基于云計(jì)算的航天器研制新模式研究

徐立宏

（中國空間技術(shù)研究院，北京 100094）

基于云計(jì)算的航天器研制新模式研究

徐立宏

（中國空間技術(shù)研究院，北京 100094）

新一代航天器的研制具有設(shè)計(jì)難度大、參研單位多、生產(chǎn)周期短、成本要求低、服務(wù)差異化等特點(diǎn)，如何在資源有限的條件下，多、快、好、省的完成航天器研制是推進(jìn)航天器研制企業(yè)管理轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新變革的必由之路。分析了航天器研制新模式的需求，提出了基于云計(jì)算的航天器研制平臺(tái)框架，并對該平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用效果進(jìn)行了總結(jié)。

航天器；研制模式；云計(jì)算

0　引言

我國航天事業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，航天產(chǎn)品正在向批量化、規(guī)?；?、產(chǎn)品化方向發(fā)展。同時(shí)航天企業(yè)面臨的市場競爭壓力越來越大，資金不足、技術(shù)資源有限、管理停滯不前嚴(yán)重阻礙了航天器研制的進(jìn)程。面對大量的研制任務(wù)，迫切需要對傳統(tǒng)的研制技術(shù)、研制手段、研制模式進(jìn)行創(chuàng)新和變革，我們將云計(jì)算平臺(tái)+系統(tǒng)工程結(jié)合的模式，運(yùn)用到航天器生產(chǎn)管理過程中，將實(shí)現(xiàn)以資源共享、協(xié)同創(chuàng)新為目標(biāo)，構(gòu)建基于云計(jì)算的航天器研制新模式，從而實(shí)現(xiàn)從單星研制模式向批量化生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變。

1　航天器研制模式呼喚變革

需求：轉(zhuǎn)型和密集發(fā)射期，傳統(tǒng)的單星模式，周期長、成本高、風(fēng)險(xiǎn)大，造成批量生產(chǎn)“超概、拖期”，已無法滿足以用戶需求服務(wù)為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)綉?yīng)用模式用戶要求。

新形勢下，航天器技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了初期單顆衛(wèi)星研制時(shí)期后，預(yù)期將進(jìn)入體系化、批量化發(fā)展階段。用戶需求服務(wù)為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)綉?yīng)用模式是目前發(fā)展的主導(dǎo)。航天傳統(tǒng)的研制模式隨著航天產(chǎn)品化的成熟和以物聯(lián)網(wǎng)、虛擬化、計(jì)算并行技術(shù)等為代表的新的技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，以云計(jì)算平臺(tái)所包含的海量分布的式存儲(chǔ)技術(shù)、分布式資源管理技術(shù)，虛擬化技術(shù)等，以互聯(lián)網(wǎng)+的形式，將給航天器研制的進(jìn)一步快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)變革注入了新的動(dòng)力。

航天器技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了初期單星研制時(shí)期，早期研制歷程大致如圖1所示。伴隨體系化系列發(fā)展階段的需求。原有模式的不適應(yīng)表現(xiàn)為：

圖1　傳統(tǒng)航天器研制模式歷程

1）技術(shù)應(yīng)用滯后：每個(gè)“五年”計(jì)劃，約投入幾百項(xiàng)空間新技術(shù)研究，但無法快速服務(wù)于工程需求，應(yīng)用脫節(jié)或部分成果應(yīng)用嚴(yán)重滯后。預(yù)研成果積壓，而型號技術(shù)進(jìn)步進(jìn)展緩慢，矛盾突出，成為制約我國航天技術(shù)能力提升和高速發(fā)展因素之一。

2）生產(chǎn)成本高：單星研制本身就是高風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜系統(tǒng)，人員和資源的大量投入，阻礙了企業(yè)的盈利和用戶的采購。

