第五章

智能制造系統(tǒng)架構(gòu)與集成目錄01章節(jié)簡介02智能制造系統(tǒng)架構(gòu)與集成的價(jià)值03系統(tǒng)架構(gòu)與集成理論方法05智能制造參考架構(gòu)04基于模型的系統(tǒng)架構(gòu)與集成技術(shù)章節(jié)簡介01章節(jié)簡介系統(tǒng)架構(gòu)與集成是系統(tǒng)工程學(xué)科的一個(gè)重要主題，其理念來源于建筑設(shè)計(jì)，架構(gòu)通過從不同視角對建筑進(jìn)行描述，實(shí)現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)、造型、功能等多方面的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。至今，架構(gòu)與集成的理念方法已經(jīng)應(yīng)用于人類工程活動的眾多領(lǐng)域——高端復(fù)雜裝備研制、組織業(yè)務(wù)流程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等等，成為工業(yè)4.0時(shí)代的重要概念與方法。對于復(fù)雜工程問題，簡單、直觀、單一的工具和方法往往無法勝任。究其原因，因其通常過早的陷入狹窄的問題細(xì)節(jié)或問題的某一方面，而不可避免的喪失了對整個(gè)系統(tǒng)保持一個(gè)全面的視野和理解，進(jìn)而造成子問題方案間存在沖突和無法有效還原（集成）為原問題。本章的目標(biāo)是闡述高端復(fù)雜裝備智能制造中面臨的系統(tǒng)架構(gòu)與集成挑戰(zhàn)，介紹系統(tǒng)架構(gòu)與集成的理論方法和最新技術(shù)，探討系統(tǒng)架構(gòu)與集成在高端復(fù)雜裝備智能制造全生命周期中的應(yīng)用。4主要內(nèi)容提綱系統(tǒng)架構(gòu)與集成是系統(tǒng)工程的主要任務(wù)。正規(guī)的系統(tǒng)架構(gòu)建模與集成技術(shù)是基于模型的系統(tǒng)工程的重要使能技術(shù)。當(dāng)前，以架構(gòu)為中心已經(jīng)成為基于模型的系統(tǒng)工程方法論的發(fā)展趨勢，為框定復(fù)雜系統(tǒng)問題、銜接問題域與方案域提供了重要理論基礎(chǔ)和方法技術(shù)支撐。本章首先啟發(fā)大家思考與聯(lián)想智能制造中系統(tǒng)架構(gòu)與集成的直觀背景，闡述基于模型的系統(tǒng)架構(gòu)與集成的價(jià)值（Why）。接著從架構(gòu)方法發(fā)展歷程講起，重點(diǎn)幫助大家理解架構(gòu)方法在建筑、軟件、產(chǎn)品系統(tǒng)、復(fù)雜組織體等各類型對象中，在工業(yè)自動化、軍事國防、商業(yè)企業(yè)等不同領(lǐng)域的共同基本原理。關(guān)于架構(gòu)方法的介紹按照“架構(gòu)開發(fā)（描述）—架構(gòu)決策—架構(gòu)集成與驗(yàn)證確認(rèn)”的邏輯展開，嘗試較為全面的回答架構(gòu)方法是什么（What）。最后介紹了系統(tǒng)架構(gòu)與集成的主要技術(shù)，圍繞架構(gòu)建模、基于模型的系統(tǒng)集成、驗(yàn)證和確認(rèn)以及在此基礎(chǔ)上的基于模型的系統(tǒng)工程閉環(huán)愿景等主題展開，回答建模與仿真技術(shù)在如何使能系統(tǒng)架構(gòu)與集成（How）。最后一節(jié)綜述了智能制造領(lǐng)域的典型參考架構(gòu)，幫助大家完成由原理方法到實(shí)踐的視角轉(zhuǎn)換。5智能制造系統(tǒng)架構(gòu)與集成的價(jià)值02智能制造系統(tǒng)架構(gòu)與集成的價(jià)值智能制造系統(tǒng)的組成要素：多樣化的組成要素和嵌套層級關(guān)系體現(xiàn)出高端復(fù)雜裝備的一般組成特征。智能制造系統(tǒng)。智能制造系統(tǒng)架構(gòu)與集成的目標(biāo)之一就是建立智能制造系統(tǒng)的全景圖，實(shí)現(xiàn)不同類型要素的融合與不同層級間的協(xié)調(diào)一致。7軍用飛機(jī)主要子系統(tǒng)及其特征飛機(jī)子系統(tǒng)功能交互示例智能制造系統(tǒng)架構(gòu)與集成的價(jià)值智能制造系統(tǒng)的組成要素：多樣化的組成要素和嵌套層級關(guān)系體現(xiàn)出高端復(fù)雜裝備的一般組成特征。智能制造系統(tǒng)。智能制造系統(tǒng)架構(gòu)與集成的目標(biāo)之一就是建立智能制造系統(tǒng)的全景圖，實(shí)現(xiàn)不同類型要素的融合與不同層級間的協(xié)調(diào)一致。8制造系統(tǒng)架構(gòu)組成產(chǎn)品：飛機(jī)作為總裝工廠的生產(chǎn)對象無疑是當(dāng)今世界最為復(fù)雜的高端裝備之一，集機(jī)、電、軟、網(wǎng)于一體；流程：在飛機(jī)總裝工廠中，流程具體包括產(chǎn)品工藝流程、生產(chǎn)流程和業(yè)務(wù)流程三個(gè)方面。人員：作為裝配作業(yè)的典型，飛機(jī)總裝工廠仍是人員密集型生產(chǎn)的代表。