中國空間事業發展的系統工程理論自信研究

趙小津 李杰 焦澤兵 黃昕 李大明 宋晨英 樂群星

(1 中國空間技術研究院，北京 100094)(2 北京空間飛行器總體設計部，北京 100094)

習近平總書記指出，全黨必須高舉中國特色社會主義偉大旗幟，牢固樹立中國特色社會主義道路自信、理論自信、制度自信、文化自信，確保黨和國家事業始終沿著正確方向勝利前進。“四個自信”來源于對人類社會發展規律、現實狀況、未來發展趨勢的科學把握，具有深厚的實踐基礎和科學的理論依據，理論自信是其中的思想引領和行動指南。

回顧航天事業發展歷程，自20世紀50年代，黨中央和毛主席做出了發展中國導彈事業的英明決策，并發出“我們也要搞人造衛星”的偉大號召。在錢學森等老一輩科學家的帶領下，經過50多年的發展建設，形成了完整配套的航天器研究、設計、生產、試驗體系和工業體系，成功實施了“兩彈一星”、載人航天、月球探測、北斗導航等為代表的重大工程任務，鑄就了“東方紅一號”“神舟五號”“嫦娥一號”中國航天事業三大里程碑，并在載人空間站建設、深空探測、空間基礎設施建設等領域不斷創造新的輝煌。

總結中國航天和空間事業幾十年實踐經驗，最重要的就是：在錢學森系統科學思想的指導下，始終堅信系統工程理論是空間事業發展的科學指導，按照系統工程的科學理論和方法，結合中國航天和空間事業的時代特征和實際，探索形成了一套具有航天特色的系統工程技術和管理的理念、體系和方法——航天器系統工程，并在實踐中與時俱進、創新發展。

1 航天器系統工程技術和管理體系

1.1 系統工程起源及內涵

1)系統工程的內涵

綜合不同組織和學者從不同角度給出的系統工程定義來看，系統工程是一門工程應用技術，其任務是在系統理論“分解—集成”核心思想的指導下，利用分析、綜合、試驗和評價的反復迭代過程，綜合多種專業技術，開展系統的需求分析、方案設計、制造與總裝、驗證和使用等工作，通過系統工程技術及系統工程管理兩大并行的優化過程，開發出滿足系統全生命周期要求、總體優化的系統[1-4]。

中國現代系統工程和系統科學理論的實踐者、開創者、中國航天事業的奠基人錢學森認為：“系統工程是組織管理‘系統’的規劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有‘系統’都具有普遍意義的科學方法”[5]。

基于對系統工程的理論研究和實踐，錢學森總結提出了“包含從思想、理論方法論到方法、技術、應用的完整科學體系”，在這個體系中，處在工程技術或應用層次的是各種系統工程，是組織管理技術；處在技術科學層次上直接為系統工程提供理論方法的有運籌學、控制論、信息論等，這是直接為系統工程服務的理論；處在基礎科學層次上屬于系統理論的便是系統學，系統學是揭示客觀世界中系統普遍規律的基礎科學。這三個層次的系統科學經過屬于哲學層次的系統論通向辯證唯物主義，成為直接改造客觀世界的學問，這一整套學問被稱為系統科學[5-7]。

2)航天系統工程

按照錢學森系統科學的思想，航天系統工程是航天工程系統的組織管理技術，是應用運籌學、信息論、控制論等基礎理論并以信息技術為工具組織和管理航天任務的規劃、研究、設計、制造、試驗和應用全過程的技術。航天系統工程的實踐集中體現在以下幾個方面：建立總體設計部，加強總體的頂層控制作用，搞好總體方案設計、技術抓總與技術協調；建立總指揮、總設計師系統，充分發揮兩條指揮線的作用；強化以總體院為基礎的航天器科研生產組織體系和統籌管理；實施方案、初樣、正樣等階段研制管理，嚴格按科研程序辦事，嚴格控制各階段的技術狀態，避免出現重大反復；始終堅持系統質量觀念和質量第一的方針，完善質量體系和制度，嚴格質量控制等[8-10]。

1.2 航天器系統工程技術和管理體系

航天器系統是航天工程系統的重要組成部分，航天器系統工程既遵循航天系統工程的基本方法，又有其具體的實踐特點。中國空間事業經歷了50多年的探索和發展，在“兩彈一星”、載人航天等國家重大專項和重要項目研制工程實踐中，始終以系統科學思想為指導，堅定遵循系統工程的科學理論和方法，在航天系統工程體系框架下逐步總結形成了一套具有特色的航天器系統工程技術和管理體系[11-13]。