3）研制模式不適應(yīng)規(guī)?；?/p>

2　基于航天器研制的云計(jì)算平臺(tái)構(gòu)建

云計(jì)算將并行仿真系統(tǒng)需求、需求體驗(yàn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)階段也在很大程度上決定了系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的高低和系統(tǒng)性能的高低。可以說，設(shè)計(jì)階段的工作方法的好壞，將決定航天項(xiàng)目能夠在多大程度上“快、好、省”的開展。以云計(jì)算平臺(tái)所包含的海量分布的式存儲(chǔ)技術(shù)、分布式資源管理技術(shù)等虛擬化技術(shù)，以互聯(lián)網(wǎng)+的形式，通過在一個(gè)服務(wù)器上部署多個(gè)虛擬機(jī)和應(yīng)用，將目前正在使用的各種軟硬件資源進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，以云平臺(tái)資源池的概念服務(wù)用戶。通過云平臺(tái)計(jì)算可以提高現(xiàn)有資源的利用效率，整合互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、統(tǒng)一共享平臺(tái)、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，可以使航天統(tǒng)籌建立云計(jì)算平臺(tái)，建立一個(gè)集中管理、分布式的航天管理、設(shè)計(jì)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，其中，以系統(tǒng)總體研制單位為主體建立并由其控制的系統(tǒng)級產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，諸分系統(tǒng)/單機(jī)產(chǎn)品研制單位則建立由其控制的分系統(tǒng)/單機(jī)管理、設(shè)計(jì)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，建立航天管理及設(shè)計(jì)模型庫。

依托大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化等新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)航天器研制與云計(jì)算平臺(tái)的創(chuàng)新融合，云計(jì)算平臺(tái)以云服務(wù)為核心，涵蓋航天器研制的全生命周期、全過程、全要素，形成科研管理云、綜合管理云、需求云、設(shè)計(jì)云、制造云、裝配云、測試云、在軌管理云、服務(wù)云等多種云端，形成豐富的服務(wù)資源和能力云池，打造現(xiàn)代企業(yè)研制新模式。

3　以云計(jì)算平臺(tái)為基礎(chǔ)的航天器研制過程

通過互聯(lián)互通、資源共享、方便快捷、在線服務(wù)的云計(jì)算平臺(tái)，航天器研制過程將實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)化和數(shù)字化，并結(jié)合人工智能與大數(shù)據(jù)應(yīng)用，能夠?qū)教煜嚓P(guān)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)及其產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生前所未有的巨變和革命，使其未來充滿無限的可能，甚至使得航天器的研制、航天產(chǎn)業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈完全被重構(gòu)。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR），可以改變航天器的制過程。

1）使航天企業(yè)真正有能力從以自我為中心改變?yōu)橐钥蛻粲脩魹橹行?/p>

航天企業(yè)原有模式是國家投入，企業(yè)壟斷，是按國家需求和企業(yè)自身能力為用戶服務(wù)，但在今天的市場經(jīng)濟(jì)下，企業(yè)應(yīng)該以市場為中心，以用戶需求為牽引，只有這樣，才能為社會(huì)服務(wù)并獲得更大利潤。但是在過去計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代，企業(yè)根本沒有意識(shí)也沒有能力做到以市場為中心的，原因就是企業(yè)不能直接對用戶，對市場；另外企業(yè)自身也無法挖掘用戶的大量信息，系統(tǒng)也不支持。今天，通過云計(jì)算平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)的對各行各業(yè)的需求分析，找出航天企業(yè)能夠滿足用戶和市場的切入點(diǎn)，通過市場化的資源配置，更好滿足對用戶需求，投資效率也就更高。

