装备需求论证系统柔性设计方法与应用
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3.1 面向任务的装备需求论证活动分解

装备需求论证活动分解借鉴工作分解结构(Work Breakdown Structure,WBS)方法,采用系统工程思想,将比较复杂的论证活动自上而下逐级分解,形成层次化的活动结构体系,从而达到定义系统工作范围和相互关系的目的,能够有效体现系统的整体性、有序性和相关性特征,是开展装备需求论证活动研究与管理的有效方法。

3.1.1 WBS概述

1.概念

WBS最早是由美国国防部提出的一种针对范围管理的工具。工作分解最初的定义来自于美国国防部国防系统开发工作手册,即描述并确定要生产或研发的产品,并将要完成的工作单元与最终产品建立相关的联系。美国项目管理学会(PMI)制定的2000版项目管理知识体系指南(PMBOK Guide,2000 Edition)中指出:WBS是面向项目可交付成果并确定项目整体工作范围的组成要素。每细分一层表示对项目组成要素更进一步的描述,其中,项目组成要素既可以是针对项目进行的服务活动,也可以是项目中可交付的产品。WBS有三个重要的组成要素:工作(Work),即对工作任务的定义,涉及任务的范围(项目范围)、独立性和关联性;分解(Breakdown),即对整个项目进行细化分类的过程;结构(Structure),即对项目进行分解后得到的各层级及相互之间的关联状态。WBS可以帮助项目管理者、相关参与者及相关的利害关系者明确定义项目的可交付成果或项目的最终产品,即WBS明确了项目工作内容。WBS将项目范围分解为不同层次易于管理的、可定义的工作包,从而为项目管理层提供数据指导,有利于管理层实现对项目的控制管理。

2.基本分解原则

对项目进行不断工作分解的前提是将工作分解建立在可控原则之上,整个分解要能百分之百地控制项目整个过程中涉及的进度、成本和质量、资源等各要素。在WBS的分解过程中常常要遵循的原则如下:

(1)可操作性。

在进行项目分解时,最终形成的是包含了对应活动的工作包,但是需要分解到什么程度才是对这个项目最优化?此时应该考虑分解的可操作性,按照活动的性质进行分解,这样形成的分支工作的难易程度应当适合相应的团队或个人胜任。

(2)百分之百原则。

经由WBS分解的项目的父层内容必须能够由下一层解释,并且要百分之百地代表父层,如果WBS的分解结构不在同一个范围内,即无法达到百分之百,那么这样的分支活动就不属于同一个项目。

(3)充分必要原则。

进行项目的WBS分解需要满足“充分”的原则,即为了实现项目目标的活动都必须包含在内;“必要”原则,即所有不是为了实现项目目标的活动都不能包含在内。

3.分解方法

常见的WBS编制方法有模板法、大纲法、组织结构图法、鱼骨图法、头脑风暴法、自上而下法、自下而上法等。项目管理者根据不同项目的具体要求或约束条件来选择适合的方法,可以选择按照项目的产品结构或功能,或者物理形式、工作类型等不同侧重点由上到下地进行适当工作分解,将复杂的项目分解为各个不同层次的可控子项目、可控子任务、可交付工作包等。WBS的分解采用自上而下、从总体到局部、由粗到细的分解方法,要充分考虑实际情况,综合项目过程中的各个主体元素才能最终获得既全面又适用的项目WBS结构图。

(1)模板法,即选择与所要分解的项目相近的工作分解结构作为模板,根据项目约束及项目需求的不同,对所参照的模板进行适当修改,增加或删减原有模板中的某些项目工作,从而得到适合目标项目的工作分解结构。

(2)自上而下法。自上而下法是工作分解中最常用的方法之一,首先设定项目的最终交付产物或交付成果为目标,然后逐层向下进行分解归类,分解得到下一层次的子项目或子任务等,从而得到符合项目目标、可交付成果等所需要的整个项目不同层次的工作。自上而下法是按照项目结构或程序步骤、项目制造过程进行分解的,最终得到符合当前项目需求及约束的工作分解结构。

