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对《工业软件:无尽的边疆》的一些看法

www.cechina.cn2021.03.04阅读 262

  【编者按】《工业软件 无尽的边疆:写在十四五专项之前》一文,引起了广泛的讨论和关注。其中一位资深的MBSE从业者,给出了自己对文章的看法。抱着“争鸣、共识、发展”的想法,完整文章刊载如下。本文不代表《知识自动化》的立场。
  林总,新年好!
  非常感谢和钦佩您为中国工业软件发展的殚精竭虑和拳拳之心。您在《工业软件 无尽的边疆:写在十四五专项之前》(下文均称为《边疆》文后回复我的留言时提到“欢迎给出角度来”。虽然去年四月我在群里零星提过,但还是借此机会把我的想法系统梳理一下。
  首先,我非常理解您说的,“希望用一张图,概括无边的事儿”,但有时这真是mission impossible。我想先举两个例子。
  我的第一份工作是航空发动机结构设计,工作中接触到的最复杂的(也是整台发动机结构最复杂的)一个零件是个半环件,直径半米多,长度半米多,有一千多个尺寸,需要四张零号图纸。当时的工作是和师傅一起把四张绘图板上的零号图转成二维CAD绘图。后来,软件功能升级,这个最复杂的零件也有了线框的假三维效果。而真正实现用一张“图”描述(准确表达并被所有利益相关方准确理解)这个最复杂的零件,还得靠目前的最新技术和软件(即MBD基于模型定义技术。注:MBD和MBSE不是一回事,或完全是两回事)实现真三维表达。
  我想表达的观点是:只有复杂才能应对复杂,只有基于系统思维和系统工程的复杂(手段),才能应对这个日益纷繁复杂的世界(问题)。在经历了活久未见的2020后,我相信大家对这一点更深有体会。
  第二个例子是我去年写的关于Resilience(弹复性)译法的文章,为了应对这个日益复杂不确定的世界,从专业工程到系统工程、从军方到民用,从技术、工程到社会,几乎所有领域和行业共同发明和演绎出了Resilience(弹复性)这一更高层次、更抽象的概念和需求指标以及ResilienceEngineering(弹复性工程)这一新的学科。这也是个以复杂应对复杂的例子。
  下面回到工业软件,我理解www.cechina.cn,您是把所有重要的、技术难度大的、已经或有可能被卡脖子的、进而需要科技部工信部等产业政策制定部门重点关注的工业软件都放在那张圆盘全景图(《边疆》图1)中。这样做确实一目了然,但也带来一定问题,最大的问题是挂一漏万。挂一漏万有两层含义:一是现有存量的遗漏。例如,工业管理学下您只列举了工厂管理,那研发管理是否也应和工厂管理并列?MBSE下的需求管理和制造下的质量管理(研发也有质量管理)是否也应归到工业管理学的大门类下?我理解您要弱化ERP/SCM/CRM等管理软件的考虑,但PDM/SDM/TDM等研发数据管理软件的重要性和难度,我觉得不应忽视。这就引出了挂一漏万的第二层含义,即对工业软件未来发展机会的遗漏。作为为国家相关部门制定产业政策提供决策支持的这张全景图,除了梳理现状,还应起到指引未来的作用,至少要提供识别新机会、新软件门类的方法框架。如果这样要求,这张按树形分类展开的一维或一点五维圆盘图就显得不够用了。于是,我们应该回归用复杂应对复杂的多维框架。
  实际上,您的圆盘全景图(《边疆》图1)中已经多多少少提到了五个维度。1.技术和管理的划分是这张图的主维度2.系统生存周期或生命周期的维度放在了工业物理学下3.行业维度坍缩在嵌入式软件和《边疆》图2面向领域的CAD软件下4.系统工程技术过程(在系统工程领域称为实体V模型)坍缩在MBSE下5.MBSE展开里还隐含了空间尺度上的系统层次维度(即《边疆》图3的V模型,它非常类似于系统工程领域的架构V模型)。架构V和实体V是完全正交的两个维度,放在一起组成了系统工程技术过程的双V模型(下图)。您回复我的留言时提到“这是沿着V型山坡找软件哈”,但这里有两个相互垂直正交V控制工程网版权所有,需要都照顾到,但不能互相混淆。

  图1  实体V和架构V构成的双V模型在系统层次上的递归应用

  如果有一种类似于航空发动机复杂零件MBD真三维表达的可视化手段把这五个维度都支楞起来,这张“图”会更加丰富立体、一目了然。接下来的问题是,这五个维度如何组织?够不够用?我们都需要哪些维度来描述问题现状和未来的解决方案,并支持从问题空间到解决方案空间的转换?例如,还有专家在留言中提到了学科(力热声光电)、产品生命期(研产供销运服)、质量管理五要素(人机料法环)、行业、空间尺度(微观宏观)等五个维度。您回复说:“很有启发的角度。世界清晰了”。很明显,这位老师提到的五个维度中有三个已经出现在您的全景图中,另外两个维度(质量管理五要素和空间尺度)和全景图中出现的五个维度是什么关系?是完全独立、相互正交的全新维度吗?
  如何选取、组织、管理并使用这些维度www.cechina.cn,这就首先需要考虑受众的要求了。例如,科技部和工信部的产业政策侧重点肯定不一样。这次是科技部的工业软件专项,这个专项的出发点和切入点会首先选取哪个维度?去年四月群里在讨论工业软件技术图谱时,我曾建议采用钱学森的知识体系三维框架(主维度是框架维(暂时起名):基础科学-技术科学-工程技术-社会实践;另外两个维度是关系维(用质-量关系区分数学科学和系统科学)以及专业元素维(钱老提出的除数学和系统之外的其他科学门类))。我觉得,钱老的知识体系三维框架(下图)可以用于描述和管理面向科技部工业软件专项的工业软件分类。

