裝備系統系的內涵及其研制特點探析

肖力墉，曾相戈

XIAO Li-yong, ZENG Xiang-ge

(中國航空綜合技術研究所，北京 100028)

0 引言

隨著信息技術和裝備技術的發展，現代戰爭形態已經逐步從傳統的機械化戰爭轉向信息化條件下的戰爭，網絡中心戰正逐步成為戰爭的主要模式。在這種背景下，基于傳統武器系統平臺的裝備建設方式越來越難以適應網絡中心戰發展的需要。“系統系（System of Systems，SoS）”這一概念作為網絡中心戰裝備配置的全新樣式應運而生，它希望從更高的高度來對大規模、復雜且彼此獨立的系統進行分析，整合各系統之間的相互作用，使它們相互融合，協同工作，從而產生“1+1＞2”的效應，獲得比傳統系統更高的能力和性能。

不過，無論是國外還是國內，系統系都是一個相當新的研究領域。從國外情況來看，自系統系的概念提出以來，就受到了發達國家軍事領域、學術領域及裝備制造領域的普遍關注，現已取得了一定的研究成果。Bjelkemyr等論述了系統系的定義、分類和方法論[1]；Reggil Cole圍繞系統系的體系結構進行了研究[2]；Mc Carter和White等重點討論了系統系的涌現性和社會認知等問題[3]；Sahin等探討了系統系的仿真框架及其應用[4]；Biltgen著眼于系統系的技術評價進行了探索[5]；文獻[6]～[9]則分別闡述了系統系的原理和方法在美國防務系統、自主探測器研制、微型電網、空間探索等領域的應用。此外，美軍各軍兵種開展了大量的系統系研制與建設工作（例如，美軍彈道導彈防御系統、美陸軍未來作戰系統、美海軍海洋綜合監測系統等）；并于2008年正式發布了《系統系工程指南》，定義了系統系工程的主要內容及其在系統系研制管理過程中的應用[10]。總體而言，發達國家（尤其是美國）經過十多年來的系統系研究與建設，已經積累了一定的研究成果和研究經驗，但即便如此，他們針對系統系的研究也還處于初級階段，尚有很大的研究與發展空間。

從國內情況來看，我國的軍事領域、學術領域及裝備制造領域雖然尚未確立“系統系”這一概念，但也出現了一些與之相類似的提法（例如，“體系”、“裝備體系”等），并圍繞體系結構設計、能力指標分析、作戰效能評估等方面開展了一些初步的研究。不過這些研究內容總體上還處于起步階段，并且大多集中于各自的技術細節，缺乏對系統系這一概念及其研制特點的宏觀把握和剖析。同時，我國的裝備制造領域目前還是圍繞著傳統的裝備平臺來開展研制工作，尚未從系統系的層面來思考裝備建設問題。不過隨著我國現代化軍事變革需求的日益迫切，“建設信息化軍隊、打贏信息化戰爭”要求的深入推進，以及航母戰斗群、高分對地觀測系統等大型綜合裝備研制項目的逐步開展，確立“系統系”的概念并從系統系的層面來思考裝備建設問題，將極有助于提升我國裝備建設的整體性和系統性，從而帶動我國裝備制造業整體水平的提高。

因此，本文希望通過對國外相關文獻和實踐經驗進行分析研究，總結歸納系統系的內涵與類型，深入剖析系統系具有的顯著特點，重點研究系統系研制管理區別于傳統單一系統研制管理的差異性，以期為我國裝備制造業今后開展系統系的研制與建設工作提供參考。

1 系統系的內涵與類型

系統系的概念首先出現于美國武器裝備采辦領域[11]，由美國參聯會副主席海軍上將威廉·歐文斯于1996年在美國國家安全研究學會刊物上發表的《美國正在興起的系統系》文章中率先提出。威廉·歐文斯認為系統系由三大系統組成：ISR（情報、監視與偵察）、C4I（指揮、控制、計算機、通信與情報）、精確打擊火力系統。三大系統之間以信息交換為基礎，實現相互基本聯系。這種組成生成了其他方法所不能產生的涌現行為和軍事能力。

