集成化背景下的航天裝備研發(fā)與管理模式策略研究

翟磊、郁立勇、鐘英鵬、南宮自軍、常新月 /中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院

隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，未來航天裝備呈現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化的發(fā)展趨勢，其設(shè)計(jì)模式也由傳統(tǒng)的分立式單機(jī)設(shè)計(jì)向集成化設(shè)計(jì)模式轉(zhuǎn)變。因此，如何建立一種適用于集成化背景下的航天裝備研發(fā)與管理模式，形成可將集成化產(chǎn)品研發(fā)過程中的設(shè)計(jì)、工藝、質(zhì)量、制造、持續(xù)改進(jìn)等環(huán)節(jié)高效整合的管理體系顯得越來越迫切。本文通過調(diào)研國內(nèi)外集成化背景下的研發(fā)與管理模式，梳理了集成化產(chǎn)品在研發(fā)與管理模式下的發(fā)展脈絡(luò)和發(fā)展策略，構(gòu)建了適用于集成化背景下的航天裝備研發(fā)與管理模式，該模式能夠整體提升航天裝備系統(tǒng)的研制效率，并降低研制成本，全面促進(jìn)航天裝備領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展。

一、航天裝備集成化研發(fā)與管理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

目前，國外在集成化研發(fā)設(shè)計(jì)和工作管理方面取得了顯著性成果，在航天裝備研制中實(shí)現(xiàn)了階段式、跨越式的發(fā)展。而國內(nèi)在軍事科研領(lǐng)域可參考、成體系化的產(chǎn)品集成化設(shè)計(jì)及管理上研究成果較少，且研究非常分散，不利于吸收與借鑒。

在集成化研發(fā)設(shè)計(jì)方面，國外在運(yùn)載火箭、衛(wèi)星與高超聲速武器等產(chǎn)品上采用總線、商業(yè)可實(shí)現(xiàn)（COTS）器件、標(biāo)準(zhǔn)化模塊和接口實(shí)現(xiàn)了電氣系統(tǒng)的集成化設(shè)計(jì)，代表了現(xiàn)代航天及武器裝備領(lǐng)域發(fā)展的新高度；國內(nèi)則以功能模塊化、通用化、組合化的集成化設(shè)計(jì)理念逐漸嶄露頭角，將子系統(tǒng)中的電子設(shè)備集成設(shè)計(jì)，減少系統(tǒng)內(nèi)冗余、降低成本、提高系統(tǒng)可靠性等諸多優(yōu)點(diǎn)受到國內(nèi)多家設(shè)計(jì)單位的青睞。

在集成化管理模式方面，國外積極推進(jìn)高科技領(lǐng)域的研究和開發(fā)，所取得的成就得益于龐大而細(xì)致的項(xiàng)目規(guī)劃及先進(jìn)的管理思想與工作模式，典型管理模式有臭鼬模式、跨職能集成產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)模式；國內(nèi)因受原有組織架構(gòu)和配套關(guān)系的約束，多數(shù)設(shè)計(jì)單位還處于在原有傳統(tǒng)研制管理模式下開展集成化設(shè)計(jì)。

在分析航天裝備集成化研發(fā)與管理現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，為建立一種適用于集成化背景下的航天裝備研發(fā)與管理模式指明方向，需要進(jìn)一步研究分析航天裝備集成化的未來發(fā)展趨勢。

一是智能化、信息化、數(shù)字化的要求。表現(xiàn)在航天裝備某系統(tǒng)由單一制導(dǎo)控制功能向數(shù)據(jù)鏈信息通信、智能狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)字化工程等復(fù)雜功能的綜合平臺轉(zhuǎn)變。

在集成化管理模式方面，國外積極推進(jìn)高科技領(lǐng)域的研究和開發(fā)，所取得的成就得益于龐大而細(xì)致的項(xiàng)目規(guī)劃及先進(jìn)的管理思想與工作模式，典型管理模式有臭鼬模式、跨職能集成產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)模式；國內(nèi)因受原有組織架構(gòu)和配套關(guān)系的約束，多數(shù)設(shè)計(jì)單位還處于在原有傳統(tǒng)研制管理模式下開展集成化設(shè)計(jì)。

二是系列化、模塊化、通用化的要求。體現(xiàn)在依托“基本型”的集成化裝備型譜系列化、基于“功能性劃分”的集成化裝備模塊化，以及引入“定成本裝備”設(shè)計(jì)理念的平臺和零部件通用化設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面。

