1.4.2 复杂系统的全生命周期V++模型

系统工程的V模型是一个典型的过程模型，其实质是一种还原论的方法，将复杂的系统分解为更小的部分进行分别设计，然后集成为系统整体，再进行验证与确认。在系统的复杂度低的时候，该方法被证明是非常有效的，但应用到复杂系统中时，还存在以下几点不足。

（1）V模型过程是一种先通过降维分解，再进行集成验证的过程，但分解过程不可避免地破坏了复杂系统成员系统之间的联系性，会造成系统整体性缺失。

（2）V模型中的分解是简单的，而复杂系统的顶层能力是成员系统协作动态涌现出来的，因此复杂系统的能力无法通过V模型的分解方法来开展。

（3）V模型是一种顺序过程，到研制阶段后期，等到复杂系统集成完成后才能开展顶层能力验证，一旦有大的修正，会导致代价大、效率低。

（4）V模型是静态的，不考虑系统成员之间的动态交互，无法构建复杂系统适应性机制。

动态有机性则是复杂系统自组织性与涌现性的综合体现，复杂系统必须具备一定的自适应能力，才能应对环境变化与主体之间的相互作用。因此，复杂系统的适应性机制应该包括自感知、自恢复、自优化的有机特性，而有机性已成为复杂系统设计的目标之一，因此有机性是实现复杂系统适应性机制的关键。

那么，如何赋予复杂系统有机性呢？

让复杂系统“活”起来，就要引入时间T，就是要在动态流程中去感知、去学习、去进化，也就是要让复杂系统生出“生命之魂”。运用信息物理融合系统（CPS）技术架构和数字孪生技术，构建复杂系统基于流程的动态虚实映射关系，可以实现复杂系统从还原解析到数据映射的转换，进而实现复杂系统从降维到升维的跃迁。为此，笔者在《从降维解析到映射升维——复杂工程系统原理探索》一书中提出了复杂系统全生命周期的V++模型，如图1.5所示。

图1.5 复杂工程系统全生命周期的V++模型

（1）复杂系统总体层：依据复杂系统核心元素，在顶层业务流程模型和统一信息空间数据库的支持下，完成复杂工程系统能力需求分解、系统架构设计、系统业务流程设计、系统生命力保障设计、系统集成、系统验证与确认以及系统维护，并重点关注利益相关方的协调与系统级管理工作。

（2）系统工程层：根据复杂系统内部成员系统的特点，按照新研系统、改进系统和重用系统三种类型开展系统工程的过程裁减。

（3）虚拟映射空间：通过模型映射、数据认知、知识沉淀、自主学习，将复杂系统构建成一种基于数字孪生的有机适应性系统，解决复杂系统的虚实映射、隐秩序发掘和系统动态演化。

V++复杂系统设计模型的三层要素构成两个重要的“+”的过程：

（1）复杂工程系统构建过程+：是指复杂系统总体层和系统工程层相互作用实现复杂系统构建的过程。该过程通过数据驱动、面向能力、基于架构、模型支持、流程连接、环境协同与生命力支持等核心元素，设计和实现复杂工程系统物理实体的集成与验证。

（2）复杂工程系统演化过程+：是指复杂系统总体层、系统工程层共同构成的物理实体空间和虚拟映射空间相互作用实现CPS的过程。该过程的实现采用有机观点和适应性规则描述，构建信息空间的智能数字化虚拟映射体，通过复杂系统的数字孪生映射实现自主学习，不断迭代演化，将物理复杂系统中的不可见秩序变为可见、不可知的规律变成可知，解决不可知、不可见问题，促进复杂系统的不断进化，使复杂系统具有自感知、自恢复、自学习等有机特性，从而实现对复杂工程系统的动态演化。