裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論及其關(guān)鍵技術(shù)研究

安 波, 石東海, 沈雪石, 黨曉鈴,吳 集, 安茂春, 劉 武, 劉長利

(1.總裝武器裝備論證研究中心,北京100101; 2.國防科學技術(shù)大學戰(zhàn)略研究中心,湖南長沙410074)

裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論及其關(guān)鍵技術(shù)研究

安 波1, 石東海1, 沈雪石2, 黨曉鈴1,吳 集2, 安茂春1, 劉 武1, 劉長利1

(1.總裝武器裝備論證研究中心,北京100101; 2.國防科學技術(shù)大學戰(zhàn)略研究中心,湖南長沙410074)

圍繞武器裝備體系建設(shè)需求,緊密結(jié)合裝備科研管理實際,在分析國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)體系研究的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)提出了裝備技術(shù)體系的基本概念及其結(jié)構(gòu)特征,分析了優(yōu)化設(shè)計原則及其關(guān)鍵技術(shù),形成了裝備技術(shù)體系優(yōu)化設(shè)計流程等,為構(gòu)建結(jié)構(gòu)清晰、符合實際的裝備技術(shù)體系及其應用驗證提供了整體研究框架與技術(shù)支撐。

裝備技術(shù);體系結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計

裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不僅是一個值得深入研究的理論問題,更是一個具有明確需求背景的實踐問題：一是適應武器裝備體系化建設(shè)需求。提高基于信息系統(tǒng)的裝備體系作戰(zhàn)能力,必然牽引出成體系提升技術(shù)能力的需求,如何從體系層面集中反映技術(shù)對裝備支撐的能力,這在很大程度上取決于裝備技術(shù)體系的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。二是適應高新技術(shù)迅猛發(fā)展的趨勢。以信息技術(shù)為核心的高新技術(shù)在大大提升武器裝備性能水平的同時,也使裝備技術(shù)體系涉及的范圍變得越來越廣泛、傳統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域間的界限不斷被打破、交叉學科和前沿技術(shù)大量涌現(xiàn),各技術(shù)領(lǐng)域的層次規(guī)模不一、缺乏橫向聯(lián)系與縱向深入等問題逐漸顯現(xiàn)。三是適應國防科研管理科學化的要求。未來武器裝備性能先進、系統(tǒng)復雜、技術(shù)跨度大,裝備技術(shù)研發(fā)與管理的不確定性與技術(shù)風險增大,影響因素復雜,特別是在規(guī)劃計劃制訂、科研項目安排、發(fā)展路線圖規(guī)劃等管理環(huán)節(jié),如何明確攻關(guān)方向與技術(shù)重點,加快成果轉(zhuǎn)化、優(yōu)化資源配置等,都對裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)。

1 研究現(xiàn)狀

目前,國內(nèi)外對裝備技術(shù)體系的系統(tǒng)性研究不多,主要蘊含在科技發(fā)展戰(zhàn)略、武器裝備體系結(jié)構(gòu)和規(guī)劃計劃論證等方面。在發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃論證方面,美國《21世紀戰(zhàn)略技術(shù)導向》[1]《技術(shù)地平線2010—2030》[2]等研究報告中,采用集中研討方式形成的科學技術(shù)體系方案,涉及了體系構(gòu)建要素、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法等。在技術(shù)體系研究方面,我國科技部《國家技術(shù)路線圖》按照“需求—任務—能力—技術(shù)”體系結(jié)構(gòu),開展了國家關(guān)鍵技術(shù)體系設(shè)計等問題研究;國防科技大學從科學技術(shù)哲學的角度,對軍事技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的概念進行了研究,分析了軍事革命與軍事技術(shù)體系的關(guān)系[3],并以技術(shù)標準輪廓和未來標準預測屬性為基礎(chǔ),研究了技術(shù)視圖的層次關(guān)系、技術(shù)指標、技術(shù)水平、技術(shù)對能力的支撐關(guān)系等[4],同時還研究提出了從裝備全壽命周期、裝備工程技術(shù)、裝備管理技術(shù)3個視角,對裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)進行定制等;在體系結(jié)構(gòu)框架研究方面,美國、英國、北約分別制定了DoDAF2.0、MoDAF和NAF,以指導武器裝備和信息系統(tǒng)的頂層設(shè)計,并正在積極探討將其基礎(chǔ)理論和設(shè)計方法用于指導裝備技術(shù)體系的設(shè)計和優(yōu)化等[5]?？傮w上來說,有關(guān)裝備技術(shù)體系研究仍處于起步階段,對解決裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計問題,尚不具備實際應用意義,特別是對裝備技術(shù)體系的概念界定、設(shè)計原則、優(yōu)化流程及其應用驗證等方面,仍存在諸多有待解決的技術(shù)難題和研究空白。