(3)自下而上法。为了从底层开始,将项目所确定的具体任务一一整合,然后归总成一个活动的整体,或者将下一级的工作分解结构归总到上一级内容中去,需采用自下而上的分解方法。该方法的创建效果良好,自下而上可以使项目的团队很好地协调与合作,但是由于逆向构建,操作烦琐,比较耗费工时。

(4)过程分解法和结构分解法。过程分解法和结构分解法常常适用于订单工程量相对较小的项目。前者通常以生产工艺或工种为导向(将相同类别的加工工艺作为一个工作包)。后者通常以项目的结构或产品功能为导向。虽然项目在构成上与订单量的大小无关,但具体到细层次的组成或零部件的数量和质量就可能产生很大差别。流水化作业的企业在生产过程中工序的转换相对频繁,并不适合采用以结构组成为导向的分解,而更适合采用按相同的生产工艺或工种进行分解。针对订单工程量较大的项目,通常选择将结构分解法与过程分解法结合起来应用,先根据项目的结构进行纵向分解,然后再针对生产过程进行横向分解。

3.1.2 装备需求论证活动分解原理

由于当前装备需求论证活动的多样性与不一致性,难以准确提出一个比较权威的装备需求论证流程,也难以基于现有的装备需求论证流程进行工作分解,但是不管装备需求论证流程如何,由于装备需求论证任务目标具有高度的一致性,所以装备需求论证任务目标的实现并不会因为论证部门的差异而有所改变,这是由装备需求论证技术标准和管理制度规定的。因此,进行装备需求论证活动分解时,可面向装备需求任务,按照完成装备需求论证任务的活动要求,开展装备需求论证活动分析,并逐步细化形成装备需求论证活动体系。

面向任务的装备需求论证活动分解的基本思路如图3-1所示。

图3-1 面向任务的装备需求论证活动分解的基本思路

(1)装备需求论证领域分析。通过对不同类型装备需求论证任务的目标、内容、要求及特征的全面分析,重点提出相对统一的装备需求论证的主要内容及其相互关系,构建装备需求论证的目标任务集,即装备需求论证必须完成的论证任务集合。

(2)面向任务的装备需求论证活动分解。通过对装备需求论证任务条目的详细分析,提出完成相应任务条目的装备需求论证活动组成,并根据装备需求论证活动的复杂程度,按照自上而下的原则,将比较复杂的装备需求论证活动逐层分解为功能比较单一、协同要求较低的基本活动,明确各项基本活动的功能、内容、方法、信息需求和约束等,并初步提出各项基本活动之间的相互关系,包括串行、并行、依赖关系等。

(3)装备需求论证活动领域分析。按照装备需求论证活动的领域特征,分析不同论证活动的领域属性,为明确不同部门的活动需求提供依据。

(4)装备需求论证活动验证。构建装备需求论证活动、领域及内容的关联矩阵,验证装备需求论证活动对装备需求论证任务的整体满足情况。

3.1.3 装备需求论证活动分解

1.分解原则

根据装备需求论证的领域特点和协同要求,装备需求论证活动分解应遵循以下原则:

(1)任务独立性原则。根据装备需求论证的任务目标与层次,确保分解生成的每项基本活动所完成的任务目标应相对独立,父活动不同的子活动之间的关系原则上只能通过父活动之间的关系导出。

(2)资源集中性原则。应根据装备需求论证资源的集合特性和分布特征,科学确定各项基本活动的资源使用需求(包括硬件资源、软件资源和知识资源等),应尽可能地确保每项基本活动所需的有形硬件资源和软件资源相对比较集中,符合当前装备需求论证参与部门的管理体制,以利于实现协同基础上的各参与部门独立作业。

