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张宏军:扛起系统工程理论再发展的大旗

2020-07-16 14:08:00 【关闭】 【打印】

  人类社会每一次飞速发展、人类文明的每一次重大跃升,都离不开理论的变革、思想的先导。 

  “船舶工业有两大突出特点,一是为海运提供技术装备,众所周知,海运是最重要的国际贸易运输方式;二是被称为‘综合工业之冠’,其上游连着机电、钢铁、化工、建材、仪表等数十个行业和部门,下游则关乎国家的海洋资源开发、海洋装备建造及守卫海疆、维护和平的能力。”中国船舶工业系统工程研究院(简称中船系统院)院长张宏军说。 

  特别是其综合性的产业特点,令船舶工业的发展成为一项系统工程。船舶工业的这一特点使中船系统院在发展中经历了大量系统工程实践,深化了对系统工程的科学认知,后来更促使其主动扛起了推动“系统工程”向其落脚点——“体系工程”发展的大旗。 

中国船舶工业系统工程研究院照片

  吹响系统工程向体系工程发展的号角 

  许多人或许不知道,钱学森晚年用力最勤、牵念最深、成就最大的研究,是“系统工程”。钱老曾表示:相对于“两弹一星”工程,“系统工程与总体设计部思想才是我一生追求的。它的意义,可能要远远超出我对中国航天的贡献。” 

  1978年,钱学森和许国志、王寿云三人在《文汇报》上发表理论文章《组织管理的技术——系统工程》,“系统工程中国学派”由此诞生。如今40余年过去,系统工程作为一门科学,其在中国的发展和应用,已然枝繁叶茂,蔚然成林。 

  中船系统院的前身成立于1970年4月,是我国最早将系统工程理论和方法应用于海军装备技术发展、最早以“系统工程”命名的军工科研单位。 

  在钱老建议下更名的中船系统院,一直以来都是系统工程理论的坚定践行者。 

  时移世易。随着科技的发展,系统工程理论的适用环境发生巨大变化,其局限性开始凸显,这时以复杂自适应系统为理论指导的“体系工程”应运而生。“体系工程作为近年来在系统工程理论基础上深化发展,应对解决多样性、边界模糊性及动态演化等复杂体系问题的新兴理论方法,已被应用于军事装备体系建设领域,并取得了显著成效。”张宏军说。 

  在此背景下,中船系统院吹响了系统工程理论向体系工程发展的号角,并在实践中以“体系工程”理论方法牵引海军装备技术发展、推进“智慧海洋”建设,主动扛起了“体系工程”发展的大旗。 

  多年来,研究院通过努力,建立了国内最早以“体系”命名的国家级创新平台——国防科技工业海洋安全体系创新中心,成功举办了国内首届体系工程创新论坛,组建了专业的体系工程研究团队,确立了日益明确的体系工程研究方向,并就体系工程与系统工程主要区别性特点提出了自己独创的见解,还创建了新的体系工程设计方法V++模型,并以“基于CAS的复杂工程体系理论与设计方法研究”为题申请课题获得国家自然科学基金面上项目资助……研究院作为新时代体系工程探索者、领先者的地位,正得到越来越广泛的认可。  

  体系工程创新论坛 院长发言

    以“体系工程”牵引海军装备技术发展 

  海军自诞生以来就是技术密集度最高的军种,也是兵种最全的军种。 

  经过70多年的建设,我人民海军已逐步从近岸防御成长为多兵种合成的、具备从近岸作战到近海综合作战能力的海军,已基本建成信息化海军装备体系,初步实现了由近海防御向远海防卫的发展、由机械化向信息化的转型。接下来的主要任务,是继续提升遏制战争、控制战局和打赢战争的岸、海、空、天、潜一体化作战能力和保障能力。这也使得海军装备的建设,信息化程度高,协同性强,对抗强度大,更加需要强调体系对抗和体系建设。 