工廠內(nèi)人員包括裝配作業(yè)人員、生產(chǎn)輔助人員以及生產(chǎn)管控人員；信息：信息是當(dāng)今生產(chǎn)系統(tǒng)不可忽視的重要因素，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、傳輸、生產(chǎn)指令下達(dá)等等方面均涉及多類異構(gòu)信息的融合與利用；技術(shù)：現(xiàn)代飛機(jī)總裝工廠同樣是先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的匯聚地，自動導(dǎo)引物流系統(tǒng)、機(jī)器人輔助系統(tǒng)、AR\VR、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)準(zhǔn)備、運(yùn)維等環(huán)節(jié)；設(shè)施：除了一般性的廠房設(shè)施外，飛機(jī)總裝工廠還擁有作業(yè)臺架、工裝工具等大量生產(chǎn)設(shè)施。由于飛機(jī)尺寸等客觀因素，飛機(jī)總裝工廠設(shè)施成為生產(chǎn)系統(tǒng)物理空間設(shè)計(jì)的重要方面；服務(wù)：作為飛機(jī)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的最后節(jié)點(diǎn)，飛機(jī)總裝涉及眾多相關(guān)方提供的服務(wù)，例如子系統(tǒng)供應(yīng)、外部物料配送等，這些都會對飛機(jī)總裝生產(chǎn)效率產(chǎn)生重要影響智能制造系統(tǒng)架構(gòu)與集成的價(jià)值智能制造系統(tǒng)層級結(jié)構(gòu)和生命周期：除了組成要素種類的多樣之外，智能制造系統(tǒng)還具有顯著的結(jié)構(gòu)分層特征和全生命周期動態(tài)演進(jìn)的重要特征。9《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2021年版）》從系統(tǒng)層級角度將智能制造劃分為包括設(shè)備、單元、車間、企業(yè)、協(xié)同等在內(nèi)的多個(gè)層級；從生命周期角度將智能制造的全生命周期劃分為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)在內(nèi)的多個(gè)階段。基于模型的系統(tǒng)架構(gòu)與集成系統(tǒng)工程中的系統(tǒng)架構(gòu)與集成：近年來，系統(tǒng)架構(gòu)與集成在系統(tǒng)工程學(xué)科中的重要性日益凸顯，系統(tǒng)架構(gòu)與集成已經(jīng)成為系統(tǒng)工程師最主要的任務(wù)之一，有時(shí)系統(tǒng)工程師與系統(tǒng)架構(gòu)師甚至是同義詞。在系統(tǒng)工程中，架構(gòu)和設(shè)計(jì)活動是基于不同且互補(bǔ)的觀念，系統(tǒng)架構(gòu)是更加抽象的、面向概念化的、全局的，聚焦于達(dá)成任務(wù)的運(yùn)行概念和系統(tǒng)及系統(tǒng)元素的高層級結(jié)構(gòu)。有效的系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)盡可能獨(dú)立于設(shè)計(jì)，以使在設(shè)計(jì)權(quán)衡空間中有最大的靈活性，它要聚焦于“做什么”，而不是“如何做”（屬于設(shè)計(jì)流程的工作）。系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計(jì)活動應(yīng)能夠基于彼此相互相互協(xié)調(diào)且邏輯一致的原則、概念和特性來創(chuàng)造一個(gè)全面的解決方案。系統(tǒng)集成的目的是將組成系統(tǒng)的系統(tǒng)元素（硬件、軟件和運(yùn)行資源）組合起來，并驗(yàn)證系統(tǒng)元素之間的靜態(tài)和動態(tài)接口以及交互的正確性。10基于模型的系統(tǒng)架構(gòu)與集成基于模型的價(jià)值：實(shí)際工程中的系統(tǒng)架構(gòu)往往需要架構(gòu)師與架構(gòu)利益攸關(guān)方密切合作來實(shí)現(xiàn)。為確保架構(gòu)利益攸關(guān)方對系統(tǒng)所展示的架構(gòu)有一致的理解，必須通過適當(dāng)?shù)募軜?gòu)視圖將架構(gòu)描述傳達(dá)給不同的利益攸關(guān)方?；谀Ｐ偷南到y(tǒng)架構(gòu)定義可以創(chuàng)建一整套系統(tǒng)架構(gòu)模型，并從中生成面向不同利益攸關(guān)方的視圖模型。系統(tǒng)架構(gòu)模型可確保不同視圖間信息的一致性表達(dá)和變更，因此系統(tǒng)架構(gòu)模型也是系統(tǒng)數(shù)字權(quán)威真相源的核心部分。另一方面，在架構(gòu)與集成中使用的建模與仿真技術(shù)、原型技術(shù)可大幅度地降低系統(tǒng)物理實(shí)現(xiàn)后的系統(tǒng)集成失敗的風(fēng)險(xiǎn)?；谀Ｐ偷氖侄问腔谀Ｐ偷南到y(tǒng)工程中系統(tǒng)集成、驗(yàn)證與確認(rèn)的關(guān)鍵使能要素。架構(gòu)模型和虛擬原型可以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)不斷演進(jìn)的同時(shí)盡早地開始設(shè)計(jì)驗(yàn)證與確認(rèn)，來自虛擬集成與測試活動的數(shù)據(jù)將用于完善和確認(rèn)設(shè)計(jì)建模的結(jié)果。