摘要： 從技術(shù)發(fā)展的角度和武器裝備的需求出發(fā)，闡述了快速研制系統(tǒng)產(chǎn)生和發(fā)展的背景，并從技術(shù)、功能和研制過程方面探討了快速研制系統(tǒng)的定義和內(nèi)涵。面向武器裝備的研制過程，建立了快速研制系統(tǒng)概念模型及體系結(jié)構(gòu)模型，總結(jié)并提出了快速研制系統(tǒng)的技術(shù)體系。
關(guān)鍵詞： 武器裝備； 快速研制系統(tǒng)；概念模型；技術(shù)體系
以敏捷制造、柔性集成制造、虛擬制造和快速原型制造技術(shù)等為代表的快速研制系統(tǒng)（ Quick Response Researching and Manufacturing System ， QRRMS ）已成為當(dāng)前研究的熱點。武器裝備快速研制系統(tǒng)是指在某項武器裝備戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)指標(biāo)的需求確定后，面向該項武器裝備的設(shè)計過程和制造過程的系統(tǒng)。在這種含義下，快速研制系統(tǒng)也可以意譯為 Quick Response Designing and Manufacturing ， QRDM 。深刻理解快速研制系統(tǒng)的概念和內(nèi)涵，探索適合我國國情的快速研制系統(tǒng)的應(yīng)用模式，對加快我國武器裝備的更新?lián)Q代具有重要意義。
1 快速研制系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展
20 世紀 90 年代以來，上市時間已上升到市場競爭四要素（質(zhì)量、價格、服務(wù)和上市時間）的首位，產(chǎn)品快速開發(fā)的技術(shù)與手段成為企業(yè)的核心競爭能力 [1] ，快速反應(yīng)制造（ Quick Response Manufacturing — QRM ）系統(tǒng)與技術(shù)便成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界競相開發(fā)和應(yīng)用的技術(shù) [2] 。如美國 Wisconsin-Madison 大學(xué) 1993 年就成立了快速反應(yīng)制造研究中心，并提出了利用全新的途徑，重新設(shè)計整個企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的一系列措施。另外， 1992 年，美國 Lehigh 大學(xué) Iacocca 研究所受國防部委托所提交的 21 世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略報告中，提出了敏捷制造的概念 [3] 。
敏捷制造模式與快速反應(yīng)制造技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，為快速研制系統(tǒng)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。在工業(yè)界大力開發(fā)和應(yīng)用快速反應(yīng)制造與敏捷制造技術(shù)的同時，發(fā)達國家的軍事工業(yè)為滿足武器裝備快速更新?lián)Q代的要求，也在不斷開發(fā)快速研制和生產(chǎn)技術(shù)。如美國空軍在研制 YF-22 戰(zhàn)斗機的過程中就提出了一體化產(chǎn)品快速開發(fā)的概念； 1986 年，美國國防部制定了計算機輔助后勤支援計劃（ CALS ），旨在將技術(shù)文件密集的國防訂貨方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨茸詣踊⑿畔⒒图苫目旖莨ぷ鞣绞�；同年，美國國防防�?wù)分析研究所 (IDA) 進行了并行工程（ Concurrent Engineering ， CE ）的可行性研究，旨在解決武器系統(tǒng)開發(fā)周期長的問題，并提出了并行工程的概念和方法 [3] 。
