以平臺(tái)化發(fā)展帶動(dòng)控制系統(tǒng)研制模式轉(zhuǎn)變

◎北京航天自動(dòng)控制研究所 馬衛(wèi)華等

以平臺(tái)化發(fā)展帶動(dòng)控制系統(tǒng)研制模式轉(zhuǎn)變

◎北京航天自動(dòng)控制研究所 馬衛(wèi)華等*

從平臺(tái)體系架構(gòu)、架構(gòu)評(píng)價(jià)方法、具體工程實(shí)踐等多角度出發(fā)，介紹了武器裝備控制系統(tǒng)平臺(tái)化發(fā)展的基本概念與架構(gòu)定義，形成了一套基于平臺(tái)化的控制系統(tǒng)研制模式，推動(dòng)了控制系統(tǒng)的研制從任務(wù)驅(qū)動(dòng)發(fā)展模式向提供控制系統(tǒng)整體解決方案的轉(zhuǎn)變。

長(zhǎng)期以來(lái)，由于導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)的高可靠、高標(biāo)準(zhǔn)要求，控制系統(tǒng)的研制一貫維持傳統(tǒng)的定制化思路，缺乏體系化、平臺(tái)化、產(chǎn)品化的設(shè)計(jì)理念，往往造成研制方案特點(diǎn)不同、體系不同、產(chǎn)品不同，增加了系統(tǒng)的研制成本和研制周期。為適應(yīng)實(shí)戰(zhàn)化和體系化作戰(zhàn)的應(yīng)用需求，導(dǎo)彈武器的研制單位需要具備低成本、快速研制的能力，研制的系統(tǒng)產(chǎn)品具備高可靠、標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展的特點(diǎn)。因此，轉(zhuǎn)變控制系統(tǒng)研制模式，推動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)從個(gè)例化、定制化向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、智能化的平臺(tái)架構(gòu)轉(zhuǎn)變勢(shì)在必行。

北京航天自動(dòng)控制研究所創(chuàng)新性地提出導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)平臺(tái)化研制思路，從平臺(tái)體系架構(gòu)、架構(gòu)評(píng)價(jià)方法、具體工程實(shí)踐等多角度出發(fā)，形成了一套基于平臺(tái)化的控制系統(tǒng)研制模式，推動(dòng)了控制系統(tǒng)的研制從任務(wù)驅(qū)動(dòng)發(fā)展模式向自主提供快速、高效、安全、可靠、智能的控制系統(tǒng)整體解決方案的轉(zhuǎn)變。

一、工作總體策劃

平臺(tái)化的控制系統(tǒng)研制模式項(xiàng)目共分為4個(gè)階段：

第一階段是充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外平臺(tái)化發(fā)展情況。

第二階段是針對(duì)第三代導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)平臺(tái)化設(shè)計(jì)方案研究，建立了基于指標(biāo)、需求、功能、性能等多約束條件的控制系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)體系。

第三階段是總結(jié)建立基于指標(biāo)—需求—能力—實(shí)體化—選型的“五維度體系架構(gòu)”設(shè)計(jì)方法，依據(jù)技術(shù)指標(biāo)和功能需求建立與之相適應(yīng)的技術(shù)基礎(chǔ)和能力，通過(guò)平臺(tái)化的系統(tǒng)架構(gòu)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)滿足應(yīng)用需求的實(shí)體化平臺(tái)，以適應(yīng)不同應(yīng)用需求的選型需要。同時(shí)，提出控制系統(tǒng)體系架構(gòu)基于評(píng)價(jià)要素與權(quán)重的評(píng)價(jià)方法，建立基于能力描述的戰(zhàn)技指標(biāo)體系。

第四階段是具體工程項(xiàng)目實(shí)施，建立基于第三代平臺(tái)架構(gòu)的導(dǎo)彈武器新型號(hào)立項(xiàng)論證、方案研制的相關(guān)制度和研制流程。

二、平臺(tái)化設(shè)計(jì)方案及方法

控制系統(tǒng)的構(gòu)成要素根據(jù)其對(duì)系統(tǒng)的影響程度以及技術(shù)發(fā)展的背景，可劃分為不同的層次：

首先是系統(tǒng)功能的定義。除了基礎(chǔ)的控制功能外，是否還有其它功能，如是否包括偵察、數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)取?/p>

