基于系统工程的军工工艺技术体系构建方法研究

胡晓睿 高彬彬 常家辉 商 飞



基于系统工程的军工工艺技术体系构建方法研究

胡晓睿 高彬彬 常家辉 商 飞

（北方科技信息研究所，北京 100089）

武器装备更新换代、国家战略安全、国防科技自主创新等对工艺技术提出新要求，急需对我国军工工艺技术体系化发展的顶层设计提供指引。结合国内外军工工艺技术发展现状，对标先进水平，理清差距短板，根据系统工程理论，研究提出军工工艺技术体系的构建原则、设计方法，凝练出包含5个层次的军工工艺技术体系框架，具有开创性、引领性、科学性，对全面协调的引导军工工艺技术体系化发展具有借鉴价值。

工艺技术；体系；系统工程；构建方法

1 引言

工艺技术是将设计图样和技术要求物化为实际产品的一门工程技术，是加工产品或零件的流程和所采用的方法和技术的总称。军工工艺技术属于国防关键基础技术，不仅关系着武器装备的质量、研制效率和成本，还关系着国防科技自主创新能力和自主可控水平，是国防工业发展水平的重要标志之一。

一代工艺，一代装备。传统工艺改进和工艺创新研发对武器装备升级换代具有重要推动作用，武器装备发展对军工工艺技术进步也发挥着巨大牵引作用。 军事发达国家都注重优先发展工艺技术，通过多年积累、统筹规划与调整优化，已经形成结构完整、层级 清晰、与时俱进的军工工艺技术体系，确保其在经济发展和国防建设的激烈竞争和严酷较量中保持优势地位。数十年来，我国军工行业在科研攻关和生产实践中，已掌握一批专业繁多、特色明显、体系复杂的军工工艺技术群，为武器装备研制生产提供重要保障。但与工业发达国家先进水平以及武器装备发展要求相比，仍不同程度地存在传统工艺多、原始创新少、基础研究弱、技术储备少、单点突破多、系统发展少等现象，军工工艺能力落后武器装备发展的局面尚未得到彻底改观[1]。

按照系统工程的思想，系统性梳理军工工艺技术，研究构建军工工艺技术体系，对标先进水平、摸清所处方位、找准瓶颈短板、凝练攻关重点，为全面协调地引导军工工艺技术体系化发展，促进军工工艺整体水平稳步提升提供重要思路。

2 国外军工工艺体系化发展现状

2.1 军工工艺技术凸显体系化发展的总体态势

当前，美国等拥有军事高技术优势的国家都十分重视军工工艺技术的发展，相关政府部门在制定制造技术发展规划时都将工艺技术放在重要位置，科学谋划、统筹考虑，军工工艺技术的发展呈现体系化态势。

为提高武器装备制造质量，降低成本和风险，美国国防部从20世纪50年代至今持续实施制造技术（ManTech）规划。在ManTech计划执行的六十年中，随着武器装备发展需求不断变化，该计划不断调整技术发展重点领域，体系化发展作用日益显现。为建设可靠、高效和供应充足的国防工业，ManTech规划在最新发布的战略计划中，确定了4个相互协调的战略重点，成体系地发展军工工艺技术，如图1所示。

图1 美国ManTech规划战略重点体系

图2 美国ManTech规划构成及各子规划的主要任务

联合国防制造技术委员会（JDMTP）按照金属材料、复合材料、电子元器件与装置、先进制造企业等四个领域对ManTech规划的投资分类，推动各子规划联合实施，最大限度地实现投资共享，避免重复。ManTech规划由6个子规划共同构成，所有子规划的工作都共同围绕ManTech规划目标进行，但任务各有侧重，以满足各军种的不同要求，如图2所示。

工艺技术体系化发展的一个优势是在保证工艺技术研究应用快速发展的同时，研发投资能够得到良好的回报。多年来，ManTech规划投资了大量的工艺技术研究项目，获得了显著的成就。2003～2005财年，超过100项受资助的项目，产生了总计超过63亿美元的投资回报[2]。研究资金的投入产出比，形成良性循环，保证了政府对制造工艺项目的持续重视。1992～2013财年制造技术项目投资概况，如图3所示，1998年以后，美国政府对军工工艺技术的投资呈现增长趋势。

图3 ManTech规划投资概况

2.2 更加重视关键工艺技术体系建设

在建立关键工艺技术体系方面，俄罗斯针对军工行业的工艺技术人员有一套完整的制造工艺基础性、普及性的工艺体系，这对于在短时间内促进俄罗斯的军事大国地位、经济复苏起到了重要作用。

美国的《军用关键技术清单》（MCTL）和《发展中的科学技术清单》（DSTL）是目前较为成熟和成功的范例。《军用关键技术清单》评估和分析可用于国防工业或军事作战的技术，给出了明确的指标和参数，是美国评估与鉴定各类技术，判断是否批准技术转移的重要依据。其中，《军用关键技术清单》第十二大类为“工艺和制造技术”，该部分内容包括制造各类武器装备关键产品（如：飞机和导弹、反装甲武器以及核设施的零件等）的成形技术，发动机、陀螺仪、驱动轮等系统中使用的各类关键零部件的制造技术，武器装备研制所用的车、铣、磨等工艺和装备，以及能够改进武器装备产品性能的表面工程技术等。

