標準體系設計方法對比與分析

李國強 湛希 郭凱 徐啟

（1北京跟蹤與通信技術研究所，北京，100094；2中國航空綜合技術研究所，北京，100028）

文 摘：秉承系統工程理念，遵循標準化基本規律與原理，對系統工程六維模型、工作分解結構 (WBS)、平行分解法等傳統標準體系設計方法以及標準化系統工程六維模型、美國國防部體系結構框架 （DoDAF）等新興設計方法的內涵與特點作了介紹，從適用對象、適用時機等方面進行分析，提出應用建議。

以系統觀為指導，以人造實體系統或標準化領域為對象，研究、籌劃、設計和建立由若干相互聯系、相互作用、相互協調與配合的標準組成的標準體系，或用來科學地制定或管理標準，或用來支撐、引導或幫助相應人造實體系統的需求者、研發者和生產者解決相應人造實體系統在其全壽命過程中的系統性問題，是標準化的一項十分重要的任務[1-2]。

伴隨著系統工程理論和標準化 （學）研究與實踐的持續深化，信息技術的突飛猛進及其在體系設計中的廣泛應用，標準體系設計與構建方法在原有基礎上取得了與時俱進的發展，新理念、新方法不斷涌現并在實踐中得到檢驗與完善。

1 標準體系設計方法

標準體系是標準化的基礎、先導和藍圖。標準化作為一種復雜的系統工程，其體系設計一般也借鑒系統工程六維模型、工作分解結構、平行分解法、屬種分類法/過程劃分法、分類法等系統工程理論方法。此外，隨著以DoDAF（美國國防部體系結構框架）為代表的體系結構設計方法在信息化領域深入應用，其在標準化領域也被逐步引入。

1.1 標準化系統工程六維模型

標準化系統工程是指：在特定的社會活動和技術過程中，運用系統科學和標準化學的理論、規律和方法，系統規劃、設計、組織、實施、管理和控制標準化活動，以保證標準化對象獲得最佳的社會和經濟效益的一門組織管理技術[3]。作為系統工程的一個典型分支，標準化系統工程既具有整體性、綜合性、有效性、動態性和社會性等系統工程的普遍特征，還具有強制性、依存性等特有屬性。

系統工程普適的方法論空間——由邏輯維、時間維、知識維構成的霍爾三維結構[4]，盡管同樣適用于標準化系統工程，但是尚不能完全描述標準化活動的所有屬性特征。因此，文獻[5]提出了如圖1所示的標準化系統工程六維模型，在霍爾三維結構的基礎上，將其知識維擴展為包涵知識、人才、資金、物資等元素的條件維，并增加其他三重反映標準化活動特有屬性的維度，即反映標準等級 （如國際標準、區域標準、國家標準、行業標準等）的級別維、反映標準化對象類型 （如基礎標準、方法標準、工作標準、產品標準等）的對象維、反映標準自身性質 （如技術標準、經濟標準、管理標準等）的性質維。對于某一標準化對象，從確定目標直到標準系統壽命終止的整個標準化系統工程中所有的分析論證和組織管理工作，都可以運用標準化系統工程六維模型全面地處理和解決。

圖1 標準化系統工程六維模型

標準化系統工程六維模型用于指導標準體系設計時，需要根據實際情況對六個維度及其具體內容進行調整。

1.2 工作分解結構 （WBS）

工作分解結構 （WBS， work breakdown structure）是一種把系統或產品逐層逐級分解為任務項目或分系統，以描述任務項目或分系統與系統目標之間從屬關系的組織圖表。任何復雜系統都可以通過這種方法從最高層級到最低層級分解表示為圖形式的結構。

作為技術和管理活動的構架，工作分解結構為所有的項目參與者提供溝通渠道，并使各項工作能在明確定義的基礎上進行。故確定工作分解結構經常是研制大型復雜系統開始時的首要步驟。對于有成熟經驗的系統，國外都會通過標準文件形式將工作分解結構的最高幾個層次的項目內容規定下來。例如，MIL-STD-881C《國防裝備項目工作分解結構》，對飛行系統、導彈系統、武器系統、艦船系統、軟件系統、空間系統、地面車輛系統等7類國防裝備的簡要工作分解結構的前三個層次進行了規定。國內航空、航天、艦船、武器等領域也制定了相應的標準來規定直升機、衛星、艦船、導彈等的簡要工作分解結構[6-9]。

