衛(wèi)星公用平臺(tái)成熟度研究

周思卓 李富軍 彭洪江 李宇峰

（1 北京空間科技信息研究所，北京 100086）（2 中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京 100094）

1 引言

衛(wèi)星公用平臺(tái)是具有通用性的，且能在一定范圍內(nèi)適應(yīng)不同有效載荷配置和不同使用要求的衛(wèi)星平臺(tái)［1］。我國(guó)衛(wèi)星研制企業(yè)借鑒了國(guó)外衛(wèi)星公用平臺(tái)的開(kāi)發(fā)理念和實(shí)踐［2-4］，從20世紀(jì)90年代開(kāi)始研制衛(wèi)星公用平臺(tái)，形成了多個(gè)衛(wèi)星公用平臺(tái)產(chǎn)品，并逐步實(shí)現(xiàn)了基于公用平臺(tái)的衛(wèi)星型號(hào)研制與生產(chǎn)。宇航技術(shù)先進(jìn)國(guó)家在20世紀(jì)中后期為了有效識(shí)別、跟蹤和控制項(xiàng)目實(shí)施中的風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)始采用以技術(shù)成熟度（Technology Readiness Level，TRL）為核心的成熟度評(píng)價(jià)技術(shù)。根據(jù)近年來(lái)國(guó)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)的一項(xiàng)較大缺陷是無(wú)法評(píng)估多技術(shù)集成系統(tǒng)的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)［5］。由此，針對(duì)多項(xiàng)新技術(shù)元素應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理和技術(shù)完備性的評(píng)估，美國(guó)國(guó)防部提出了系統(tǒng)成熟度（System Readiness Level，SRL）的概念和評(píng)價(jià)方法［6-7］。但是，系統(tǒng)成熟度缺乏對(duì)裝配、總裝和測(cè)試（AIT）過(guò)程的技術(shù)要素完備性的評(píng)價(jià)，也沒(méi)有針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部特性和系統(tǒng)成熟本質(zhì)進(jìn)行深入探究。

衛(wèi)星公用平臺(tái)成熟度（以下簡(jiǎn)稱(chēng)平臺(tái)成熟度）一方面可為用戶(hù)提供有參考價(jià)值和說(shuō)服力的能力指數(shù)，支持衛(wèi)星型號(hào)對(duì)平臺(tái)產(chǎn)品的整體選用；另一方面，平臺(tái)成熟度為平臺(tái)技術(shù)狀態(tài)固化、生產(chǎn)穩(wěn)定性提升、平臺(tái)快速成熟和持續(xù)改進(jìn)等方面提供了明確路徑，同時(shí)，也為平臺(tái)所配置的單機(jī)產(chǎn)品的批生產(chǎn)提供了條件。2003年以來(lái)，我國(guó)航天企業(yè)開(kāi)展了以產(chǎn)品成熟度理論為核心的航天產(chǎn)品工程探索與實(shí)踐［8］，并首先將成熟度理論應(yīng)用于單機(jī)產(chǎn)品。本文在我國(guó)航天單機(jī)產(chǎn)品成熟度研究與實(shí)踐的基礎(chǔ)上，借鑒了國(guó)外系統(tǒng)成熟度評(píng)價(jià)思想，提出了衛(wèi)星公用平臺(tái)成熟度的概念和模型，并分析了平臺(tái)成熟度的應(yīng)用方法和前景。

2 平臺(tái)成熟度模型

建立衛(wèi)星公用平臺(tái)成熟度模型是為了考量和規(guī)范衛(wèi)星公用平臺(tái)成熟度的評(píng)價(jià)和應(yīng)用。本節(jié)以我國(guó)航天單機(jī)產(chǎn)品成熟度和國(guó)外系統(tǒng)成熟度為參考，首先研究平臺(tái)成熟度的特征要素并依據(jù)特征要素評(píng)價(jià)平臺(tái)成熟度；而后，按照平臺(tái)發(fā)展周期合理劃分等級(jí)，最后按照每一等級(jí)所應(yīng)達(dá)到的要求建立等級(jí)與評(píng)價(jià)要素相對(duì)應(yīng)的成熟度模型。

2．1 平臺(tái)成熟度概念

隨著近年來(lái)公用平臺(tái)在衛(wèi)星型號(hào)研制中的應(yīng)用，主要存在以下兩個(gè)問(wèn)題：

（1）尚缺乏表征衛(wèi)星公用平臺(tái)各項(xiàng)技術(shù)完備程度、合理性、質(zhì)量穩(wěn)定性的權(quán)威指標(biāo)，不利于衛(wèi)星型號(hào)研制方案的綜合權(quán)衡和決策；