2）在某種程度上將顛覆航天企業(yè)的傳統(tǒng)管理方式

圖2　基于云平臺(tái)的航天器協(xié)同研制環(huán)境

現(xiàn)代航天企業(yè)的管理方式是來源于計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代，依賴于嚴(yán)格的管理流程和組織結(jié)構(gòu)和，真正的用戶需求信息，通過的層層匯集、分析、收斂來制定最后的決策，決策的結(jié)果再通過組織的傳遞與分解，依靠行政的手段確保決策得到貫徹執(zhí)行。云計(jì)算將促進(jìn)科技進(jìn)步，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，同時(shí)統(tǒng)籌規(guī)劃，優(yōu)化資源配置，航天設(shè)計(jì)工作的規(guī)范化、專業(yè)化。根據(jù)梳理出來的標(biāo)準(zhǔn)化過程、方法和工具，提出一個(gè)規(guī)范化的集成設(shè)計(jì)開發(fā)工作開展流程，統(tǒng)一開展系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)項(xiàng)目，精細(xì)劃分相關(guān)崗位職責(zé)，嚴(yán)格按照相關(guān)流程來開展集成設(shè)計(jì)工作，并通過一段時(shí)間的試運(yùn)行，逐步合理化、規(guī)范化這一集成設(shè)計(jì)開發(fā)方式。另外，要加強(qiáng)衛(wèi)星集成設(shè)計(jì)專業(yè)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，建立分工明確的專業(yè)化設(shè)計(jì)隊(duì)伍名錄。

3）有全新的視角來發(fā)現(xiàn)新的商業(yè)機(jī)會(huì)和重構(gòu)新的商業(yè)模式

可以通過需求分析，實(shí)現(xiàn)從應(yīng)用體系的規(guī)劃向用戶體驗(yàn)應(yīng)用模式過渡，從一個(gè)全新視角來發(fā)現(xiàn)新的商業(yè)機(jī)會(huì)，從而改變設(shè)計(jì)理念，使我們的產(chǎn)品更有針對性、研制更有方向性。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，我們用能力重構(gòu)企業(yè)的管理方式，通過對大數(shù)據(jù)的分析與挖掘，使企業(yè)能夠快速做出正確的決策，更多的資源也可以通過市場來配置，從而改變過去那種依靠組織和復(fù)雜流程的模式。

4　云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)的運(yùn)用效果

構(gòu)建以云服務(wù)為核心，以資源共享、協(xié)同研制為目標(biāo)，支持航天器研制的云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)，經(jīng)過近近幾年的實(shí)踐，系統(tǒng)梳理了航天器批量生產(chǎn)的關(guān)鍵要素、關(guān)鍵環(huán)節(jié)、建立完善了批量化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、管理技術(shù)體系和質(zhì)量管理體系，大幅度提升了航天器研制效能、科學(xué)管控能力和資源利用率。

1）建立多任務(wù)的新型管理模式，提高了研制效率和質(zhì)量

結(jié)合航天器研制的特殊性，基于云計(jì)算平臺(tái)提供統(tǒng)一的服務(wù)，徹底解決了原來各設(shè)計(jì)單位、生產(chǎn)單位、外協(xié)單位的模型不一致、軟件不統(tǒng)一、信息交換差、管理難度大等問題，以某航天器為例，研制人員減少50%，總體設(shè)計(jì)效率提升2倍，質(zhì)量問題同比下降20%，整個(gè)研制周期協(xié)調(diào)時(shí)間減少50%，人員出差減少30%，通用化工裝投產(chǎn)減少45%，勞動(dòng)強(qiáng)度下降50%，所有制定文件標(biāo)準(zhǔn)化，使原來1個(gè)月完成的報(bào)告，現(xiàn)在僅用7天就可以完成。

2）運(yùn)用云計(jì)算平臺(tái)，解決了批量生產(chǎn)能力和資源限制的難題

將航天器研制所涉及的人、流程、物資、設(shè)備等資源有機(jī)結(jié)合，借助云計(jì)算平臺(tái)，運(yùn)用系統(tǒng)工程方法，建設(shè)覆蓋航天器研制全過程、全要素的統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，定期對航天器的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行技術(shù)分析，對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行定期梳理，確保航天器工程總體優(yōu)化，兼顧平衡協(xié)調(diào)。例如，當(dāng)某個(gè)環(huán)節(jié)人員緊張時(shí)，根據(jù)云平臺(tái)計(jì)算分析，可以采取動(dòng)態(tài)基線、滾動(dòng)備份，優(yōu)化資源等方式，實(shí)施一人多崗、專業(yè)互補(bǔ)、滾動(dòng)備份的人員配置原則，成功解決了生產(chǎn)能力和資源限制難題，提高了科學(xué)決策的響應(yīng)速度，增加了風(fēng)險(xiǎn)防控能力。

