第四节系统集成标准化

☆ 标准化基础知识讲座
系统集成标准化
中国电子技术标准化研究所谭福有
系统集成标准化，是伴随信息技术的飞速发展和应用以及信息化进程的推进，而形成的一种现代标准化形式。

这种形式实际上是从系统工程顶层上运用标准化手段，以构筑技术体系结构为核心，以实现互通、互连、互操作为目标的一种新方法。

1 概述
可以说，系统集成是与信息化紧密结合的。

随着系统集成的推进，人们认识到没有标准化的支撑，系统集成无法实现，至少不能达到预期的目标。

于是，系统集成标准化随其服务对象的需求应运而生。

系统集成的最终结果是形成由网际网组成的一种信息传输、应用系统，它将硬件、软件和各种技术组合，以便很容易地实现人们彼此间的联系，而且提供大量的信息资源和服务。

显然，要使大系统总体目标得以实现，在建设中必须做好技术协调工作。

实践证明，解决技术协调问题最有效的手段就是标准化，特别是大系统顶层设计必须有标准化的支撑。

将信息技术转换成有用的信息系统通常需要三个主要部分：体系结构、产品、标准。

标准既作为独立部分支撑信息系统，又作为体系结构间或产品间形成有机联系的纽带和桥梁。

特别是在信息系统结构设计或产品方案设计的全过程都必须遵循标准。

正因为如此，标准化在支持信息系统建设上的独特功能是其他手段所不能取代的。

2 系统集成标准化的内涵
2.1 基本概念
系统集成标准化是为了将各种系统融合为一体化的信息技术系统，实现信息共享的特定目标，通过建立并使用标准资源，以支持大系统的顶层设计及其各系统的开发，并确保预定效能得以发挥的标准化活动。

从上述概念可以看出，系统集成标准化是从信息技术系统的角度出发，以实现信息收集、传输、处理、应用为目标，运用标准化手段，达到系统效能最佳的目的。

所以，标准化对象一般是信息基础设施或类似性质的大系统或体系。

标准资源是指满足特定对象的最小标准集合，这一集合不是标准的简单堆集，而是服务目标明确、联系紧密、层次分明、互相支持的标准体系，它成为构筑工程技术体系结构的基础。

标准资源包括所有的标准化文件，如：网络协议、技术法规、标准、规范、手册、指南、规程和有关程序性文件。

建立标准资源，要在广泛收集资料的基础上，实现二次或多次加工，使之与特定对象的需求相适应。

系统集成标准化不但要解决产品及其组成部分的产品标准化问题，更要解决系统中的系统综合、技术综合、信息综合中的技术协调问题；不但要实现网络互联、信息互通、功能互操作，实现资源共享、协同工作，而且要为系统的可靠性、安全性、可扩充性、科学管理及运行提供保障。

由此可见，以大系统为对象的集成标准化其难度是非常大的。

为此，必须搞好标准化的顶层设计。

进行顶层设计需要标准化研究机构、系统总体研究机构、分系统研究与承制单位之间的通力合作，优势互补，形成统一的整体。

系统集成标准化同综合标准化一样，也是系统工程学在标准化方面的运用，他们是两种不同的标准化形式。

两者的具体差异见表1。

表1 系统集成标准化与综合标准化的比较
目的a. 解决系统技术综合、信息综合的协术协调问题
b. 实现网络互联、信息互通、功能互操作，实现
资源共享与协同工作
提高产品及其组成部分的质量水
平和技术水平
方法进行顶层设计，制定实施方案，分步实施制定计划，同时推进
领域多种网络、多种技术、多种专业、多种产品；软
件、硬件
一类产品；硬件
过程不可重复基本重复
2．2 特征
（1）完整性
电子技术的发展正在向微观和宏观的各层次两个方面延伸，从层次、过程、结构和功能诸多方面的深入研究，探索电子技术的发展规律和应用范围。

