基于系統工程的軍工工藝技術體系構建方法研究

胡曉睿 高彬彬 常家輝 商 飛

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基于系統工程的軍工工藝技術體系構建方法研究

胡曉睿 高彬彬 常家輝 商 飛

（北方科技信息研究所，北京 100089）

武器裝備更新換代、國家戰略安全、國防科技自主創新等對工藝技術提出新要求，急需對我國軍工工藝技術體系化發展的頂層設計提供指引。結合國內外軍工工藝技術發展現狀，對標先進水平，理清差距短板，根據系統工程理論，研究提出軍工工藝技術體系的構建原則、設計方法，凝練出包含5個層次的軍工工藝技術體系框架，具有開創性、引領性、科學性，對全面協調的引導軍工工藝技術體系化發展具有借鑒價值。

工藝技術；體系；系統工程；構建方法

1 引言

工藝技術是將設計圖樣和技術要求物化為實際產品的一門工程技術，是加工產品或零件的流程和所采用的方法和技術的總稱。軍工工藝技術屬于國防關鍵基礎技術，不僅關系著武器裝備的質量、研制效率和成本，還關系著國防科技自主創新能力和自主可控水平，是國防工業發展水平的重要標志之一。

一代工藝，一代裝備。傳統工藝改進和工藝創新研發對武器裝備升級換代具有重要推動作用，武器裝備發展對軍工工藝技術進步也發揮著巨大牽引作用。 軍事發達國家都注重優先發展工藝技術，通過多年積累、統籌規劃與調整優化，已經形成結構完整、層級 清晰、與時俱進的軍工工藝技術體系，確保其在經濟發展和國防建設的激烈競爭和嚴酷較量中保持優勢地位。數十年來，我國軍工行業在科研攻關和生產實踐中，已掌握一批專業繁多、特色明顯、體系復雜的軍工工藝技術群，為武器裝備研制生產提供重要保障。但與工業發達國家先進水平以及武器裝備發展要求相比，仍不同程度地存在傳統工藝多、原始創新少、基礎研究弱、技術儲備少、單點突破多、系統發展少等現象，軍工工藝能力落后武器裝備發展的局面尚未得到徹底改觀[1]。

按照系統工程的思想，系統性梳理軍工工藝技術，研究構建軍工工藝技術體系，對標先進水平、摸清所處方位、找準瓶頸短板、凝練攻關重點，為全面協調地引導軍工工藝技術體系化發展，促進軍工工藝整體水平穩步提升提供重要思路。

2 國外軍工工藝體系化發展現狀

2.1 軍工工藝技術凸顯體系化發展的總體態勢

當前，美國等擁有軍事高技術優勢的國家都十分重視軍工工藝技術的發展，相關政府部門在制定制造技術發展規劃時都將工藝技術放在重要位置，科學謀劃、統籌考慮，軍工工藝技術的發展呈現體系化態勢。

為提高武器裝備制造質量，降低成本和風險，美國國防部從20世紀50年代至今持續實施制造技術（ManTech）規劃。在ManTech計劃執行的六十年中，隨著武器裝備發展需求不斷變化，該計劃不斷調整技術發展重點領域，體系化發展作用日益顯現。為建設可靠、高效和供應充足的國防工業，ManTech規劃在最新發布的戰略計劃中，確定了4個相互協調的戰略重點，成體系地發展軍工工藝技術，如圖1所示。

圖1 美國ManTech規劃戰略重點體系

圖2 美國ManTech規劃構成及各子規劃的主要任務

聯合國防制造技術委員會（JDMTP）按照金屬材料、復合材料、電子元器件與裝置、先進制造企業等四個領域對ManTech規劃的投資分類，推動各子規劃聯合實施，最大限度地實現投資共享，避免重復。ManTech規劃由6個子規劃共同構成，所有子規劃的工作都共同圍繞ManTech規劃目標進行，但任務各有側重，以滿足各軍種的不同要求，如圖2所示。