11系統(tǒng)架構(gòu)與集成理論方法03架構(gòu)方法的發(fā)展架構(gòu)方法最初產(chǎn)生于建筑領(lǐng)域，而后引入到計(jì)算機(jī)、軟件等領(lǐng)域。從Zachman框架出現(xiàn)開始，架構(gòu)方法逐漸被應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)和復(fù)雜組織體的工程問題。13架構(gòu)方法的發(fā)展建筑領(lǐng)域作為架構(gòu)概念最早出現(xiàn)的領(lǐng)域，其架構(gòu)術(shù)語（例如利益攸關(guān)方、視角、視圖等）一直沿用至今并擴(kuò)展到計(jì)算機(jī)、軟件、系統(tǒng)工程等不同領(lǐng)域。14架構(gòu)方法的發(fā)展對物理實(shí)體的架構(gòu)描述，并不是完全抽象的概念模型。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)的主要作用是平衡計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能、效率、成本和可靠性。例如指令集架構(gòu)（InstructionSetArchitecture，ISA）充當(dāng)了計(jì)算機(jī)軟件和硬件之間的橋梁，輔助程序員對計(jì)算機(jī)進(jìn)行理解和編碼。15ISA架構(gòu)架構(gòu)方法的發(fā)展現(xiàn)代系統(tǒng)架構(gòu)理念是伴隨著信息系統(tǒng)在企業(yè)的普遍應(yīng)用而出現(xiàn)。Zachman框架最初被作為信息系統(tǒng)架構(gòu)框架，現(xiàn)在Zachman框架更多的被看作是一個(gè)通用的復(fù)雜組織體本體概念描述，表達(dá)了復(fù)雜組織體架構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)與內(nèi)容，提供了一種結(jié)構(gòu)化的方式來認(rèn)識和定義復(fù)雜組織體。16縱向維度采用5W1H（What、Where、Who、When、Why、How）進(jìn)行組織，表達(dá)對幾乎任意對象的特征的“抽象（Abstraction）”，每一列代表對對象特征的一個(gè)抽象，幫助生成正式、明確的描述；橫向維度被描述稱為“觀點(diǎn)（Perspective）”，每一個(gè)觀點(diǎn)代表一類利益攸關(guān)方對對象的思考方式。Zachman框架的行從上至下分別代表規(guī)劃者（Planners）、所有者（Executives）、設(shè)計(jì)師（Designers）、工程師（Engineers）、實(shí)施者（Implementers）、使用者（Users）這六類利益攸關(guān)方的觀點(diǎn)。架構(gòu)方法的發(fā)展正如Zachman框架所強(qiáng)調(diào)：“Zachman框架是一種描述復(fù)雜組織體（Enterprise）的本體，而不是關(guān)于對象最終實(shí)現(xiàn)（實(shí)例化）的方法，或者說Zachman框架是關(guān)于結(jié)構(gòu)的，而不是方法”。在Zachman框架的指引下，架構(gòu)方法在國防、工業(yè)、政府等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。因此，架構(gòu)開發(fā)與決策的通用方法對于在具體問題場景中應(yīng)用各類參考架構(gòu)至關(guān)重要。17架構(gòu)方法的發(fā)展工業(yè)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)集成制造（Computer-IntegratedManufacturing，CIM）或企業(yè)集成（EnterpriseIntegration，EI）趨勢穩(wěn)步發(fā)展推動了“通用企業(yè)參考架構(gòu)和方法（GeneralisedEnterpriseReferenceArchitectureandMethodology，GERAM）”的發(fā)展。18GERAM框架組成部分及關(guān)系架構(gòu)方法的發(fā)展企業(yè)信息系統(tǒng)領(lǐng)域繼承Zachman架構(gòu)框架的思想，TOGAF（TheOpenGroupArchitectureFramework）起源于美國國防部的信息管理技術(shù)架構(gòu)框架（TAFIM），是企業(yè)信息系統(tǒng)架構(gòu)的代表。19架構(gòu)方法的發(fā)展政府領(lǐng)域FEAF（FederalEnterpriseArchitectureFramework）是美國聯(lián)邦政府制定的聯(lián)邦復(fù)雜組織體系架構(gòu)框架，是政府類組織架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)框架。