系统工程在航空装备维修领域应用的思考

■ 韩梁 李淼/国营芜湖机械厂

0 引言

随着航空装备的研制发展，原逆向研制的方式方法已不能满足新装备研制需求，面向全寿命周期的系统工程的理论和方法已在新型航空装备研制过程中应用，而航空装备维修企业作为全寿命周期产业链的末端，为了更好地介入装备设计、研制等过程，进一步提高装备维修保障效能，系统工程理论和方法的应用成为了重要桥梁。

1 对系统工程的认知

1.1 什么是系统工程

系统工程是一个视角、一个流程、一门专业，代表性的定义有三种。

1）系统工程是一种使系统能成功实现的跨学科的方法和手段。系统工程专注于：在开发周期的早期阶段定义客户需要与所需求的功能性，将需求文件化，然后再进行设计综合和系统确认，并同时考虑完整性问题，即在考虑运行、成本、进度、性能、训练、支持、试验、制造和退出问题时，进行设计综合和系统确认。系统工程把所有学科和专业群体综合为一种团队的努力，形成从概念到生产再到运行的结构化开发流程。系统工程以提供满足用户需要的高质量产品为目的，同时考虑所有客户的业务和技术需要（INCOSE，2004）。

2）系统工程是一种自上而下的综合、开发和运行一个真实系统的迭代过程，以接近于最优的方式满足系统的全部需求（Eisner，2008）。

3）系统工程是一门专注于整体而不是各个部分设计和应用的学科，涉及从问题的整体性来审视，将问题的所有方面和所有变量都考虑在内，并将社会与技术方面相关联（FAA，2006）。

可以看出系统工程具有跨学科、迭代性、整体性和社会技术等特点。系统工程的视角是基于系统的思考，系统工程流程具有支持发现、学习和持续改进的迭代式方法论[1]。

1.2 系统工程的起源与发展

现代系统工程的起源可追溯到20世纪30年代，最早应用于英国防空系统的项目中。随后在国际上的影响越来越广泛，尤其是在复杂系统、组织系统工程等方面的研究中的应用，使得系统工程学科成为解决制造企业乃至经济社会发展中复杂、系统级问题的核心。美国、英国以及前苏联等国家的科技工作者先后在军事战略布置、国防建设以及社会经济领域和工业企业管理中不断推出设计良好的应用系统，为系统工程方法的研究与应用做出了不懈的努力。

20世纪50～60年代，中国的一些研究机构和著名学者为系统工程的研究与应用做了理论的探讨、应用上的尝试和技术方法上的准备。国内对系统工程的大规模研究和应用是从20世纪70年代末80年代初开始的。1978年9月27日，钱学森、许国志、王寿云在《文汇报》上发表了题为《组织管理的技术——系统工程》的长篇文章；1980年11月，中国系统工程学会在北京成立。20世纪70年代末以来，应用系统工程理论和方法研究与解决中国重大的现实问题，在诸多领域和方面包括军事领域都取得了较好的效果。

从美国、俄罗斯、欧洲以及其他先进国家角度来看，系统工程技术的发展现状及趋势如下。

1）系统工程的标准体系越来越完善。美国国家航空航天局（NASA）已构建了规范化的航天器设计指南及行之有效的技术标准体系。现在，NASA又制定了一项完善的技术标准计划，主要在吸收非政府标准、开发新标准以及共享国家与国际标准的基础上对系统工程标准体系进一步完善。另外，欧洲空间标准化合作组织根据NASA、国际标准化组织（ISO）、各航天公司标准，构建了一套全新的系统工程标准体系，这样，航天器在实施系统工程时就有一套完善、高效的技术作为支撑，以及相关的活动程序作为参照。

2）系统工程的支持能力进一步增强。NASA、欧洲航天局（ESA）等机构相继研发与利用航天器系统设计以及仿真平台，同时还组建了一个专门的协同设计机构，主要对各种类型较为复杂、规模大的系统及设计分析仿真提供有利的支持。例如，NASA研发的系统工程系列环境系统以及飞行器仿真系统等各项技术得到了普遍应用，使得系统工程的支撑能力有了很大增强。

