基于系統工程的試驗器建設流程與應用

賀偉

摘 要：試驗器是由許多復雜系統組成的，是固定資產投資建設項目的核心，其建設成敗直接決定項目建設效益的好壞，建立試驗器建設管理的流程和方法尤為重要。本文運用系統工程思維和方法，論述了試驗器建設流程，通過實踐和應用表明該流程很好地支撐了試驗器建設，為保證試驗器順利投入科研使用打下了堅實基礎。

關鍵詞：系統工程；試驗器建設；流程建設；應用

引言

系統工程最早在20世紀40年代由美國貝爾電話公司提出，50年代在美國制造原子彈的“曼哈頓”計劃及以后美國北極星導彈和阿波羅登月計劃皆為系統工程取得成果的著名范例。中國自20世紀70年代末到80年代在系統工程的實際應用方面有了很快的發展，最初1979年錢學森提出14門系統工程，后來隨著應用的發展很快有了其他各門系統工程。20世紀90年代到21世紀初出現幾門新的系統工程：計算機集成制造系統、網絡系統工程、服務系統工程（供應鏈）、金融系統工程、大型工程（三峽、青藏鐵路）、大型社會項目（亞運會、奧運會和世博會）、生物系統工程、醫學系統工程、智能交通系統、社會預警系統、電子商務、電子政務、可持續發展等。

試驗器是為了滿足科研生產任務，根據需求或技術要求建設的，由一系列機械系統、電氣系統、測試系統等復雜的、非標準的設備組成的大型試驗設備。其具有目標明確、投資大、設計和調試難度大、涉及多個利益相關方等特點，且往往是固定資產投資項目的核心。運用系統工程從試驗器需求出發，集成多種專業技術，以全壽命周期的視野反復迭代應用分析-設計-驗證過程，開發出整體性能優化的系統。以總體設計為龍頭的試驗器系統工程方法，保證了從整體目標出發，充分發揮各專業技術優勢，相互之間有效協調，實現試驗器整體目標，表現出強大的大型復雜技術系統建設和研制能力。

1.基于系統工程的建設流程

系統工程過程是一個結構化的分析—設計—驗證過程，包括要求分析、功能分析、設計綜合和試驗驗證。反復迭代應用的系統工程過程體現了分解集成的系統方法，在各階段的應用都要以試驗器全壽命周期的視野，考慮到其他階段的功能要求。試驗器建設流程是設計循序漸進、管理分階段進行決策和控制的過程，主要包括建設方案論證、技術方案研究、方案設計、詳細設計、采購與實施以及驗收與使用等6個階段?；谙到y工程的流程使認識不斷深化，將科研總體需求、分系統設計需求與驗證等逐步分解落實到位。

1.1建設方案論證階段

建設方案論證階段從應用需求或者技術發展機遇出發，探索試驗器新原理、新技術，并提出試驗器建設方案和經費需求的階段。

試驗器的使用單位按照試驗器立項論證的相關要求開展設備前期論證，編制建設方案報告，為項目立項評估提供支撐。本階段詳細論述項目建設的必要性，初步分析建設需求，評估是否具備建設條件，說明建設方案和投資規模。重點開展必要性分析、需求分析、形成初步建設方案及主要工藝設備并進行投資估算。為開展技術方案研究提供依據。

1.2 技術方案研究階段

技術方案研究階段對符合科研需求方向進行任務分析，提出各分系統方案，開展關鍵技術攻關，進而進行經濟、技術可行性論證，提出使用要求和技術指標。

本階段重點工作為通過對多個技術方案進行比較分析，開展技術方案的可行性研究，編制技術方案報告，確定推薦方案，并對推薦方案進行詳細說明，為試驗器方案設計編制提供技術支持。使用單位或設計單位依據建設方案論證報告和立項評估建議，開展方案技術可行性分析，保證技術方案經濟、恰當、可行，并提出試驗器廠房、油、水、電、氣等輔助能力、環保、安全、保密等方面使用要求。建設進度符合要求，經費不超標。技術方案成熟度滿足要求，關鍵技術在實施階段能滿足建設要求，技術路徑準確、經濟、方案充分、合理、已優化，最終形成技術方案報告。與建設方案論證報告相比較，方案、關鍵技術指標等發生變更的，需在技術方案報告的專門章節中予以說明。

