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  • 基于模型的直升机需求工程与系统工程等

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    内容提示: 68 航空制造技术·2014 年第 18 期AVIC·IT 专项推进基于模型的直升机需求工程与系统工程直升机作为航空产品的重要分支, 研制的复杂程度越来越高。目前直升机产品研制的需求管理采用基于亚博足球app下载的系统工程, 存在需求开发的可控性不高、 基线不明确、 版本较混乱; 缺乏对需求的跟踪支持及多角度需求分析, 使需求开发与管理相对僵化等问题。因此, 迫切需要有一套方法和工具来建立和维护需求与设计、 测试与验证之间的跟踪关系, 以保持直升机研制从用户需求、系统需求到产品设计和开发等各阶段需求的一致性。基于模型的直升机需求工程所采用的模型化表达, 比亚博足球app下载更...

    亚博足球app下载格式:PDF| 浏览次数:27| 上传日期:2015-06-01 18:45:04| 亚博足球app下载星级:
    68 航空制造技术·2014 年第 18 期AVIC·IT 专项推进基于模型的直升机需求工程与系统工程直升机作为航空产品的重要分支, 研制的复杂程度越来越高。目前直升机产品研制的需求管理采用基于亚博足球app下载的系统工程, 存在需求开发的可控性不高、 基线不明确、 版本较混乱; 缺乏对需求的跟踪支持及多角度需求分析, 使需求开发与管理相对僵化等问题。因此, 迫切需要有一套方法和工具来建立和维护需求与设计、 测试与验证之间的跟踪关系, 以保持直升机研制从用户需求、系统需求到产品设计和开发等各阶段需求的一致性。基于模型的直升机需求工程所采用的模型化表达, 比亚博足球app下载更精确、 严谨, 并且可以执行和验证。集团公司正在推进的基于模型的系统工程体系化地引进系统工程生命周期流程集、 基于模型的系统工程 (MBSE) 方法和先进的 IT 使能技吕春雷中航工业直升机所总体气动室主任设计师研究员术, 使产品开发体系从传统的基于文件的模式转变为基于模型的工程协同, 使模型应用从设计到仿真、 制造等环节不断延伸覆盖。这一体系化推进为基于模型的直升机需求工程的推进创造了良好的环境, 搭建了良好的平台。从传统系统、 复杂系统到复杂组织体系统的发展和演进是工程研制的必然趋势。为了快速突破传统束缚, 实现体系化推进, 建议从两个方面开展工作。首先, 集团公司应统一部署, 全面推进, 尽快完成模型库、 流程体系与规范体系的建立。其次, 直升机行业本身应贯彻 “全面展望, 分步实施” 的战略, 采取 “以点带面, 步步为营” 的措施, 充分利用集团资源推进基于模型的直升机需求工程, 尽快形成具有直升机特征的模型库、 流程体系、 规范体系与人才体系。对系统工程的一点感想有幸参加集团公司组织的国际系统工程师培训, 感想很多。这次培训带给我思想上的启迪犹如拨云见日, 让自己终于看到了苦恼许久、 却又不得其门而入的解决问题的曙光。从近几年的研发技术、 管理实践中, 我愈发感觉到许多单位现有研发模式的困局: 一方面,新技术、 新概念层出不穷, 外部环境持续变化; 另一方面, 人员、 技术能力储备相对薄弱, 在众多的项目、 课题中显得力不从心。此外, 由于新技术、新概念的应用, 给本来就千头万绪的研发活动火上浇油, 项目的延期、 超支成为了普遍现象, 研发人员对项目进度、 安排充满了抱怨, 项目管理人员更是如此。特别是最近几年, 不同专业之间由于沟通、 理解不足导致小纰漏进而酿成大错的案胜永民中航工业洪都研究所强度室副主任例数见不鲜。这个局怎么破?系统工程也许就是那盏指路明灯!从系统工程专业的专业化开始, 通过自上而下的贯彻需求管理, 打通专业之间愈来愈深的隔阂, 让各个部门步调协同一致,真正成为一个整体, 为了项目的成功而共同努力, 用整体的力量去打赢战争!