國外軍事工業(yè)已經(jīng)逐步提出了一系列武器裝備快速研制和生產(chǎn)的思想、方法和技術(shù)。進入 20 世紀末期，美國對武器裝備快速研制和生產(chǎn)的追求更為明顯。美國國防部《 2010 年及其以后的美國國防制造工業(yè)》報告中指出：“國防部要決定有哪些產(chǎn)品和工藝過程必須受到保護，并尋找關(guān)鍵的替代外國供應(yīng)商的本國生產(chǎn)商和（或）開發(fā)快速反求工程及重新制造能力 [4] 。”該報告強調(diào)了“低成本快速產(chǎn)品實現(xiàn)”，并列舉了可使周期時間和非重復(fù)成本顯著降低的制造技術(shù)，包括新的產(chǎn)品設(shè)計方法、新的制造工藝、新的企業(yè)間合作方式和新的企業(yè)內(nèi)部運作方式，要在國防武器系統(tǒng)整個生命周期內(nèi)“實現(xiàn)能做出快速反應(yīng)的世界一流水平的制造能力”。美國已經(jīng)把快速研制系統(tǒng)技術(shù)作為 21 世紀制造技術(shù)的發(fā)展重點。
近年來，我國國防科技工業(yè)快速研制系統(tǒng)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用也得到了充分的重視。 20 世紀 90 年代末，我國武器裝備先進 制造技術(shù)專家 就 明確建議，應(yīng)將 快速研制系統(tǒng)技術(shù) 作為武器裝備先進制造技術(shù)的發(fā)展重點，并指出：“ 快速研制系統(tǒng)技術(shù)是提高武器裝備研制、生產(chǎn)的快速響應(yīng)能力的關(guān)鍵技術(shù)�？焖傺兄葡到y(tǒng)技術(shù)以計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和仿真技術(shù)為工具，從型號設(shè)計開始，研究武器裝備的加工、裝配和使用維護的全過程，以減少直到消滅設(shè)計的變更和信息傳遞的錯誤，縮短研制周期和降低研制費用。快速研制系統(tǒng)技術(shù)是將武器裝備的設(shè)想盡快變?yōu)閷嵱梦淦餮b備的快速可靠途徑。 ” 進入新世紀以來，快速研制系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成為我國 武器裝備先進制造技術(shù)發(fā)展的重點。
2 快速研制系統(tǒng)的概念與內(nèi)涵
快速研制系統(tǒng)目前尚無統(tǒng)一的定義，一般認為是采用能加快研制速度的先進制造技術(shù)，能加快新產(chǎn)品研制速度的制造系統(tǒng)�？焖俚暮x是指在不斷變化與難以預(yù)測的環(huán)境中，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，提高新產(chǎn)品的研制效率，加快研制速度，縮短研制周期。
快速研制系統(tǒng)從本質(zhì)上說還是一個制造系統(tǒng)，它是由研制過程及其所涉及的人員、材料、能源、能加快研制速度的硬件（研制設(shè)備、各種裝置）和有關(guān)的軟件（現(xiàn)代制造理論、先進制造工藝與系統(tǒng)集成方法）以及制造信息所組成的，具有特定功能的有機整體。
從功能角度，快速研制系統(tǒng)的內(nèi)涵可理解為：能將研制資源（設(shè)備、材料、能源、信息）快速轉(zhuǎn)變?yōu)樾庐a(chǎn)品的輸入輸出系統(tǒng)�？焖傺兄葡到y(tǒng)可對研制信息進行充分共享和快速處理，對研制資源進行快速配置或重組，對研制過程進行優(yōu)化和精簡，人員和系統(tǒng)能協(xié)調(diào)工作，從而使系統(tǒng)具有快速研制的功能。
從技術(shù)角度，快速研制系統(tǒng)的內(nèi)涵可理解為：集各種能加快產(chǎn)品開發(fā)速度的先進制造技術(shù)和管理方法于一體的制造系統(tǒng)。如設(shè)計階段的數(shù)字化設(shè)計、虛擬設(shè)計技術(shù)，試制階段的快速成型制造（ RPM ）技術(shù)，以及所采用的敏捷制造模式和分散網(wǎng)絡(luò)化制造模式等 [5] 。
從過程角度，快速研制系統(tǒng)的內(nèi)涵可理解為：覆蓋產(chǎn)品研制的全過程的制造系統(tǒng)，包括市場需求、產(chǎn)品設(shè)計、試制、測試、定型和最終實現(xiàn)批量生產(chǎn)。狹義的快速研制系統(tǒng)僅限于新產(chǎn)品定型之前的過程，不包括批量生產(chǎn)技術(shù)。
從快速研制系統(tǒng)的概念和內(nèi)涵可以看出其具備以下幾個特性：
(1) 快速性 快速性 是指產(chǎn)品研制和開發(fā)的速度快，周期短，即能以最短的時間完成研制任務(wù)。系統(tǒng)具有快速性是由于系統(tǒng)采用的技術(shù)、方法和手段均以能加快研制速度為特征。
(2) 階段性 快速研制系統(tǒng)僅覆蓋整個制造過程的研制階段。一般來說，批量生產(chǎn)組織管理、批量生產(chǎn)工藝技術(shù)和裝備等不在快速研制系統(tǒng)的研究范圍之內(nèi)。
