基于有效性的航天器批臺次技術狀態管理方法

張榮霞，張樹生

（1.西北工業大學 現代設計與集成制造技術教育部重點實驗室，西安 710072；2.中國空間技術研究院, 北京 100094）

1 概述

技術狀態管理是保證將用戶對產品的功能、物理等特性的要求，反應到設計、生產中，并最終實現用戶要求的一種管理技術和方法[1]。技術狀態管理是伴隨著復雜系統的研制而產生和發展[2]。航天器的研制過程就是典型的復雜系統實現過程。不僅僅是產品組成復雜化，如典型衛星產品的零部件都以萬為數量級，而且涉及到不同的技術領域，如光、機、熱、電、微波等。另外隨著全球導航、高分辨率對地觀測等國家重大工程的立項和實施，航天器小批量研制正在逐漸成為常態，以北斗二號二期為例，組網衛星數量達到幾十顆。

面對復雜航天器產品的并行批量化研制形勢，航天器產品技術狀態管理必須隨時跟蹤、記錄各批臺次產品各局部變化情況及其對整體的影響，在給定某一確定的批臺次時，能夠快速地追溯查看到該批臺次航天器產品所有相關信息[3,4]。目前，技術狀態管理面向單型號進行，不關心也不需要記錄批臺次信息，批臺次技術狀態信息隱藏于研制過程的各項業務活動和數據結果記錄中，長期處于基于圖紙的記錄—更改—清理—再記錄的結果控制為特征的管理模式。這理論上雖然可以保證最終技術狀態的準確性，但是隨著多星并行研制過程不斷深入，技術狀態清理的工作量必將越來越大，協調難度也越來越困難，很難做到全面、快捷、可追溯的技術狀態+統計。這種問題已經開始干擾日常研制工作，急需采取有效措施解決。

為解決上述問題，本文提出基于有效性的航天器批臺次技術狀態管理方法，解決批量化研制環境下的復雜系統技術狀態管理難題，通過有效性標識、有效性計算、有效性約束等手段，清晰、準確的記錄航天器產品的批臺次技術狀態，將技術狀態管理者從繁雜的重復的收集工作中解脫出來，支持準確提取出任意研制階段、不同設計方案、每顆實物衛星乃至每顆在軌衛星的技術狀態，確保批臺次技術狀態信息的實時獲取、清晰可控、完整可追溯。

2 整體思路

基于有效性的航天器批臺次技術狀態管理方法的整體思路如圖1所示，通過在產品結構節點、三維模型/二維工程圖、技術文件等產品研制相關數據上定義有效性范圍，實現一類航天器產品數據在一顆產品結構樹上的統一管理，最大程度減少數據冗余，準確記錄和提取任意批臺次的產品結構、三維模型/二維工程圖、技術文件、工藝信息等技術狀態數據，并且為實物產品的數據追溯建立基礎。

圖1 有效性定義方式

結合型號研制過程的實際調研，將有效性定義分為兩大類：

1）對產品結構節點及其關聯的三維模型/二維工程圖的有效性管理

由于產品結構節點及其關聯的三維模型/二維工程圖之間具有緊密耦合性，因此產品結構節點的有效性也代表了其所關聯的三維模型/二維工程圖的有效性，即三維模型/二維工程圖的有效性繼承產品結構節點的有效性定義。

產品結構節點創建后，初始有效性范圍為當前類別型號產品全局有效，在產品結構節點達到受控狀態之前，可以手工調整其有效性，而該產品結構節點當前版本的有效性可自動傳遞到該版本所關聯的三維模型和二維圖樣上。如果產品結構節點更改后產生新版本，則需重新設置新版本產品結構節點的有效性，利用有效性計算方法，根據整體有效范圍和新版本定義的有效范圍自動調整該產品結構節點歷史版本的有效性，同時有效性傳遞給對應的三維模型和二維工程圖。

2）對技術文件的有效性管理

相對于三維模型/二維工程圖，技術文件與產品結構的關聯性較弱，因此有效性作為獨立的業務對象與技術文件的特定版本相關聯，而不是直接從產品結構節點上繼承有效性。

3 有效性管理約束條件

1）同一份文檔的不同版本之間的有效性范圍不能夠重疊。

一個具體編號和版本的文檔代表一種技術狀態，同一個文檔的多個狀態之間存在互斥性關系，不存在相容關系。即針對同一個文檔的多個版本的有效性范圍之間不存在重疊，相互之間彼此獨立。