20政府機(jī)構(gòu)的復(fù)雜組織體系架構(gòu)有六個(gè)領(lǐng)域；績效參考模型（PRM）業(yè)務(wù)參考模型（BRM）數(shù)據(jù)參考模型（DRM）應(yīng)用程序參考模型（ARM）基礎(chǔ)設(shè)施參考模型（IRM）安全參考模型（SRM）架構(gòu)方法的發(fā)展軍事領(lǐng)域同樣繼承了Zachman架構(gòu)理論思想，美軍首先應(yīng)用架構(gòu)框架的領(lǐng)域?yàn)镃4ISR（指揮、控制、計(jì)算、通信、情報(bào)、監(jiān)視、偵察）；在2001年，在繼承C4ISR架構(gòu)框架的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，美國國防部建立了國防部架構(gòu)框架（DepartmentofDefenseArchitectureFramework，DoDAF），成為所有軍事部門和從事軍事裝備研究、制造的工業(yè)部門都要使用和遵守的架構(gòu)框架；基于DoDAF和MoDAF在防務(wù)領(lǐng)域取得的巨大收益，為構(gòu)建21世紀(jì)先進(jìn)的戰(zhàn)爭體系，北約積極仿效英美兩國的成果，建立北約架構(gòu)框架（簡稱“NAF”）；在已有理論的基礎(chǔ)上，對象管理組織（ObjectManagementGroup，OMG）發(fā)布的統(tǒng)一架構(gòu)框架（UnifiedArchitectureFramework，UAF）提供了一種體系架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。21系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)方法ISO/IEC/IEEE42000國際標(biāo)準(zhǔn)：ISO/IEC/IEEE42000系列標(biāo)準(zhǔn)是國際上關(guān)于系統(tǒng)架構(gòu)理論方法研究和實(shí)踐的最新共識。架構(gòu)描述標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC/IEEE42010（2022）中定義的架構(gòu)描述是通過ISO/IEC/IEEE42020（2019）中定義的架構(gòu)概念化和架構(gòu)闡述來完成的。這些架構(gòu)設(shè)計(jì)活動是按照涵蓋架構(gòu)設(shè)計(jì)工作的管理計(jì)劃進(jìn)行的。根據(jù)ISO/IEC/IEEE42030（2019）的定義，架構(gòu)評估動確定一個(gè)或多個(gè)架構(gòu)在多大程度上實(shí)現(xiàn)了其目標(biāo)、解決了利益攸關(guān)方的問題并滿足了相關(guān)要求。架構(gòu)流程ISO/IEC/IEEE42020（2019）為復(fù)雜組織體、系統(tǒng)和軟件的架構(gòu)開發(fā)流程提供了通用流程參考模型。該標(biāo)準(zhǔn)中的架構(gòu)概念適用于不同類型的架構(gòu)實(shí)體，包括：企業(yè)、組織、解決方案、產(chǎn)品系統(tǒng)（包括軟件系統(tǒng)）、子系統(tǒng)、業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)（作為數(shù)據(jù)元素或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）、應(yīng)用、信息技術(shù)（作為集合）、任務(wù)、產(chǎn)品、服務(wù)、軟件項(xiàng)目、硬件項(xiàng)目等。實(shí)體的種類也可以是產(chǎn)品線、產(chǎn)品家族、體系、系統(tǒng)集合、應(yīng)用程序集合等。同時(shí)，架構(gòu)對象還可以是某一感興趣的主題，例如系統(tǒng)安全架構(gòu)、功能架構(gòu)、物理架構(gòu)等。22系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)方法ISO/IEC/IEEE42020（2019）的目的是提供支持架構(gòu)治理（Governance）、管理（Management）、概念化（Conceptualization）、評估（Evaluation）、闡述（Elaboration）和使能（Enablement）這些流程的活動并為活動制定績效標(biāo)準(zhǔn)。23流程目的1架構(gòu)治理建立并保持架構(gòu)集合中的架構(gòu)與企業(yè)目標(biāo)、政策和戰(zhàn)略以及相關(guān)架構(gòu)的一致性2架構(gòu)管理執(zhí)行架構(gòu)治理指令，及時(shí)、高效、有效地實(shí)現(xiàn)架構(gòu)收集目標(biāo)3架構(gòu)概念化確定問題空間的特征，并確定合適的解決方案，以解決利益相關(guān)者關(guān)注的問題，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)目標(biāo)并滿足相關(guān)要求4架構(gòu)評估確定一個(gè)或多個(gè)架構(gòu)能在多大程度上實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)、解決利益相關(guān)者的關(guān)切并滿足相關(guān)要求5架構(gòu)闡述針對架構(gòu)的預(yù)期用途，以足夠完整和正確的方式描述或記錄架構(gòu)6架構(gòu)使能開發(fā)、維護(hù)和改進(jìn)執(zhí)行其他架構(gòu)流程所需的使能能力、服務(wù)和資源系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)方法架構(gòu)概念化、評估和闡述流程是架構(gòu)流程中的核心流程。