精益研发助推中国制造

成功案例

系统工程方法和工具在装备采办体系、研制体系和后勤保障体系中的应用

以B-52升级延寿为例

发表时间:2016/01/14 来源:安世亚太   作者:段海波  
关键字:系统工程  精益研发  
安世亚太公司的精益研发理念和解决方案以系统工程思想和理论为核心、以系统工程过程和方法为框架,构建了咨询服务体系和软件平台产品体系,支持国防军工企业建立现代研发体系,保证复杂产品和系统的研制和保障做对、做好、做快、做省,提升企业的核心竞争力和可持续发展能力。

    B-52于1946年开始研制,1952年首飞,1955年交付,先后发展了八种型别,1962年停产,共生产744架,现役76架。2012年,最年轻的一架B-52H迎来了它在美国空军服役50周年的庆典。从上世纪60年代开始,8-52就不断升级改进,成为美军武器装备库中的常青树。最大规模投入的升级是在2010年9月,美国空军与波音公司签署了总额高达119亿美元的合同,对B-52H的武器系统进行升级。最新的升级是2013年12月美国空军与波音公司签署的总金额2460万美元改进内埋弹舱、提高挂载量50%、提高飞行燃油效率的合同。波音公司预计,2055年B-52百岁生日时,B-52H仍然在服役。美国空军认为,经过改进和升级可以让B-52实现永生。

    在航空史上,从来也没有哪种飞行器能装备使用这么长时间。这一现象背后有许多值得我们军方、军工企业和信息化厂商思考借鉴的东西。例如,美军不惜再投百亿重金,继续升级打造8-52是要应对什么样的需求?美国军方和军工巨头是如何产生和决策这些需求的?为什么是B-52,而不是采用其他机种(如B-1、B-2现役战略轰炸机)或立项研制下一代的战略轰炸机?美国军方和波音公司是如何分析上述需求、进而产生和决策这一方案的?波音公司的研发体系有什么样的秘密和诀窍能产生B-52这样的常青树,保证这一代人设计的飞机下两代人还还好用(即好保障)?美国空军和其他军兵种现有的后勤保障体系及其信息化手段如何更新以适应B-52H在全新的军方体系需求下的作战和保障(即保障好)?

1 系统工程的体系工程和需求工程保证装备采办做正确的事

    世纪之交,美军发起的新军事变革构建“基于能力的国防工业基础”的战略思想,改变按照产品属性划分军工产业的传统做法,将工业基础按照作战需求重新划分,由单项战略型武器构成的“老三位一体(核潜艇、洲际弹道导弹、战略轰炸机)”军事战略,应让位给由战略打击力量,快速机动反应部队和军事工业基础所构成的“新三位一体”军事战略,实现网络中心环境下的全军联合和军工联合。

    世纪之交,为应对信息网络技术带来的战争模式的变化,美军基于系统工程理论和方法开发的“联合能力集成开发系统(JCIDS)”(负责装备和装备体系的需求产生和决策)和体系架构框架(从C41SR到DoDAF,负责装备体系论证),明确了需求提出部门和管理部门,在联合作战构想框架下依托各种作战概念强化顶层设计,自上而下地管理作战需求和装备需求,强化需求监督与审查,从源头解决了各军种在装备建设方面的重复建设、资源浪费、联合作战能力冗余等问题,保证了复杂战争模式下武器装备采办的正确性。

    从早期的结构延寿、到上世纪80年代改进导航与提高攻击精度、提升生存力和作战能力、再到进入新世纪后增加电子对抗装置、进行“作战网络通信技术”升级使其融入装备体系的先进数字通讯网络、加挂先进瞄准吊舱使其具备战斗机才有的激光测距和战术精确对地打击能力,B-52H如今已成为“轰侦一体”的作战平台,可执行情报、监视和侦察任务,及时获取作战信息,对战场状况或突发情况做出有效反应,可监控大范围地面目标并可随时发动打击,信息战实力大幅提升。

    美军不断追加投入,按新的作战需求大幅度提升B-52作战能力和生存能力,再加上相对较低的维护成本,以及并未衰减的威慑能力,使得8-52轰炸机的服役周期一再延长,其作战模式也经历了由二战后的高空高亚音速突防核轰炸→越战时的中高空地毯式常规轰炸→伊战时的低空突防常规轰炸一>世纪之交战略巡航导弹平台的演变,完美诠释了具备较高成熟度、适应性和开放性的产品平台如何能够不断改造升级以主动应对军方需求演变的持续应用级创新。

2 基于系统工程的企业架构和信息化规划保证波音的研发体系不断优化

    接下来的问题便是,波音公司的研发体系有什么样的秘密和诀窍能产生B-52这样的常青树,保证这一代人设计的飞机下两代人还好用?

