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1996年 .第13期 .专题版

工程设计领域面临的新课题

浅谈计算机应用系统集成

吴海明

邹家华副总理曾多次提出"设计行业要实现电脑化"。国家科委宋健主任更具体地提出 了"设计行业要在2000年甩掉图板"的明确要求。工程设计领域"九五"期间计算机应用的奋斗目标是明确的,任务也是十分艰巨的。如何完成任务,达到预期目标,还有许多组织管理、理论技术、开发方法与实施步骤等问题尚待进一步研究和解决。本文仅就工程设计领域计算机应用系统集成问题,谈点粗浅的看法,供有关领导和同行参考。

时代的潮流 竞争的要求

应用系统集成是信息时代的产物,是现代企业参与市场竞争的必然要求。早抓主动、迟抓被动、不抓将会遭淘汰,这是时代不可阻挡的潮流。

最早进行应用系统集成技术研究与应用的是制造业。各种形式、不同规模、不同水平的计算机集成制造系统(CIMS),竞相开发建设并投入运行,取得了巨大的效益,成为制造业提高综合竞争能力的强有力的手段。我国在80年代中期将研究应用CIMS列为"863"高科技计划,并成立了CIMS主题专家组和国家级CIMS研究中心,其研究应用成果已分别荣获1994年国际唯一大学金奖和1995年国际应用金奖。

工程设计领域集成化技术的研究与应用也紧随CIMS之后加速发展。电力工业部在1993年曾组团赴美对四个大型工程公司进行了考察,这四个公司的共同特点是:

(1)都建成了以工程项目管理为中心、将DSS、MIS、CAE、CAD密切结合的工程设计与管理的集成应用系统。提供了从市场分析预测、招标投标、工程规划、计划进度、质量成本控制、设计与施工、设备订货采购等一条龙服务。

(2)系统都配置有大、中、小型主机和服务器几十台,工程图形工作站几百台,微机数千台;已建成广域网,实现了在美国本土各分公司、各工作点的联网;人均一台微机或工作站,已甩掉图板且实现了办公与管理的自动化。

(3)都是国际大型工程公司,产品进入国际市场,实力很强,年产值少者50亿美元以上,多者几百亿美元,人均产值都在百万美元以上,有的已进入中国市场。例如与我院合作,进行联合设计的美国Sargent & lundy公司,仅1994年就在我国中标承揽了五个大型发电工程。

发达国家的计算机应用集成技术发展如此之快,水平之高、效益之巨大,给我们以深刻的启示。为尽快提高各设计院的现代化水平和竞争能力,巩固和发展国内市场,打入国际市场,当前的紧迫任务就是研究、开发、建设和应用DSS、MIS、CAE、CAD的集成系统。即使2000年在我国实现了"设计行业电脑化"、"甩掉图板"的目标,但从总体上看,也仅仅达到了上述四个公司90年代初期的水平,仍然相差8～10年。如果我们不抓住机会,观望或犹豫,差距还会拉大。

应用系统集成的基本思想

虽然CIMS的出现已有近20年的历史,但对CIM的意义仍有诸多不同的理解,至今还没有严格统一的定义。清华大学吴澄教授说得好:"CIM是一种哲理。"这也就是说,CIM是计算机应用发展时期的新观念,是信息时代的产物。随着计算机技术、信息技术、网络和通讯技术以及应用需求的不断发展,它的含意、内容、理论与方法也将不断地充实和扩展。尽管各行各业、各种学派的专家学者提出的定义、描述或侧重点不尽相同,但对于各个行业的应用集成而言,从宏观上看主要是以下五个方面:

(1)系统运行环境的集成:主要是指将不同的硬设备(PC、WS、Host、Server、各种I/O与存储设备等)、操作系统(OS)、网络操作系统(NOS)、数据库管理系统(DBMS)、开发工具(CAES)以及其他系统支撑软件集成为一个系统,形成一个统一的高效协调运行的应用平台,用户可共享系统软硬件资源。