而后系統系的概念不斷豐富發展，在各個領域形成了諸多定義，并且從不同角度揭示了系統系的內涵。例如，文獻[12]強調了系統系的集成；文獻[13]重在描述系統系的特性；文獻[14]闡明了系統系是由很多復雜系統組成的更大規模的分布式系統；文獻[15]從聯合作戰的角度指出系統系關注的重點是各系統的協同與互操作；國際系統工程協會（INCOSE）重點強調了系統系具備了各組成系統簡單累加無法產生的性能；美國國防部則認為系統系是為了完成既定任務而組合成的一組系統，這些系統有各自的目標、資源及獨立的管理，但需要與系統系的目標協調一致。

上述系統系的定義雖然各有側重，但它們的本質是相似的。本文認為可以將系統系的內涵理解成：一個大規模集成的超系統，它基于特定的目標，由多個本身獨立運行的復雜系統構成，并可涌現出這些組成系統簡單累加無法產生的能力。

根據系統系內部組成系統研制狀態的不同，系統系的組成部分可能包括：現有系統、改進系統、在研系統、擬研系統，以及相關的網絡設施等，如圖1所示。這些組成系統大多具有不同的研制起始點和研制狀態，并且擁有自身的目標、特定的功能及相對獨立的管理。

圖1 系統系的構成

表1 系統系的分類

根據系統系的研制和使用管理模式，當前出現的系統系一般可以分成四種類型，即虛擬型、協作型、公認型、直接型。目前占主流的主要是公認型的系統系。各種類型系統系的不同特點如表1所示。

2 系統系的特點辨析

系統系雖然可以看作是一個大規模集成的超系統，但它與單一系統相比，存在著一些顯著的特點，也正是這些特點決定了它更加適應未來戰爭模式和裝備發展的需要。具體來看，這些特點主要包括：

1）整體性

整體性是指系統系并不是其各組成系統的簡單累加，而是各組成系統在特定目標下聚合而成的整體，它將生成各組成系統簡單組合無法產生的整體能力，呈現出整體效能的躍升，從而實現具體的任務目標。另一方面，系統系的組成系統對于系統系的貢獻并不是線性的，需要視具體任務和整體情況判斷其對于系統系所發揮的作用。此外，多個組成系統聚合在一起，還很可能產生一些事先難以預知的“意外”現象，使得系統系很可能表現出一些特有的涌現性質。

2）漸進演化性

漸進演化性是指系統系在其生命周期內是隨著使命任務、技術條件以及外界環境的變化，而不斷進行演變的。這與單一系統按照預先設定的指標和規范來進行設計和實現有著顯著的差異。系統系在其生命周期內是動態的、漸進演化的，可能會新增某些組成系統、新研某些組成系統、改進某些組成系統、刪除某些組成系統，或是對現有系統的組成結構與方式進行重新組織。

3）不確定性

不確定性是指系統系沒有明確的邊界，其能力指標也具有一定的隨機性和模糊性；同時，系統系的實際能力只有在特定的目標和背景下才能體現，在不同的目標和背景下所展現出的能力也可能會不同。這與單一系統具有清晰的邊界、特定的功能、明確的性能指標有著明顯的差別。因此，系統系必須綜合考慮包括各種典型外部環境在內的諸多不確定性因素。

4）自組織性

自組織性是指系統系的各個組成系統都具有自主性，具體可分為運行自主性和管理自主性。運行自主性是指各組成系統自身都具有特定的功能，可以獨立運行，完成切實的任務；管理自主性是指各組成系統都擁有各自的目標、資源及獨立的管理，可以獨立進行管控。相比于傳統單一系統的子系統脫離了該系統就無法正常工作，這些組成系統即便脫離了系統系，也完全可以獨立工作，完成自身的目標。其實系統系層面上的很多工作就是要協調這些組成系統，使其自身目標與系統系的總體目標相適應。