三是市場化、低成本化、快反應(yīng)的要求。集成化裝備面臨市場化轉(zhuǎn)型關(guān)鍵時(shí)期，建立高效的市場化運(yùn)營機(jī)制和激勵(lì)體制，依托“新技術(shù)、新材料、新工藝”的低成本化產(chǎn)品開發(fā)是提升競爭力的重要途徑。

四是測試性、維修性、保障性的要求。集成化裝備的測試實(shí)現(xiàn)、維護(hù)難易程度和維護(hù)成本直接影響裝備的使用性能。根據(jù)集成化裝備產(chǎn)品的不同類型、不同使用要求和不同制約條件對系統(tǒng)測試性、維修性和保障性進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高裝備的戰(zhàn)斗性能。

二、航天裝備集成化背景下研發(fā)與管理模式策略

1.集成化研發(fā)模式策略

集成化系統(tǒng)的重要特征是采用通用的模塊、操作系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)總線，構(gòu)成一個(gè)實(shí)現(xiàn)信息交換和處理的整體架構(gòu)。集成化設(shè)計(jì)對航天裝備的發(fā)展具有重要的推動作用，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

一是集成化設(shè)計(jì)滿足裝備信息化的發(fā)展需求。航天裝備使用的信息化依賴系統(tǒng)一體化綜合電子系統(tǒng)的性能提升和軟硬件集成設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展。航天裝備集成化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)功能融合和設(shè)備間高速通信，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用和航天裝備精確可靠提供全面支持。二是集成化設(shè)計(jì)滿足裝備系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展方向。一體化綜合集成設(shè)計(jì)是航天裝備系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必然趨勢。集成設(shè)計(jì)可滿足裝備小型化、智能化、超遠(yuǎn)程、高精度等技術(shù)的發(fā)展需求，未來的裝備電子系統(tǒng)將具有極強(qiáng)的可互操作性、可移植性及具有對模塊和技術(shù)更新的“即插即用”能力。三是集成化設(shè)計(jì)滿足系統(tǒng)演進(jìn)規(guī)律的發(fā)展趨勢。信息技術(shù)和封裝組裝技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)系統(tǒng)形態(tài)由“分立系統(tǒng)”向“一體化系統(tǒng)”演進(jìn)，降低系統(tǒng)耗能和對空間的依賴。

中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院在國內(nèi)外集成化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀總結(jié)分析基礎(chǔ)之上，創(chuàng)新性提出兩種適合航天裝備未來發(fā)展的集成化研發(fā)模式。

（1）基于開放式架構(gòu)的模塊化集成系統(tǒng)

基于開放式架構(gòu)的集成系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)總線、硬件模塊化、軟件構(gòu)件化等為特征，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開放式集成設(shè)計(jì)。開放式架構(gòu)具有較好的擴(kuò)展性，有利于系統(tǒng)的維修保障。典型的基于開放式架構(gòu)的集成系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 開放式架構(gòu)集成系統(tǒng)示意圖

（2）基于功能融合的綜合集成系統(tǒng)

以硬件資源重復(fù)定義、軟件可重構(gòu)、功能深度融合等為特征，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的綜合集成設(shè)計(jì)。綜合集成系統(tǒng)有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化，有利于系統(tǒng)功能的深度融合。典型的基于功能融合的綜合集成系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)等。

2.集成化管理模式策略

研究院通過調(diào)研多家航天裝備總體單位在集成化設(shè)計(jì)背景下的管理模式，獲取了很多較先進(jìn)手段。例如，將預(yù)研開發(fā)與項(xiàng)目研制剝離，提高預(yù)研項(xiàng)目的創(chuàng)造性和新技術(shù)應(yīng)用；將設(shè)計(jì)流程進(jìn)行扁平化管理，提高設(shè)計(jì)效率；產(chǎn)品生產(chǎn)引入競爭，將項(xiàng)目競爭壓力轉(zhuǎn)移至單機(jī)產(chǎn)品指標(biāo)的競爭中，從根本上提高系統(tǒng)的品質(zhì)和性能；地面試驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)籌性策劃，用仿真設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式降低研發(fā)成本，并加強(qiáng)過往試驗(yàn)數(shù)據(jù)的挖掘，進(jìn)一步指導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)。