(2)信息的集成:从信息资源管理(IRM)出发,进行全企业的数据总体规划和分布分析与应用分析,统一规划设计建立数据库系统,使不同部门、不同专业、不同层次的人员,在信息资源方面达到高度共享。

(3)应用功能的集成:对工程设计领域而言,就是将决策支持系统(DSS)、计算机辅助管理(MIS)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助设计(CAD)等应用系统溶为一体,建成计算机集成工程设计系统(CIEDS)。

(4)技术的集成:开发建设面向行业应用的计算机集成应用系统是多种高技术的综合运用。例如进行系统分析设计时,必然要运用系统工程理论以及某种系统开发方法论(生命周期法、信息工程方法、面向对象方法、活性分析建模方法以及原型法等等)作指导。又如网络通信技术、数据库技术、多媒体技术、可视化技术、并行工程与计算机支持的协同工作(CSCW)、人工智能与优化技术以及工程设计理论与技术和管理科学等等,需要多方面的高级技术人员参加和有关专家学者的技术咨询。

(5)人和组织的集成:首先要开发建设集成应用系统,高层领导必须亲自介入,加强统一领导,自始至终坚持"管理人员、设计人员、计算机技术人员三结合"的原则。

其次随着集成应用系统规划、分析、设计和实施地完成,必然促进管理机制的变化,使之真正达到管理机构和生产组织的现代化和科学化。

最后,对集成应用系统的每一个管理者和使用者而言,都要有系统集成的明确观念,每一个人都将在系统的控制下进行工作,每个人的工作任务能否正确实时地完成,也将影响系统的维护和运行。

总之,人、组织和系统是不可分割的有机体,从系统的设计开发到系统建成后的应用、运行维护,起关键作用的仍然是人、组织和管理。

比较一致的看法是:开发建设集成应用系统的核心是信息的集成,关键是人和组织的集成,目的是提高生产设计技术水平和管理的现代化科学化水平、增强企业的综合竞争能力。而运行环境的集成和技术的集成,决定系统建成后的技术水平、运行效率和技术效益以及系统的生命周期。应用功能的集成, 直接影响管理和生产的质量、效率和经济效益。上述五个方面的集成互为依赖不可分割,系统的成败决定于企业高层领导是否亲自介入和系统分析设计是否能满足企业发展目标和不断发展的应用需求。

需要说明的是,"以网络为支撑、以数据库为核心",是应用系统集成的必要条件,但不是充分条件。在某一单位联网建库以后,虽然也形成了一个系统,但不一定就是集成应用系统。所谓"集成"从应用角度来看,系统应具备以下几个主要特点:

·真正实现异构互连,软硬件统一协调高效运行,为用户提供统一的应用界面,系统对用户是透明的。

·从全局着眼,进行信息资源规划,统一设计数据库,数据冗余得到有效控制,数据库独立于应用又服务于应用,可有效地进行控制和维护且达到信息高度共享。

·各部门、各专业,决策层、管理层、作业层之间密切结合,对生产设计过程能实施有效控制和管理,信息交换畅通,可共享有权共享的应用软件以及其他系统资源。

·用户在系统的任何一个可开放的工作站上,都可以根据系统授权,完成本职工作,可请求并得到应有的系统服务。

·系统具有可靠的安全和监督措施,对于非法用户或非法操作能及时识别、实时处理。对于合法用户的请求能及时响应,并能自动生成各层次人员所需要的综合信息。

上述几个特点是习惯上所说的一般应用系统很难实现或不完全具备的。简单地说,所谓应用系统集成化,就是以网络为支撑、以数据库为核心,把各类专业分系统和应用软件有机地集合在一起,形成综合性的多功能的计算机集成应用系统。

对于工程设计领域来说,计算机辅助工程CAE是应用系统集成的重要内容之一。过去很少提甚至不提CAE,以CAD包容CAE的作法是不全面的。从严格意义上讲,CAE比CAD包含的内容更广,具有更高的技术经济效益。

设计实施应用系统集成的建议

从工程设计领域计算机应用的情况来看,经过多年的努力,虽然已取得很大进展,但是除少数先进行业、先进单位外,多数单位计算机应用的现状是:

·仅限于CAD方面的单项开发应用,应用水平基本上停留在第一代CAD(目前国际上已进入第四代);无网、库支持,少数单位虽然有专业或部门局域网,但无企业级的网和库,形不成完整的系统,仍然是多个信息孤岛。

·CAD、MIS分别设计、分散开发,互不联系或联系很少,相互脱节。有的单位至今还没有开发MIS。对CAE重视不够,缺乏最基本的联机信息资源和控制管理机制。

·多数单位CAD、MIS的基本功能仅限于作业层(分析计算、出施工图,统计、检索、打印报表等),缺乏CAE功能,管理层功能很弱,决策层功能更弱甚至没有,职务越高越无法使用计算机或不会使用计算机。

因此,就总体而论,工程设计领域计算机应用系统集成的基础还是很薄弱的。要在2000年实现"设计行业电脑化"、"甩掉图板"的任务是非常艰巨的。面向应用、从现实出发、兼顾发展,以追求技术经济效益为目的,是开发建设集成的工程设计系统的基本原则。笔者根据多数单位的现实情况进行如下分析并提出建议:

国内外开发建设集成应用系统的情况,大体上可分为三种类型:

(1)软、硬件及信息资源基础较好,在充分利用现有资源的基础上进行应用系统集成。其优点是现实投资不大、见效快。缺点是集成的难度大,技术上的先进性多有局限性,且系统的生命周期短,扩充困难,后继投资大。

(2)在系统规划设计的基础上,对现有软、硬件资源进行更新改造,符合集成要求者保留,部分符合者改造,完全无法集成者舍弃。多数应用软件需进行二次开发或重新设计开发。对于已有的数据库,根据系统设计要求进行调整、充实和完善。优点是见效快,系统在技术上具有一定的先进性和可扩充性,生命周期较长,后继投资相对较少。缺点是对现有资源调查、论证、改造工作量很大,且现实投资较大。

(3)根据企业的目标,全面分析近期和中、远期应用需求以及有关技术的发展趋势,原则上不受现有资源的限制。从高起点出发,进行集成系统的总体设计和详细设计,开发建设一个实用性好、技术水平高、生命周期长、技术经济效益显著的集成化的应用系统。问题是现实投资很大、人员培训任务重且见效慢。

多数设计单位的计算机应用虽有一定基础,但应用软件覆盖面一般只有50%左右,缺项缺门较多,信息资源较少且资金不足。若采用第一种方式,基础不够;采用第三种方式投资太大也不符合国情院情。因此,以采用第二种方式分三步实施较为稳妥。

第一步,组成专门班子,在院长直接领导下,进行需求和现有资源的调查分析,做出概要设计或总体设计,指导和控制各方面的开发工作。与此同时,对已有的CAD、MIS应用软件分别进行充实提高。根据总体要求,抓紧DSS、CAE的开发,扩大应用面,尽力补齐缺门缺项应用软件,培训有关人才。

第二步,在总体设计的基础上进行系统详细设计,对CAD、MIS分别进行集成化试点,培养集成技术人才,提高集成意识。

第三步,在详细设计的基础上,总结试点经验,制订实施计划和相关的规章制度,有组织、有领导、有计划、有步骤、有目的、有方法的开展集成工程设计系统的开发建设工作。

以上三个步骤互有联系,常常是交叉进行的。总之,应使建成的"计算机集成工程设计系统"具有很强的实用性,在技术上尽可能要有一定的先进性和较好地可扩充性、较长的生命周期。由于考虑不周,国内外都出现过系统建成之后不好用甚至不能用,或系统尚未完全建成所采用的技术或设备就落后甚至被淘汰了,根本谈不上系统生命周期。这是值得我们引以为鉴的。