  由此,中船系统院开始了以体系总体设计牵引装备研制的征程,推动海军装备的体系化、信息化向更高层次发展。 

  他们较有代表性的工程实践是推动海军技术装备研制模式的“三个转变”,即思维高度从平台总体向体系总体转变、设计思路从设计产品向设计需求转变、交付目标从交付装备向交付战斗力转变。 

  现代海军装备的对抗属于体系对抗,以航母为例,它是由舰载机、舰艇等若干“子平台”组成的一个整体,要使航母具备相应的作战能力,各“子平台”除了要实现单个平台各自的战技指标,还必须能组合成一个相对完整的体系,即让航母编队具备相应的整体作战能力。这也就意味着,海军装备建设不能再仅仅侧重装备本身的研制,不能只盯着单个平台战技指标的实现,必须有“体系思维”,着眼于编队整体作战能力的打造,也即由平台总体向体系总体转变。 

  长久以来,海军装备提供商提供的装备,由于事先很少考虑到使用者的真正需要,交货后经常出现装备不能互联互通的情况。为此,中船系统院尝试由“设计产品”向“设计需求”转变,即先确定整个体系(工程)的效能目标,然后逐级分解,确定各“子平台”、设备承载的具体功能,这样既使设计有了方向,又能更好地确保装备交付后能满足使用者的真正需要。 

  交付目标从交付装备向交付战斗力转变,即向使用者提供装备时,除了交付产品,同时还教会其如何更好地使用这些装备。这主要是因为,现代装备正变得日益复杂,其使用具有了一定的技术门槛。 

  “体系总体”牵引下推进海军装备建设,中船系统院还建议增加概念设计,以降低工程风险。 

  除了“三大转变”,中船系统院还主张把握好“两个发展方向”。其一,向以联合任务规划为核心的联合作战体系方向发展;其二,利用海军在海、陆、空三军中的体系化优势,辐射带动全军体系化作战能力的提升。 

  中船系统院多年来在“体系工程”方面的探索实践和理论总结,不仅为我国海军装备完善、航母编队等国家重要海上工程项目提供了技术上的保障,更为其提供了理论上、方法上的支持。 

  当然,作为一种思维和方法论,它还具备广泛的普适性。 

  “体系工程”思维推进“智慧海洋”建设 

  21世纪,人类进入了大规模开发利用海洋的时期,中国也迎来大海洋时代。 

  如张宏军所说,海洋权益的获得和享用,基础是经略海洋的能力,提升经略海洋能力的关键是“信息主导,体系建设”。基于对中国海洋强国战略落地举措的思考,中船系统院率先发出了建设“智慧海洋”的倡导,并尝试着提出了“智慧海洋”建设的具体方法。“提升经略海洋能力的关键是提升信息化水平,而对海洋信息的观测、获取、传输、处理和应用,是一个典型的体系工程。”张宏军说。 

  2017年12月5日,会自主学习、能选择最优航线、提前发现事故隐患的全球首艘智能船舶“大智”轮在上海亮相,船上安装的由中船系统院自主研发的全球首个会自主学习的船舶智能运行与维护系统(SOMS)更是备受关注。据了解,SOMS系统不仅可以实现全船各系统及设备的信息融合及共享,还可以面向用户各项需求,低成本、快速响应地提供定制化个性化应用。它在“大智”轮上应用后,相比同吨位的基础船型,推进效率可提高约3%,日均油耗可降低约4%。这是中船系统院运用体系工程方法建设“智慧海洋”的重大成果之一。 

  据悉,由于是落地项目,目前不断有单位向中船系统院寻求合作。 

  2016年3月下旬,“智慧海洋”工程正式列入国家“十三五”规划纲要。这对中船系统院全体是个莫大的鼓舞,重任在肩,也促使他们加快了研发和建设的步伐。 

  系统工程思维、实践与科学总结的“融合” 