通過借鑒總結(jié)，為實(shí)現(xiàn)組織優(yōu)化、設(shè)計(jì)高效、管理渠道通暢、質(zhì)量控制有效、計(jì)劃調(diào)度清晰，產(chǎn)品批產(chǎn)能力強(qiáng)，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品成本低，維護(hù)保障好，綜合作戰(zhàn)效能高等目標(biāo)，提出適合航天裝備未來集成化設(shè)計(jì)發(fā)展的管理模式建議。

（1）適應(yīng)技術(shù)開發(fā)的快速研發(fā)管理模式

通過建立在同一協(xié)同設(shè)計(jì)平臺上的聯(lián)合研制模式設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，提高系統(tǒng)的高度融合設(shè)計(jì)，減少系統(tǒng)間接口關(guān)系及信息不對等，做到上下游無縫連接，縮短研制周期。以航天裝備項(xiàng)目研制為主導(dǎo)，以設(shè)計(jì)需求為導(dǎo)向，整合項(xiàng)目管理人員，建立新型管理體系、引入市場競爭機(jī)制，由設(shè)計(jì)師系統(tǒng)參與選擇，擇優(yōu)錄取。建立信息化管理平臺，規(guī)范化管理人員、設(shè)計(jì)、流程，縮短設(shè)計(jì)、管理鏈條，做到扁平化管理，建立規(guī)范化設(shè)計(jì)和統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，避免因組織壁壘導(dǎo)致的技術(shù)不一致。加強(qiáng)項(xiàng)目和技術(shù)的快速決策，新產(chǎn)品的正確決策和快速開發(fā)決定了企業(yè)在競爭中的成敗，通過與競爭產(chǎn)品的比對分析，確定差異化競爭策略，確立競爭優(yōu)勢。采用產(chǎn)品化的研發(fā)思路，產(chǎn)品開發(fā)策略發(fā)生本質(zhì)變化，由“以項(xiàng)目為核心”過渡為“初步形成產(chǎn)品平臺和技術(shù)平臺”，再發(fā)展到“以平臺為核心的快速開發(fā)”，策略變化的目的是建立系列化產(chǎn)品，以滿足不同項(xiàng)目和市場的需求，充分運(yùn)用有限研發(fā)資源創(chuàng)造最大價(jià)值的戰(zhàn)略目標(biāo)。

技術(shù)開發(fā)研制流程（見圖2）與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式不同，采用項(xiàng)目制的開發(fā)與管理制度。由航天裝備總體單位發(fā)布技術(shù)需求，總體專業(yè)與分系統(tǒng)組建項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開展技術(shù)方案策劃和項(xiàng)目實(shí)施。項(xiàng)目的驗(yàn)證和方案修改由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人全權(quán)掌控，當(dāng)技術(shù)得到驗(yàn)證后，進(jìn)行成果固化和技術(shù)轉(zhuǎn)化。

圖2 技術(shù)開發(fā)研制流程

（2）適應(yīng)項(xiàng)目應(yīng)用的全流程、精細(xì)化管控模式

實(shí)施滿足企業(yè)持續(xù)發(fā)展的精細(xì)化產(chǎn)品戰(zhàn)略管理，在項(xiàng)目研制的全生命周期內(nèi)，針對不同階段的設(shè)備制定差異化的管理策略，根據(jù)不同產(chǎn)品的戰(zhàn)略定位，分別確定其開發(fā)優(yōu)先等級和設(shè)計(jì)精度等級，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化資源組合和合理應(yīng)用資源。建立基于信息化、數(shù)字化管理的精細(xì)化研發(fā)體系，打造面向研發(fā)全過程的協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)管理平臺，支撐產(chǎn)品系列化、模塊化開發(fā)戰(zhàn)略，提高總體對全系統(tǒng)的把控能力，提升產(chǎn)品研發(fā)知識的重用能力。加強(qiáng)質(zhì)量問題報(bào)送、閉環(huán)處置管理及設(shè)計(jì)變更管理，在工程設(shè)計(jì)中建立質(zhì)量問題反饋途徑、形式和機(jī)制，對設(shè)計(jì)、工藝、制造、售后服務(wù)各階段反饋的質(zhì)量問題進(jìn)行全過程閉環(huán)處置管理，對設(shè)計(jì)更改及閉環(huán)更改過程進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)控，并實(shí)時(shí)動態(tài)統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)更改的貫徹落實(shí)情況。建立多定點(diǎn)的產(chǎn)品研制和清晰的責(zé)任分工制度，為提高總體性能指標(biāo)，在分系統(tǒng)中引入競爭機(jī)制，從項(xiàng)目管理角度嚴(yán)格控制總體、分系統(tǒng)、單機(jī)三層單位，嚴(yán)格杜絕分系統(tǒng)再次向下分包設(shè)計(jì)單位，明確區(qū)分總體指標(biāo)、分系統(tǒng)集成化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、器件生產(chǎn)三個(gè)工作。