同时, 正如中航工业副总经理张新国所言,我们不但要学习理论, 更要勇于把理论应用于实践中, 在实践中不断完善自己对理论的认知与理解。洪都公司当前正在推广 DOORS 的应用, 这是一个很好的势头。以此为契机, 让系统工程的概念、 方法深入人心, 对现今的研发活动来说犹如一剂良药。期待通过共同的努力, 让我们的研发早日走上正轨, 为国家军事国防乃至民生建设贡献自己的力量!关于无人机系统总体设计的思考无人机系统是典型的复杂系统 (Sos) , 其本质是 “无人化平台+信息化网络+作战控制” , 功能上是一个从指挥、 决策、 管理到执行的 4 层递阶架构, 物理上由机、 站、 链和保障系统等组成。无人机系统总体设计已从平台扩展到无人机全系统, 更关注大系统层面问题。总体专业人员应具备系统工程师素质, 运用系统工程方法和手段, 重点抓好需求、 接口、 系统运行概念和综合。 抓需求,就是做好总体双向牵引, 向上牵引用户需求定义;向下牵引各分系统技术需求, 做好需求分析、 功能逻辑分解。抓接口, 采用 DoDAF 方法, 梳理外部信息交互矩阵, 组织制定统一接口协议, 并采用通用化、 开发式信息传输架构; 对于无人机系统内部接口, 组织协调并制定分系统间 ICD, 对全系统孙智孝中航工业沈阳飞机设计研究所无人机部部长研究员ICD 进行管控。抓系统运行概念, 就是从立项论证到交付生产阶段, 制定系统作战使用流程,并逐步细化和必要评审, 作为设计、 试验及资料编制的重要依据。抓综合, 包括飞机平台物理综合, 比如总体布置; 系统综合, 即无人机全系统的搭建, 可以是仿真样机、 半物理试验环境、机上实物; 系统功能和信息综合, 比如上行操控功能和下行信息综合; 综合验证, 是总体抓综合的核心, 通过组建全系统数字或半物理仿真验证环境, 开展大系统层次的试验, 以验证与确认各分系统设计正确性、 分系统间接口交联的合理性和基于全流程运行的系统匹配性。总之,无人机系统总体设计应全面引入系统工程方法, 构建合理的技术流程, 采用先进的工具, 切实提高设计质量和效率。 2014 年第 18 期·航空制造技术 69系统工程系统工程为我们带来什么?系统工程是一种能够使系统顺利实现的跨学科方法和手段, 它归纳了实现一个特定系统需要开展的 4 大类 25 个过程; 其中以 11 个技术过程为核心, 7 个项目过程作为控制管理, 5 个企业过程和 2 个协议过程作为资源支撑, 明确定义了这些过程之间的依赖关系。系统工程思想指导我们将工业技术、 管理手段、 企业资产和社会资源进行有机结合, 以更高的效率转化为高品质的系统。系统工程的每个过程都有其明确的输入和输出要素, 以及必要条件和控制条件, 通过在每个过程中开展特定的活动, 将输入要素转化为输出要素。 这样, 对于每个系统工程过程, 其工作形式、条件、 输入和产出都是确定的, 有助于我们划分不同的工作岗位及其职责, 为实施分工协作和过程刘远恒中航工业一飞院综合航电所高级工程师控制提供科学依据。系统因其规模、 涉及面、 复杂程度、 时间紧迫性等特点而具有不同的生命周期, 根据实际情况在生命周期各阶段组织实施特定过程相关的活动, 使系统逐步向前推进, 最终实现满足涉众要求的系统。这样, 任意复杂系统的研制都变得有章可循, 而且能够对所有参与人员的工作进行同步, 避免由于系统规模过于庞大而带来的开发活动混乱、 整体工作效率低等问题。综上所述, 系统工程方法能够指导我们有序地组织各类资源, 分步骤地实现预期的系统。灵活运用系统工程方法, 企业的研发能力将不再受限于目标系统规模的大小, 从而允许我们更多地关注于探索性研究和原理性创新, 为人类进步作出更大贡献。系统工程的重要性和特点近年来, 项目管理已经逐渐被航空工业的各企业所接受并引入到管理之中, 但缺乏对系统工程的正确认识。对于复杂系统的航空产业来说,项目管理必须与技术有效融合, 才能应对高复杂度和高不确定性的高科技产业, 而这离不开系统工程的方法。项目管理因在阿波罗计划中的成功而风靡全球。然而, 阿波罗计划同样是系统工程发展的重要里程碑。在阿波罗计划中, 系统工程方法实现了进度、 质量与经费的统一, 使世界各国开始接受系统工程。