航天器系統工程技術和管理體系是按照系統科學思想、系統工程理論和方法，組織管理航天器系統的規劃、研究、設計、制造、試驗、運行和應用等全生命周期過程所進行的技術和管理活動方法的統稱[14]，其基本架構可以概括為“一個核心體系、兩個基本過程、一個支撐平臺”，如圖1所示。

“一個核心體系”是指組織管理體系，這是航天器系統工程技術和管理體系的核心。核心體系包括：一套總體院統領下的以總體部為龍頭，分系統及單機所廠、總裝集成試驗(AIT)單位專業齊全配套的組織體系；一套多項目并舉、科研與產業并重的科研生產綜合管理體系以及集約高效的人、財、物等資源管理體系；一套以“零缺陷、零問題、零故障”、“預防為主、體系保障”、“一次做對”、“做事有依據、做事按依據、做事留記錄”等為理念的質量管理體系。該體系主要做法是堅持“探索一代、預研一代、研制一代”的系統和產品發展策略，同步推進項目與產品并重的產品體系建設；堅持任務與能力并重，持續推進創新引領、宇航智造、質量提升的能力工程建設[10]；通過組織體系和各種管理體系對工程技術過程和項目管理過程進行管控和指導，提供相應的條件、資源保障，牽引和帶動工程技術過程和項目管理過程的發展。

“兩個基本過程”包括工程技術過程和項目管理過程，這是航天器系統工程技術和管理體系的兩大支柱。工程技術過程貫徹系統工程按階段分步有序推進和從定性到定量的綜合集成等思想，明確了航天器系統全生命周期從預先研究到可行性論證、方案、初樣、正樣直至在軌運行和離軌的“七步走”實施程序，和從總體設計到分系統、單機再到系統集成的“總-分-總”的系統實現過程，并逐步建立了總體專業、可靠性等配套的技術支撐體系；項目管理過程繼承發展了航天系統“兩條指揮線”等成功的組織管理做法，采取均衡矩陣組織框架下項目經理負責制的項目管理模式，設置領域項目辦公室和航天器任務項目辦公室，實施項目集成、進度管理和以風險、技術狀態、外協管控等為核心的產品保證管理。系統工程技術管理和項目管理過程通過組織管理體系有機結合，協調發展，共同實現航天器系統的工程任務目標。

圖1 航天器系統工程技術和管理體系基本架構組成Fig.1 Basic framework of spacecraft system engineering technology and management system

“一個支撐平臺”是指知識工具平臺，這是航天器系統技術和管理體系的基礎。知識工具平臺主要包括中國空間技術研究院在50年發展歷程中逐步積累、形成并持續完善的一套研制經驗教訓總結、標準規范、手冊指南、報告著述等知識成果，以及建立的一系列航天器體系效能仿真、系統任務分析與優化設計、仿真驗證、在軌數據中心等軟硬件平臺，是航天器系統研制軟實力和核心競爭力的體現。知識工具平臺充分運用信息技術和知識管理手段為航天器研制工程技術過程和項目管理過程提供支撐，在促進系統工程實施的同時也為組織決策和管理體系建設提供有效支持。

2 航天器系統工程技術和管理體系的發展歷程及應用實踐

2.1 航天器系統工程技術和管理體系的發展歷程

航天器系統工程技術和管理體系大致可以分為以下三個階段：

第一階段，在起步過程中積極探索，建立航天器系統工程理念和基礎架構。

從1956年到1970年初，是中國航天事業的起步階段，同時也是我國空間事業的創建階段，依靠“兩彈一星”等國家重大項目的推進實施，開始了航天器系統工程方法的摸索與實踐。在這一階段，重點圍繞組織管理體系建設和工程技術發展開展工作，構建了最基本的適應航天器研制需求的組織體系，成立了“總體設計部”，明確了航天器“三階段”基本研制程序，成功實現航天器工程由科學實驗向工程研制管理模式的轉變，逐步形成航天器系統工程理念和基礎架構。

第二階段，在發展過程中規范完善，形成航天器系統工程技術和管理體系。

20世紀70年代開始，中國空間事業連續取得了一系列成績，但在20世紀90代中期遭遇連續挫折，通過采取強化科研生產管理、加強質量管理和推進“三化”工作等重大舉措，很快扭轉了被動局面，到20世紀90年代中后期迎來新的高速發展期。