在設計上述7類系統范圍內裝備的標準體系時，可以根據裝備的具體情況，對GJB 2116A—2015《武器裝備研制項目工作分解結構》或MIL-STD-881C規定的工作分解結構進行剪裁，形成所設計標準體系依存主體的工作分解結構。

1.3 平行分解法

標準體系與相應人造實體系統 （標準化對象）在結構上有著非常密切的關系。對依存人造實體系統的層次結構進行平行分解，由依存主體層層分解出來的各種硬件、軟件和其他工作任務作為具體標準化對象，以此為依據提出所需技術標準、管理標準等，從而發展成整個標準體系，這就是平行分解法的基本內涵。充分利用這種方法，可以使標準體系設計從一開始即納入軌道，與依存主體密切配合，共同發展，收到事半功倍之效。

例如，典型的空間系統層次體系 （如圖2所示），該系統的基本部分是飛行器分系統和地面分系統，圖中只顯示3個層次，到功能子系統為止。其相應的標準體系按照平行分解法可得到圖3的規范樹。對比圖2和圖3可知，功能子系統的標準和功能子系統的硬件是一一對應的。

圖2 某空間系統層次體系示例

圖3 某空間系統規范樹

通過平行分解法如此一層層地分解下去，得到各個系統的規范樹，最終就確定了整個大系統所要求的整個標準體系，其中包括了硬件和軟件。

1.4 屬種劃分法/過程劃分法

屬種劃分法/過程劃分法是根據其依存人造實體系統的特點和規律，建立概念體系結構或過程體系結構，確定目標樹或目的樹。例如，可靠性、維修性等專業工程可以根據管理、設計、試驗與評價的需要確立若干工作項目，每個工作項目之下又有若干小項目，依此類推形成各自的體系結構。如果這些項目需要制定標準文件，則這些標準相應地形成一定的層次體系結構。

這種方法通常適用于軍事專業工程標準體系的設計。如文獻[10]中基于可靠性工程的關鍵環節，劃分了裝備壽命周期內開展可靠性工程的工作項目群，包括可靠性及其工作項目要求的確定、可靠性管理等5個工作項目群，再對每個項目群里面的具體工作項目進行劃分，如可靠性試驗與評價項目群中包括環境應力篩選、可靠性研制試驗、可靠性增長試驗、可靠性鑒定試驗、可靠性驗收試驗、可靠性分析評價等6個工作項目。據此，可靠性工程標準體系就可以按照工作項目的體系結構進行設計。

1.5 分類法

分類是一種認識事物的方法，即以事物的性質、特點、用途等作為區分的標準，將符合同一標準的事物聚類，將不符合同一標準的分開。作為分類的依據和工具，分類法是指將類或組按照相互間的關系，依據一定的原則組成系統化的結構，并體現為不同類目組成的反映該原則與關系的體系表。

針對標準這樣龐大而結構繁雜的系統，由于種類繁多，可以根據目的的不同，從不同的角度進行分類。主要的標準分類法包括：①按標準級別劃分的級別分類法；②按標準自身屬性劃分的性質分類法；③按標準化對象劃分的對象分類法。

具體到每一項標準，都具有自身的級別特征、性質特征和對象特征，因此這三種分類法又是相互交叉、互為補充的。例如一個產品標準，它的級別特征可能是行業級，它的性質特征是技術，它的對象特征是產品，則這個產品標準是一個行業級的產品技術標準。

1.6 美國國防部體系結構框架 （DoDAF）

DoDAF[11]是一部指導美國國防領域內各系統體系結構開發的頂層、全面、通用的規范性文件。它對在美國國防領域內描述各系統體系結構的關鍵概念、重要術語和定義進行了統一，明確了體系結構設計的指導原則和程序，給出了體系結構開發的基本方法和模型，提供了支撐關鍵過程決策的體系結構數據和信息。