24架構(gòu)流程ISO/IEC/IEEE42020（2019）國際標(biāo)準(zhǔn)給出了架構(gòu)開發(fā)的一般性方法原理，適用對象廣泛，因此不涉及架構(gòu)的具體內(nèi)容。在國際標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，國際上不同領(lǐng)域（國防、政府、企業(yè)等）組織結(jié)合領(lǐng)域特點(diǎn)開發(fā)了眾多領(lǐng)域架構(gòu)框架和參考架構(gòu)，為領(lǐng)域內(nèi)面向具體問題的架構(gòu)開發(fā)提供了進(jìn)一步指導(dǎo)，同時(shí)部分主流架構(gòu)框架還提出了與之相匹配的架構(gòu)開發(fā)方法。系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)方法TOGAFADM方法25TOGAF作為國際主流的企業(yè)信息化架構(gòu)框架，其主要目的是在貫穿整個(gè)企業(yè)（或復(fù)雜組織體）范圍內(nèi)，將通常碎片化的已有流程（手動和自動）優(yōu)化為一個(gè)對變化做出響應(yīng)并支持業(yè)務(wù)戰(zhàn)略達(dá)成的綜合環(huán)境。TOGAF為企業(yè)信息技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展提供戰(zhàn)略背景，以應(yīng)對業(yè)務(wù)環(huán)境不斷變化的需求系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)方法TOGAFADM方法TOGAF架構(gòu)開發(fā)方法（ADM，ArchitectureDevelopmentMethod）提供用于開發(fā)架構(gòu)的一個(gè)經(jīng)測試的并可重復(fù)的流程。ADM包括建立架構(gòu)框架、開發(fā)架構(gòu)內(nèi)容、架構(gòu)過渡及對架構(gòu)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行管控。26階段B：業(yè)務(wù)架構(gòu)描述支持被認(rèn)同的架構(gòu)愿景的業(yè)務(wù)架構(gòu)的開發(fā)。業(yè)務(wù)架構(gòu)是對業(yè)務(wù)戰(zhàn)略、組織、功能、業(yè)務(wù)流程和信息需要之間的結(jié)構(gòu)和交互的描述。階段C：本階段開發(fā)目標(biāo)信息系統(tǒng)（數(shù)據(jù)和應(yīng)用）架構(gòu)，描述ENTERPRISE的信息系統(tǒng)架構(gòu)如何實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)架構(gòu)和架構(gòu)愿景（以應(yīng)對架構(gòu)工作要求書和利益攸關(guān)者關(guān)注點(diǎn)的方式進(jìn)行描述）。階段D：開發(fā)能實(shí)現(xiàn)邏輯和物理應(yīng)用、數(shù)據(jù)組件和架構(gòu)愿景的目標(biāo)技術(shù)架構(gòu)，涉及架構(gòu)工作要求和利益攸關(guān)者關(guān)注點(diǎn)。系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)方法UAF方法統(tǒng)一架構(gòu)框架（UnifiedArchitectureFramework，UAF）UAF1.2以DoDAF和NAF4.0為基礎(chǔ)，同時(shí)吸收了DNDAF1.7以及BPMN、NEIM、IEPPV，擴(kuò)展了多個(gè)視角以及視圖，UAF1.2可對軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域的復(fù)雜組織體系架構(gòu)開發(fā)提供指導(dǎo)，UAF1.2為當(dāng)前國際最為主流的架構(gòu)框架。27系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)方法UAF方法架構(gòu)視角（Viewpoint）28戰(zhàn)略視角主要關(guān)切能力管理流程，該視角下的各類視圖描述能力分類、組成、依賴和演化。運(yùn)行視角說明復(fù)雜組織體系的邏輯架構(gòu)，用于描述支持（展示）能力所需的要求、運(yùn)行行為、結(jié)構(gòu)和交換，并以獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)/解決方案的方式定義所有運(yùn)行元素。服務(wù)視角展示能力所需的服務(wù)規(guī)范，該在視角下顯示服務(wù)規(guī)范以及這些規(guī)范所需的和提供的服務(wù)級別，以展示能力或支持運(yùn)行活動。人員視角關(guān)切人的因素，在人員視角下旨在闡明在創(chuàng)建架構(gòu)時(shí)人的因素（Human