1.3 方案設計階段

方案設計階段根據使用要求確定系統級的功能、性能要求，建立功能基線；將系統級要求分解到分系統，完成系統方案設計，建立明確的建設基線。

本階段為詳細設計提供輸入，編制設計方案報告，對總體設計方案和重大技術問題的解決方案進行綜合分析，論證技術上的適用性、可靠性和經濟上的合理性。確定試驗器總體設計方案和主要分系統設計方案，為項目的技術、質量、進度控制提供依據，為詳細設計提供輸入。使用單位協同設計單位依據批復的可行性研究報告或技術方案報告開展方案設計工作，編制設計方案、總圖或打樣圖等方案設計相關的文檔和圖紙，對設計方案進行仿真或設計驗證，形成設計方案報告并歸檔。重點包括以下幾個方面：（1）論述總體設計方案（包括主要設計指標、工作原理、主要組成等）；（2）針對項目的結構方案、功能方案、需求滿足情況、關鍵技術落實情況進行說明，（3）針對項目中的關鍵、重大技術問題的解決方案進行詳細說明；（4）針對項目可靠性、維修性等方面設計情況進行說明；（5）針對設計結果的驗證情況進行說明。與技術方案論證報告相比較，方案、關鍵技術指標等發生調整的，需在設計方案報告的專門章節中予以詳細說明。

1.4 詳細設計階段

詳細設計階段進行功能、性能驗證分析以及各種仿真分析試驗，完成系統詳細設計，建立生產制造和調試基線。

本階段的目標是完成設備（含子系統）的施工圖紙設計及技術要求編制等，為設備（含子系統）生產制造和調試提供依據。對于采用整體外包的設備設施，使用單位應依據設計報告，應提出子分系統詳細技術指標、驗收標準等，并編制設備整體技術要求，作為整體外包實施的前提和依據。對于自主設計的設備設施，使用單位/設計單位應依據設計報告，完成子系統的原理圖或施工圖紙設計，并編制各分系統技術要求，作為各分系統實施的前提和依據。

與設計方案論證報告和項目初步設計報告相比較，關鍵技術指標等發生調整的，通過技術決定單形式編制調整原因和調整內容，并需通過審批。

1.5 采購與實施階段

建設管理部門組織試驗器各系統的采購與實施工作，依據施工圖紙和技術要求組織開展設備采購、到貨驗收、安裝、調試等工作。在設備和子系統的制造、安裝和調試過程，以需求分析與轉化為輸入，由設計單位和使用單位安排技術和技能人員全程參與，對生產和制造中的關鍵工序進行把關，給予技術支持，并協同供貨方做好在建設備的維護和保養工作。以科研任務需求為輸入，以達到試驗器各項性能指標為目標，按組件調試、分系統調試和整體聯合調試逐步開展調試工作。試驗器生產制造、安裝、調試過程中需要對原設計進行更改時，應履行審批手續。

1.6 驗收與使用階段

根據試驗器設計報告和合同的相關要求逐項開展技術指標驗證、可靠性分析、合同驗收和試驗器驗收工作。完成驗收后，投入科研使用。

2.流程的應用

基于系統工程的試驗器建設流程，已在數十座大型非標準試驗器中廣泛應用。按流程與模板要求，需求分析與轉化逐步深入推進、深化驗證，保證在實施前，各系統的建設方案和技術指標能支撐試驗器總體要求，減小了后期調整和變更的風險，提高了建設質量，降低了管理風險。且技術方案和方案設計分別對應著可研報告和初設報告，為項目可研、初設編報打下了堅實基礎。

3.結束語

以需求分析與轉化、驗證與仿真迭代為主要工作內容，詳細介紹了基于系統工程的試驗器建設流程及應用，并針對每個階段的工作內容進行展開論述，明確了不同階段的建設目標，為尋找滿足科研任務需求的試驗器最佳方案提供了解決方案。通過在數十座試驗器的應用和實踐，保證了建設效益，減小了建設風險，應用效果良好。

參考文獻

[1]汪應洛.系統工程[M].第4版.北京：機械工業出版社，2010年，12-15

[2]郭寶柱.航天組織管理的系統思維與系統工程方法，科技導報，2018年第20期，2-3