工藝技術體系化發展的一個優勢是在保證工藝技術研究應用快速發展的同時，研發投資能夠得到良好的回報。多年來，ManTech規劃投資了大量的工藝技術研究項目，獲得了顯著的成就。2003～2005財年，超過100項受資助的項目，產生了總計超過63億美元的投資回報[2]。研究資金的投入產出比，形成良性循環，保證了政府對制造工藝項目的持續重視。1992～2013財年制造技術項目投資概況，如圖3所示，1998年以后，美國政府對軍工工藝技術的投資呈現增長趨勢。

圖3 ManTech規劃投資概況

2.2 更加重視關鍵工藝技術體系建設

在建立關鍵工藝技術體系方面，俄羅斯針對軍工行業的工藝技術人員有一套完整的制造工藝基礎性、普及性的工藝體系，這對于在短時間內促進俄羅斯的軍事大國地位、經濟復蘇起到了重要作用。

美國的《軍用關鍵技術清單》（MCTL）和《發展中的科學技術清單》（DSTL）是目前較為成熟和成功的范例。《軍用關鍵技術清單》評估和分析可用于國防工業或軍事作戰的技術，給出了明確的指標和參數，是美國評估與鑒定各類技術，判斷是否批準技術轉移的重要依據。其中，《軍用關鍵技術清單》第十二大類為“工藝和制造技術”，該部分內容包括制造各類武器裝備關鍵產品（如：飛機和導彈、反裝甲武器以及核設施的零件等）的成形技術，發動機、陀螺儀、驅動輪等系統中使用的各類關鍵零部件的制造技術，武器裝備研制所用的車、銑、磨等工藝和裝備，以及能夠改進武器裝備產品性能的表面工程技術等。

圖4 美國ManTech規劃技術體系框架

美國國防部制造技術規劃（ManTech）戰略也體系性地梳理了關鍵工藝技術，如圖4所示。ManTech規劃圍繞上述技術體系框架，建立技術路線圖，正式確定在能力、計劃進度和成本方面與滿足國防系統的需求之間存在的差距，以確定各技術的投資優先級[3]。

國外針對關鍵工藝技術建立的體系性框架或型譜，為明確技術的發展需求和目標，發展軍工工藝技術起到了有力的指導和促進作用。

3 軍工工藝技術體系的內涵

體系是指若干具有相關性的事物互相聯系而構成的一個具有特定功能的有機整體。技術體系是指在一定范圍內，由若干同類技術按照一定秩序、目的或結構方式組合，從而形成的縱橫交錯的系統性立體網絡結構。工藝技術體系是指將工藝技術按照一定的層次結構和規則，組織形成的整體系統，是涉及多個維度、彼此貫通、相互滲透的綜合網絡。

具體到軍工工藝技術體系，則是由軍工行業眾多先進的、適用的工藝體系分支按系統、按層次形成的一個綜合集成體系，能夠反映出全行業軍工工藝技術的鮮明特點、結構組成、發展現狀以及發展方向，更加強調全面、協調、整體地解決軍工工藝技術發展短板和薄弱環節，同時也要體現出最新的研究應用成果和優勢技術。

4 基于系統工程的體系構建思路與方法

4.1 理論依據

根據我國科學家錢學森院士1978年在《組織管理的技術——系統工程》一書中的闡述，系統工程是指組織管理“系統”的規劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法，對所有系統都具有普遍意義，是一門組織管理技術[4]。

系統工程最早由美國在20世紀40年代提出，到1957年，美國學者Goode與Machol合著《系統工程》一書，1965年，美國出版《系統工程手冊》，這些書首次較為完整地闡述了系統工程理論及方法。理論源于實踐，既是對實踐的總結，也在實踐中得到驗證。20世紀50年代末，美國開始在國防領域推行蘭德公司提出的“系統分析”技巧，利用系統分析幫助制定武器裝備發展決策和國防預算，系統工程理論在美軍多個采辦項目中得到應用，步入快速發展階段。在同一時期，我國也開始在導彈、衛星研制等國防科研領域踐行系統工程，并取得空前的科研與試驗效益，為實現在技術、經濟基礎薄弱的條件下，以較短時間、較少投入、低風險高質量完成裝備研制任務提供有效管理手段。隨著系統工程的不斷發展，應用范圍越來越廣泛，近年來在現代造船模式研究、軍事后勤保障等多個領域均有所應用[5]。