传统上我们将系统工程狭义的理解为 “总体” 设计, 而 INCOSE 的系统工程是更宽广、 更为整体性观念的系统和工程流程, 包括技术流程、 项目流程、 组织的项目 - 使能流程和协议流程 4 大周冰茹中航工业西控军品设计所 副所长类, 与项目管理高度交叉。系统工程具备整体、跨学科、 迭代、 可剪裁等特点。(1) 整体观点: 系统工程专注于整体, 强调整体大于局部之和, 要求用系统的思维从开发的早期阶段就关注系统的全生命周期。(2) 跨学科领域: 复杂系统开发需要来自多种技术学科的支持。系统工程借由开发阶段的整体观点, 结合所有技术者组成一体的团队,建立结构化开发流程, 进行从方案、 研制、 生产、运行和维护到退出的管理。(3) 裁剪: 系统工程强调任何流程都是可以裁剪的, 说明系统工程的构成与系统本身的特点是高度切合的。要建立适合的系统工程体系就不能生搬硬套, 需结合企业和产品特点, 对项目管理和系统工程进行自我的订制。系统工程的认知与推进建议随着 “建设空天一体攻防兼备型强大空军”的国家战略的提出, 航空装备研制进入了大发展时期。如何借鉴先进的方法论工具, 加速推进新一代航空装备的研制, 规范项目管理, 是摆在广大航空科研工作者面前的一道难题。系统工程强调在项目的开始阶段即加强对利益相关方的识别以及利益相关方需求的捕获、定义和确认, 强化系统需求分析和设计、 架构设计、 逐级验证与确认、 需求的追踪及传递和衍生,并将这些工作贯穿系统研制的全生命周期。这些关键的系统工程过程对于功能和结构日益复杂,需求多变、 参研单位多、 配套关系复杂的航空系统研制来说尤为重要, 是决定系统成功的关键。这种理念是解决目前项目研制中普遍存在的一拿到袁春飞中航工业动控所系统工程部部长 / 项目副总师需求就直接进入具体工作, 直到产品交付后才发现多种原因导致的产品不能用、 不好用等问题的可行途径, 是通过加强前端设计、 保证后续不返工或少返工、 提高项目效益的有效手段。在航空产品研制中实践系统工程方法论是提升我们国际化水平的必由之路, 是按照正确的方法做正确的事情的科学规律, 但同时也是对以往研制习惯的挑战。因此, 首先要提高工程师对于系统工程的认知, 理解其本质, 熟悉其过程, 掌握其流程; 其次, 强化工具、 方法的学习和使用, 利用工具贯穿研制过程; 最后, 不断实践、 迭代、 宣贯和推广。通过以上几个步骤, 逐渐建立系统工程师对系统工程的完整认识, 重新定位自我的职责, 必将对项目的研发和管理带来巨大的推动作用。 70 航空制造技术·2014 年第 18 期AVIC·IT 专项推进SEP 参训有感本人有幸于今年 6 月参加了清华大学工业工程系举办的 “中航工业国际系统工程师 (SEP) 培训班” 。此次培训是集团公司第一次组织 SEP 认证, 是清华大学第一次举办 SEP 培训, 也是 ICOSE(国际系统工程协会) 第一次在中国进行 SEP 认证。培训内容丰富, 理念新颖, 收益颇丰。系统工程领域有不少方法论及典型应用, 其中由波音、 洛克希德等美国国防军工巨头基于实际需求而大力倡导并创立的 INCOSE 及其理念无疑与中航工业实际更加契合。但随着技术发展和社会进步, 系统构成的相关性以及与外部环境交互的复杂性不断提升, 在项目研制过程中时常暴露出因早期认知不到位, 考虑不周全而造成的成本激增或进度失控。INCOSE 系统工程注重早期赵  鑫中航工业成都凯天电子股份有限公司技术中心主管设计的技术、 管理交叉权衡, 在系统全生命周期内综合考量进度、 成本、 性能、 制造、 保障和退出等因素, 并适时进行验证和确认, 保证了系统非预期后果的最小化。从系统工程的角度出发, 集团公司普及与实施系统工程的全过程本身也应是系统工程方法的一种实践。通过系统工程在集团内部的导航、 试点和推广, 逐步形成中航特色的系统工程方法论, 深化系统工程在产品研发过程的应用,形成多学科团队工作模式、 标准的工作流程和方法, 为后续的全集团实施奠定坚实基础。