摘要： 從技術發(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、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)概念模型及體系結構模型，總結并提出了快速研制系統(tǒng)的技術體系。
關鍵詞： 武器裝備； 快速研制系統(tǒng)；概念模型；技術體系
以敏捷制造、柔性集成制造、虛擬制造和快速原型制造技術等為代表的快速研制系統(tǒng)（ Quick Response Researching and Manufacturing System ， QRRMS ）已成為當前研究的熱點。武器裝備快速研制系統(tǒng)是指在某項武器裝備戰(zhàn)術、技術指標的需求確定后，面向該項武器裝備的設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、服務和上市時間）的首位，產(chǎn)品快速開發(fā)的技術與手段成為企業(yè)的核心競爭能力 [1] ，快速反應制造（ Quick Response Manufacturing — QRM ）系統(tǒng)與技術便成為學術界和工業(yè)界競相開發(fā)和應用的技術 [2] 。如美國 Wisconsin-Madison 大學 1993 年就成立了快速反應制造研究中心，并提出了利用全新的途徑，重新設計整個企業(yè)組織結構的一系列措施。另外， 1992 年，美國 Lehigh 大學 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制造技術的出現(xiàn)和發(fā)展，為快速研制系統(tǒng)的產(chǎn)生奠定了基礎。在工業(yè)界大力開發(fā)和應用快速反應制造與敏捷制造技術的同時，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。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 ），旨在將技術文件密集的國防訂貨方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨茸詣踊�、信息化和集成化的快捷工作方式；同年，美國國防防務分析研究�?(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。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，并尋找關鍵的替代外國供應商的本國生產(chǎn)商和（或）開發(fā)快速反求工程及重新制造能力 [4] �！痹搱蟾鎻娬{(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成本顯著降低的制造技術，包括新的產(chǎn)品設計方法、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)技術作為 21 世紀制造技術的發(fā)展重點。
近年來，我國國防科技工業(yè)快速研制系統(tǒng)技術的開發(fā)和應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 制造技術專家 就 明確建議，應將 快速研制系統(tǒng)技術 作為武器裝備先進制造技術的發(fā)展重點，并指出：“ 快速研制系統(tǒng)技術是提高武器裝備研制、生產(chǎn)的快速響應能力的關鍵技術�？焖傺兄葡到y(tǒng)技術以計算機技術、網(wǎng)絡技術和仿真技術為工具，從型號設計開始，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)技術是將武器裝備的設想盡快變?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)技術已經(jīng)成為我國 武器裝備先進制造技術發(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，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（研制設備、各種裝置）和有關的軟件（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和管理方法于一體的制造系統(tǒng)。如設計階段的數(shù)字化設計、虛擬設計技術，試制階段的快速成型制造（ RPM ）技術，以及所采用的敏捷制造模式和分散網(wǎng)絡化制造模式等 [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。
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。系統(tǒng)具有快速性是由于系統(tǒng)采用的技術、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（物理設備、應用系統(tǒng)和人）集成、功能集成、信息集成和過程集成。
(4) 適應性 快速研制系統(tǒng)具有對產(chǎn)品設計和工藝變化、制造方法和手段變化、集成測試條件變化等適應快的特性，適應性體現(xiàn)了系統(tǒng)在難以預測的變化中的適應能力。
(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、快速設計技術、快速原型制造技術、虛擬現(xiàn)實技術和現(xiàn)代項目管理技術等集成，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計與試制有機結合，以快速、經(jīng)濟地響應武器裝備的更新?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)的基本功能結構，又體現(xiàn)了設計、制造過程的快速特性。快速研制系統(tǒng)的概念模型不僅體現(xiàn)制造系統(tǒng)的基本特征，還應體現(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構模型
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，因此，從多視圖角度出發(fā)，研究了構成快速研制系統(tǒng)的集成化建模體系結構。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)的層次化組織結構，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)目標所需的功能；資源視圖描述要實現(xiàn)系統(tǒng)目標所需的各種資源；信息視圖描述要實現(xiàn)系統(tǒng)目標所需的信息，以活動反映每個階段的研究工作。多視圖的結構模型反映了武器裝備關鍵零部件不同研制階段與不同視圖間的映射關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、快速設計階段、快速工藝準備階段、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)技術體系與發(fā)展趨勢
快速研制系統(tǒng)技術是提高武器裝備研制、生產(chǎn)的快速響應能力的關鍵技術，是將武器裝備的需求與設想盡快變?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)的主要技術群
從武器裝備快速研制生命周期的過程控制出發(fā)，在設計、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)技術體系，提出快速研制系統(tǒng)的五大技術群：快速設計系統(tǒng)技術群、快速制造工藝與裝備技術群、快速制造管理與保障技術群、快速柔性集成制造技術群以及快速研制支撐技術群�？焖傺兄葡到y(tǒng)技術體系具體如表 1 所示。
表 1 快速研制系統(tǒng)技術體系
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快速設計系統(tǒng)
技術群 |
快速制造工藝與裝備技術群 |
快速制造管理
與保障技術群 |
快速柔性集成
制造技術群 |
快速研制支撐
技術群 |
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并行設計；
虛擬設計；
模塊化設計；
反求設計；
變型設計；
數(shù)字化協(xié)同設計；數(shù)字化產(chǎn)品模型；CAD/CAE/CAM ； 仿制真技術； 建模技術
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CAPP 技術；快速原型制造技術；
高速切削技術；
高效工藝裝備；
軟工裝技術； 成組工藝技術；
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；可靠性技術；
敏捷制造管理模式；
系統(tǒng)快速重組或重構技術；分散網(wǎng)絡化與協(xié)同制造技術；
快速診斷技術；
快速維護技術
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柔性制造系統(tǒng)技術；
柔性裝配系統(tǒng)技術；
柔性物流系統(tǒng)技術；
柔性工裝技術
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網(wǎng)絡技術；
數(shù)據(jù)庫技術；
PDM 技術； 快速研制集成平臺和集成框架技術；
標準化技術
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4.2 快速研制系統(tǒng)技術發(fā)展趨勢
（1）數(shù)字化是快速研制系統(tǒng)技術的核心 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)化設計、質(zhì)量與可靠性預測；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，對設計與制造過程進行重構；應充分重視人機一體化技術，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，深入研究和應用協(xié)同化技術。
（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)成敗興衰關鍵問題。把企業(yè)建成一支“快速反應部隊”，已成為 21 世紀制造業(yè) 眾多追求的首要目標。
武器裝備快速研制系統(tǒng)作為一種嶄新的制造系統(tǒng)，以對高技術現(xiàn)代戰(zhàn)爭戰(zhàn)術、技術需求的快速反應為特征，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。