Factors）的作用，以促進(jìn)人的因素。資源視角定義解決方案架構(gòu)以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行需求，在該視角下捕獲由資源組成的解決方案架構(gòu)，例如實(shí)現(xiàn)運(yùn)行需求的組織、軟件、工件、能力配置、自然資源。安保視角關(guān)切解決資源和運(yùn)行執(zhí)行者之間交換中存在的安保約束和信息保證屬性，說明解決特定安保問題所需的安保資產(chǎn)、安保約束、安?？刂啤⑾盗泻痛胧?，安保域描述了安保資產(chǎn)和安保區(qū)域。安保視角還定義了安保資產(chǎn)和資產(chǎn)所有者的層次結(jié)構(gòu)、安保約束（政策、法律和指南）以及它們所在的位置（安保區(qū)域）的詳細(xì)信息。項(xiàng)目視角關(guān)切項(xiàng)目組合，項(xiàng)目和項(xiàng)目里程碑，在該視角下描述項(xiàng)目和項(xiàng)目里程碑、這些項(xiàng)目如何交付能力、為項(xiàng)目做出貢獻(xiàn)的組織以及項(xiàng)目之間的依賴關(guān)系。項(xiàng)目視圖識別采購過程中的頂級任務(wù)。它們幫助架構(gòu)開發(fā)者了解在項(xiàng)目生命周期中如何獲取資源、資產(chǎn)和能力。使架構(gòu)開發(fā)者能夠執(zhí)行分析以確定是否可以獲得資源、資源是否在需要時(shí)可用，以及對計(jì)劃的總體影響。標(biāo)準(zhǔn)視角關(guān)切適用于架構(gòu)的技術(shù)和非技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在視圖下顯示適用于架構(gòu)的技術(shù)、運(yùn)行和業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)。以及定義基礎(chǔ)的當(dāng)前和預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際資源視角關(guān)切實(shí)際方案的分析，例如在實(shí)際資源配置上評估不同的替代方案、假設(shè)、權(quán)衡、驗(yàn)證與確認(rèn)。在該視角下說明預(yù)期或?qū)崿F(xiàn)的實(shí)際資源配置以及它們之間的實(shí)際關(guān)系。需求動機(jī)關(guān)切一組表示為需求的利益攸關(guān)者需求、它們與更詳細(xì)需求的關(guān)系（通過可追溯性）、由架構(gòu)描述的解決方案，該架構(gòu)將滿足那些需求。在視角下用于表示需求、它們的屬性和相互之間以及與UAF架構(gòu)元素之間的關(guān)系（跟蹤、驗(yàn)證、滿足、細(xì)化）。系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)方法UAF方法基于UAF的架構(gòu)開發(fā)方法一般工作流程29網(wǎng)格定義了各種架構(gòu)視圖（或稱為視圖規(guī)范）如何對應(yīng)描述視圖規(guī)范的域（行）和模型類型（列）的方法。在各個(gè)視角下，分別包括動機(jī)、分類、結(jié)構(gòu)、連接、流程、狀態(tài)、順序、信息、參數(shù)、約束、路線圖和可追溯性12個(gè)方面生成相應(yīng)的視圖。系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)方法UAF方法UAF架構(gòu)框架中，基于架構(gòu)視角、模型類型，定義了UAF架構(gòu)模型網(wǎng)格3049步驟2：定義戰(zhàn)略和能力[St-CV]視圖50步驟2.1:捕捉戰(zhàn)略愿景-計(jì)劃戰(zhàn)略愿景，包括能力發(fā)展的條件和狀態(tài)，并確定所需的能力時(shí)間尺度St-Pr：戰(zhàn)略流程：戰(zhàn)略愿景[CV-1]55步驟2.2：捕捉能力-定義能力的類型和類別，將葉級能力與部署需求對齊，包括它們的度量和對初始概念活動和服務(wù)的映射St-Tx：戰(zhàn)略分類[CV-2]63步驟2.3：識別能力依賴關(guān)系-追蹤能力之間的相互依賴關(guān)系，以及與企業(yè)外部能力之間的依賴關(guān)系St-Cn戰(zhàn)略連接性[CV-4]65步驟2.4：分析能力關(guān)系-捕捉并協(xié)調(diào)能力文件和要求與社區(qū)、任務(wù)或業(yè)務(wù)伙伴Op-Tr：運(yùn)營可追溯性：能力執(zhí)行者映射[N/A]系統(tǒng)架構(gòu)決策方法架構(gòu)不僅是復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)階段概念級、系統(tǒng)級方案的描述方法技術(shù)，同時(shí)也是早期設(shè)計(jì)活動中的重要決策方法。系統(tǒng)工程的各類決策可以分為“兩級”：程序化決策和非程序化決策（學(xué)者有時(shí)將其稱為“結(jié)構(gòu)化”和“非結(jié)構(gòu)化”決策問題）。31程序化決策指“重復(fù)性的常規(guī)決策”，這類問題的決策程序是事先制定好的。程序化決策的例子從簡單到非常復(fù)雜不等，例如，決定控制系統(tǒng)的最佳增益、決定飛越美國上空的所有飛機(jī)的航線，都可以被視為程序化決策。在這些情況下，都有一種已知的、確定的方法，決策者可以按照這種方法做出令人滿意的選擇。問題的行為模式是存在的，目標(biāo)也是可以明確定義的。需要注意的是，將一項(xiàng)決策歸類為程序化決策并不意味著它是一項(xiàng)“簡單”的決策，而只是意味著解決它的方法是已知的、可用的。此外，“程序化”分類方法也沒有量化使用預(yù)設(shè)方法所需的資源量。對于許多工程問題來說，這種預(yù)先確定的常規(guī)方法很難實(shí)施，計(jì)算成本也很高。學(xué)者們認(rèn)為程序化決策通常屬于運(yùn)籌學(xué)（Operations