3）系统工程的长效机制不断完善。结合西方国家诸多系统工程技术发展情况来看，系统工程技术能力显著优点在于：技术活动中的规范作业程序得到了进一步的优化；随着科学技术的快速发展与广泛应用，系统工程的应用平台和仿真试验支持能力有了很大的提升；结合丰富的研制经验，进一步健全其长效机制，并制定了一套有效的发展规划及部署[2]。

4）基于模型的系统工程已经成为未来发展的基本趋势。在计算机出现之后，建模与仿真已经成为区别于理论和实验的第三种方法。当前，建模与仿真已被定义为跨系统生命周期流程的系统工程共性方法，用以实现对系统概念的完整性表达，支持系统需求、设计、分析、验证与确认活动的开展，涉及建模目的、标准、范围、类型、语言等内容。许多模型和仿真实践已被正规化为系统工程流程，众多建模语言已成为国际标准。在“基于模型”的背景环境下，支持系统工程学科的有关方法论、流程、方法和工具日趋成熟，且在航空航天/防务领域已被证明。模型将不再像传统系统工程中那些只是文件中的“附属品”，而是成为系统工程的主要产物和手段。特别是在工业4.0时代，为全系统的开发提供数字线索和“数字孪生”，使系统/产品的数字模型与物理试验在全生命周期内保持同步进化[1]。

1.3 系统工程的价值

系统工程以系统的思维、理论和方法，致力于复杂系统的成功，已成为管理复杂性和变化性的有效方法，是促进企业创新的一种较为成熟有效的方法，成为在全生命周期尤其是在概念探索阶段减少风险的有效手段，在提升效能和投资回报方面展示了非常优越的价值，是建立和保持竞争优势的关键。

1.4 系统工程在航空工业领域的应用

航空工业作为我国军工行业的战略性产业，正面临着前所未有的机遇和挑战。面对新型航空装备研发的战略性、复杂性和创新性环境，必须采用系统工程的理论和方法。自2012年起，航空工业系统推进系统工程，设立系统工程推进委员会作为日常推进工作的主要责任部门，负责航空工业系统工程实施方法的制定及各成员单位项目的实施服务，同时承担系统工程流程体系、知识体系与培训体系的导入、开发与推广。

截至2018年，航空工业已有40多家主要研究所和设计制造单位推动并实施了基于模型的系统工程（MBSE），为加速数字化时代的研发转型和智能制造、推动高端制造业转型升级奠定了坚实而又广泛的基础。

2017年，航空工业首款全面应用系统工程的新型无人机研发成功。航空工业一飞院将全面推进MBSE列入2019年度重点工作，他们认为通过在MA700等新型号飞机上的试点，MBSE已经具备全面体系化推进的客观条件，为构建以MBSE为核心的新型研发体系提供了千载难逢的机遇和载体。2018年是一飞院MBSE推进的“体系年”和“需求年”，基本建立起了MBSE的体系架构。2019年是MBSE推进的“需求年”和“架构年”，工作重点也将由体系级、飞机级延伸到分/子系统级。

为了系统地推进系统工程，航空工业还建立了完整的系统工程标准体系，目前已经完成其中300余份标准的编制。可以预见，作为航空工业的战略性工程，系统工程将在航空工业领域及航空装备全生命周期发挥越来越重要的作用。

2 关于系统工程的几点思考

2.1 全面系统推进系统工程是航空装备修理企业强烈的内在需求

系统工程的提出和发展始终与航空航天的实践紧密结合在一起，系统工程起源于20世纪的防务和航空航天系统，现代的系统工程也具有强烈的防务和航空航天传承，系统工程手册中大多数流程能够以直接的方式使用。航空装备维修具有复杂性、不确定性，利益攸关者众多，使用条件极端，系统生命周期长等特点，符合系统工程应用的范围。尤其在备战的大背景和环境下，对航空装备维修的周期、质量和成本提出了更高的要求，系统工程作为一套科学的理论和方法，可以进一步提升装备维修的科学性和规范性，提升航空装备修理企业的整体能力。

2.2 全面系统推进系统工程是实现装备维修正向设计的必由之路

根据张新国介绍，系统工程的重要作用之一就是实现“需求的正向提出”和“研发的正向设计”。当前，航空装备维修基本还依靠“设计维修”和“经验维修”，维修需求的识别与整理以及维修的正向设计长期缺乏，但随着航空工业深入推进系统工程以及航空装备修理企业自身发展的需要，维修设计必将向正向设计转变。系统工程提供了更为系统和全面的正向设计的理论和方法，并在航空装备研制阶段广泛使用，为装备维修的正向设计提供了很好的实施路径。