在這一時期，通過在航天器任務實踐中不斷改進、完善規范航天器系統工程，形成了項目“兩條指揮線”管理體制，按照“探索一代、預研一代、研制一代”制定航天器發展路線，推行全面質量管理的理念，完善航天器全生命周期研制程序，推行系統工程與項目管理結合的管理模式，逐步形成與發展了具有中國空間技術研究院特色的航天器系統工程技術和管理基本體系。

第三階段，在跨越過程中不斷創新，發展航天器系統工程技術和管理體系。

從20世紀90年代末至今，中國空間事業迎來難得的發展機遇，同時也面臨著航天器領域快速拓展與任務數量爆發式增長、多項目并舉和高強密度發射趨于常態、任務向單星與星座并重、新項目技術難度大等各種挑戰。

通過載人航天工程及探月工程等重大項目的實踐，使航天器系統工程理念和方法進一步優化完善，建立了“啞鈴式”航天器研制體系，充分發揮院本部和總體設計部頂層控制作用，構建了集約高效的科研生產綜合管理體系，多項目并舉與高密度發射能力大幅躍升，發布了多個“院長令”，強調精細化質量管理，系統開展“創新引領、宇航智造、質量提升”能力工程建設，推行項目經理負責制，持續加強航天器研制“知識工具平臺”建設，系統工程科學理論與項目管理結合日益緊密，使航天器系統工程技術和管理體系在航天器研制實踐過程中得到了創新發展。

2.2 航天器系統工程技術和管理體系應用實踐

在組織管理體系方面，1968年2月，中國空間技術研究院組建成立，將原本分散在中國科學院等各部門的衛星研究、設計、試制、試驗機構統一組織起來成為一支新的研制隊伍。在首任院長錢學森的帶領下，研制隊伍以系統工程科學理論和方法為指引，開展“東方紅一號”人造衛星研制工作；1968年8月，中國人民解放軍第501設計部組建成立，這是中國最早成立的負責航天器總體設計和研制工作的總體設計部門。自20世紀90年代末以來，持續加強航天器研制組織管理體系建設，通過開展科研型向科研和產業并重轉型的探索實踐，建立了統籌集約、高效規范的科研生產綜合管理體系，實現了管理從單一項目管理向多元化項目管理模式轉變。同時，充分發揮院本部和總體設計部頂層作用，在重大復雜工程任務中開展“全國大協作”、“國際合作”，集中體現了系統科學思想開放包容、協同共享的理念。

在系統工程技術過程方面，不斷完善航天器全生命周期過程和系統設計與產品實現過程，首先明確了航天器“方案設計、初樣研制、正樣研制”的“三階段”基本研制程序，并按照系統工程科學理論核心思想，將航天器系統設計與產品實現過程分解為總體設計-分系統設計-單機產品研制-集成與驗證四個階段。1997年以來，先后發布六個院長令，從研制流程、可靠性等方面加強航天器研制過程的規范化管理。

在項目管理過程方面，20世紀70年代中后期開始，在航天器項目管理方面主要依托 “兩條指揮線”(指揮調度和設計師體系)協同開展工作。20世紀90年代初，開始逐步推行系統工程與項目管理結合的管理模式，在中巴地球資源衛星和神舟載人飛船等項目研制中開展了現代項目管理的探索與實踐。2000年以來，推行矩陣管理支持下的項目經理負責制管理模式，探索差異化項目管理，加強項目產品保證管理，全面開展風險管理和技術狀態管理，推動領域發展的領域項目管理模式，持續深化了項目管理與系統工程研究與實踐。

在知識工具平臺建設方面，持續加強航天器研制過程信息化技術、仿真驗證手段、知識經驗總結提煉等工作，不斷提高設計規范性和有效性，為航天器研制工程技術過程和項目管理過程以及組織管理體系建設提供支撐，在促進系統工程管理實施的同時也為項目決策提供了有效支持。

3 堅定系統工程理論自信，推動新時期空間事業發展

航天器系統工程技術和管理體系以系統工程科學理論為基礎，根植于中國航天和空間事業實際，50多年經歷了起步探索、規范成熟、優化創新等發展階段，創造了系列輝煌成就，將中國空間事業不斷推向新的發展高度。航天器系統工程技術和管理體系發展所遵循的 “實踐—理論—再實踐—再理論”的實踐和認識論方法，正是錢學森先生所倡導的辯證唯物主義的技術科學方法，它既體現了系統工程理論精髓，吸收了現代管理科學成果，又符合中國國情并具有與時俱進的時代精神，為空間事業的持續健康發展提供了工程理論指導和方法保證。半個世紀的實踐和優化，航天器系統工程技術和管理體系已經化作航天人自覺的行動。