（2）在衛(wèi)星公用平臺(tái)全生命周期內(nèi)，缺乏明確的評(píng)判平臺(tái)成熟的里程碑事件和技術(shù)完備程度的要求，不利于技術(shù)狀態(tài)的固化和持續(xù)改進(jìn)，也不利于衛(wèi)星公用平臺(tái)快速成熟。

針對(duì)以上問(wèn)題，開(kāi)展平臺(tái)成熟度研究，即對(duì)平臺(tái)全生命周期全部技術(shù)要素的合理性、完備性以及在一定功能、性能水平下質(zhì)量一致性的度量方法等進(jìn)行研究。

2．2 平臺(tái)成熟度評(píng)價(jià)要素

衛(wèi)星公用平臺(tái)技術(shù)狀態(tài)的細(xì)化、量化和受控程度是平臺(tái)成熟度的本質(zhì)。新平臺(tái)開(kāi)發(fā)過(guò)程一般包括立項(xiàng)論證與啟動(dòng)、方案設(shè)計(jì)、初樣研制、正樣研制等階段，并依次形成平臺(tái)功能基線(xiàn)、分配基線(xiàn)和產(chǎn)品基線(xiàn)。要確定平臺(tái)技術(shù)狀態(tài)就需要首先確定對(duì)平臺(tái)的功能、性能和質(zhì)量有決定性作用的項(xiàng)目，稱(chēng)之為關(guān)鍵項(xiàng)目和重要項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“關(guān)重項(xiàng)目”）。我國(guó)航天型號(hào)研制、應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)表明，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到應(yīng)用的全過(guò)程數(shù)據(jù)完整記錄和充分分析與驗(yàn)證，是快速提升產(chǎn)品成熟度的重要手段。而產(chǎn)品數(shù)據(jù)完整記錄、分析與驗(yàn)證，以及生產(chǎn)過(guò)程的細(xì)化、量化的主要載體是數(shù)據(jù)包。平臺(tái)數(shù)據(jù)包的建立、驗(yàn)證、改進(jìn)的情況是衛(wèi)星公用平臺(tái)重復(fù)生產(chǎn)與應(yīng)用能力的評(píng)判手段。因此得到平臺(tái)成熟度的特征要素有3個(gè)，即平臺(tái)技術(shù)狀態(tài)基線(xiàn)（上述三類(lèi)基線(xiàn)）的完備程度、平臺(tái)關(guān)重項(xiàng)目設(shè)置的合理性和受控程度、平臺(tái)數(shù)據(jù)包的完備程度。

除需要綜合考慮上述平臺(tái)成熟度的特征要素以外，評(píng)價(jià)平臺(tái)成熟度還要對(duì)其配套單機(jī)產(chǎn)品的成熟度等級(jí)［9］進(jìn)行界定。借鑒國(guó)外系統(tǒng)成熟度評(píng)價(jià)的方法，以單機(jī)產(chǎn)品成熟度等級(jí)分布為切入點(diǎn)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有4類(lèi)典型衛(wèi)星公用平臺(tái)技術(shù)狀態(tài)基線(xiàn)配套單機(jī)成熟度情況的統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)照現(xiàn)有衛(wèi)星公用平臺(tái)所處的階段，得到單機(jī)產(chǎn)品成熟度等級(jí)分布的設(shè)置。對(duì)典型衛(wèi)星公用平臺(tái)配套單機(jī)產(chǎn)品成熟度等級(jí)分布統(tǒng)計(jì)的結(jié)果（見(jiàn)表1）表明，目前現(xiàn)有的衛(wèi)星公用平臺(tái)均完成一次或多次成功飛行考核，完成一次成功飛行考核的平臺(tái)配套單機(jī)產(chǎn)品成熟度在4級(jí)及4級(jí)以上，產(chǎn)品的數(shù)量占單機(jī)總數(shù)量的85%以上，完成3次及3次以上成功飛行考核的平臺(tái)配套單機(jī)產(chǎn)品成熟度在5級(jí)及5級(jí)以上，產(chǎn)品的數(shù)量占單機(jī)總數(shù)量的85%左右。

表1 現(xiàn)有典型衛(wèi)星公用平臺(tái)基線(xiàn)配套單機(jī)產(chǎn)品成熟度情況Table 1 Distributions of product maturity within typical common satellite platforms

由以上分析得到平臺(tái)成熟度的6個(gè)評(píng)價(jià)要素：①飛行考核次數(shù)；②技術(shù)狀態(tài)控制能力；③配套單機(jī)產(chǎn)品成熟度等級(jí)分布；④關(guān)重項(xiàng)目及關(guān)重件控制能力；⑤內(nèi)部／外部接口控制能力；⑥生產(chǎn)能力。