航天裝備項(xiàng)目應(yīng)用的全流程、精細(xì)化研制流程仍沿用傳統(tǒng)的初樣、試樣、定型階段，淡化可行性論證階段和方案階段，可根據(jù)技術(shù)開發(fā)而形成的成果，快速進(jìn)入初樣研制。

通過集成化背景下的航天裝備研發(fā)與管理模式的研究與實(shí)踐，雖然在某航天裝備項(xiàng)目實(shí)踐應(yīng)用中取得了很大成效，但在模式的推廣應(yīng)用方面還存在一定的差距和不足，與裝備項(xiàng)目研制深度融合不夠，后續(xù)要繼續(xù)開展集成化背景下的航天裝備產(chǎn)品化工作模式探索和實(shí)踐，對實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行提煉、總結(jié)，固化工作方法、工作流程和管理制度，以期在更多的航天裝備項(xiàng)目中進(jìn)行推廣應(yīng)用，從而構(gòu)建以通用產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)選用為基礎(chǔ)的項(xiàng)目系統(tǒng)集成研制模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與項(xiàng)目雙驅(qū)動科研生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)型升級。

三、實(shí)踐應(yīng)用

適應(yīng)技術(shù)開發(fā)的快速研發(fā)模式不再單獨(dú)隸屬于某一航天裝備項(xiàng)目，可以實(shí)現(xiàn)各航天裝備項(xiàng)目之間技術(shù)通用，同時(shí)技術(shù)主線與項(xiàng)目主線并行的模式也不會影響成熟裝備項(xiàng)目的研制，同時(shí)可以提供更多創(chuàng)新性、顛覆性的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品的多元化。而適應(yīng)項(xiàng)目應(yīng)用的全流程、精細(xì)化管理模式，可根據(jù)技術(shù)開發(fā)而形成的成果，快速進(jìn)入初樣研制，縮短研制周期，全流程清晰的責(zé)任分工也有助于質(zhì)量管控。

在該集成化研發(fā)與管理模式的成果指導(dǎo)下，某航天裝備項(xiàng)目采用適應(yīng)技術(shù)開發(fā)的快速研制模式，實(shí)現(xiàn)了總體、電氣、結(jié)構(gòu)、控制、軟件等多專業(yè)集成優(yōu)化與融合，將項(xiàng)目方案論證到飛行試驗(yàn)的研制周期壓縮了近1 年，聯(lián)合研制團(tuán)隊(duì)可實(shí)現(xiàn)高效的管理，有效打破利益壁壘，大大節(jié)約了管理和開發(fā)成本，相比同類項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了直接成本縮小30%。研制開發(fā)的開放式架構(gòu)集成系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)單機(jī)研制模式，產(chǎn)品的體積和重量壓縮超過50%，大大提高了裝備綜合性能。

此外，通過推動裝備系統(tǒng)級型譜的系列化建設(shè)和單機(jī)級產(chǎn)品的模塊化發(fā)展，形成了多項(xiàng)高集成化設(shè)計(jì)，推動研制模式轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)低成本、通用化、快速研制，固化管理模式與體系，為國家提供“好用”“管用”“實(shí)用”的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

通過集成化背景下的航天裝備研發(fā)與管理模式的研究與實(shí)踐，雖然在某航天裝備項(xiàng)目實(shí)踐應(yīng)用中取得了很大成效，但在模式的推廣應(yīng)用方面還存在一定的差距和不足，與裝備項(xiàng)目研制深度融合不夠，后續(xù)要繼續(xù)開展集成化背景下的航天裝備產(chǎn)品化工作模式探索和實(shí)踐，對實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行提煉、總結(jié)，固化工作方法、工作流程和管理制度，以期在更多的航天裝備項(xiàng)目中進(jìn)行推廣應(yīng)用，從而構(gòu)建以通用產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)選用為基礎(chǔ)的項(xiàng)目系統(tǒng)集成研制模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與項(xiàng)目雙驅(qū)動科研生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)型升級。