3.1 系統工程理論的科學性是堅定理論自信的根本依據

系統工程技術是隨著20世紀初人類社會科學技術、政治、軍事和經濟等方面發展而產生的，系統論、控制論、信息論和運籌學等奠定了系統工程技術的科學基礎。隨著系統工程技術的不斷發展，系統科學的理論和方法也日臻完善，相關專家陸續提出并不斷完善了系統工程的理論體系。

正如當代中國特色社會主義理論體系以馬克思主義、毛澤東思想為根基，錢學森系統科學思想和理論方法為中國航天系統工程技術孕育和發展提供了堅實的科學理論基礎。系統科學作為一套完整的科學體系，有效支撐了系統工程技術的快速發展，使其在解決復雜工程問題中發揮了不可替代的作用。堅定中國空間事業發展的系統工程理論自信，是建立在系統科學的正確思想指導前提下，有著深厚的知識積淀和科學的理論基礎、正確的實踐方法作為支撐和依據。

3.2 航天器系統工程的發展過程是堅定理論自信的實踐基礎

航天器系統工程是系統工程科學理論和中國航天器研制及發展實際結合的產物。在中國空間事業創建和發展歷程中，經過探索總結，在系統科學理論和方法的指引下開展航天器研制工作，逐步建立航天器系統工程理念和體系架構，把握中國航天器研制的基本規律，持續完善、形成航天器系統工程技術和管理體系，經過50年的實踐檢驗，航天器系統工程技術和管理體系已經成為完全正確的理論成果。

自1970年4月24日成功發射中國第一顆人造地球衛星以來，截至2017年，中國已成為世界上發射衛星數量排名前列的國家，載人飛船技術、地球靜止軌道通信衛星技術和遙感衛星技術等領域已跨入世界先進行列，中國航天已經成為象征著高技術、高質量、高可靠的民族品牌。《神舟飛船系統工程管理》、《中國航天系統工程》、《航天系統工程運行》、《錢學森系統科學思想文選》、《實用空間系統工程》、《北斗二號衛星工程系統工程管理》等著作書籍的發表，豐富了中國航天系統工程理論和方法。一系列的實踐結果和成績表明，航天器系統工程科學理論和方法已經成為中國空間事業發展的核心競爭力和重要軟實力，推動了航天器研制管理步入正規化、科學化軌道，指導和保障了中國空間事業健康、持續地發展，這是堅定理論自信的實踐基礎。

3.3 遵循系統工程科學理論是持續推進空間事業發展的科學保證

系統工程科學理論源于復雜系統工程建設需求及實踐，結合現代科學技術發展和中國空間事業的實際，發展形成了中國航天器系統工程技術和管理體系，這是當代中國乃至世界系統科學和系統工程的最現實、最集中的體現，是指導中國空間事業進一步發展的根本理論依據。

當前，中國正處于由航天大國向航天強國邁進的關鍵時期。隨著中國決勝全面建成小康社會、開啟中國特色社會主義現代化強國建設新征程，載人空間站工程、北斗導航二期全球系統、空間基礎設施、火星探測、在軌維護與服務、全球移動寬帶衛星互聯網系統等新一批重大空間工程將陸續實施。

在新的歷史條件下，必須堅定地將系統工程理論作為推動空間事業發展的理論指導，并堅持不斷完善發展航天器系統工程技術和管理體系。今后，中國航天事業的發展，一方面要服務國家安全戰略和國防現代化建設，加強航天器體系的頂層設計，為用戶提供一體化系統解決方案；另一方面要圍繞國家空間基礎設施建設，加快軍民深度融合發展，大力發展商業化的空間新系統、新應用模式，積極促進空間技術應用服務于國家戰略發展。同時還要在國內外系統工程理論和研究實踐的基礎上，進一步探索航天系統工程規律，推動航天器系統工程技術和管理體系的創新發展，促進中國空間事業發展由用戶需求牽引向技術創新驅動的轉變。

中國空間事業擁有廣闊的發展前景，空間事業建設者們將始終遵循系統工程科學理論，繼續以“探索浩瀚宇宙，發展航天事業，建設航天強國”為己任，堅持“創新、協調、綠色、開放、共享”發展理念，大力弘揚航天三大精神，發揚嚴慎細實的工作作風，不斷開拓中國空間事業新局面，為把中國空間技術研究院建成市場化、專業化、產業化、國際化的現代一流宇航企業而不懈奮斗，在建設“航天強國”過程中繼續豐富和發展航天器系統工程技術和管理體系，推動中國空間事業創造新的輝煌，為實現“航天夢、中國夢”做出更大貢獻！

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