DoDAF 1．0版本主要從作戰應用、系統實現和技術標準等三個視角進行分析，開始了 “以數據為中心”的系統體系結構設計。1．5版本充分吸納網絡中心戰的先進技術成果，引入了面向服務的體系結構概念，增加了服務視圖。2．0版本以后，DoDAF結構框架真正實現了從以模型為中心到以數據為中心的轉變，能夠針對不同對象、不同領域提供相應的決策數據。

當前的2．02版定義給出了一種普適于體系結構開發的 “六步法”。該方法以體系結構數據為中心，著重強調數據內部和數據之間的關系。基于 “六步法”的體系結構開發方法適用于SOA（面向服務架構）體系結構開發，強調以數據為中心，即將關注點放在數據上、數據內部以及數據之間的關系上。

2 標準體系設計方法內涵與適用范圍

文獻[12-13]從原理內涵、適用對象、優勢與不足等方面對上述方法進行了對比分析，見表1。

表1 主要標準體系設計方法對比

從表1可知，上述幾種設計方法的適用對象、優勢與不足各有差異：①從適用對象來看，標準化系統工程六維模型適用于標準級別和類別的確定，DoDAF適用于復雜標準化對象的結構化描述（如標準化對象技術體系的設計），兩者均不直接用于標準體系結構設計；②工作分解結構、平行分解法、屬種劃分法/過程劃分法、分類法則均可直接用于標準體系結構設計，其中，工作分解結構、平行分解法適用于層次結構較清晰、功能組成明確的復雜對象開展標準體系設計；③屬種劃分法/過程劃分法適用于專業技術領域的標準體系設計；④分類法適用于分類規則明確的簡單產品。

通過以上分析可總結出各種方法的適用時機：①DoDAF本質上是從復雜環境中提取出關鍵數據信息，并保持數據之間的統一性、關聯性和一致性，最終將這些信息以易于理解的方式展示給決策者和執行者，實現對標準化對象的全方位分析，可作為復雜對象標準體系設計的先導步驟；②工作分解結構、平行分解法可結合用于標準體系結構的頂層設計；③工作分解結構、平行分解法、屬種劃分法/過程劃分法、分類法可相結合用于體系結構詳細設計；④標準化系統工程六維模型則用于體系結構確定之后的標準項目設計。

3 標準體系設計方法應用分析

分析國際國外航天領域相關標準體系建設情況，國際標準化組織 （ISO）標準體系采用國際標準分類法 （ICS）劃分，國際電信聯盟 （ITU）標準體系采用字母分類法劃分，美國軍用標準（MIL）標準體系采用聯邦分類法 （FSC）與字母分類法相結合劃分，美國國家航空航天局（NASA）標準體系采用數字分類法劃分，這些體系均采用分類法作為基本的設計方法。

國際電工委員會 （IEC）標準體系、空間數據系統咨詢委員會 （CCSDS）標準體系、聯合技術體系結構 （JTA）標準體系、歐洲空間標準化合作組織 （ECSS）標準體系、美國航空與航天學會（AIAA）標準體系、美國機動工程師協會 （SAE）標準體系等均采用工作分解結構對組織機構的業務領域進行劃分，再構建相應標準體系的設計方法。

采用在標準化政策方向指導下 “自下而上”模式建設的標準體系 （如MIL），大多采用了分類法開展體系結構設計，這些體系大多規模龐大，對系統性要求不高。采用在體系系統規劃下“自上而下”模式建設的標準體系，大多采用了工作分解結構開展體系結構設計，這些體系大多技術基礎和標準化基礎較好，對系統性要求較高（如 ECSS、 JTA）。

我國國家標準、國家軍用標準、航天等行業標準體系建設中，通常使用工作分解結構、平行分解法、屬種劃分法/過程劃分法和分類法等各種傳統設計方法相結合的方式。這些傳統的標準體系結構設計方法在我國各級標準體系建設過程中發揮了重要作用，但各自都有不同的優勢和不足，在實際工作中，這些方法通常需要配合使用。

標準體系的設計與構建應緊密結合其依存的人造實體系統或標準化對象的特點，綜合使用上述方法，以揚長避短，充分激發這些方法的優勢，保證設計的科學有序。