圖3　基于云平臺(tái)的航天器研制模式

3）有效提高了研制周期精細(xì)化管理水平

依托用云計(jì)算平臺(tái)提高的提供的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存?zhèn)浞葙Y料和軟件資源，可以實(shí)現(xiàn)航天器研制全壽命周期的海量數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)、高效管理，能夠有效支持計(jì)劃、生產(chǎn)、質(zhì)量、風(fēng)險(xiǎn)、在軌運(yùn)行等信息的快速獲取，能夠有效避免過去多單位、多渠道管理數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、變更不及時(shí)、技術(shù)狀態(tài)不一致的問題，形成了高效準(zhǔn)確自主可控的管理體系，其中航天器研制過程的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)收集整理周期由1周縮短為1天，提高管理效率，降低管理成本。

5　結(jié)束語

充分發(fā)揮云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)+等技術(shù)，打通航天器研制的產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，上下貫通，開展數(shù)據(jù)挖掘和綜合分析，實(shí)現(xiàn)航天器研制全過程的信息共享，促進(jìn)航天器研制模式的創(chuàng)新與發(fā)展，深入推動(dòng)“中國制造2025”在航天領(lǐng)域的落地實(shí)施。

[1] 王意潔,孫偉東,周松,裴曉強(qiáng),李小勇.云計(jì)算環(huán)境下的分布存儲(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)[J].軟件學(xué)報(bào),2012,04：962-986.

[2] 楊善林,羅賀,丁帥.基于云計(jì)算的多源信息服務(wù)系統(tǒng)研究綜述[J].管理科學(xué)學(xué)報(bào),2012,05：83-96.

[3] 王欣.云計(jì)算環(huán)境下大數(shù)據(jù)對電子商務(wù)的影響研究[J].中國商論,2016,02：66-68.

[4] 鐘湘瓊.基于云計(jì)算的大數(shù)據(jù)智能運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息通信,2016,02：146-147.

[5] 王蕓.物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算[J].上海質(zhì)量,2016,03：49-51.

[6] 羅軍舟,金嘉暉,宋愛波,東方.云計(jì)算：體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)[J].通信學(xué)報(bào),2011,07：3-21.

[7] 汪鴻昌,肖靜華,謝永勤.基于企業(yè)視角的云計(jì)算研究述評與未來展望[J].外國經(jīng)濟(jì)與管理,2013,06：13-22,32.

[8] 楊軍,林謙,沈建明.航天器研制項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理研究[J].項(xiàng)目管理技術(shù),2011,08：85-89.

[9] 樂群星,楊維垣,宋晨英.航天器研制項(xiàng)目基準(zhǔn)工作分解結(jié)構(gòu)的編制[J].項(xiàng)目管理技術(shù),2006,10：44-48.

[10] 遇今,張海龍.航天器研制風(fēng)險(xiǎn)管理過程及實(shí)施[J].質(zhì)量與可靠性,2011,01：20-23,26.

[11] 劉方,王衛(wèi)東.航天器研制項(xiàng)目管理的實(shí)踐與思考(下)[J].航天工業(yè)管理,2005,08：29-33.

[12] 劉方,王衛(wèi)東.航天器研制項(xiàng)目管理的實(shí)踐與思考(上)[J].航天工業(yè)管理,2005,07：15-20.

Research on new mode of spacecraft development based on cloud computing

XU Li-hong

TP273

A

1009-0134(2016)07-0137-04

2016-05-29

徐立宏（1966 -），男，北京人，高級工程師，碩士，研究方向?yàn)楹教煅邪l(fā)項(xiàng)目管理和系統(tǒng)工程管理等。