有理由相信, 随着集团公司 SEP 培训的稳步开展, 大批具有系统工程思维、 技能和经验的工程与管理人员将为航空工业注入强大的动力, 助推中航工业蓬勃发展。借力系统工程, 推进研发过程组织升级对于上电所而言, 引入并推进系统工程, 个人认为有两大目标: 一是支撑核心技术——复杂系统总体设计与综合技术的巩固和加强; 二是推进研发过程组织升级, 改进生产关系, 解放生产力。下面就第二点的认识和体会作简要的分享。关于进一步优化系统研发活动的过程与分工, 在接触到 INCOSE 的系统工程手册之后, 终于找到了理论的支撑和实践的指南。首先, 对标 V3.2.2 版手册技术过程中的 11个子过程的 IDEV0 图按照输入输出关系进行关联, 基本形成系统研发技术过程的总体活动框架;其次, 定义上述活动中每一个交付物的工作说明,遵循 IDEV0 的规则, 同时包含活动的指南、 模板以及交付物的检查单; 再次, 和单位承研的系统邓平煜中航工业上电所系统部部长或产品对标, 至少应考虑系统起始的层级即系统元素是否仍旧是系统, 以及系统的成熟度和起始的生命周期; 最后也是最重要的, 就是适时开展系统工程策划与监控, 保证活动组织顺应系统研发的迭代、 递归等特征而有序运转。2013 年下半年, 研究所已经选取试点型号项目推进, 过程中也面临着人员观念不易转变、 时间周期瓶颈等问题。所内采用择取示范性产品 (复用率高) 、 滚动式实施 (一阶段夯实需求工程、 二阶段强化集成验证) 的策略, 力争在十二五末能够固化流程并通过集成研发 (IPD)信息化平台来保证过程定义和实施的结构化与显性化。目前, 试点项目研制过程的完整性、 技术状态等有显著改观; 开展的另外一个项目的同生命周期阶段活动用时较以往缩短了约 50%。用系统工程的方法再造我们的研发体系近 20 年来, 伴随着中航工业的高速发展, 中航工业自控所在飞行器导航、 制导控制领域取得了巨大的进步, 其核心技术和产品达到了世界先进水平, 部分产品甚至可以在国际航空市场中与西方发达国家同台竞技。但也需要清醒地看到, 我们与国外先进企业还存在巨大差距。很多产品在定型装机后, 由于设计缺陷和错误频繁的更改, 核心零部件, 如激光陀螺、 加速度计、 主控阀等制造成活率始终徘徊在80% 左右, 常年有 50 多人的外场保障队伍来应对产品故障率高的问题。仔细分析产生上述问题的原因, 主要是忽视了 “怎么做” , 导致大量的研发工作还停留在 “依赖高人” 和 “试错” 阶段, 只能保证 “会做” , 但不雷宏杰中航工业自控所副所长能保证 “做好” 。系统工程从生产到现在已经有 40 年的历史, 是为管理复杂工程项目研发而提出的一整套科学的理论和方法, 在研发管理过程中也借鉴了系统工程的一些思想, 如阶段管理等, 但并不系统和完整。同时, 随着系统的复杂性和需求不确定性的增强, 原有系统工程的方法也面临着巨大的挑战, 因此产生了基于模型的系统工程的方法。该方法在需求阶段就对目标进行数字化的建模和仿真。通过仿真, 在设计阶段就能对设计结果与需求符合性进行检验, 加速设计迭代过程, 降低反复 “试错” 带来的成本和时间的损失。应该看到 , 推进基于模型的系统工程, 再造我们的研发体系是走出困境的唯一出路。 2014 年第 18 期·航空制造技术 71系统工程浅谈系统工程方法论在当前航空产品研制中的作用随着中国航空工业集团公司基于模型系统工程 (MBSE) 的有序推进, 我有幸参加了第三期“中航工业 - 清华大学国际系统工程师” 培训班,对系统工程有了完整和清晰认识。MBSE 是以模型驱动为核心的思维科学方法论, 其重点关注用户需求分析、 系统功能分析和设计综合 3 个过程,是运用模型来实现自顶向下分析和自底而上综合的系统工程开发过程。当前航空产品的发展向着 “模块化、 综合化、开放式” 的模式不断演变, 产品多学科交叉, 专业综合逐渐性增强, 这给技术研发和系统集成带来了巨大挑战。