2．3 平臺(tái)成熟度等級(jí)劃分

衛(wèi)星公用平臺(tái)從研發(fā)開(kāi)始經(jīng)過(guò)方案設(shè)計(jì)、地面驗(yàn)證、實(shí)際多次應(yīng)用和改進(jìn)等若干重要環(huán)節(jié)達(dá)到不同等級(jí)的成熟度。在航天產(chǎn)品成熟度規(guī)律的指引下，結(jié)合平臺(tái)產(chǎn)品的研制特點(diǎn)，將平臺(tái)成熟度等級(jí)劃分為6級(jí)，即原理平臺(tái)（1級(jí)）、工程平臺(tái)（2級(jí)）、一次飛行考核平臺(tái)（3級(jí)）、多次飛行考核平臺(tái)（4級(jí)）、定型平臺(tái)（5級(jí)）、通用平臺(tái)（6級(jí)）。平臺(tái)成熟度等級(jí)設(shè)置參考點(diǎn)與一般研制程序的關(guān)系如圖1所示。

圖1 衛(wèi)星公用平臺(tái)成熟度等級(jí)劃分Fig．1 Division of common satellite platform maturity levels

平臺(tái)成熟度的對(duì)象是“平臺(tái)產(chǎn)品”，在方案設(shè)計(jì)階段完成時(shí)才形成“產(chǎn)品”概念，而在平臺(tái)立項(xiàng)論證與啟動(dòng)階段尚未形成“產(chǎn)品”，因此，將方案設(shè)計(jì)階段末期形成了平臺(tái)“產(chǎn)品”后，設(shè)置為第一個(gè)成熟度等級(jí)參考點(diǎn)。平臺(tái)初樣研制階段末期，完成了實(shí)體的工程平臺(tái)的總裝和地面試驗(yàn)，平臺(tái)正樣設(shè)計(jì)狀態(tài)確定，因此，將實(shí)體的工程平臺(tái)完成研制作為第二個(gè)等級(jí)參考點(diǎn)。

平臺(tái)成熟度與單機(jī)產(chǎn)品成熟度是針對(duì)不同對(duì)象的評(píng)價(jià)工具，其本質(zhì)是一致的。因此，其等級(jí)的劃分部分參考了單機(jī)產(chǎn)品成熟度模型［9］。單機(jī)產(chǎn)品在完成正樣件研制之時(shí)設(shè)置了成熟度3級(jí)的參考點(diǎn)，待產(chǎn)品完成一次實(shí)際飛行考核并經(jīng)過(guò)改進(jìn)后設(shè)置了成熟度為4級(jí)的參考點(diǎn)。平臺(tái)作為一類(lèi)高度復(fù)雜的產(chǎn)品，對(duì)其飛行驗(yàn)證的指標(biāo)遠(yuǎn)比單機(jī)產(chǎn)品多，且其技術(shù)狀態(tài)的更改也較為困難。對(duì)單機(jī)產(chǎn)品而言，經(jīng)一次飛行考核的產(chǎn)品與完成正樣研制的產(chǎn)品相比，其功能、性能指標(biāo)均得到全面實(shí)際考核并進(jìn)行了改進(jìn)；而對(duì)于平臺(tái)而言，考慮成熟度不能深入到單機(jī)產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)更改的層面，正樣平臺(tái)與經(jīng)一次飛行的平臺(tái)就成熟度考察的范圍來(lái)看變化甚微，故將完成一次成功飛行考核作為第三個(gè)等級(jí)參考點(diǎn)。將多次飛行并改進(jìn)后、基本達(dá)到定型要求時(shí)作為第四個(gè)等級(jí)參考點(diǎn)。在定型與升級(jí)改進(jìn)階段，將平臺(tái)成熟度按照生產(chǎn)能力和可靠性保障能力設(shè)置兩個(gè)等級(jí)參考點(diǎn)，而非單機(jī)產(chǎn)品成熟度劃分的三個(gè)，主要考慮了以下兩個(gè)方面：首先，各類(lèi)航天器對(duì)于某些單機(jī)產(chǎn)品往往有大量的需求，譬如10N雙組元推力器產(chǎn)品在多個(gè)型號(hào)的通信衛(wèi)星推進(jìn)分系統(tǒng)中的需求數(shù)量相當(dāng)可觀，就需要對(duì)該產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)范化程度和批量生產(chǎn)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，以降低產(chǎn)品生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)比于單機(jī)產(chǎn)品的大規(guī)模需求，型號(hào)對(duì)平臺(tái)的需求數(shù)量尚達(dá)不到批量。其次，平臺(tái)與單機(jī)產(chǎn)品的成熟度都需要多次飛行考核驗(yàn)證和改進(jìn)，但平臺(tái)的子樣數(shù)量更少，考核時(shí)間也較單機(jī)產(chǎn)品長(zhǎng)，如果限定過(guò)多的考核次數(shù)和過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間，平臺(tái)產(chǎn)品在達(dá)到所限定的“成熟”的要求之前就會(huì)隨著技術(shù)的快速發(fā)展而被淘汰。

