能。

3 技术体系构建方法和实践

3.1 技术体系构建原则

应用型科研院所技术体系是在特定空间和时间内的技术集合，需要反映其技术特点、结构组成、发展现状以及发展方向，体现最新成果和技术优势，指导一定时期应用型科研院所技术实践，其构建过程坚持下面三个原则。

1)稳定结构和动态数据相匹配原则。既要保持体系结构相对稳定，又要支持技术数据动态变化，具备数据更新和接口扩展能力。

2)现实需求和未来需求相结合原则。既要包含需求清晰的现实技术，提高产品研制能力，又要包含需求不清晰的未来技术，提高前瞻布局能力。

3)技术视角和管理视角相衔接原则。既要从技术视角牵引技术前瞻性布局和系统性发展，又要从管理视角发挥工具性作用。

3.2 集成构建方法

基于前面所述系统论下的还原论思路，本文结合应用型科研院所技术体系工作实践，提出把构建过程分为结构设计、数据生成和视图描述三个子过程(图3)。三个子过程共同构成的技术体系集成构建方法，把应用型科研院所复杂的技术群转化成技术数据集和可视化视图，建立完整的技术体系。

图3 应用型科研院所技术体系集成构建方法

(1)结构设计子过程

基于系统论思想，吸收钱学森现代科学技术体系框架的技术网络方法论，设计技术体系构成要素及其关系，形成规范、统一、稳定的技术体系结构。

(2)数据生成子过程

针对需求清晰的现实技术和需求不清晰的未来技术，采用能力缝隙分析法和“5+5”推断分析法，生成技术体系基础数据集。

(3)视图描述子过程

基于还原论思想，吸收美国国防部体系结构框架的多视图描述方法论，设计不同应用需求的透析、分析描述视图，使技术体系效能涌现。

3.3 结构设计子过程

技术体系结构是将技术要素及其关系抽象化成数据模型，结构设计过程是定义技术要素格式和关系规则的过程[16]。针对应用型科研院所技术体系复杂性特征，技术体系结构通过定义属性要素、评价要素和关系要素及其具体内涵来设计数据模型(图4)。

图4 应用型科研院所技术体系的数据模型

1)定义描述技术客观属性的属性要素，作为技术基础信息，包括技术名称、攻关部门、主攻人员、路线图、已投经费和预期经费等；

2)定义描述技术主观属性的评价要素，作为技术节点信息，包括技术水平、技术差距、先进性、贡献度、成熟度、应用性、演化性、风险性等；

3)定义描述技术关联属性的关系要素，作为技术网络信息，包括技术等级、技术层级、技术领域、技术类别、发展阶段、实现途径、技术映射、产品映射、项目映射、能力映射等；

4)通过关系要素映射多维技术网络结构。和钱学森现代科学技术体系结构二维矩阵技术网络不同，本文的技术网络是一个多维结构，理论上对维数没有限制，可以根据需要建立N维技术网络结构。

3.4 数据生成子过程

技术体系分为需求清晰和需求不清晰两类技术。需求清晰的技术是瞄准产品研制和性能提升的技术，采用能力缝隙分析法生成技术数据集。需求不清晰的技术是基于瞄准世界科技前沿和未来产品的技术，采用“5+5”推断分析法生成技术数据集。通过对需求清晰和需求不清晰的两种技术数据集进行并集处理，生成应用型科研院所完整的技术体系数据集。

(1)能力缝隙分析法

能力缝隙是指能力与需求之间的差距，以发现和弥补能力缝隙为目标的能力缝隙分析是装备体系建设和技术发展核心思想[5,17-18]。本文将装备体系能力缝隙分析思想引入到应用型科研院所技术体系的数据生成过程，形成需求清晰的技术数据集。能力缝隙分析法分为5个步骤(图5)，第一步是分析应用型科研院所产品研制需求，形成技术需求空间；第二步是评估应用型科研院所现有技术对产品支撑能力，形成技术能力空间；第三步是分析技术需求空间和技术能力空间之间的能力缝隙，形成产品级、分机级、模块级、器件级技术列表；第四步是将技术列表综合成统一的体系技术、系统技术、共性技术和基础技术列表；第五步是应用技术体系结构，将技术列表实例化为需求清晰的技术体系数据集。

图5 需求清晰的技术数据集生成流程

(2)“5+5”推断分析法

“5+5”推断分析法衍生于美国空军装备技术体系流程。美国空军通过技术到能力、能力到需求的分析，优化装备技术体系[19]。本文将“5+5”推断分析法引入到应用型科研院所技术体系数据生成过程，形成需求非清晰的技术数据集。“5+5”推断分析法为6个步骤(图6)，第一步是以当前技术能力为起点，后推5年预测技术趋势；第二步是在技术趋势基础上再后推5年，预测未来系统能力；第三步是回推5年，分析未来系统技术需求；第四步是从未来系统技术需求回推5年，形成当前需要发展的前沿性、战略性、先导性和颠覆性技术列表；第四步是将技术列表综合成统一的体系技术、系统技术、共性技术和基础技术列表；第六步是应用技术体系结构，将技术列表实例化为需求清晰的技术体系数据集。

图6 需求不清晰的技术数据集生成流程

3.5 视图描述子过程

技术体系数据集是应用型科研院所技术体系的底层数据库，但还没有形成多维技术数据网络，不构成信息和知识。视图描述过程是基于一定规则对技术数据集进行网络联结和按需抽取，使得技术数据集构成信息和知识的过程。多视图方法源于美国国防部体系结构框架，通过对技术体系数据集进行多视图描述，为来自不同背景的参与者提供一个相互理解、交流和工作的平台[20]。本文对美国国防部体系结构框架的8个描述视图进行裁剪和扩充，设计成符合应用型科研院所发展需求的6大描述视图(表1)。

表1 应用型科研院所技术体系描述视图

应用型科研院所多视图描述借助信息化手段，把技术体系建设成为基础信息设施，实现技术创新、经营管控和决策支持向体系化、科学化、智能化转变，发挥技术体系整体效能(图7)。分为3个步骤，第一步是技术体系数据集生成之后，采用知识图谱等技术，通过体系结构的关系要素，对技术数据集进行关联，形成多维技术数据网络；第二步是对技术数据集进行要素抽取和重构，形成全景视图、专业视图、组织视图、能力视图、发展视图、生态视图6个描述视图独立需要的技术数据子集；第三步是对技术数据子集进行聚合分析，生成不同维度的信息和知识，按需呈现给关联人员，其中，全景视图呈现给技术体系管理人员，专业视图呈现给技术攻关负责人，组织视图呈现给研发部门管理人员，能力视图呈现给产品开发人员，发展视图呈现给战略规划管理人员，生态视图呈现给战略合作和外部协作管理人员。

图7 应用型科研院所技术体系描述视图

4 结 语

当前，军事新技术革命蓄势待发，微系统、量子科技、人工智能、无人自主等战略新兴技术和颠覆性技术不断涌现，世界军事强国争相布局尖端国防科技，聚焦战略新兴技术和颠覆性技术，谋求通过技术创新赢得作战优势。应用型科研院所面临竞争更加激烈、技术进步速度加快、产品交付周期变短、质量要求不断提高的发展新常态，只有采用科学的方法建立、管理和发展技术体系，并充分发挥技术体系涌现性效能，才能避免科研投入和技术攻关出现“重复、分散、封闭、低效”现象，实现从单一创新向基础、前沿、技术、工程、产品、产业全价值链创新转变，有效支撑管理提升、业务拓展、产品研制、技术发展。