  图2  钱老的知识体系三维框架

  而科技部工业软件专项的成果可以用技术研发和产品研发的集成管理框架(下图)来表达和管理。

  图3  技术研发和产品研发的集成管理框架

  而科技部工业软件专项的技术研发方向规划和论证的做事逻辑过程框架可以参照系统工程技术过程中的业务使命分析及解决方案开发过程(下图)。

  图4  业务使命分析及解决方案开发过程

  您在《边疆》文末总结的工业软件的三个特性、四大顽疾,是非常好的问题分析,但按照上图基于系统工程的业务使命分析及解决方案开发过程,您给出的结论“无论发生什么,都从工具开始追”,则显得有些单一。这个结论是否适用于所有行业、所有领域?是否所有平台软件都不值得工业界、软件厂商和产业政策制定部门关注?
  上面三张图都来自参考文献《当正向设计“遇见”增材制造》,安世亚太用这套方法和流程开发了“基于正向设计和增材制造的高端研发与先进制造整体解决方案”。也就是说,中国工业软件的现状分析到产业政策制定和一家公司的某项业务解决方案的开发过程本质上是相通的,都是从问题空间到解决方案空间的问题求解过程,在这一过程中,无论人们认识世界和改造世界面临怎样的复杂性,其中都蕴含着更加一般和抽象的“简单”道理。安世亚太将这个“简单”道理抽象出两个三维框架:一是按时间、空间和目的-手段关系构建的(三维)分类框架(下图),用于认识世界;另一个是按系统维-逻辑维-认知维构建的三维行动框架(下下图),用于改造世界。分类框架为三维行动框架定制了问题场景和时空尺度,三维行动框架在系统工程理论方法和流程的指导下保证做正确的事和正确地做事。

  图5  按时间、空间和目的-手段关系构建的(三维)分类框架

  图6  安世亚太精益研发模型——系统工程三维行动框架实例

  再回到面向工业软件专项的几张图。钱老的知识体系三维框架放到系统工程三维行动框架(上图)里,会坍缩成认知维上知识层内的人类知识体系。而工业软件技术图谱中各项技术从无到有,填满技术研发和产品研发集成管理框架的成熟过程就是系统工程三维行动框架系统维上技术研发和产品研发的实例化过程。业务使命分析及解决方案开发过程、以及圆盘全景图(《边疆》图1)中MBSE展开用到的实体V模型(非《边疆》图3),就是三维行动框架逻辑维上的系统工程技术过程。逻辑维是掰直了的实体V模型,实体V模型是掰弯了的一点五维的系统工程技术过程。它不但适用于描述产品研发中系统工程过程,而且适用于描述一切问题求解过程。例如,我们正在讨论的工业软件分类和业务需求分析;再例如,安世亚太/亿维讯基于TRIZ的计算机辅助创新(CAI)软件覆盖了实体V模型或逻辑维至少一半长度。而圆盘全景图主维度中的工业管理学,在系统工程三维行动框架(MBSE新范式的系统工程三维空间)得到充分施展,被分到了认知维和系统维。
  原文章留言处有人问到PLM,您认为PLM的概念已经泛化、不易找准。PLM是成熟产业,国内外都有咨询公司专门研究;而MBSE也有明确的内涵和外延。我倾向于把圆盘全景图中的MBSE改为PLM或产品设计(与工厂设计对应,如果嫌PLM中的M属于工业管理学的话)。另外,修正您文中一处小bug,谈到需求管理软件时您提到,“如果是简单的产品开发,不妨用微软Visio也可以胜任”。我估计是您笔误,Visio只能画图,做不了需求管理;在很多不太复杂的管理领域,万能的软件是微软的Excel。
  最后做个总结。核心思想就是,面对复杂,既需要勇气,也需要方法。只有基于系统思维和系统工程的复杂(手段),才能应对这个日益纷繁复杂的世界(问题)。就像为了吃苹果,有各种各样的切法。我们需要针对客户需求www.cechina.cn,给出最合适的切苹果的方法;我们同样需要给出产生和管理这些切法和结果的方法流程和框架。

  这套基于系统思维和系统工程的方法流程和框架,不应只是个别工业软件厂商和工业界用户掌握,行业智库和咨询公司也要掌握,而且还得通过智库和咨询公司说服、教育相关政府部门也要掌握,让整个工业软件生态圈都能站在高水平对话,推动工业软件产业发展。在这一点上国内相关部门要向美国国防部学习www.cechina.cn,DoD有专门的系统工程部门,既帮助DoD主导装备研制,更作为核心力量之一为整个工业界提供系统工程理论和实践。
  最后,祝您牛年大吉!祝工业软件产业蒸蒸日上!
  此致
  敬礼
  安世亚太 段海波
  2021年2月20日
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