系统集成就是具体的实践。

作为支撑系统集成的标准化，其完整性应是必须具备的特征，主要表现在：
——结构、层次上的完整性。

由于系统集成标准化是针对特定对象的体系结构而设计的标准体系结构，所以在结构、层次的完整性上与标准化对象相适应；
——技术与质量水平上的完整性。

系统集成标准化不但要保证标准水平的协调性，而且要保证标准与标准之间在质量上的良好衔接性。

在利用已有标准资源时，基本上通过分析、裁剪后，转换成适应需求的研制规范，能直接使用的也需要确认。

——标准间的相互渗透，形成完整的标准机体。

系统集成标准化的突出点在于它的集成性。

集成的深刻含义在于大系统、系统、分系统和各要素标准之间的深层次的综合渗透。

具体而言，就是形成与对象体系结构相适应的、纵深层次科学合理、技术水平相配套、功能结构齐全、衔接紧密、协调配套的标准集成体。

（2）多学科性
现代科学、专业的相互交叉渗透与联系是现代科技发展的趋势。

组织多专业的联合开发是高科技产品取得突破性进展的主要形式。

系统集成标准化具有标准化的多学科性，这是它的重要特征之一。

系统集成标准化涉及到信息技术、通信技术、网络技术、多媒体技术等方面的标准，与计算机、通信、雷达、导航、元件、器件等专业的标准有关。

可以说系统集成标准化的多学科性，可以适应电于信息产业的发展模式。

正是它的多学科性才确保了标准化作用最佳的发挥，因而它是非常有发展前途的标准化形式，也可以说它实质上是标准化本身向集约化发展的典型。

（3）协调性
系统集成的突出表现是，电子系统正在由平面综合走向立体综合、由单项技术的综合发展成多项技术的综合、由单变量单层次的技术结构综合发展成多变量多层次的技术结构综合。

通过系统集成而形成的庞大系统，一方面要解决组成系统的软件、硬件产品的技术协调问题，另一方面要解决大系统、系统、分系统和要素相互之间的系统综合、技术综合、信息综合中的技术协调问题，此外还要解决已有系统、在研系统和待开发系统间的技术协调问题。

实践证明，解决技术协调问题最有效的手段就是推行标准化。

（4）超前性
它是系统集成标准化所具有的突出特征，主要表现在：
第一，标准化在系统的顶层设计中起导向作用，通过标准的传递，解决系统与系统、网与网、体系与体系的互通、互连、互操作。

具体而言，系统的开发必须进行统一的顶层设计，论证统一的体系，制定并实施统一的标准、规范、接口、编码，以确保系统整体效能的发挥；
第二，通过标准化的超前性促进技术进步。

当前很多标准特别是信息技术标准已经与技术的发展保持同步。

标准作为先进技术的载体对系统的开发是最有力的先期支撑。

最突出的例子就是网络协议，世界上任何国家在信息化的进程中都把网络协议作为首要的技术依据；
第三，系统集成标准化本身也要进行顶层设计，确保标准结构体系与系统结构体系的适应性。

这实际上是标准化的超前总体设计，有了超前总体设计才能确保前两方面工作的顺利推进。

3 系统集成标准化的顶层设计
所谓顶层设计就是从顶层上对标准化进行总体分析、总体论证、总体设计、总体规划、总体协调，通过顶层设计达到总体优势最佳。

标准化的顶层设计（图1）是系统顶层设计的一部分，也可以单独
图1 系统集成标准化的顶层设计
3．1 总体分析
标准化的总体分析是利用系统科学原理，针对特定系统标准化目标，帮助决策者为实现某种需求而进行系统的研究和论证，提供完整、准确和可靠的综合资料。

从某种意义上讲，总体分析更多偏于对未来的建议和策划，它的基本要素是：确定对象、明确目标、制定可行性方案、建立模型、评审。

（1）确定对象
通常，它应当是国民经济或国防建设的重点工程或专项工程，对电子信息产业而言，其标准化对象应是信息基础设施或电子武器平台等大系统或大工程。

系统集成标准化必须是在国家一级开展工作，所以其对象的确定要由较高层次的领导机关来批准。

企业可按总体部署承担与自己开发任务相适应的工作。

（2）明确目标
对不同的标准化对象都有各自的特定目标。

通常，系统集成标准化的总目标是提出最低限度的一套标准和规范，为系统和系统顶层设计提供方向性与支持性的标准化指导，使系统集成项目的设计、开发、管理能沿着统一的开放环境方向发展。