Research，OR）的范疇；系統(tǒng)架構(gòu)決策方法架構(gòu)不僅是復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)階段概念級、系統(tǒng)級方案的描述方法技術(shù)，同時(shí)也是早期設(shè)計(jì)活動中的重要決策方法。系統(tǒng)工程的各類決策可以分為“兩級”：程序化決策和非程序化決策（學(xué)者有時(shí)將其稱為“結(jié)構(gòu)化”和“非結(jié)構(gòu)化”決策問題）。32非程序化決策指“創(chuàng)新的，沒有清晰結(jié)構(gòu)的決策”，這類決策問題通常會產(chǎn)生較大影響。阿波羅計(jì)劃的任務(wù)模式?jīng)Q策就是這樣一個(gè)例子。一般認(rèn)為，非程序化決策通常是通過創(chuàng)造力、判斷力、經(jīng)驗(yàn)法則和啟發(fā)式等一般問題解決方法來解決的。在許多情況下，一旦有人足夠聰明，發(fā)明了解決該問題的程序化方法，那些被認(rèn)為是非程序化的決策就會變成程序化的決策。正規(guī)的架構(gòu)開發(fā)、描述過程就是將復(fù)雜問題非程序化決策轉(zhuǎn)變?yōu)槌绦蚧瘺Q策的橋梁。通過針對復(fù)雜系統(tǒng)問題的架構(gòu)開發(fā)過程，嘗試將最初往往是非結(jié)構(gòu)化的復(fù)雜系統(tǒng)問題進(jìn)行正規(guī)的架構(gòu)描述，并通過架構(gòu)權(quán)衡方法將原先非結(jié)構(gòu)化的決策問題盡可能的轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化決策問題（或一組結(jié)構(gòu)化決策問題的集合），進(jìn)而在架構(gòu)描述全景指導(dǎo)下對各個(gè)程序化決策問題采用例如各類組合優(yōu)化方法、啟發(fā)式方法等進(jìn)行分析、優(yōu)化和決策。系統(tǒng)架構(gòu)決策方法非程序化架構(gòu)決策：針對非程序化架構(gòu)決策問題，因其問題沒有清晰的結(jié)構(gòu)，往往無法采用一個(gè)或一類數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定義進(jìn)而解決。針對這類問題，實(shí)踐中通常結(jié)合系統(tǒng)工程流程提出架構(gòu)權(quán)衡的不同流程方法。33系統(tǒng)架構(gòu)決策方法程序化架構(gòu)決策：對于經(jīng)過分析并給出正規(guī)形式定義的系統(tǒng)架構(gòu)決策問題，可以嘗試使用編碼方案（如二進(jìn)制變量數(shù)組）將復(fù)雜的架構(gòu)決策表示為一組決策變量，并編寫優(yōu)化問題，其目標(biāo)是找到能優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的決策變量組合（即最優(yōu)解）。34系統(tǒng)集成、驗(yàn)證與確認(rèn)方法系統(tǒng)集成方法隨著系統(tǒng)、系統(tǒng)元素設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)（包括虛擬實(shí)現(xiàn)和物理實(shí)現(xiàn)），系統(tǒng)元素依賴已定義的系統(tǒng)架構(gòu)（包括功能架構(gòu)、物理架構(gòu)）以及開發(fā)該系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)開展集成。35全局集成—對于低風(fēng)險(xiǎn)、復(fù)雜或簡單的系統(tǒng)來說，最簡單的方法就是集成整個(gè)所感興趣之系統(tǒng)。雖然過程簡單，很難發(fā)現(xiàn)和解決復(fù)雜問題或接口問題；自下而上的整合—常見的方法是從最低層級的系統(tǒng)元素按照系統(tǒng)架構(gòu)中的各個(gè)層次再到最終系統(tǒng)的相反順序進(jìn)行分解。問題可以在較低層次發(fā)現(xiàn)，也更容易與特定的系統(tǒng)元素隔離。系統(tǒng)級問題可能要到后期才能發(fā)現(xiàn)；自頂向下集成—這是增量集成的一種常見變體，從最能反映系統(tǒng)整體性能的系統(tǒng)元素開始，隨后再對外圍元素進(jìn)行仿真和集成。其目的是及早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)級問題，尤其是外部接口問題；增量集成—在預(yù)先確定的順序中，將一個(gè)或少量系統(tǒng)元素添加到已經(jīng)集成的系統(tǒng)元素增量中。也可以將系統(tǒng)的一部分集成到預(yù)定義的增量中。這種方法對增量開發(fā)和演進(jìn)開發(fā)都很有效。對于敏捷開發(fā)，順序可以由功能來定義；子集集成—系統(tǒng)元素由子集組裝而成，然后再將子集組裝在一起。子集可由功能鏈或線程定義，以執(zhí)行特定任務(wù)；標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動集成—首先集成與所選標(biāo)準(zhǔn)相比最關(guān)鍵的系統(tǒng)要素（如可靠性、復(fù)雜性、技術(shù)創(chuàng)新）。