(3)整体性原则。分解后的各项活动应能够百分之百地覆盖所有的论证活动,保证装备需求论证目标的实现,做到分解后的活动目标之和应等于或大于整体目标。

(4)同步性原则。应充分考虑不同领域的活动目标与特点,有机协调不同领域的活动关系,保证各项论证活动在时间轴上的同步,以提高装备需求论证的工作效率。

(5)重要性原则。应根据各项活动所能产生成果的重要程度,优先将重要度高的活动作为装备需求论证的基本活动,以满足进度控制和里程碑管理的要求。

2.分解方法

(1)论证内容分解法。按照装备需求论证任务所包含的内容进行活动分解,如装备需求论证包含装备作战概念设计、作战任务需求分析、作战能力需求分析、装备系统需求生成和需求验证与评估5个方面,装备需求论证的宏观活动就可以表示为装备作战概念设计活动、作战任务需求分析活动、作战能力需求分析活动、装备系统需求生成活动和需求验证与评估活动5类,如图3-2所示。

图3-2 论证内容分解法举例

(2)论证领域分解法。按照装备需求论证所涉及的作战、能力、装备3个基本领域,根据装备需求论证任务的内容要求,分析完成相应内容所涉及领域,进而根据领域特征分解提出装备需求论证子活动,如装备作战概念设计,既涉及联合部队、合成分队或单一兵种分队的作战运用问题,又涉及武器装备的操作使用和战术动作,在进行装备需求论证时,前者更多属于武器装备的作战域问题,后者更接近于武器装备的装备域问题,为此,装备作战概念设计活动就可以分解为装备作战运用概念设计活动与装备操作使用概念设计活动两类,如图3-3所示。

图3-3 论证领域分解法举例

(3)军兵种特征分解法。军兵种特征分解法是按照装备需求论证任务的军兵种属性,进行装备需求论证活动分解的方法。当前,我国分为陆军、空军、海军、火箭军和战略支援部队5个军兵种,不同军兵种又进一步分为作战功能相对比较单一的专业兵种,如陆军分为装甲兵、炮兵、步兵、防空兵、陆军航空兵、侦察兵等专业兵种,不同专业兵种特征与作战运用明显不同。以某装备体系需求分析,若要构建该装备体系的作战能力指标体系,则有必要采用先分解后综合的分析方法,先由各军兵种提出该装备体系的军兵种作战能力指标体系,再综合提出该装备体系的完整作战能力指标体系。此时,构建作战能力指标活动就可以按照装备体系所涉及的军兵种类型,进一步分为军兵种作战能力指标构建活动。

(4)分析手段分解法。随着装备需求论证手段的不断丰富,定性分析、定量计算、仿真实验、作战试验等多种手段成为开展装备需求论证活动的基本方法。由于这些方法中分析人员、信息资源、软硬件平台、分析方法的不同,采用不同方法的组织实施过程差异很大。为便于组织协调装备需求论证活动,在明确装备需求论证手段时,可按照分析手段进行装备需求论证活动分解。以需求验证与评估为例,可以按照分析手段分解为静态验证与评估(如指标体系法)、动态验证与评估(如仿真实验或作战试验等)两类活动,如图3-4所示。

(5)论证功能分解法。论证功能分解通常可采用自上而下的功能树法和FAST(Function Analysis System Technique)法。按照装备需求论证活动功能性要求,可包含分析功能、验证功能和评估功能。对于不同的装备需求论证任务,均应包含相关内容的分析、验证和评估3项功能。以作战任务需求论证活动为例,则应包含作战任务需求分析活动、作战任务需求验证活动与作战任务需求评估活动3类,如图3-5所示。

图3-4 分析手段分解法举例

图3-5 论证功能分解法举例

上述5种方法是装备需求论证活动分解的主要方法,应根据装备需求论证活动的具体要求选择合适的活动分解方法。

3.分解结构

装备需求论证活动具有鲜明的层次性特征。根据装备需求论证活动任务的复杂程度,可将装备需求论证活动分解为装备需求论证子活动,直到分解为论证任务与功能比较单一的基本活动为止。装备需求论证活动的分解结构及其相互关系如图3-6所示。