(3) 集成性 快速研制系統(tǒng)的集成是指以加快研制速度為特征的集成，包括資源（物理設(shè)備、應(yīng)用系統(tǒng)和人）集成、功能集成、信息集成和過程集成。
(4) 適應(yīng)性 快速研制系統(tǒng)具有對產(chǎn)品設(shè)計和工藝變化、制造方法和手段變化、集成測試條件變化等適應(yīng)快的特性，適應(yīng)性體現(xiàn)了系統(tǒng)在難以預(yù)測的變化中的適應(yīng)能力。
(5) 人機協(xié)同性 研制環(huán)境較批量制造環(huán)境更具動態(tài)性，這就決定了快速研制系統(tǒng)必然是人機一體化的交互式系統(tǒng)。
3 武器裝備快速研制系統(tǒng)的基本模型
快速研制系統(tǒng)將信息技術(shù)、快速設(shè)計技術(shù)、快速原型制造技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和現(xiàn)代項目管理技術(shù)等集成，充分利用信息高速公路及制造業(yè)的資源，采用新的設(shè)計理論和方法、制造工藝、新的組織管理模式及項目管理思想，將新型武器裝備的設(shè)計與試制有機結(jié)合，以快速、經(jīng)濟地響應(yīng)武器裝備的更新?lián)Q代。
3.1 概念模型
武器裝備快速研制系統(tǒng)是面向武器裝備設(shè)計、制造過程的制造系統(tǒng)，它既具有制造系統(tǒng)的基本功能結(jié)構(gòu)，又體現(xiàn)了設(shè)計、制造過程的快速特性�？焖傺兄葡到y(tǒng)的概念模型不僅體現(xiàn)制造系統(tǒng)的基本特征，還應(yīng)體現(xiàn)研制過程的集成與研制功能的集成。經(jīng)過研究，初步建立的快速研制系統(tǒng)概念模型如圖 1 所示。
3.2 基于多視圖的開放式體系結(jié)構(gòu)模型
武器裝備快速研制過程中的每個階段都與功能、信息、組織和資源密切相關(guān)，因此，從多視圖角度出發(fā)，研究了構(gòu)成快速研制系統(tǒng)的集成化建模體系結(jié)構(gòu)。它以過程視圖為核心，以其他的視圖（功能視圖、信息視圖、組織視圖、資源視圖）為輔助視圖來統(tǒng)一集成建模，最終形成具有一定柔性的動態(tài)系統(tǒng)模型，如圖 2 所示。
其中，組織視圖描述系統(tǒng)的層次化組織結(jié)構(gòu)，并定義組織中不同的角色；過程視圖對系統(tǒng)研制基本過程進行可視化；功能視圖描述要實現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)所需的功能；資源視圖描述要實現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)所需的各種資源；信息視圖描述要實現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)所需的信息，以活動反映每個階段的研究工作。多視圖的結(jié)構(gòu)模型反映了武器裝備關(guān)鍵零部件不同研制階段與不同視圖間的映射關(guān)系及各個階段的研究重點，快速研制系統(tǒng)生命周期由需求分析階段、快速設(shè)計階段、快速工藝準(zhǔn)備階段、快速制造階段、快速裝配階段到產(chǎn)品試制定型階段組成。
4 快速研制系統(tǒng)技術(shù)體系與發(fā)展趨勢
快速研制系統(tǒng)技術(shù)是提高武器裝備研制、生產(chǎn)的快速響應(yīng)能力的關(guān)鍵技術(shù)，是將武器裝備的需求與設(shè)想盡快變?yōu)閷嵱梦淦餮b備的快速可靠途徑。武器裝備快速研制技術(shù)和手段將成為國防制造業(yè)未來競爭的核心。
4.1 快速研制系統(tǒng)的主要技術(shù)群
從武器裝備快速研制生命周期的過程控制出發(fā)，在設(shè)計、工藝、制造、系統(tǒng)集成、運行及裝配各階段提取和定義的快速研制系統(tǒng)技術(shù)體系，提出快速研制系統(tǒng)的五大技術(shù)群：快速設(shè)計系統(tǒng)技術(shù)群、快速制造工藝與裝備技術(shù)群、快速制造管理與保障技術(shù)群、快速柔性集成制造技術(shù)群以及快速研制支撐技術(shù)群�？焖傺兄葡到y(tǒng)技術(shù)體系具體如表 1 所示。
表 1 快速研制系統(tǒng)技術(shù)體系
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快速設(shè)計系統(tǒng)