3 系統系研制與單一系統研制的差異性分析

如前文所述，系統系具備了一些單一系統所不具備的特點，這些特點使得系統系研制有別于傳統單一系統，這也為系統系的研制管理帶來了新的挑戰。下面本文就將總結和借鑒美國裝備研制管理的相關經驗，對比分析系統系研制管理與傳統單一系統研制管理的差異性，從而為我國裝備制造業未來開展系統系的研制與建設工作提供參考。

美國傳統單一系統的研制管理是以系統工程為核心。它提供了一整套方法，幫助綜合協調特定系統在壽命周期內的各項活動；同時，它構建了一個技術框架，指導對系統的性能、風險、費用和進度做出正確的綜合權衡決策。系統工程過程在整個裝備系統研制過程中重復使用，通過一種結構化的方式把設計要求逐步轉化為系統規范和一個相應的體系結構。系統工程過程的一般內容分為兩類，即技術管理過程和技術過程，其內容如圖2所示。

圖2 系統工程過程的一般內容

上述單一系統的研制管理模式基本上是圍繞著特定的裝備平臺來開展相關工作的，這些平臺通常都具有特定的運行環境、清晰的系統邊界、預設的技術指標、較明確的利益相關方和管理職責等。然而由于系統系具有整體性、漸進演化性、不確定性及自組織性等特點，這就使得系統系的研制管理模式與傳統的單一系統相比產生了很大的差別，具體體現在目標設定、管理監督、研制過程、考慮要素等幾個方面。

3.1 目標設定的差異

對于單一系統而言，它關注的目標主要是通過合理的設計與開發，使其能夠達到預先設定的技術指標，繼而滿足相應的任務需求。在系統實現過程中，需要盡量消除各種不必要的可能性，以確保系統最終的各項指標與最初的設想相一致。

但對于系統系而言，由于系統系具有漸進演化性和不確定性等特征，所以它并不會針對整個系統系預先設定技術指標，而會面向多種不同的背景和需求，實現系統系的動態組合，持續演化。因此，系統系研制所關注的目標是其能力隨著時間推移而不斷進行演化，并使系統系盡量實現以下幾方面的提升：

1）不斷擴大系統系內部現有的基礎性組成系統共同工作的范圍；

2）通過吸納新系統或改造現有系統，不斷增添系統系的功能度；

3）不斷提高系統系預測外部環境變化的能力；

4）通過重組系統（在某些情況下淘汰一些系統），提升系統系的效用或效率。

綜上所述，單一系統研制主要關注的目標是要實現一個相對固定的技術指標；而系統系研制則主要關注的是其能力的動態演化和持續提升。這就要求在系統系實現與演化過程中，不斷從效用和可行性等方面持續評定新出現的方案或可能性。

3.2 管理監督的差異

對于單一系統而言，其管理監督的核心就是在首席系統工程師的領導下，分層監管系統工程過程。該過程一般具有比較明確的利益相關方，并且擁有獨立的管理資源和管理權限。

然而對于系統系而言，無論是利益相關方還是對研制活動的監管都在系統系層面和其各組成系統層面同時存在，而不同層面的需求往往會不一致，甚至存在沖突。因此平衡各方需求是系統系研制管理需解決的重點問題。

一方面，利益相關方可能會因各自的背景和對系統系的理解不同，而對系統系及其內部系統產生不同程度的關注。例如對系統系感興趣的用戶很少會關注其內部單個系統的約束和研制計劃；而對于單個系統感興趣的用戶則容易忽視整個系統系。特別是多個部門聯合的系統系研制項目，平衡各方需求則會更為復雜，利益相關方在考慮技術問題的同時，還需要考慮經費和政治因素。