图4 美国ManTech规划技术体系框架

美国国防部制造技术规划（ManTech）战略也体系性地梳理了关键工艺技术，如图4所示。ManTech规划围绕上述技术体系框架，建立技术路线图，正式确定在能力、计划进度和成本方面与满足国防系统的需求之间存在的差距，以确定各技术的投资优先级[3]。

国外针对关键工艺技术建立的体系性框架或型谱，为明确技术的发展需求和目标，发展军工工艺技术起到了有力的指导和促进作用。

3 军工工艺技术体系的内涵

体系是指若干具有相关性的事物互相联系而构成的一个具有特定功能的有机整体。技术体系是指在一定范围内，由若干同类技术按照一定秩序、目的或结构方式组合，从而形成的纵横交错的系统性立体网络结构。工艺技术体系是指将工艺技术按照一定的层次结构和规则，组织形成的整体系统，是涉及多个维度、彼此贯通、相互渗透的综合网络。

具体到军工工艺技术体系，则是由军工行业众多先进的、适用的工艺体系分支按系统、按层次形成的一个综合集成体系，能够反映出全行业军工工艺技术的鲜明特点、结构组成、发展现状以及发展方向，更加强调全面、协调、整体地解决军工工艺技术发展短板和薄弱环节，同时也要体现出最新的研究应用成果和优势技术。

4 基于系统工程的体系构建思路与方法

4.1 理论依据

根据我国科学家钱学森院士1978年在《组织管理的技术——系统工程》一书中的阐述，系统工程是指组织管理“系统”的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，对所有系统都具有普遍意义，是一门组织管理技术[4]。

系统工程最早由美国在20世纪40年代提出，到1957年，美国学者Goode与Machol合著《系统工程》一书，1965年，美国出版《系统工程手册》，这些书首次较为完整地阐述了系统工程理论及方法。理论源于实践，既是对实践的总结，也在实践中得到验证。20世纪50年代末，美国开始在国防领域推行兰德公司提出的“系统分析”技巧，利用系统分析帮助制定武器装备发展决策和国防预算，系统工程理论在美军多个采办项目中得到应用，步入快速发展阶段。在同一时期，我国也开始在导弹、卫星研制等国防科研领域践行系统工程，并取得空前的科研与试验效益，为实现在技术、经济基础薄弱的条件下，以较短时间、较少投入、低风险高质量完成装备研制任务提供有效管理手段。随着系统工程的不断发展，应用范围越来越广泛，近年来在现代造船模式研究、军事后勤保障等多个领域均有所应用[5]。

武器装备的极端服役环境、选材的特殊要求、以及构件形状尺寸精度的特殊要求，决定了军工工艺技术具有量大面广、涉及专业门类多、工艺复杂、技术难度大等特点。针对如此庞大且复杂的军工工艺技术开展体系化研究，需要综合考虑多方面因素。依据系统工程理论，从组织管理“系统”的角度开展综合分析，并统筹优化与分解协调，包括逐层论证剖析牵引和推动军工工艺技术发展的主要因素，明确军工工艺技术体系的顶层设计，科学处理体系各分支之间的相互关系与差异等，能够有效确保体系兼具科学性、完整性、准确性，如图5所示。

图5 依据系统工程理论构建军工工艺技术体系的研究思路

4.2 构建原则

4.2.1 现实需求与未来需求相结合

构建军工工艺技术体系是着眼全局的系统性研究，因此对技术需求的考虑要尽可能全面，既要系统总结军工工艺技术发展现状，梳理归纳亟待解决的瓶颈短板制约，充分考虑保障武器装备研制生产的现实需求，另一方面也要面向世界科技发展前沿和武器装备未来5～10年发展需求，注重与国外先进水平对标，体现出对技术发展趋势的预测与判断，具有一定前瞻性。

4.2.2 共性技术与个性问题相协调

军工工艺技术涉及技术门类、应用对象类型较多，绝大部分为涉及多个军工行业或多种产品类别的、广泛为武器装备制造所采用的共性工艺技术，但也包括旨在解决少数单一武器装备研制生产问题的个性工艺技术。因此，研究构建军工工艺体系是一项综合的系统工程，需要处理好共性技术与个性问题之间的关系，既要考虑全局的普遍性，又要关注个体的特殊性。

4.2.3 技术重点与实时状态相关联

军工工艺技术体系是一个结构完整、层次清晰、点面结合的大系统，需要从多个层面、多个维度体现工艺技术的不同属性。比如，军工工艺技术专业门类相对固定，但随着科技发展不断演变，技术发展方向及研究热点具有动态变化特征，因此，体系构建既要从专业门类上彰显全面完整性，又要对工艺技术的实时状态有所考虑，体现不同时期不同阶段技术发展重点的变迁。