急需解决的几个问题

影响当前计算机应用发展的问题不少,既有认识问题、组织领导问题,也有理论技术资金和人才问题。

首先是统一认识加强领导问题。开发建设工程设计领域中的计算机集成应用系统,是一项复杂的系统工程,理论性强、技术难度高、涉及面广,仅靠计算机部门或计算机专业人员是根本无法实现的。因此,必须健全系统开发建设的组织保证体系。高层领导、特别是第一把手应亲自介入,加强统一领导,尽快克服分散开发、互不联系的作坊式开发方式,特别是要重视MIS和CAE的开发和应用,否则应用系统集成将缺乏有力的协调控制管理和决策机制以及必要的信息资源基础。

其次是理论和技术问题。当前对于应用系统集成化的理解不一、议论较多,急需进一步达成共识。这里对几个主要问题谈点不成熟的看法:

(1)对于"集成化"的理解既不能神秘化也不能简单化。把"集成化"看得高不可攀,常常会知难而退或者贪大求全,片面追求技术上的"先进",在耗费大量人力、财力之后仍不能见效。反之,把"集成化"和通常所说的"系统化"混为一谈,以为只要连网、建库,解决了应用软件之间的接口问题,就算是集成化了。这种简单化的看法,忽视了信息集成、应用功能集成以及人和组织的集成这三个最重要的内容。

一般地说,应用系统集成不可能一次完成,它是一个渐进滚动过程。即使在发达国家,许多企业也是先开发"低成本的CIMS",即集成应用系统的初级阶段。吴澄教授在谈到研究应用CIM技术的经验时强调:"应从整体效益着手,先解决管理协调控制决策问题。片面追求作业层的全盘自动化,企业在经济上既难以承受又加大了成本,严重影响了经济效益,不利于推广应用。"这也是值得工程设计单位深思的。

(2)既不迷信理论,也不能忽视理论上的指导。如前所述,开发建设集成应用系统是一项复杂的信息系统工程,仅凭经验自己干是困难的,必须以正确、可靠、实用的理论作指导。对于国外的一些系统开发方法论,如Yonrdon方法、Martion方法、VSM方法、O-O方法以及快速原型法,等等,正确的态度应当是"一学、二改、三创"。即首先是学习消化,然后是集各种方法论之所长,结合国情、院情加以改造,从应用实际出发,灵活运用。希望在不太长的时间内创建我国自己的系统开发方法论。目前,我国在CIM系统开发中,多采用复杂系统分析设计方法IDEF,这也是可以借鉴的。当前还有部份单位和一些计算机应用开发人员,不熟悉或不了解系统开发方法论的重要性和必要性,也有待于学习或培训。

(3)要重视系统软硬件的选型、配置和论证。过去单项开发或解决专业工作组或部门级的联网建库问题,相对而言随大流不会出现大差错。但是,要开发建设集成应用系统,面临的问题就要复杂得多。首先碰到的是如何建立企业级的网和库;多媒体技术的应用深度、广度和时机;是否采用CSCW技术,什么时候采用;系统的节点有多少,传输的信息量有多大以及瓶颈在哪里等等。这些都需要认真的研究和分析,有的还需要通过实验去论证。

没有统一的规划和设计,不通过认真地研究和论证,走一步看一步,买什么用什么,很可能走弯路。其结果不是节省而是加大甚至浪费投资。在这方面,国内外的教训也不少。有的系统建成之后,运行效率很低,或者不适用,或者许多问题解决不了,或达不到设计目标不好用,不得不变更系统设计,甚至被迫推倒重来,到那时损失就更大了。

(4)如何稳定现有的计算机应用队伍,抓紧培养系统分析设计方面的高级人才,也是当前迫切需要解决的问题。这里仅就培养高级人才问题谈点看法。在发达国家,每一个企业都有几位高级系统分析设计专家和信息工程评估管理专家,其地位是处于企业级决策层的,其待遇和企业高层领导一样,其作用关系到企业的运转甚至成败。因此,除非企业倒闭或本人另谋高就,在一般情况下,这些高级专家是不会被解雇的。目前,多数单位还缺乏这样的高级人才,可先采取和高校或科研单位合作或聘请专家学者作技术顾问,在开发建设集成应用系统的进程中培养这方面的人材。在有了高级专家以后,如何委以重任,给予应有的待遇,避免人才外流,也是需要研究解决的重要问题。