2．4 平臺(tái)成熟度模型建立

采用上述6個(gè)等級(jí)設(shè)置點(diǎn)，按照平臺(tái)飛行考核次數(shù)、技術(shù)狀態(tài)控制能力、配套單機(jī)產(chǎn)品成熟度等級(jí)分布、關(guān)重項(xiàng)目和關(guān)重件控制能力、內(nèi)／外部接口控制能力和生產(chǎn)能力等6個(gè)評(píng)價(jià)要素，可以建立平臺(tái)成熟度模型，模型示意如圖2所示，各等級(jí)定義及描述見(jiàn)表2。

圖2 衛(wèi)星公用平臺(tái)成熟度模型Fig．2 Model of common satellite platform maturity

表2 衛(wèi)星公用平臺(tái)成熟度等級(jí)定義及描述Table 2 Definitions and descriptions of common satellite platform maturity levels

3 平臺(tái)成熟度的應(yīng)用前景

平臺(tái)成熟度在支撐平臺(tái)系列化發(fā)展、型號(hào)選用和指導(dǎo)平臺(tái)快速提升成熟度等多方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

1）支撐衛(wèi)星公用平臺(tái)系列化發(fā)展

根據(jù)我國(guó)航天產(chǎn)品工程技術(shù)體系，型譜是產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)化發(fā)展的頂層規(guī)劃［8］。我國(guó)航天企業(yè)已開(kāi)展了大量關(guān)鍵通用單機(jī)產(chǎn)品型譜建設(shè)工作，成功應(yīng)用于產(chǎn)品規(guī)劃、研發(fā)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)，并有效指導(dǎo)了型號(hào)選用型譜產(chǎn)品，為衛(wèi)星公用平臺(tái)型譜的建立和應(yīng)用提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。衛(wèi)星公用平臺(tái)的成熟程度是平臺(tái)產(chǎn)品系列的重要維度，對(duì)平臺(tái)成熟度等級(jí)的明確界定是平臺(tái)規(guī)格優(yōu)化，從而構(gòu)成平臺(tái)產(chǎn)品系列的保證。

2）為衛(wèi)星型號(hào)研制方案的綜合權(quán)衡與決策提供依據(jù)

衛(wèi)星型號(hào)總體在確定型號(hào)研制方案時(shí)，往往面臨選用現(xiàn)有產(chǎn)品或新研發(fā)產(chǎn)品的抉擇，主要關(guān)注的是兩點(diǎn)：一是產(chǎn)品的功能、性能指標(biāo)是否可以滿(mǎn)足任務(wù)要求；二是產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性是否有保證，即產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、應(yīng)用等環(huán)節(jié)的全部要素的完備性、穩(wěn)定性和精細(xì)化程度是否已達(dá)到滿(mǎn)意水平。平臺(tái)成熟度可為型號(hào)研制方案的確定提供量化依據(jù)。

3）指導(dǎo)衛(wèi)星公用平臺(tái)快速提升成熟度

平臺(tái)成熟度是指導(dǎo)平臺(tái)研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用活動(dòng)的基本路線(xiàn)。對(duì)于獨(dú)立于型號(hào)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的全新公用平臺(tái)，在型號(hào)的全生命周期內(nèi)的里程碑——例如完成工程平臺(tái)的研制、完成平臺(tái)首飛等——評(píng)定平臺(tái)成熟度等級(jí)；對(duì)于隨特定型號(hào)進(jìn)行研制的平臺(tái)，在平臺(tái)初次研制階段——平臺(tái)成熟度1級(jí)、2 級(jí)或3級(jí)——平臺(tái)成熟度等級(jí)的評(píng)定，可以借鑒型號(hào)研制過(guò)程中的各項(xiàng)結(jié)論，而不獨(dú)立進(jìn)行復(fù)查，在平臺(tái)后續(xù)應(yīng)用中應(yīng)獨(dú)立于型號(hào)進(jìn)行成熟度等級(jí)評(píng)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

衛(wèi)星公用平臺(tái)成熟度是基于我國(guó)航天產(chǎn)品成熟度理論的重要技術(shù)工具，為航天產(chǎn)品工程建設(shè)提供了支撐。衛(wèi)星公用成熟度模型的建立為平臺(tái)成熟度的應(yīng)用和推廣提供了技術(shù)基礎(chǔ)。平臺(tái)成熟度在支撐平臺(tái)系列化發(fā)展和型號(hào)選用等多方面的成功應(yīng)用，對(duì)于構(gòu)建衛(wèi)星公用平臺(tái)專(zhuān)業(yè)化開(kāi)發(fā)模式、規(guī)范系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用過(guò)程、提高系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性等方面也將發(fā)揮重要作用。

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