其次是系統(tǒng)內(nèi)外信息傳輸?shù)姆绞健Ｔ诖_定系統(tǒng)功能后，這些功能組成間如何進(jìn)行信息的傳輸是系統(tǒng)組織是否合理、高效的重要因素。信息傳輸方式又可從不同的方面進(jìn)行分析，包括信號(hào)傳輸?shù)奈锢硇再|(zhì)、接口形式、聯(lián)系形式等。

第三是功能部件的實(shí)現(xiàn)形式。在完成系統(tǒng)內(nèi)外的功能分配關(guān)系及確認(rèn)相互的聯(lián)系方式后，具體的功能部件如何實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)架構(gòu)的支撐條件。

根據(jù)以上層次的定義，研究所分別刻畫了第一代至第四代導(dǎo)彈武器平臺(tái)架構(gòu)，形成了從系統(tǒng)級(jí)到單機(jī)級(jí)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)報(bào)告、系統(tǒng)產(chǎn)品選型報(bào)告、接口規(guī)劃報(bào)告、系統(tǒng)方案驗(yàn)證報(bào)告等設(shè)計(jì)成果。

1.梳理總結(jié)“五維度體系”架構(gòu)設(shè)計(jì)方法

基于高度抽象體系中的關(guān)鍵影響因素，隱藏底層大量的細(xì)節(jié)信息，提供一種可供理解、便于管理、易于建模的描述方式的目標(biāo)，研究所建立了基于指標(biāo)—需求—能力—實(shí)體化—選型的“五維度體系”架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，給出了控制系統(tǒng)體系架構(gòu)基于評(píng)價(jià)要素與權(quán)重的評(píng)價(jià)方法，建立了基于能力描述的戰(zhàn)技指標(biāo)體系，具體包含以下幾個(gè)方面：

一是基于作戰(zhàn)需求，建立作戰(zhàn)概念模型，形成實(shí)戰(zhàn)能力需求分析矩陣，并最終以體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品形式表現(xiàn)出來(lái)。將作戰(zhàn)需求分配給各個(gè)裝備分系統(tǒng)，即分配其需要完成的任務(wù)、使命、戰(zhàn)略目標(biāo)，從而轉(zhuǎn)化為具體能力需求，形成能力指標(biāo)。

二是建立體系能力指標(biāo)與技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)之間的映射關(guān)系，完成控制系統(tǒng)具體指標(biāo)分配。

三是依照指標(biāo)分配，選擇適當(dāng)?shù)奈淦餮b備，并確定評(píng)價(jià)要素。區(qū)分極大型指標(biāo)、極小型指標(biāo)、居中型指標(biāo)、區(qū)間性指標(biāo)等，最后確定評(píng)價(jià)要素的權(quán)重。

四是建模構(gòu)建加權(quán)決策矩陣。計(jì)算出各種方案與最佳方案的滿足程度，得到該種武器裝備體系結(jié)構(gòu)對(duì)體系能力需求的滿足程度定量分析結(jié)果。

在上述過(guò)程中沒(méi)有提到的一項(xiàng)過(guò)程是，需要根據(jù)體系能力劃分建立武器裝備體系架構(gòu)，并作為開(kāi)展整項(xiàng)工作的基礎(chǔ)。

2.工程實(shí)踐

在上述理論工作的基礎(chǔ)上，研究所開(kāi)展了基于某型號(hào)的改進(jìn)型方案研制工程實(shí)踐。

首先，分析總體需求：該型號(hào)改進(jìn)型研制是在“快速反應(yīng)、長(zhǎng)戒備、生存能力強(qiáng)和綜合保障好”目標(biāo)指導(dǎo)下，以提升實(shí)戰(zhàn)化能力為核心目標(biāo)，兼顧提升突防和生存能力，充分利用先進(jìn)成熟技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)；充分繼承某型號(hào)地面設(shè)備集成改進(jìn)研制成果，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。控制系統(tǒng)的需求主要涉及生存能力、作戰(zhàn)反應(yīng)能力、發(fā)射環(huán)境適應(yīng)能力和綜合保障性能以及研制周期等方面，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是生存能力。要求控制系統(tǒng)具備快速啟動(dòng)或長(zhǎng)時(shí)間熱待機(jī)的能力，以及快速自定向的能力。二是良好的使用性能，包括測(cè)試有效期長(zhǎng)、測(cè)試操作簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便等。這就要求控制系統(tǒng)組成要簡(jiǎn)單，設(shè)備要精簡(jiǎn)；可靠性要有較大提高；具有較強(qiáng)的測(cè)試數(shù)據(jù)處理能力和故障診斷能力等。三是研制周期短。盡可能繼承既有產(chǎn)品和技術(shù)，提高研制效率。