武器裝備的極端服役環境、選材的特殊要求、以及構件形狀尺寸精度的特殊要求，決定了軍工工藝技術具有量大面廣、涉及專業門類多、工藝復雜、技術難度大等特點。針對如此龐大且復雜的軍工工藝技術開展體系化研究，需要綜合考慮多方面因素。依據系統工程理論，從組織管理“系統”的角度開展綜合分析，并統籌優化與分解協調，包括逐層論證剖析牽引和推動軍工工藝技術發展的主要因素，明確軍工工藝技術體系的頂層設計，科學處理體系各分支之間的相互關系與差異等，能夠有效確保體系兼具科學性、完整性、準確性，如圖5所示。

圖5 依據系統工程理論構建軍工工藝技術體系的研究思路

4.2 構建原則

4.2.1 現實需求與未來需求相結合

構建軍工工藝技術體系是著眼全局的系統性研究，因此對技術需求的考慮要盡可能全面，既要系統總結軍工工藝技術發展現狀，梳理歸納亟待解決的瓶頸短板制約，充分考慮保障武器裝備研制生產的現實需求，另一方面也要面向世界科技發展前沿和武器裝備未來5～10年發展需求，注重與國外先進水平對標，體現出對技術發展趨勢的預測與判斷，具有一定前瞻性。

4.2.2 共性技術與個性問題相協調

軍工工藝技術涉及技術門類、應用對象類型較多，絕大部分為涉及多個軍工行業或多種產品類別的、廣泛為武器裝備制造所采用的共性工藝技術，但也包括旨在解決少數單一武器裝備研制生產問題的個性工藝技術。因此，研究構建軍工工藝體系是一項綜合的系統工程，需要處理好共性技術與個性問題之間的關系，既要考慮全局的普遍性，又要關注個體的特殊性。

4.2.3 技術重點與實時狀態相關聯

軍工工藝技術體系是一個結構完整、層次清晰、點面結合的大系統，需要從多個層面、多個維度體現工藝技術的不同屬性。比如，軍工工藝技術專業門類相對固定，但隨著科技發展不斷演變，技術發展方向及研究熱點具有動態變化特征，因此，體系構建既要從專業門類上彰顯全面完整性，又要對工藝技術的實時狀態有所考慮，體現不同時期不同階段技術發展重點的變遷。

4.3 構建方法

4.3.1 系統規劃設計法

系統規劃設計法是將研究對象看做一個整體，強調從頂層到底層的設計開發方法，包含系統的思想以及整體是由部分組成的思路，綜合分析各方面的要素，最終找出解決方案。軍工工藝技術體系龐大且復雜，按照系統規劃設計法，首先需要頂層分析和綜合設計工藝技術體系，通過逐層論證剖析國家戰略安全、武器裝備發展、國防科技創新等多個層面對軍工工藝技術的要求與影響，梳理出軍工工藝技術重點需求領域，確定軍工工藝技術體系的頂層框架；然后根據系統工程的層次分解特點，按照縱向、橫向兩個維度分解工藝技術體系，橫向可按照專業門類對多層次需求分析的結果梳理歸納，并據此將技術體系細分成不同的子體系，確保各子體系之間界面清晰；縱向可綜合各技術領域的學科細分、技術發展趨勢方向、當前及未來5～10年的技術攻關重點等多方面因素，按照相近的顆粒度來設置子體系內部各層級結構。

4.3.2 聚類分析歸納法

聚類分析歸納法是以研究對象的特點、用途、性質等作為分類標準聚類分析，將符合某一類標準的對象作為同類梳理歸納，進而區別對待研究對象的不同差異。依據這一方法，在軍工工藝技術體系構建過程中，按照技術特點、工藝原理、構件特征等維度，對涉及的基礎資料詳細分析，理清各項工藝技術的共性和個性特征，確定工藝技術體系各層級的聚類標準，包括各子體系之間的界面、不同子體系相同層級之間的關系以及特征等，盡量避免出現研究范圍不統一、不同子體系之間存在技術交叉、相同層級顆粒度不一致等問題。

5 軍工工藝技術體系架構設置

根據軍工工藝技術涉及的學科、專業門類、以及當前及未來5～10年武器裝備研制需求、工藝技術發展趨勢，可以將工藝技術體系定義為從上至下逐層細分的5個層級：技術領域、技術子領域、技術方向、關鍵技術、發展重點。縱向來看，每個技術領域均包括自上而下涵蓋的5個層級，可單獨成為子體系。