另一方面，對于研制管理活動的監管，在不同層面也有不同的方式。系統系層面的監管活動其實更像是一種能力整合，它需要通過影響內部組成系統的項目管理者，來實現系統系的研制管理要求。而且這種影響通常還是間接的，系統系的研制管理通常并不會直接介入單一系統的研制過程。同時，系統系內部的各組成系統通常也有它們自己的項目主任、用戶、系統工程師和獨立的研究計劃，他們在各自系統層面開展類似于單一系統研制的管控工作，但需要注意與整個系統系相協調。通常系統系的管理者并不具有對所有組成系統的管理權限。

由此可見，無論是從平衡利益相關方的角度，還是從研制管理活動監管的角度，系統系的研制管理都更為復雜，需要時刻平衡各方需求，確保各方目標一致。因此，在系統系研制管理過程中需要建立起一整套平衡機制和權限結構，以調整需求、配置資源、協調或控制各項活動。

3.3 研制過程的差異

對于單一系統而言，系統工程師通常可以通過設立項目里程碑，編制系統需求文件，制定系統研制管理計劃，反復迭代系統工程過程，來實現對系統研制過程的管控。同時，還可以通過對系統開展試驗與評定，來對系統的研制結果進行驗證和確認。

然而對于系統系而言，研制同步的問題可能會導致上述傳統的研制管理方法在很大程度上失效。這是因為系統系包含了眾多具有不同壽命周期的組成系統，而且這些系統還具有不同的起始點和研制狀態。在這些系統中，有些已經正式部署，有些還處于研制過程當中，有些可能才剛剛立項，而有些尚處于技術論證的階段。因此，系統系的管理者和工程師就必須重新定義與擴展傳統的系統工程方法，使之能夠充分考慮各個組成系統的需求和關鍵因素，并且能夠對各組成系統施加影響。系統系工程師需要基于各組成系統不同步的研制進度，來引導和影響各組成系統的改進計劃和開發優先次序，從而保證系統系能夠朝著其能力目標的方向持續演化與升級。

此外，系統系的試驗需要同時跨越多個組成系統的生命周期，并且需要涵蓋所有組成部分的復雜度和潛在的涌現結果。但是與此同時，系統系內部各組成系統的研制過程又很難同步，所以對系統系進行完整的試驗與評定是很困難的，甚至是不可行的。很多時候需要借助建模與仿真的力量，來實現系統系的試驗與評定。因此，需要在系統系工程計劃里盡早安排建模與仿真的規劃。

3.4 考慮要素的差異

對于單一系統而言，其工程研制過程通常只需要關注系統的邊界、接口、性能和行為，并滿足預先規定的系統指標。定義系統邊界通常是一個靜態問題，并且系統的邊界范圍和接口要求一般都可以清晰地識別。同時，系統的性能和行為也通常由系統自身的屬性來決定。

然而對于系統系而言，其邊界通常具有一定的模糊性。系統系研制的重點是要識別出那些對于系統系的能力目標實現起到關鍵作用的系統，并且理解這些系統之間的相互關系。同時，系統系的性能也不僅僅依賴于其各個組成系統，還取決于這些系統組合的“端到端”的行為，這些系統必須要協同工作，才能實現系統系的功能。因此，需要建立合理的機制和方法，在系統系層面進行綜合協調，確保系統系的性能既能夠滿足系統系用戶的需要，也能夠滿足各組成系統的需要。

4 結束語

伴隨著現代戰爭模式的逐步轉變，系統系作為支撐這一模式的裝備配置樣式，勢必日益受到國內外軍事領域、學術領域及裝備制造領域的重視。如何突破現有的著眼于單一系統的研制管理模式，科學有效地管理這種大型復雜系統系的建設，更是一道擺在所有裝備制造強國面前的難題。本文聚焦于從整體上宏觀把握系統系的內涵和特點，并從工程管理的角度深入挖掘與剖析了系統系研制與單一系統研制在目標設定、管理監督、研制過程、考慮要素等方面的差異性。這些差異性的存在使得在系統系的研制管理過程中難以照搬原有的管理模式，需要在今后的研究中進一步探索針對系統系研制管理的新思路，從頂層設計上進行突破與創新，破解系統系研制過程中遇到的管理挑戰，找到適合系統系研制管理的新模式。

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