2）產品結構節點特定版本所關聯的多個三維、二維圖的有效性必須一致。

產品結構節點（零部件）是構成產品結構的基本元素，零部件是實物的一種抽象，通過它僅能反映結構上的關系。其技術狀態主要由其所關聯的三維、二維圖來決定。對于一個零部件的特定版本，技術狀態唯一，有效性唯一。因此零部件特定版本所關聯的三維模型及其對應二維模型的有效性應是統一的。如果有多個二維工程圖與零部件相關聯，業務上多個二維工程圖是對該版本零部件的多角度描述，多張二維工程圖的有效性必須一致。

3）產品結構節點關聯的技術文件有效性范圍不應該超過該產品結構節點有效性范圍，下級產品結構節點有效范圍不應超過上級產品結構節點有效范圍。

產品結構節點有效性范圍是其各版本有效范圍的集合，一方面由于在提取單顆衛星數據是采用基于產品結構搜索的方法，另外一方面產品結構節點代表著實際衛星組成，因此產品結構節點對應的技術文件的應用范圍應與實際對應。

4）有效性的范圍必須明確、量化。

有效性必須在明確的適用范圍下才有意義。因此，針對一個特定編號和版本的技術文件、三維模型/二維工程圖等，必須指明有效性的量化適用范圍。

5）有效性默認全局有效。

如果創建技術文件或產品結構節點不指定有效性，則其有效性默認全局有效。

4 有效性的自動計算方法

產品結構、技術文檔設置有效性后，一旦通過簽審流程并達到受控狀態，則其有效性不可隨意更改。如果必須修改，則需要經過有效性更改。

當有效性發生變化時，按照如下兩種模式對數據對象進行有效性的自動計算：

1）如果更改后的有效性和更改前的有效性范圍之間沒有重疊或更改前的有效性落在更改后生效有效性范圍之內。

2）如果更改后生效的有效性和更改前的有效性范圍之間有重疊，且更改前的有效性沒有落在更改后生效的有效性范圍之內。

圖2 版本有效性變化規則

其中A1、A2為更改前（版本為C）文檔的起止有效性范圍，B1、B2為更改后（版本為D）生效的起止有效性范圍。計算得出版本調整后有效性如下表。

表1 有效性計算結果

5 基于有效性的批臺次數據提取

當需要查看特定批臺次數據時，通過特定批臺次的值，按照如下邏輯進行相關數據提取。

Step1：對產品結構樹節點進行版本有效性過濾，獲得有效地節點產品版本；

Step2：輸出該版本關聯的三維模型和二維工程圖；

Step3：逐一查找該節點所關聯的技術文件，按照版本有效性進行篩選；

Step4：判斷是否有子節點，按照上述步驟繼續遍歷，直到沒有子節點為止；

Step5：輸出結構樹。

6 結論

圖3 航天器批臺次產品數據提取邏輯

傳統的技術狀態管理方法難以適應多型號并行研制的需要，無法保證技術狀態信息的時效性、準確性、完整性和可追溯性。基于有效性的航天器批臺次技術狀態管理方法，汲取了航天系統工程的管理思想，從整個系列型號的角度出發，通過有效性標識、有效性計算、有效性約束等手段，從整體上把握研制過程的技術狀態，清晰、準確的記錄航天器產品批臺次技術狀態。該方法完全摒棄了傳統模式下通過人工篩選和判斷的低效方式，通過有效性過濾的方式，對批臺次有效的研制信息進行提取，將型號人員從眼花繚亂的各種技術狀態信息中解脫出來，能夠清晰的管理每一顆星、任意研制階段的技術狀態信息，將技術狀態管理者從復雜的重復性勞動中解放出來，提升技術狀態控制的力度，響應的敏捷度。有助于提高型號批臺次技術狀態管理工作的效率，確保技術狀態清晰、準確、完整、可追溯。

[1] 郭寶柱.中國航天系統工程方法與實踐[J].復雜系統與復雜性科學, 2004, (2): 16-19.

[2] 舒彪, 韓曉建, 鄧家禔.復雜工程系統研發中的技術狀態管理[J].航空制造技術, 2008, (9): 82-88.

[3] 尚志, 于瀟.神舟七號飛船技術狀態控制管理探討[J].航天器工程, 2008, 17(6): 1-6.

[4] 袁家軍.神舟飛船系統工程管理[M].機械工業出版社,北京, 2006.