    当战争由各种兵器间的对抗转化为网络化分布式的体系对体系的对抗、能力对能力的对抗时,军工企业必然要从专业化对专业化的竞争,转型为全价值链对全价值链(研发能力与研发能力、制造体系与制造体系、产品系统与产品系统、产业链与产业链)的竞争,从飞机、舰船等装备供应商转型为一种军事服务体系供应商和所需作战效果(能力)的提供者。

    为应对日新月异的技术创新与客户需求创新,波音公司运用系统和全局的观点构建其企业架构模型(图1),将理解并聚焦客户、大规模系统集成和精益企业作为三大核心能力,将开拓新领域、核心能力转化为产品和服务、运营健康的核心业务作为三大战略,在公司战略指导下通过不断的并购重组和自身能力建设来优化IT基础设施、组织和流程等企业架构的方方面面、以应对新军事变革和全球化市场竞争的挑战。

图1 波音公司的企业架构及其解决方案

    波音公司于2006年整合成立包括1.8万人的专门的技术研发和管理机构一一波音EOT(图2)负责公司战略的制定实施,基于产品线架构和技术成熟度管理实现了军民型号产品研发体系之间和技术研发体系与产品研发体系之间的集成交互(图3)。正是基于历史上这种产品研发与技术研发良性互动的基因,波音公司才能保证产品平台具有较高的成熟度、适应性、开放性和重用度。EOT的工程职能体系负责流程梳理改进、知识管理、精益六西格玛等管理策略在全公司的实施、专业标准规范的制定和方法工具模板开发,通过全员(17万员工)知识管理(图4)和团队教练指导来提升人员能力,打通了民机集团(BCA)和防务、空间与安全集团(BDS)之间的壁垒,保证了波音公司的研发投入产出效率和专业技术优势。

图2 波音公司的业务架构

图3 波音公司基于技术成熟度管理实现技术研发体系与产品研发体系的集成交互

图4 波音公司的知识管理架构

    EOT的技术服务体系负责全公司的IT基础实施重构的规划和实施,将企业信息化作为企业架构的子系统规划其重构和演化的路线图,将IT部门由成本中心转化为利润中心,保证了历史遗留系统和未来平台系统的互操作性,成为研发模式由基于文档向基于模型成功转换的关键使能器。

图5 波音公司在精益思想指导下标准化工具和流程

    现代复杂产品和系统的生命周期远远超越了各种信息系统软件的生命周期。随着武器装备等复杂产品和系统交付服役,如何超越各种信息系统的生命周期、规避各种软件版本升级带来的困扰,保证产品数据的长期有效,降低产品售后支持和保障的成本,是目前客户(如军方和民航)给复杂产品和系统所有承制单位提出的最新要求。波音EOT的产品数据标准化办公室基于STEP标准AP242应用协议、采用MBD技术解决B-52的产品数据表达和交换问题,以保证波音现有的信息化系统管理和重用8-52半个世纪前的产品数据,例如利用反向工程和MBD技术重新加工B-52H老旧零件;进而基于STEP标准AP233/AP239应用协议和系统工程过程、采用基于模型的系统工程(MBSE)方法增强波音现有的信息化系统,实现型号产品从需求到运维保障的全生命期数据管理(图6),以保证三、四十年后B-52H的后勤综保体系能够读取和重用当前B-52H的产品数据。伴随着IT基础设施和企业架构的不断进化,波音公司的研发体系将沿着基于模型的道路走向数字化企业(图7)。

图6 波音公司基于MBSE方法的集成产品架构

图7 从基于模型的产品定义到基于模型的系统工程再到基于模型的企业

    波音公司研制体系的不断优化和进化保证了其为客户创造价值的能力在不断提升。以B-52H为例,通过改装先进的并符合战略轰炸机需求的机载武器装备、换装新式卫星通信系统和数据链终端,使得“爷爷级的老寿星”也能纳入体系作战的行列;通过使用全新的航电系统,改善“80后”年轻一代飞行员的用户体验,使他们不再面对一堆令人头晕的机械仪表,而是基于Windows操作系统的大型液晶显示器,驾驶战略轰炸机几乎成了打网络游戏。

    尽管B-52H战略轰炸机的服役年龄己超过半个世纪,但它的可靠性仍然很强,技术准备率高达80%。从8-52一再升级延寿服役的过程中,可以看到装备发展的另一条思路,并从中得到一些有益的启示:一是用最新的技术给老旧装备升级,会让老旧装备焕发出新锐装备的光彩,可以继续担当重任。二是老装备的技术往往比较成熟,发挥其技术成熟的优势可以节省大量经费,进而为新一代轰炸机的预研投入准备更多的资金。因为新技术的研发不仅投入大而且周期长,在经费不足的情况下,采用这种办法可以在短时间内弥补新装备不足的缺口。三是老旧装备具有很大的作战潜能,深入挖潜并根据未来战争需要进行升级改造,能使老旧装备“焕发青春”并持续发挥作用。