綜合以上研制需求，研究所在充分考慮可行性與指標(biāo)滿足情況的前提下，決定選擇采用第三代導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)平臺(tái)完成本次改進(jìn)型研制工作，具體的工程實(shí)踐包括3個(gè)層次內(nèi)容：

一是系統(tǒng)架構(gòu)的平臺(tái)化推廣工作。控制系統(tǒng)架構(gòu)平臺(tái)由信息感知設(shè)備（傳感器）、控制設(shè)備、執(zhí)行設(shè)備、能源等組成。根據(jù)不同的制導(dǎo)方案可增配其它傳感設(shè)備，控制系統(tǒng)的信息傳輸采用高速信息傳輸方式。根據(jù)特點(diǎn)分析，第三代導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)平臺(tái)可通過(guò)接口適應(yīng)性修改推廣至該型號(hào)使用。

二是系統(tǒng)關(guān)鍵單機(jī)產(chǎn)品化工作。根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)需求進(jìn)行關(guān)鍵單機(jī)在貨架單機(jī)中的選型。以彈上產(chǎn)品為例，選用通用產(chǎn)品化產(chǎn)品的占74%（可進(jìn)行小范圍適應(yīng)性修改），針對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行方案性改進(jìn)的占6%，完全新研發(fā)的占20%。

三是系統(tǒng)方案與指標(biāo)符合程度評(píng)估工作。在方案確定后，進(jìn)行系統(tǒng)方案與指標(biāo)符合程度評(píng)估工作。由于產(chǎn)品采用平臺(tái)化架構(gòu)與產(chǎn)品化產(chǎn)品，系統(tǒng)技術(shù)成熟度高，研制進(jìn)度有保障，大幅提高了研制效率。

三、取得的成效及后續(xù)思路

在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外平臺(tái)化發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，研究所形成了基于第三代導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)的平臺(tái)化設(shè)計(jì)方案，建立了基于指標(biāo)、需求、功能、性能等多約束條件的控制系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)體系；在總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了基于能力描述的戰(zhàn)技指標(biāo)體系，給出了控制系統(tǒng)體系架構(gòu)基于評(píng)價(jià)要素與權(quán)重的評(píng)價(jià)方法。針對(duì)某工程實(shí)例，完成了基于第三代平臺(tái)架構(gòu)的導(dǎo)彈武器新型號(hào)立項(xiàng)論證、方案研制工作。基于平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法在時(shí)間緊、任務(wù)重、人員緊張的資源條件下，確保了方案設(shè)計(jì)評(píng)審、立項(xiàng)決策評(píng)審一次通過(guò)，方案設(shè)計(jì)無(wú)重大反復(fù)，目前已經(jīng)順利進(jìn)入工程實(shí)施階段。

同時(shí)，研究所為適應(yīng)未來(lái)5年、10年甚至更長(zhǎng)遠(yuǎn)的技術(shù)發(fā)展要求，立足于技術(shù)發(fā)展，在大量調(diào)研技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀、詳細(xì)對(duì)標(biāo)分析適配情況的基礎(chǔ)上，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑出發(fā)提出了適應(yīng)于未來(lái)發(fā)展的第四代控制系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)，并以此為指導(dǎo)開(kāi)展背景型號(hào)預(yù)先研究以及預(yù)先研究項(xiàng)目申報(bào)工作，多個(gè)預(yù)研項(xiàng)目成功立項(xiàng)，部分順利結(jié)題。

北京航天自動(dòng)控制研究所從當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)與矛盾入手，參考國(guó)內(nèi)外航天航空領(lǐng)域的平臺(tái)化發(fā)展情況，對(duì)武器裝備電子系統(tǒng)平臺(tái)化發(fā)展給出了基本的概念與架構(gòu)定義，同時(shí)提出了對(duì)裝備電子系統(tǒng)平臺(tái)化發(fā)展研制模式轉(zhuǎn)變的一點(diǎn)思考。后續(xù)可以繼續(xù)指導(dǎo)導(dǎo)彈武器型號(hào)平臺(tái)式發(fā)展，并推廣至航天運(yùn)輸系統(tǒng)的平臺(tái)化發(fā)展，建立適用于航天運(yùn)輸系統(tǒng)的平臺(tái)化研制模式。

*其他作者：劉江、段然、李文婷、項(xiàng)宗友、盧波