一般应包括：解决网络、系统互通、互连问题；实现应用上的互操作性、可移植性和伸缩性；提高数据和系统管理能力；提高系统安全性；确保系统和产品的质量与可靠性；实现软件、硬件的模块化。

（3）制定可行性方案
系统分析就是要对分析问题的性质尽量列举各种可行方案，从需求方面来研究各个方案，并且估计它可能产生的结果，以利于分析研究和选择。

在列举各种方案时要考虑两点：所运用的方法是否可行；所采用的方案是否可靠。

（4）模型建立
模型是用来描述标准化对象和过程的某一方面本质属性的，它是对客观世界抽象的描述。

在系统
集成标准化中最需建立的是标准体系概念模型，以及建立标准体系结构与运行体系结构和系统体系结构的关系。

（5）评审
按制定的评审标准对各种方案进行评价。

用技术经济的观点以及系统的总体观点，对比各种优化了的可行性方案，综合分析，选出最优方案。

3.2 总体论证
从上面介绍的系统集成标准化的概念中可知，集成标准化是一个层次分明、纵横关联、相互衔接的网络系统，这就决定了构成系统集成标准化的项目必须先进行总体论证，再进行子项目的论证。

总体论证的基本内容包括：（1）特定系统集成标准化的必要性；（2）特定系统集成项目对标准化的要求；（3）指导思想与发展目标；（4）系统集成标准化的概念模型，与系统体系结构相适应的标准体系结构（又称技术体系结构），以及标准的集成途径；（5）开展系统集成标准化的可行性分析及效能评估；（6）计划阶段安排与重点项目；（7）措施建议。

总体论证仅是从顶层的位置上就标准化总体进行的论证。

它着重论述顶层与下层（分系统）的功能分配、接口、约束条件以及共性的标准化问题。

各分系统在项目推进中应适时进行本系统标准化项目的论证。

3.3 总体设计
（1）指导原则
通常，总体设计是用总体方案来反映的。

总体方案是系统顶层设计重要的一环，为此在设计中应遵循以下原则：
a. 为标准化对象目标的实现提供标准化的指导和保证；
b. 全面和系统地考虑建立技术体系结构、模型以及标准的框架，明确上下左右各方面的关系；
c. 重点抓住顶层共性标准和保证互操作性的标准；
d. 坚持正确的导向并与实际结合，处理好系统设计中的共性技术问题；
e. 既要体现标准统一与标准先行的原则，又要与标准化对象总体技术方案的设计紧密结合进行；
f. 对各系统技术方案的设计、研制、集成、验收具有指导和约束作用，以保证互连、互通和互操作要求的实现；
g. 有利于实现通用化、系列化和模块化；
h. 在选用和制定标准时，应确保标准配套和协调一致。

（2）几项主要内容
a. 根据运行体系结构确定标准化的具体目标
运行体系结构是指对各个运行单元、分配的任务以及为完成或支持使用功能要求的信息流的描述。

它规定信息的类型、交换的频率以及由这些信息交换支持的任务。

在总体分析中已提出通常要实现的目标，这里要针对特定系统将目标确定并尽量具体化。

b. 设计技术体系结构（标准体系结构）
技术体系结构是指对各个部分或各个单元的安排、交互作用和彼此间的依赖关系加以制约的最低限度的一组规则（即标准），其目的是为了确保一致的系统满足特定的一组要求。