5.1 技術領域層

技術領域層是軍工工藝技術體系的最頂層，囊括軍工行業工藝技術所涉及的所有專業大類，其設置一方面遵從軍工行業的傳統，一方面考慮當前工藝技術發展的大方向，同時綜合考慮軍工行業工藝能力布局。

5.2 技術子領域層

技術子領域層基本體現當前軍工行業涉及的所有主要工藝技術，根據全面性、完整性原則，技術子領域層囊括本領域涉及的所有技術子類，其設置兼顧學科特色和軍工特色。

5.3 技術方向層

技術方向層體現軍工行業當前和未來5～10年重點發展的技術族，根據承上啟下、著眼未來的原則，采取自上而下和自下而上相結合的方式，既要考慮從子領域自上而下分析涉及的技術方向，又要與下級關鍵技術層緊密結合，根據關鍵技術分布情況提煉相應技術方向。這一層級軍工特色較為突出，充分體現體系對未來發展的引領作用。

5.4 關鍵技術層

關鍵技術層集中體現軍工工藝技術薄弱環節和瓶頸短板，是軍工特色最為突出的層級，根據共性、集中的原則，其設置注重能否滿足在役在研武器裝備性能指標和下一代武器裝備發展的要求，以及降本增效、實現綠色安全生產的要求等。關鍵技術一般是在多個軍工行業或多個單位都有需求，且是當前和未來5～15年內最需迫切發展的共性技術。

5.5 發展重點層

發展重點層是軍工工藝技術體系的最底層，體現了軍工關鍵工藝技術的組成要素，根據細化、深入的原則，體現上一級每項關鍵技術的突出問題以及待突破的關鍵點。發展重點層還按照制造成熟度等級，評定了技術狀態（基礎研究、技術攻關、工程應用、成果推廣）。

6 結束語

在系統工程理論指導下，從需求分析出發，采用系統設計、細化分解、聚類歸納等方法，構建出軍工工藝技術體系。該體系對于理清工藝技術與保障武器裝備發展和國家戰略安全、促進國防科技自主創新等需求之間的差距，找準各個層面急需解決的制約性工藝技術，更好地統籌謀劃，做好頂層設計，明確不同階段發展方向與研究重點，引領軍工工藝技術體系化發展具有重要意義。

隨著科學技術的發展演變，以及武器裝備研制生產需求的調整，每種工藝技術的成熟度等級也將隨之發生動態變化，部分落后工藝技術可能逐漸被淘汰，部分前沿基礎性技術將逐漸成熟，因此有必要定期對軍工工藝技術體系進行系統評價與更新，以確保軍工工藝技術體系的科學性、準確性和時代性。

1 劉琦，梁丹，陳金存，等. 德國“工業4.0”對中國航天制造業轉型升級的啟示與借鑒[J]. 航天制造技術，2016(2)：47～49

2 The office of manufacturing and industrial base policy. The DoD Manufacturing Technology Program Strategic Plan, 2009

3 The office of manufacturing and industrial base policy. The DoD Manufacturing Technology Program Strategic Plan, 2012

4 曾相戈. 系統工程管理概論[M]. 北京：中國航空綜合技術研究所，2015

5 應長春. 船舶工藝技術[M]. 上海：上海交通大學出版社，2013

Research on Construction Method of Military Process Technology System Based on System Engineering

Hu Xiaorui Gao Binbin Chang Jiahui Shang Fei

(North Institute for Scientific & Technical Information, Beijing 100089)

New generations of weapons development, national strategic security, and independent innovation of defense science and technology have put forward new demands on process technology, therefore it is urgent to provide guidance for the top-level design of the systematic development of military process technology. According to the system engineering theory, this paper studies the construction principles and design methods of the military process technology system, and condenses the military process technology system framework with five levels. The framework is useful for comprehensively and systematically guiding the development of military process technology.

process technology；system；system engineering；construction method

胡曉睿（1982），副研究員，自動化專業；研究方向：國防先進制造領域情報研究。

2018-09-29