標(biāo)準(zhǔn)通常與風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。這種技術(shù)允許對關(guān)鍵系統(tǒng)元素進(jìn)行早期集成和驗(yàn)證；隨流集成—交付的系統(tǒng)元素在可用時(shí)進(jìn)行組裝；基于模型的集成—對系統(tǒng)元素進(jìn)行物理或功能建模，并在模型環(huán)境中進(jìn)行集成。實(shí)際系統(tǒng)元素可在開發(fā)過程中插入模型環(huán)境。系統(tǒng)集成、驗(yàn)證與確認(rèn)方法系統(tǒng)驗(yàn)證與確認(rèn)方法36測試（Test）—通過測試進(jìn)行驗(yàn)證或驗(yàn)證包括直接測量可測量的特征并進(jìn)行定量驗(yàn)證。這些測量通常是使用儀器或特殊測試設(shè)備獲得的，這些儀器或特殊測試設(shè)備不是被驗(yàn)證的測試物品的組成部分；演示（Demonstration）—演示是一種對最終產(chǎn)品的特性或功能特征進(jìn)行定性測定而不是直接定量測量的方法。定性確定是通過使用或不使用測試設(shè)備或儀器進(jìn)行觀察來進(jìn)行的；檢查（Inspection）—檢驗(yàn)基于目視檢查，以核實(shí)或驗(yàn)證建筑特征、工藝、尺寸或物理特性。檢驗(yàn)還包括長度等簡單測量，無需使用特殊實(shí)驗(yàn)室或定制精密設(shè)備。對質(zhì)量特性（尺寸、重量）的高精度測量可視為檢驗(yàn)；分析（Analysis）—分析可能包括但不限于工程分析、建模和仿真（通常通過測試告知）、相似性分析、抽樣分析?；谀Ｐ偷南到y(tǒng)架構(gòu)與集成技術(shù)04系統(tǒng)架構(gòu)建模技術(shù)系統(tǒng)級正規(guī)建模方法的出現(xiàn)是基于模型的系統(tǒng)架構(gòu)出現(xiàn)的主要動機(jī)?；谀Ｐ烷_發(fā)的正規(guī)化架構(gòu)可以在概念設(shè)計(jì)早期正規(guī)的定義系統(tǒng)所有的維度、行為和結(jié)構(gòu)。根據(jù)適用領(lǐng)域的差異，當(dāng)今主流的基于模型的系統(tǒng)架構(gòu)建模方法包括TOGAF、UAF、DODAF、ACARDIA、MAGICGRID等。本節(jié)重點(diǎn)介紹企業(yè)數(shù)字化、信息化轉(zhuǎn)型的主流架構(gòu)建模方法TOGAF和基于國防領(lǐng)域演進(jìn)而來軍、民通用的UAF架構(gòu)建模方法，以及業(yè)務(wù)流程建模和面向服務(wù)的架構(gòu)建模方法等內(nèi)容，這些內(nèi)容則更偏向復(fù)雜組織體系統(tǒng)的架構(gòu)建模。38系統(tǒng)架構(gòu)建模技術(shù)TOGAF架構(gòu)建模方法39應(yīng)用ArchiMate建模語言框架進(jìn)行架構(gòu)建模的主要方法邏輯是：戰(zhàn)略層引入戰(zhàn)略要素，對戰(zhàn)略方向和戰(zhàn)略選擇進(jìn)行建模。業(yè)務(wù)層描述了提供給客戶的業(yè)務(wù)服務(wù)，這些服務(wù)通過業(yè)務(wù)參與者執(zhí)行的業(yè)務(wù)流程在組織中實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用程序?qū)用枋隽酥С謽I(yè)務(wù)的應(yīng)用程序服務(wù)以及實(shí)現(xiàn)這些服務(wù)的應(yīng)用程序。技術(shù)層描述運(yùn)行應(yīng)用程序所需的處理、存儲和通信服務(wù)等技術(shù)服務(wù)，以及實(shí)現(xiàn)這些服務(wù)的計(jì)算機(jī)和通信硬件和系統(tǒng)軟件。物理元素包括物理設(shè)備，材料和配送網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容。其中ArchiMate框架的列表示如下內(nèi)容：主動結(jié)構(gòu)方面（ActiveStructureAspect），它表示復(fù)雜組織體結(jié)構(gòu)元素（業(yè)務(wù)參與者、應(yīng)用程序組件和展現(xiàn)實(shí)際行為的設(shè)備等），即活動的施動者。行為方面（BehaviorAspect），表示施動者的行為（流程、功能、事件和服務(wù)）;結(jié)構(gòu)元素被分配給行為元素，以顯示實(shí)施行為的人或物。被動結(jié)構(gòu)方面（PassiveStructureAspect），表示行為的對象。它們通常是業(yè)務(wù)層中的信息對象和應(yīng)用層中的數(shù)據(jù)對象，但是它們也可以用來表示物理對象。動機(jī)方面（MotivationAspect）回答復(fù)雜組織體設(shè)計(jì)的驅(qū)動因素系統(tǒng)架構(gòu)建模技術(shù)UAF架構(gòu)建模方法與UAF架構(gòu)框架及開發(fā)方法相配套的是UAFML（UAFModelingLanguage）。與ArchiMate類似，UAFML是對UAF架構(gòu)框架內(nèi)容元模型的正規(guī)語法定義。40

系統(tǒng)架構(gòu)建模技術(shù)UAF架構(gòu)建模方法與UAF架構(gòu)框架及開發(fā)方法相配套的是UAFML（UAFModelingLanguag