2.3 全面系统推进系统工程是融入航空装备全生命周期的重要桥梁

当前，系统工程在航空工业新装备研发过程中已普遍使用，装备维修作为装备全生命周期中的重要一环，在研发过程中越来越受重视，如何参与并影响装备研发过程中的维修性设计，融入航空装备全生命周期，已经成为航空装备修理企业的重要命题。全面系统推进系统工程，是统一航空工业部门和装备修理企业研发平台和语言环境的重要环节。

2.4 航空装备修理企业正处于全面系统推进系统工程的历史机遇期

随着航空装备研制的进展，新型装备普遍采用系统工程，其维修必须与研制统一平台和环境，当前正是全面系统推进系统工程的历史机遇期。从另外一个角度来说，推进系统工程的窗口期也非常短，如不加快推进，将错过历史发展期。推进系统工程不是一朝一夕，不可一蹴而就，从航空工业的推进经验来看还需要较长时间，必须要有强烈的危机感，加快策划和实施。

2.5 航空装备修理企业具备全面系统推进系统工程的现实基础条件

近年来，航空装备修理企业导入了一定的复杂理论、方法和工具，并予以实施，拥有一批思想开放、眼界开阔、知识经验丰富、学习能力强、改革创新意识强的高端人才队伍；同时，计算机技术的发展以及系统内多年来数字化修理、工业4.0的研究与实施，与工业部门和地方企业良好的合作关系，都为推动和实施基于模型的系统工程（MBSE）创造了良好的环境和基础。

3 推进系统工程的几点想法

虽然全面系统推进系统工程对航空装备修理企业的发展具有较强的战略意义，但推进和实施过程中必将遇到较大的困难和问题。为了顺畅、快速、稳妥地推进系统工程的建设，提出几点想法。

1）迅速和普遍提高对系统工程的理解和认识，加快人才培养

企业管理者和决策者应理解和把握系统工程思想，认识到系统工程的重要作用，具备强烈的推进意愿是成功推进系统工程的前提条件。具有系统思维和系统工程理论基础以及扎实的航空装备维修技术功底的系统工程师的培养，是推进系统工程的关键要素。因此，必须采取有效手段，加快系统工程知识的普及，培养一定数量和较高水平的系统工程师。

2）集中全力，研究解决重难点问题，突破关键技术

在基础还比较薄弱的航空装备修理企业中全面推进系统工程，还会面对较多的重难点问题和关键技术，尤其是在技术流程的前端，包括业务或任务分析、利益攸关者需要和需求定义、系统需求定义、架构定义、设计定义等，系统内的理论基础和实践经验还十分有限，不能照搬照抄国外和航空工业的研究成果，还需要重点突破基于模型的系统工程（MBSE）的关键技术，包括系统设计、验证、仿真等，这些都需要集中全系统的优势资源，逐项研究和解决。

3）适时选取典型装备或领域试点推进，以积累实践经验

系统工程需要实践经验的总结和积累。在对理论和方法工具学习的同时，必须推进试点工作，创新和研究系统工程理论，进行详细的系统工程经验总结，然后再逐步深入展开推进。可以选取在研制阶段系统工程应用较好的型号，选取与航空工业部门建立良好合作关系的单位进行试点推进，或者在航空装备修理重点领域（如正向维修设计领域）开展试点。

4）及时总结制定完善的标准体系，规范和支持系统工程活动

基于对工业实践的充分总结、理解和认识，欧美发达国家非常重视工业标准、指导手册的建设，美国与系统工程相关的标准规范十分丰富。航空工业部门也十分重视标准体系的建设，制定发布了一系列标准。因此，在航空装备修理企业推进系统工程的同时，必须高度重视标准体系的研究与建设，根据相关标准，结合航空装备修理实际，总结提炼成功经验和失败教训，研究构建一套健全的、规范的、高效的适合于航空装备修理企业的系统工程标准及其手册，以此保障系统工程所有活动项目的顺利执行，进一步增强系统工程能力，形成一套支撑系统工程的长效机制。