4.3 构建方法

4.3.1 系统规划设计法

系统规划设计法是将研究对象看做一个整体，强调从顶层到底层的设计开发方法，包含系统的思想以及整体是由部分组成的思路，综合分析各方面的要素，最终找出解决方案。军工工艺技术体系庞大且复杂，按照系统规划设计法，首先需要顶层分析和综合设计工艺技术体系，通过逐层论证剖析国家战略安全、武器装备发展、国防科技创新等多个层面对军工工艺技术的要求与影响，梳理出军工工艺技术重点需求领域，确定军工工艺技术体系的顶层框架；然后根据系统工程的层次分解特点，按照纵向、横向两个维度分解工艺技术体系，横向可按照专业门类对多层次需求分析的结果梳理归纳，并据此将技术体系细分成不同的子体系，确保各子体系之间界面清晰；纵向可综合各技术领域的学科细分、技术发展趋势方向、当前及未来5～10年的技术攻关重点等多方面因素，按照相近的颗粒度来设置子体系内部各层级结构。

4.3.2 聚类分析归纳法

聚类分析归纳法是以研究对象的特点、用途、性质等作为分类标准聚类分析，将符合某一类标准的对象作为同类梳理归纳，进而区别对待研究对象的不同差异。依据这一方法，在军工工艺技术体系构建过程中，按照技术特点、工艺原理、构件特征等维度，对涉及的基础资料详细分析，理清各项工艺技术的共性和个性特征，确定工艺技术体系各层级的聚类标准，包括各子体系之间的界面、不同子体系相同层级之间的关系以及特征等，尽量避免出现研究范围不统一、不同子体系之间存在技术交叉、相同层级颗粒度不一致等问题。

5 军工工艺技术体系架构设置

根据军工工艺技术涉及的学科、专业门类、以及当前及未来5～10年武器装备研制需求、工艺技术发展趋势，可以将工艺技术体系定义为从上至下逐层细分的5个层级：技术领域、技术子领域、技术方向、关键技术、发展重点。纵向来看，每个技术领域均包括自上而下涵盖的5个层级，可单独成为子体系。

5.1 技术领域层

技术领域层是军工工艺技术体系的最顶层，囊括军工行业工艺技术所涉及的所有专业大类，其设置一方面遵从军工行业的传统，一方面考虑当前工艺技术发展的大方向，同时综合考虑军工行业工艺能力布局。

5.2 技术子领域层

技术子领域层基本体现当前军工行业涉及的所有主要工艺技术，根据全面性、完整性原则，技术子领域层囊括本领域涉及的所有技术子类，其设置兼顾学科特色和军工特色。

5.3 技术方向层

技术方向层体现军工行业当前和未来5～10年重点发展的技术族，根据承上启下、着眼未来的原则，采取自上而下和自下而上相结合的方式，既要考虑从子领域自上而下分析涉及的技术方向，又要与下级关键技术层紧密结合，根据关键技术分布情况提炼相应技术方向。这一层级军工特色较为突出，充分体现体系对未来发展的引领作用。

5.4 关键技术层

关键技术层集中体现军工工艺技术薄弱环节和瓶颈短板，是军工特色最为突出的层级，根据共性、集中的原则，其设置注重能否满足在役在研武器装备性能指标和下一代武器装备发展的要求，以及降本增效、实现绿色安全生产的要求等。关键技术一般是在多个军工行业或多个单位都有需求，且是当前和未来5～15年内最需迫切发展的共性技术。

5.5 发展重点层

发展重点层是军工工艺技术体系的最底层，体现了军工关键工艺技术的组成要素，根据细化、深入的原则，体现上一级每项关键技术的突出问题以及待突破的关键点。发展重点层还按照制造成熟度等级，评定了技术状态（基础研究、技术攻关、工程应用、成果推广）。

6 结束语

在系统工程理论指导下，从需求分析出发，采用系统设计、细化分解、聚类归纳等方法，构建出军工工艺技术体系。该体系对于理清工艺技术与保障武器装备发展和国家战略安全、促进国防科技自主创新等需求之间的差距，找准各个层面急需解决的制约性工艺技术，更好地统筹谋划，做好顶层设计，明确不同阶段发展方向与研究重点，引领军工工艺技术体系化发展具有重要意义。

随着科学技术的发展演变，以及武器装备研制生产需求的调整，每种工艺技术的成熟度等级也将随之发生动态变化，部分落后工艺技术可能逐渐被淘汰，部分前沿基础性技术将逐渐成熟，因此有必要定期对军工工艺技术体系进行系统评价与更新，以确保军工工艺技术体系的科学性、准确性和时代性。

1 刘琦，梁丹，陈金存，等. 德国“工业4.0”对中国航天制造业转型升级的启示与借鉴[J]. 航天制造技术，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. 系统工程管理概论[M]. 北京：中国航空综合技术研究所，2015

5 应长春. 船舶工艺技术[M]. 上海：上海交通大学出版社，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

胡晓睿（1982），副研究员，自动化专业；研究方向：国防先进制造领域情报研究。

2018-09-29