3 基于系统工程的后勤保障运维体系保证B-52常青

    后勤保障是最终夺取战争胜利的关键因素,是维持和恢复战斗力的基本保证。现代高科技战争条件下,装备或装备体系及其后勤保障体系的成功,关键在于,一方面将战备完好率和保障性特征设计到装备中(即好保障,Design for Support),另一方面后勤保障体系及其信息化手段如何更新以适应装备在全新的军方体系需求下的作战和保障(即保障好,Support the Design)。

    美军的后勤保障信息化建设经历了从上世纪80年代开始的各军兵种独立发展阶段(以CALS计算机辅助后勤保障系统和持续采办全生命期支持为代表)、上世纪90年代的国防部统一规划建设全球作战保障系统、和新世纪开始的依据统一标准规范发展和整合各种天生能互联互通的系统。根据最新版的《国防部装备采办综合管理框架》、《联合能力集成开发系统(JCIDS》>、《国防部体系架构框架DoDAF》和《网络中心环境下的数据战略》,系统工程过程是指导装备后勤保障运维及其信息化建设的顶层业务逻辑框架(图8),实现后勤保障各业务系统的业务协同;产品全生命期保障国际标准( PLCS)是指导后勤保障体系互联互通信息化建设的底层信息模型标准(图9),实现各阶段产品数据视图(as built、as delivered、  as maintained等)在全生命期、全供应链的安全协同共享。

图8 基于系统工程过程的装备后勤保障运维示意

图9 基于PLCS国际标准建设后勤保障互联互通体系

    目前美军大量的武器装备己能够做到当有证据表明装备需要维修时(通过嵌入式传感器和/或外部便携式测试设备获得系统的状态),由具有合适知识技能的维修人员利用合适工具,在有利时机进行必要维修,使装备维修更有效率。同时将装备维修作业活动与维修保障的其他功能环节(如器材供应和指挥控制)进行综合集成,最大程度地提高装备的作战完好率和装备物资的完好率,提高维修保障的响应能力。

4 对国内国防军工产业升级和信息化建设的启示

    以系统的观点和系统工程的方法过程,透过B-52升级延寿,来看待美军武器装备的采办体系、研制体系和后勤保障体系,会给国内国防军工产业升级和信息化建设许多有益的启示。

    周边和国际环境的变化引发的以实现诸军兵种联合协同作战为主要内容的军事体制变革,国内武器装备研制模式在基本完成由仿制改进改型转向为自主研发和创新之后、新近开始的跨行业研制体系调整,再加上新技术革命的推动,迫使军工行业和企业进一步回归客户需求的本源,运用基于系统工程的体系工程和需求工程方法工具,从全系统、全价值链过程的角度优化和提升研制能力,为客户创造价值。

    现在企业信息化不仅仅是生产力发展的变革,更重要的是生产关系的变革。国防军工企业需要以系统的观点和系统工程方法为基础,站在建立和整合技术研发平台与产品研发平台的角度,通盘规划企业整体研制体系建设和信息化建设,破解业务和IT分离的困局,以应合信息化促进工业化、信息化和工业化深度融合的发展要求。

    为掌控装备和装备体系日益增长的复杂性,在全过程、全系统、全特性上支持复杂产品和系统由需求到功能的转换和分解、需求及设计变更的追踪管理、涉及多学科领域团队和系统元素间交互指数级增长的设计方案表达、权衡优化和沟通决策、以及设计方案对涉众需求的验证确认(V&V),必须在经典系统工程过程的基础上应用基于模型的系统工程(MBSE)方法和工具管理复杂产品和系统的全生命期。

    为提升战备完好率,提升和整合现有后勤保障信息化工具,解决装备研制和后勤保障过程中既要共享数据和信息,又要保证各部门间和各企业间的信息安全、以及共享产生的新智力资产不影响和干扰各系统的原有智力资产的矛盾,需要将系统工程方法和基于PLCS标准的信息模型与基于系统工程过程的后勤保障业务结合起来,为企业内各专业部门间、供应链内各成员单位间、以及客户与研制方之间的信息共享和协同提供跨业务、跨组织、跨地域协同工作平台的“经络系统”。

    针对上述需求,安世亚太公司的精益研发理念和解决方案以系统工程思想和理论为核心、以系统工程过程和方法为框架,构建了咨询服务体系和软件平台产品体系,实现了需求引领研发、仿真驱动研发、知识支撑研发、质量管控研发、数据承载研发、创新提升研发,支持国防军工企业建立现代研发体系,保证复杂产品和系统的研制和保障做对、做好、做快、做省,提升企业的核心竞争力和可持续发展能力。