2 概念內(nèi)涵

著名科學家錢學森指出,現(xiàn)代科學與技術(shù)呈現(xiàn)出相互依賴、相互促進的發(fā)展趨勢,研究和總結(jié)其運動變化的規(guī)律,應當把科學技術(shù)作為一個整體系統(tǒng)來研究[6]?？茖W技術(shù)體系是指社會所有技術(shù)類型按照一定的技術(shù)規(guī)范所組成的能滿足社會需要的、具有綜合功能的動態(tài)發(fā)展系統(tǒng)。構(gòu)建現(xiàn)代科學技術(shù)體系、發(fā)展復雜巨系統(tǒng)理論是一項高層次、長期的探索研究工作[7]。特別是隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展,科學技術(shù)體系逐漸呈現(xiàn)出諸如“知識爆炸”“邏輯混亂”等一系列困境,要解決這些問題,必須要對科學技術(shù)體系的基礎(chǔ)本質(zhì)特征進行透徹的分析[8]。裝備技術(shù)是科學技術(shù)特別是高新技術(shù)在武器裝備發(fā)展中的直接體現(xiàn),貫穿武器裝備研制、生產(chǎn)、使用、維修等全壽命周期,是國防科技的重要組成部分,也是國防水平能力的集中體現(xiàn)和突出標志。裝備技術(shù)涉及技術(shù)領(lǐng)域眾多、耦合關(guān)系復雜、數(shù)量規(guī)模龐大,在層次關(guān)聯(lián)關(guān)系上體現(xiàn)出顯著的體系特征?？茖W技術(shù)發(fā)展的新特點和新趨勢,對豐富拓展裝備技術(shù)體系內(nèi)涵范疇、構(gòu)建以工程應用為核心的更為合理的裝備技術(shù)體系,在理論方法層面和實際應用方面都具有重要意義。在分析國內(nèi)外裝備技術(shù)體系研究現(xiàn)狀,界定裝備技術(shù)體系基本內(nèi)容和層次關(guān)系的基礎(chǔ)上,我們研究認為：裝備技術(shù)體系是以武器裝備發(fā)展需求為視角,對相關(guān)科學技術(shù)門類、層次、領(lǐng)域進行的整體反映和系統(tǒng)規(guī)范,是指導一定時期裝備技術(shù)發(fā)展管理實踐的技術(shù)規(guī)范,具有明顯的指向性、功能性、整體性、規(guī)范性、邏輯性和演化性特征,主要服務于國防科技發(fā)展戰(zhàn)略研究、規(guī)劃計劃論證、國防科研管理等方面。

3 結(jié)構(gòu)特征

裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)是體系結(jié)構(gòu)方法在裝備技術(shù)領(lǐng)域的研究與推廣,是對裝備技術(shù)整體架構(gòu)的科學化描述,實質(zhì)上也是對其體系結(jié)構(gòu)特征的抽象。裝備技術(shù)體系作為解決裝備實際問題的工具,必然受到解決問題的軍事需求、技術(shù)能力和管理體制等多方面影響。裝備建設(shè)需求是牽引裝備技術(shù)體系演化的根本動因,高技術(shù)迅猛發(fā)展是推動裝備技術(shù)體系演化的內(nèi)在動力,適應管理體制改革是裝備技術(shù)體系演變的重要因素[9]。通過分析梳理裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)特征,并充分繼承和考慮國防科研現(xiàn)有管理特點,在橫向上按照技術(shù)成熟度標準,可劃分為支撐技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)和前沿技術(shù)等3類,以適應科技發(fā)展規(guī)律特點,并涵蓋裝備技術(shù)各主要領(lǐng)域;在縱向上適應裝備技術(shù)發(fā)展管理特點,構(gòu)建要素技術(shù)、技術(shù)方向和技術(shù)領(lǐng)域等3層架構(gòu)。其中：技術(shù)領(lǐng)域是根據(jù)相近技術(shù)屬性綜合提煉形成的技術(shù)群,相當于學科體系中的二級學科及以下層次,其粒度對應于裝備科研規(guī)劃計劃安排的項目層次;技術(shù)方向是對技術(shù)領(lǐng)域研究內(nèi)容的具體劃分,具有一定的抽象性,體現(xiàn)了本技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的方向性特征,其粒度對應于裝備科研規(guī)劃計劃安排的課題層次;要素技術(shù)是裝備技術(shù)體系中的底層元素,其粒度對應于裝備科研規(guī)劃計劃安排的專題或子專題層次,可用研究重點或研究內(nèi)容對其進行描述規(guī)范,以抽象出裝備技術(shù)體系中可供辨識的基本特征要素。