图3-6 装备需求论证活动的分解结构及其相互关系

由图3-6可知,装备需求论证需要多项活动组成的序列完成,每个论证活动又由多个子活动完成,每个子活动又由多个基本活动完成。需要指出的是,基本活动与上层活动之间不构成简单的树形结构关系,一个基本活动可包含在多个上层活动中。

4.活动关系表示

装备需求论证活动可表示为:ACT=(Act,Rel,Res,Time,Dep),其中,Acti(i=1, 2,…,n)表示装备需求论证的活动;Relij(i,j=1, 2,…,n)表示活动Acti与Actj的结构关系;Resi(i=1, 2,…,n)表示活动Acti所使用的资源集合;Timei(i=1, 2,…,n)表示活动Acti的工期;(i,j=1,2,…,n;m=1,2,3,4)表示活动Acti与Actj的逻辑关系,分别表示并行、串行、串行依赖与并行协同关系。

同一层次装备需求论证活动间的关系可采用关系矩阵来表示,如图3-7所示。

图3-7 装备需求论证活动关系分析矩阵

3.1.4 装备需求论证活动领域分析

1.装备需求论证领域

通常,按照完成装备需求论证任务的领域特征,装备需求论证涉及作战、能力、装备3个领域,其定义如表3-1所示。

表3-1 装备需求论证领域分析

同时,考虑到我国装备论证的“军兵种条块分割”现状,本章将装备需求论证的军兵种属性作为另外一种论证领域,不同军兵种论证领域与当前我国装备论证机构具有较高的一致性。例如,海军舰船需求论证可以以海军舰船研究所为主体开展论证;陆军火炮需求论证可以以炮兵防空兵装备技术研究所为主体开展论证。由此,可以提出如表3-2所示的装备需求论证领域体系。

表3-2 装备需求论证领域体系

续表

2.装备需求论证活动领域分析模型

装备需求论证活动领域分析采用关联矩阵法,构建装备需求论证活动与装备需求论证领域之间的关联关系。根据装备需求论证实践的需要,装备需求论证领域可以是任务域,也可以是军兵种域,还可以是融合任务域与军兵种域的领域。以任务域为例,装备需求论证活动领域分析模型如表3-3所示。图中“√”表示该项装备需求论证活动属于对应的任务域,“×”表示该项装备需求论证活动不属于对应的任务域。

表3-3 装备需求论证活动领域分析矩阵

3.1.5 装备需求论证活动验证

装备需求论证活动验证是以装备需求论证任务及其细分条目为依据,研究分解获得的装备需求论证活动集是否能够满足装备需求论证任务的要求。当任意一项装备需求论证任务都可以从装备需求论证活动集中选择一组活动来完成论证研究时,则说明该活动集能够满足该项装备需求论证任务的活动需求。为有效分析装备需求论证活动是否满足装备需求论证任务的活动需求,采用关联矩阵方法进行分析。表3-4所示为由装备需求论证活动、任务与领域所构成的三元关联矩阵。

表3-4 装备需求论证活动、任务与领域所构成的三元关联矩阵

表中,Taski(i=1, 2,…,m)表示第i项装备需求论证任务;Actj(j=1, 2,…,n)表示第j项装备需求论证活动;Fieldij(i=1, 2,…,m;j=1, 2,…,n)表示完成第i项装备需求论证任务的第j项装备需求论证活动所属的领域。由于每项装备需求论证任务的完成仅需要有限数目的装备需求论证活动,因此,并非每项装备需求论证任务都要对应n项论证活动。当某项论证活动不是完成相应任务的所需活动时,在矩阵中应将对应的单元格赋值为0。

当某项装备需求论证任务所需要的装备需求论证活动恰好为矩阵中关联的论证活动时,说明支撑该项论证任务的作战活动分解合理;当某项装备需求论证任务所需要的装备需求论证活动数量多于矩阵中关联的论证活动时,说明根据当前任务进行论证活动分解时,丢失了部分任务;当某项装备需求论证任务所需要的装备需求论证活动数量少于矩阵中关联的论证活动时,说明装备需求论证活动分解不够合理,部分活动出现了重复或二义性,需要重新进行调整。