液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品成熟度量化評價研究

范凱、趙和明、施金箭、洪鑫/上海空間推進研究所 上海空間發(fā)動機工程技術(shù)研究中心

液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品（貯箱和高壓氣瓶）普遍具有高要求、高風險和小子樣的特點，與工程任務(wù)一次成功的要求存在突出矛盾，同行業(yè)設(shè)計產(chǎn)品參照的標準、設(shè)計習慣、驗證方法亦存在一定的差異。因此，需要建立一種對產(chǎn)品技術(shù)要素的合理性、完備性以及質(zhì)量穩(wěn)定性進行度量的方法和工具，即產(chǎn)品成熟度評價模型。

近些年，國內(nèi)開展了大量有關(guān)航天單機產(chǎn)品成熟度的研究和標準制定工作，這些研究和標準對航天單機類產(chǎn)品具有普遍性或針對某一類單機產(chǎn)品，但對液體姿軌控動力系統(tǒng)容器產(chǎn)品缺少針對性。同時，目前的成熟度評價方法非量化評價，對同一等級中的不同產(chǎn)品的成熟度無法細分和對比，不利于產(chǎn)品成熟度快速提升。因此，筆者基于層次分析法—模糊評價分析理論，在現(xiàn)有航天單機產(chǎn)品成熟度評價標準基礎(chǔ)上結(jié)合液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品特點，建立了面向該類產(chǎn)品的成熟度量化評價模型，提出了量化評價方法。

一、成熟度量化評價模型構(gòu)建

1.成熟度等級

液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品的成熟度等級分為母級和子級。其中，母級與現(xiàn)有標準《航天單機產(chǎn)品成熟度定級規(guī)定》中規(guī)定的產(chǎn)品成熟度等級保持一致，共8 個等級；每個母級下又包含10個子級，具體的等級劃分和定義見表1。

表1 液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品成熟度等級劃分和定義

2.產(chǎn)品全生命周期

液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品的全生命周期分為設(shè)計、制造、試驗和使用4 個階段。

3.成熟度量化評價指標體系

液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品的成熟度量化評價指標體系分為總目標層、方面層、要素層和子要素層。

（1）評價指標確定

首先，通過對目前國內(nèi)航天產(chǎn)品成熟度評價相關(guān)文獻標準進行梳理，同時結(jié)合液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品的自身特點，得到各層的初步評價指標集。其次，通過相關(guān)產(chǎn)品專業(yè)人員對初步評價指標集進行調(diào)整，形成較為合理的評價指標體系。最后，通過產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)＜以u審的方式，形成最終的液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品成熟度量化評價指標體系。

液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品（貯箱和高壓氣瓶）普遍具有高要求、高風險和小子樣的特點，與工程任務(wù)一次成功的要求存在突出矛盾，同行業(yè)設(shè)計產(chǎn)品參照的標準、設(shè)計習慣、驗證方法亦存在一定的差異。因此，需要建立一種對產(chǎn)品技術(shù)要素的合理性、完備性以及質(zhì)量穩(wěn)定性進行度量的方法和工具，即產(chǎn)品成熟度評價模型。

（2）評價指標權(quán)重確定

在得到最終的量化評價指標體系后，采用層次分析法對各指標進行權(quán)重確定。針對各層指標構(gòu)建重要性對比，其中n代表該層的指標總數(shù)。邀請50 位液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品領(lǐng)域的專家、管理人員以及相關(guān)工程技術(shù)人員基于表2 進行打分，通過保證參與人員的學歷、職稱、職位比例分配，確保評價結(jié)果的客觀準確。

表2 指標重要性對比打分表

打分規(guī)則為各指標兩兩比較，當列指標與行指標同等重要，則分數(shù)為1；當列指標比行指標稍微重要，則分數(shù)為2；當列指標比行指標明顯重要，則分數(shù)為3；當行指標比列指標稍微重要，則分數(shù)為1/2；當行指標比列指標明顯重要，則分數(shù)為1/3。

通過每組打分結(jié)果可得到該層的一個判斷矩陣：

計算判斷矩陣每一行指標乘積：

計算Mi的n次方根：

歸一化處理：

得到判斷矩陣最大特征值對應的特征向量：

對該判斷矩陣進行一致性檢驗，步驟如下：

（1）計算判斷矩陣的最大特征值λmax：

（2）計算一致性指標：

（3）計算隨機一致性比率：

其中，RI為平均一致性指標見表3。

表3 平均一致性指標RI值

當CR≤0.1，認為判斷矩陣具有滿意的一致性。當CR＞0.1，不滿足一致性要求，需重新打分。針對各層得到的所有組特征向量中各值求平均值，得到該層指標權(quán)重向量：

其中，w1～wn為該層指標1～指標n對應的權(quán)重。針對已確定的8 個成熟度母等級，按上述方法分別對量化評價體系中各指標進行權(quán)重確定（見表4）。

表4 液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品成熟度量化評價體系

二、壓力容器產(chǎn)品成熟度量化評價

1.評價門檻

在《航天單機產(chǎn)品成熟度定級規(guī)定》各級成熟度評定條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品的特點，引入可代表壓力容器產(chǎn)品性能穩(wěn)定度的條件，最終得到壓力容器產(chǎn)品成熟度各級評價門檻（見表5）。

表5 各級成熟度評價門檻

2.評價標準確定

評價標準作為進行綜合評價的重要依據(jù)，對產(chǎn)品成熟的量化評價結(jié)果影響顯著。針對液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品評價指標的評價標準，采用與成熟度等級中母等級相同的8 個等級，各指標的評價標準從H 到A 由低到高分級評價。

3.成熟度量化評價步驟

采用模糊法進行成熟度量化評價，該方法能夠解決對呈現(xiàn)模糊性的資料做出較為科學、合理、貼近實際的量化評價，減小主觀因素的影響，避免由于單一指標不合理而造成的評價結(jié)果不準確。

（1）確定要素權(quán)重集

根據(jù)該壓力容器產(chǎn)品待評等級確定對應的要素權(quán)重表，并依次確定方面層、要素層、次要素層權(quán)重向量：

（2）次要素層量化評價

假設(shè)rijm表示次要素層中指標素Eijk針對于m等級的隸屬度，其確定方法為：

其中，gijE—gijA分別表示打出E—A 級的人數(shù)。將上述各元素確定好的隸屬度按照E—A 等級順序，可得到次要素層隸屬矩陣Rij：

次要素層評價向量為：

（3）要素層量化評價

要素層隸屬矩陣為：

要素層評價向量為：

（4）方面層量化評價

方面層隸屬矩陣為：

方面層評價向量為：

（5）總目標層量化評價

公式中，F(xiàn)為液體姿軌控動力系統(tǒng)容器類組件產(chǎn)品成熟度的評價值；E為最終的綜合評價向量；A為產(chǎn)品成熟度的評語級向量，A=（1，2，3，…，n）；D為產(chǎn)品的成熟度母等級。

筆者基于層次分析法—模糊評價分析理論，建立了一種面向液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品成熟度量化評價模型，并提出了評價方法和具體流程。該模型可以有效對液體姿軌控動力系統(tǒng)壓力容器產(chǎn)品進行成熟度量化評價，強化該類產(chǎn)品的研制能力，得到產(chǎn)品成熟度快速提升的有效路徑，從而實現(xiàn)液體姿軌控動力系統(tǒng)的高質(zhì)量、高可靠性發(fā)展。