传统研制过程中, 由于亚博足球app下载规模大、版本多, 需求描述存在不确定性等诸多问题, 基于吕 伟中航工业西安计算技术研究所高级工程师模型的系统工程方法将改变当前传统的基于亚博足球app下载传递和静态信息交流的开发过程; 传统的 “制造 - 试验 - 再制造 - 再试验” 的研发模式成本大、 周期长, MBSE 强调在项目开始阶段就将模型做为产品原理、 功能、 性能等进行表达、 仿真、衍生和传递的核心, 并将这些工作贯穿产品研制的全生命周期, 从而保证后续不返工或少返工, 大大降低成本和缩短周期。目前, 航空企业正处在 “需求满足型”向“需求驱动型” 转变的过程中, 伴随着研制模式升级的重大机遇。只有化挑战为机遇, 进一步体系化推进系统工程的应用, 通过自顶向下, 需求驱动产品研制模式, 改进过程、 方法和手段,才能有力助推产品研发能力的提升和研发模式创新, 增强企业核心竞争力。从系统科学到系统工程——系统思想的落地与实践系统工程是基于系统科学的认识论, 是面向多元素组成的复杂系统, 为复杂大型系统的开发、集成提供了基本的流程、 方法和工具。国际系统工程师协会 (INCOSE) 发布的 《系统工程手册》 (V3.22) 是指导系统集成过程中关键流程活动的指南, 经过初步的培训学习, 我们对完整的系统工程的流程有了全貌性的认识 , 也更新了系统工程方法论的基本概念。在学习过程中我有两点感受很深刻: 第一,对于像中航工业庆安这样以机载设备为主的企业, 一方面面临着产品升级、 开展系统集成, 为主机提供系统级的解决方案的发展要求; 而另一方面, 在系统全局的思考方面、 在实践上都存在基本杨新团中航庆安集团有限公司航空设备研究所所长流程、 方法和工具的欠缺, 不会从 “需求” 出发去“分析” 需求, 建立 “基线” , 确定 “架构” , 进而进行 “综合” 、 “验证” 、 “确认” 等流程。因此, 企业要想实现产品升级, 去发展成为系统级的供应商, 必须建立起一套比较完整的系统工程基本规范, 去指导产品的全生命周期的流程和活动。第二, 在 C919 研制对外合作过程中, 我们对合作伙伴的外方的很多工作流程和计划不了解, 有些工作仅从字面去理解活动的含义。经过此次培训学习, 得知外方的工作流程、 工作描述都非常严谨地遵循了 《系统工程手册》 的概念和定义, 由此认为积极推进系统工程方法无疑会对我们与竞争合作伙伴有更好的工作对话的基础和平台, 将为我们融入世界航空业起到积极的作用。浅谈 “系统工程”我国已进入航空大发展时代, 市场前景广阔, 但也困难重重。我认为有两方面原因:(1) 国内研发体系过于简单粗放, 难以支撑复杂系统的开发, 导致技术和项目管理混乱;(2) 以跟踪国外技术、 测仿样机为主的研制活动已不能满足客户需求, 迫切需要技术创新, 但现有体系架构难以实现技术的快速创新与迭代。以上原因造成研制进度、 成本和技术问题的反复出现。为了在新机型开发上比肩国外航空航天企业, 我们的研发管理模式也亟需变革。通过学习, 我认为 “系统工程” 主要有 3 个方面的思维或视角能支持复杂系统的创新研发。(1) 全面系统——“全” 的思维。 “系统工程”专注于整体 / 系统思维 (Systems Thinking) , 时间陈丽君中航工业南京机电液压工程研究中心液压系统部副部长上考虑的是全寿命周期, 空间上考虑的是多学科、 社会 - 技术及整体性, 并总结出了系统开发相关的 25 个流程, 全面而具体。(2) 精简精益——“砍” 的思维。 “系统工程” 中的 “裁剪” (Tailoring) 至关重要, 允许裁剪任何流程, 考虑成本和风险, 保持具体项目实施的高效; 吸收精益思想, 形成 “精益系统工程”思想, 关注价值、 浪费和无浪费创造价值。(3) 动态调整——“变” 的思维。 “系统工程” 的生命周期模型及 “Vee” 模型中充满了递归和迭代的特性, 保持了系统和元素或元素和元素之间的信息传递、 反馈和融合, 使系统创新迭代不断改进。另外, 在企业推广中还需做好换思路、 变组织、 理流程、 信息化等几方面的工作。

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