4 設(shè)計原則

從需求牽引和技術(shù)推動2個方面視角,充分反映武器裝備建設(shè)需求和科學技術(shù)發(fā)展特點,重點解決系統(tǒng)性梳理不夠,領(lǐng)域設(shè)置存在視角差異,結(jié)構(gòu)劃分標準欠規(guī)范、技術(shù)設(shè)置冗余(或漏項)、新興前沿技術(shù)領(lǐng)域不突出等問題,為構(gòu)建有效支撐武器裝備近、中、遠期發(fā)展需求的裝備技術(shù)體系提供技術(shù)支撐。

1)滿足軍事需求。裝備技術(shù)體系具有的指向性和功能性特征,決定了其結(jié)構(gòu)構(gòu)成要符合基于信息系統(tǒng)的裝備體系建設(shè)特征。裝備技術(shù)體系只有以支撐裝備發(fā)展為目標,以促進工程應用為核心,以提升技術(shù)能力為基礎(chǔ),才能不斷滿足武器裝備體系發(fā)展需求。

2)保持相對穩(wěn)定。裝備技術(shù)的突破是以科技成果的累積為前提的,客觀上存在一種從“可能”到“可行”,再到“可用”的依次遞進關(guān)系。裝備技術(shù)體系只有在保持相對穩(wěn)定的前提下,才能使裝備技術(shù)規(guī)劃論證科學,技術(shù)攻關(guān)重點突出,并達到技術(shù)成果逐步成熟可用的目的。

3)基本要素齊全。裝備技術(shù)體系要著眼于武器裝備近、中、遠期發(fā)展要求,既要滿足裝備發(fā)展急需、又要著眼長遠發(fā)展,既要注重現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域的協(xié)調(diào)發(fā)展,避免出現(xiàn)重大“漏項”和發(fā)展“短板”問題,更要關(guān)注新興前沿技術(shù)可能產(chǎn)生的巨大軍事效益,防止技術(shù)突襲。

4)結(jié)構(gòu)界面清晰。裝備技術(shù)體系各領(lǐng)域劃分應視角統(tǒng)一,各領(lǐng)域、方向和要素之間的邊界清晰,支撐關(guān)系明確,各層面顆粒度應基本一致,無明顯交叉重復,并可建立標定索引和信息存儲標準等。

5)組成比例協(xié)調(diào)。按照跨越發(fā)展有基礎(chǔ)、持續(xù)發(fā)展有后勁、自主發(fā)展有保障的要求,裝備技術(shù)體系的組成要符合基礎(chǔ)研究、應用研究和先期技術(shù)開發(fā)規(guī)律,綜合考慮支撐技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)和前沿技術(shù)之間的銜接關(guān)系,促進各技術(shù)領(lǐng)域的協(xié)調(diào)發(fā)展。

6)論證科學實用。綜合運用國防科技、科技管理、系統(tǒng)科學和體系工程的研究成果,從科學性和實用性出發(fā),采取定性與定量結(jié)合的方法,將專家群體智慧集成于計算機輔助設(shè)計工具,盡量減少或避免主觀人為影響,逐步形成實用性強的優(yōu)化設(shè)計方法手段。

5 關(guān)鍵技術(shù)

裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括理論、方法、模型、規(guī)范和工具等諸多研究內(nèi)容,涉及面廣、技術(shù)復雜,重點應突破以下幾個關(guān)鍵技術(shù)。

1)裝備技術(shù)體系特征分析技術(shù)。分析裝備技術(shù)體系內(nèi)涵構(gòu)成,建立裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)模型,開展多層次、多角度、多維度特征屬性分析,確定技術(shù)與技術(shù)之間的主要結(jié)構(gòu)特征,提取技術(shù)與裝備之間的復雜關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2)裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)描述技術(shù)。以裝備需求和能力需求為視角,研究建立規(guī)范的體系結(jié)構(gòu)描述方法,通過要素技術(shù)自身屬性構(gòu)建體系要素模型和數(shù)據(jù)模型,這對形成結(jié)構(gòu)清晰完整、形式規(guī)范標準,與實際應用緊密銜接的裝備技術(shù)體系至關(guān)重要。

3)裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)評估技術(shù)。依據(jù)多目標、多屬性決策優(yōu)化理論,綜合分析裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性,對裝備發(fā)展需求的支撐性、管理體制要求的適應性等問題,在開展科學性分析的基礎(chǔ)上,對裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的實用性進行驗證性評估。

4)裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)。以裝備技術(shù)體系的結(jié)構(gòu)特征為優(yōu)化目標,采用體系結(jié)構(gòu)框架理論和網(wǎng)絡(luò)化建模方法,建立技術(shù)與技術(shù)、技術(shù)與裝備之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型,開展基于人機交互的優(yōu)化迭代方法研究,形成以聚類分析為基礎(chǔ)、以專家經(jīng)驗為支撐的綜合設(shè)計優(yōu)化方法,為裝備技術(shù)體系優(yōu)化設(shè)計提供方法工具支撐。