这组规则主要是标准的集合体。

技术体系结构标识出各个服务、接口、标准以及它们之间的关系。

简单地说，技术体系结构就是制定标准化总体方案特别是标准体系结构的主要依据，通常，它应规定系统及支持其应用的结构框架、技术参考模型和标准轮廓。

结构框架至少包括两个内容：建立系统概念结构；根据概念结构和系统的体系结构建立标准体系结构。

标准体系结构则由系统标准分类体系结构和系统实施标准体系结构组成。

技术参考模型是结构框架的组成部分之一。

目的是为各种任务领域的应用之间实现互操作、不同任务领域之间实现可移植性和通过采用公共服务降低开销提供方便。

实现信息管理需要建立技术参考模型，该模型连同特定的标准，定义了一个技术标准的框架。

某工程信息处理技术参考模型如图2所示。

技术参考模型分为三层，即应用软件层（包含应用和应用支持）、应用平台层和外部环境层。

应用软件层通过API应用平台层通信。

而应用平台层则通过外部环境接口（EEI）与外部环境通信。

与图2相对应的信息处理标准的分类体系结构如图3所示。

标准轮廓是指支撑的业务领域及相应标准，它亦是结构框架的组成部分之一，通常的业务领域有：程序语言、用户接口、数据管理、数据交换、图形、网络、操作系统、安全、系统管理。

总之，技术体系结构可理解为描述系统功能和接口所需的一系列标准、规范、协议的堆集，这种堆集是科学有序的适应特定对象的标准体系。

c. 按系统（装备）体系结构设计装备或产品标准体系结构
系统体系结构是指对用于或支持使用功能的系统和互连的描述（包括图形）。

它规定各关键节点、电路、网络、使用平台等的物理连接、位置和标识，并且还规定系统和组成部分的性能参数。

构造这种体系结构是为了满足技术体系结构中规定的每项标准的运行体系结构要求。

系统体系结构显示出在某个受支配区域里的多个系统如何连接和互操作，并且还可能对体系结构内的具体系统的内部构造或运行予以描述。

在系统功能标准完成后，就可分别设计各分系统的装备和产品标准体系结构。

系统功能必须用标准固化。

功能的实现可在一个设备上也可在多个设备上实现，所以系统（装备）的体系结构通常要在技术体系结构确定之后产生。

图2 信息处理技术参考模型
这里需要指出，我们通过多年的标准化工作，无论是军还是民，都已形成一定的标准体系，通用性极强。

而这里谈及的系统（装备）标准体系结构是从特定对象出发的，可以说专用部分占有一定成份，况且前者是从专业（或产品）分类角度确定的体系结构，后者是从系统分解角度确定的体系结构，两者的出发点有本质的不同，所以，必须重新制定适应特定对象的标准体系结构。

图3 信息处理标准分类体系结构
3.4 总体规划
总体规划就是将标准化总体方案的内容细化后，变成具体任务，分解成阶段计划并逐一落实。

主要包括：
（1）将标准体系结构具体化。

在标准分类体系结构中，每一层次的每一位置都由若干个标准描素，将必须的标准列入相应的明细表中，并建立数据库；
（2）对标准资源进行分析，按标准体系结构的配置，将适用的标准资源纳入数据库；
（3）提出需开发的标准项目，特别是与系统运作有重大影响的标准项目；
（4）制定标准化计划，优先安排系统顶层设计所需标准项目，进行科学分工与安排好工作进度；
（5）制定系统推进实施指南。

为了满足系统开发的需要，对尚没转换成我国标准的国际标准或待开发的标准，通过制定实施指南来支撑系统的开发；
（6）指导系统研制规范的编制。

3.5 总体协调
协调是标准化的基本功能之一。

系统开发直至运行使用始终存在协调问题。

协调的最终目的是使系统的建设以及效能的发挥实现最佳。

协调可以归结为两方面：围绕系统开发的技术协调；标准化总体方案推进中的计划协调。

围绕系统开发的技术协调的关键是科学确定大系统与各功能系统的功能区配置要求，以及规定功能区之间或功能区中的接口。

为此，要紧紧围绕标准化的预期目标（如互连、互通、互操作），解决好以下技术协调问题：
（1）解决顶层设计中系统综合、技术综合、信息综合的技术协调问题；
（2）解决软件、硬件的技术协调问题；
（3）解决已有系统、在研系统、待开发系统的技术协调问题；
（4）解决信息管理上有关协调问题。

上述协调工作应在动态中进行，一些重大技术协调要先期完成。

其协调结果一般以标准、规范、协议、规定、指南或行政规章等形式固定，并贯彻实施。

至于标准化总体方案中计划协调问题，与前面介绍的综合标准化计划协调方法基本相似，此不重述。

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(收稿日期：2005-11-10)。