技術(shù)群 |
快速制造工藝與裝備技術(shù)群 |
快速制造管理
與保障技術(shù)群 |
快速柔性集成
制造技術(shù)群 |
快速研制支撐
技術(shù)群 |
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并行設(shè)計；
虛擬設(shè)計；
模塊化設(shè)計；
反求設(shè)計；
變型設(shè)計；
數(shù)字化協(xié)同設(shè)計；數(shù)字化產(chǎn)品模型；CAD/CAE/CAM ； 仿制真技術(shù)； 建模技術(shù)
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CAPP 技術(shù)；快速原型制造技術(shù)；
高速切削技術(shù)；
高效工藝裝備；
軟工裝技術(shù)； 成組工藝技術(shù)；
無工具裝配； 快速再制造
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CALS ；
快速研制的質(zhì)量保證技術(shù)；可靠性技術(shù)；
敏捷制造管理模式；
系統(tǒng)快速重組或重構(gòu)技術(shù)；分散網(wǎng)絡(luò)化與協(xié)同制造技術(shù)；
快速診斷技術(shù)；
快速維護技術(shù)
︰
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柔性制造系統(tǒng)技術(shù)；
柔性裝配系統(tǒng)技術(shù)；
柔性物流系統(tǒng)技術(shù)；
柔性工裝技術(shù)
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網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；
數(shù)據(jù)庫技術(shù)；
PDM 技術(shù)； 快速研制集成平臺和集成框架技術(shù)；
標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)
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︰ |
4.2 快速研制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢
（1）數(shù)字化是快速研制系統(tǒng)技術(shù)的核心 通過建立數(shù)字化模型，實現(xiàn)武器裝備研制全過程的信息共享，完成武器裝備的優(yōu)化設(shè)計、質(zhì)量與可靠性預(yù)測；實現(xiàn)試制過程協(xié)同、試驗測試信息集成；對研制的全過程實施時間和空間上全面、有效的管理，快速、高效地完成武器裝備的研制。
（2）協(xié)同設(shè)計與制造武器裝備研制工作具有群體性、交互性、分布性和協(xié)作性的特點，迫切需要改變傳統(tǒng)的串行工作模式，對設(shè)計與制造過程進行重構(gòu)；應(yīng)充分重視人機一體化技術(shù)，在制造系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)同、型號研制單位內(nèi)的協(xié)同和型號研制單位間協(xié)同三個層次上，深入研究和應(yīng)用協(xié)同化技術(shù)。
（3）智能化 智能化是柔性制造與快速集成制造下一步的發(fā)展方向，智能化的設(shè)計系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)和管理系統(tǒng)是武器裝備智能化制造的突破口。
5 結(jié)束語
如何解決好產(chǎn)品市場壽命縮短和新產(chǎn)品開發(fā)周期延長的尖銳矛盾，已經(jīng)成為決定企業(yè)成敗興衰關(guān)鍵問題。把企業(yè)建成一支“快速反應(yīng)部隊”，已成為 21 世紀制造業(yè) 眾多追求的首要目標(biāo)。
武器裝備快速研制系統(tǒng)作為一種嶄新的制造系統(tǒng)，以對高技術(shù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)需求的快速反應(yīng)為特征，是 加速武器裝備更新?lián)Q代的有效途徑。探索適合我國國情的快速研制系統(tǒng)模式，加強武器裝備快速研制系統(tǒng)的研究與開發(fā)，對提高我國武器裝備的研制能力、加快武器裝備的現(xiàn)代化具有重要意義。