6 優(yōu)化流程

根據(jù)裝備技術(shù)體系設(shè)計原則,綜合分析現(xiàn)有裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu),在建立裝備技術(shù)體系優(yōu)化設(shè)計框架的基礎(chǔ)上,形成了優(yōu)化設(shè)計流程如圖1所示。總體思路是通過裝備發(fā)展需求、技術(shù)推動和技術(shù)預見3個方面采集要素技術(shù)信息數(shù)據(jù),基于計算機輔助優(yōu)化設(shè)計工具開展裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化。主要包括裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、組成設(shè)計和優(yōu)化驗證3大環(huán)節(jié)。具體流程是：首先是結(jié)構(gòu)設(shè)計,按照裝備技術(shù)體系3層架構(gòu)模型,通過采用對重點裝備進行技術(shù)結(jié)構(gòu)分解(technology breakdown structure,TBS)、梳理現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域研究重點、預測前沿技術(shù)增長點等方式,獲得大量的要素技術(shù),并建立起以數(shù)字標志為索引,涵蓋技術(shù)定義、技術(shù)內(nèi)涵、標志關(guān)鍵詞等信息的要素技術(shù)屬性描述數(shù)據(jù)庫,從而得到反映技術(shù)體系最基本的辨識信息。采用計算機輔助優(yōu)化設(shè)計工具對各要素技術(shù)進行相關(guān)關(guān)系分析,通過查重合并、刪除冗余、整合聚集,綜合整理出技術(shù)方向。其次是組成設(shè)計,引入專家綜合評判進行人機交互,經(jīng)過重組調(diào)整、歸類合并、聚類分析和綜合提煉,形成裝備技術(shù)體系各技術(shù)領(lǐng)域的組成方案。第三是優(yōu)化驗證,以定量化的分析統(tǒng)計計算結(jié)果為基礎(chǔ),通過綜合評估和比對驗證,引入評估和驗證信息再次對各技術(shù)領(lǐng)域的組成方案進行調(diào)整、補充和完善,并循環(huán)迭代,使各技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)置分類更趨合理、更加符合實際應用需求。

圖1 裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計流程

7 結(jié)束語

裝備技術(shù)體系研究既有理論方法層面的需求,也有實際應用方面的要求。本文在提出裝備技術(shù)體系基本概念、結(jié)構(gòu)特征及其優(yōu)化設(shè)計流程的基礎(chǔ)上,基本實現(xiàn)了理論、方法和工具的集成與閉環(huán),為開展裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了理論、方法、工具和數(shù)據(jù)支撐,也拓展了技術(shù)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的內(nèi)涵與視角范圍。研究表明,通過構(gòu)建技術(shù)領(lǐng)域、技術(shù)方向和要素技術(shù)等3層架構(gòu),并以要素技術(shù)為基本研究對象,對提取復雜的裝備技術(shù)體系結(jié)構(gòu)特征,在理論方法上是可能的,在技術(shù)途徑上是可行的。但是要形成結(jié)構(gòu)清晰、要素齊全和符合實際的裝備技術(shù)體系,還必須綜合考慮數(shù)量規(guī)模限制、視角維度約束和管理狀態(tài)銜接等多方面優(yōu)化條件,重點開展實用性及其驗證性研究,這也是裝備技術(shù)體系優(yōu)化設(shè)計研究面臨的主要難點問題。只有充分發(fā)揮各領(lǐng)域技術(shù)專家群體智慧,并借助計算機輔助優(yōu)化設(shè)計工具,在反復迭代,多方驗證,逐步優(yōu)化的基礎(chǔ)上,才能實現(xiàn)裝備技術(shù)體系研究的科學化和實用化。

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(編輯：孫陸青)

Research on Weapon Equipment Technical Architecture Optimization Design Theory and Key Technology

AN Bo1, SHI Donghai1, SHEN Xueshi2, DANG Xiaoling1, WU Ji2, AN Maochun1, LIU Wu1, LIU Changli1

(1.Center of the Armament Research and Demonstration,Beijing 100101,China; 2.Center for Defense Science and Technology,National University of Defense Technology,Changsha Hunan 410074,China)

Focused on the construction demand of weapon equipment system and combined with the current situation of equipment research and management.This paper analyzes the domestic and foreign research on technical architecture,then provides the basic concept and structure characteristics of weapon equipment technical architecture,analyzes the optimization design principle and key technology,and forms the weapon equipment technical architecture optimization design process.It provides technical supports for the construction of practical and clear weapon equipment technical architecture and its application verification.

equipment technical;system architecture;optimization design

E 252

2095-3828(2014)02-0014-04

ADOI10.3783/j.issn.2095-3828.2014.02.004

2013-10-09

部委級資助項目

安 波(1963-),男,研究員,博士.主要研究方向：國防科技發(fā)展管理研究.13911040090@139.com.