  理论变革经常推动人类认识和改造客观世界能力的飞跃。 

  钱学森曾说,系统工程是“中国航天发展提前20年”的秘诀所在。他还多次呼吁:用系统思维提升社会治理能力,以系统工程方法为党和国家领导社会主义建设事业提供决策咨询与智力支撑。 

  多年来,除了用系统工程思维指导自己的工程实践,中船系统院也一直在主动对系统工程的实践进行科学总结,推动系统工程理论的再发展。 

  “以前,我们有系统工程思维,缺乏系统工程实践,有系统工程实践,却未能很好地对其进行系统工程科学总结,作为新时代的科技工作者,我们目前肩头有一项历史重任,就是很好地把系统工程思维、实践与科学总结融合起来,让它们良性‘互动’,进而更好地推动我们的系统工程实践和系统工程科学的发展。这也将是我们未来科学发展行稳致远的最大源动力”张宏军说。 

  对体系工程,他们公开发表过一些新思考,包括对体系定义的再思考、体系特性的再思考、系统工程基础理论再发展的思考、设计方法从V模型到V++模型探索的再思考,和体系贡献率评价的再思考。比如,他们提出,系统工程的基础理论宜从“旧三论”(控制论、信息论、系统论)向“新三论”(协同论、博弈论、耗散结构论)发展。传统系统工程的“旧三论”主要适用于非开放、无机系统;体系工程的“新三论”主要适用于开放、有机系统,即体系。他们指出,除了地域分布性、涌现性、演化性等特点,体系还具有边界的弹性、耦合的脆性,和有机生态性等特点。建议考虑将体系工程原有定义:体系(SOS, System of systems),即系统之系统,重新定义为POP(Platforms Of Platform)。 

  他们还提出建议。一是建设国家级系统研究中心,以国家重大型号为牵引,开展系统工程理论创新、工具和方法的研究、工程实践的总结与提升。二是建立系统工程认证体系和培训制度。三是推动“系统工程再提升”工程,推动系统工程的理论学习、方法创新和工程实践,满足体系工程发展需要。四是开展体系实践,促进系统工程的发展。在体系工程建设中,建立典型示范,为体系工程的理论和方法开展探索性研究。 

  不忘初心  继续前进 

  就像“智慧海洋”的建设只有进行时,系统工程理论的发展同样永无止境。 

  “创新和应用的过程,非常艰辛!”回顾“智慧海洋”和SOMS系统这些年的研发过程,张宏军内心很是感慨。 

  据了解,中国船舶工业系统工程研究院当初成立研究室开展SOMS系统研发时,整个团队只有两个人,由于院里对项目寄予厚望,投入很大,包括花大价钱派人到国外学习,然而七八年间团队连一个合同都未能拿到。即使这样,他们也没想过放弃,而是始终坚信,要搞出世界一流的尖端科研成果,必须有前瞻性眼光,同时必须耐得住寂寞,要舍得投入,并懂得坚持。 

  正是这种初心坚守,让团队最终取得了可喜的成果,队伍也壮大到了如今50人的团队。 

  为了让大家有更大的创新勇气,让技术创新走得更远,接下来中国船舶工业系统工程研究院将积极致力于探索构建新的机制,让机制红利得到最大程度的释放,进而为世界一流成果的诞生提供最大可能的支持。 

  “在创新的道路上我们感觉比较幸运的是,我们一直在思考,一直在实践,也一直在总结。未来的路还很长,我们会一直怀抱一颗初心,继续坚守下去。”张宏军说。 

  【专家介绍】 

  张宏军,体系工程、舰载航空专家,享受国务院特殊津贴,1991年被分配到中国船舶工业系统工程研究院(原系统工程部),2013年起出任工程研究院院长。主要从事舰载航空指挥和保障领域科研工作,推动了航空和船舶领域的协同创新与融合发展。此外,装备体系战略研究成果卓著。 

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