基于系統(tǒng)工程的航天器專業(yè)化測試模式探索與實(shí)踐

閆金棟 王華茂 李大明 王勁榕 劉鶴 于忠江 時(shí)光

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部,北京 100094)

基于系統(tǒng)工程的航天器專業(yè)化測試模式探索與實(shí)踐

閆金棟 王華茂 李大明 王勁榕 劉鶴 于忠江 時(shí)光

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部,北京 100094)

綜合運(yùn)用航天系統(tǒng)工程理論與方法,系統(tǒng)識別能力提升要素,從系統(tǒng)層面思考和改進(jìn)航天器綜合測試的管理方法、工作程序及工具手段等。結(jié)合航天器研制任務(wù)特點(diǎn),在一定資源、時(shí)間和成本約束條件下,開展航天器綜合測試流程再造、資源優(yōu)化配置及組織模式創(chuàng)新等一系列專業(yè)化測試模式的探索與實(shí)踐。針對批產(chǎn)航天器,建立流水線組批測試模式;針對復(fù)雜新研航天器,建立專業(yè)化集群測試模式。通過構(gòu)建統(tǒng)一的多航天器自動化測試平臺,建立測試用例庫、測試流程庫和測試故障模式庫,推進(jìn)基于測試用例的一鍵式自動化測試,實(shí)現(xiàn)測試任務(wù)的精細(xì)分解、測試資源的優(yōu)化配置、測試風(fēng)險(xiǎn)的精細(xì)管控。該專業(yè)化測試模式既能確保航天器測試任務(wù)的質(zhì)量與安全,又能解決后續(xù)日益增長的高峰測試任務(wù)需求與有限測試資源之間的突出矛盾,可供其他工程測試任務(wù)參考。

航天器測試模式;系統(tǒng)工程;測試用例;流水線測試島;專業(yè)化測試集群;測試流程再造

1 引言

由于航天器具有長壽命、高可靠、高成本、高風(fēng)險(xiǎn),以及一旦發(fā)射入軌難以維修等突出特點(diǎn),綜合測試成為航天器系統(tǒng)研制的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是評價(jià)航天器研制質(zhì)量的重要依據(jù),是確保航天器發(fā)射成功、在軌穩(wěn)定運(yùn)行,以及產(chǎn)業(yè)化能力提升的重要保證[1]。

當(dāng)前,日益增長的航天器研制任務(wù)與有限的測試資源(人、設(shè)備、場地)之間的矛盾異常突出,在確保航天器測試質(zhì)量和效率的前提下,如何通過測試模式轉(zhuǎn)型升級與能力提升,實(shí)現(xiàn)以有限的測試資源完成更多的測試任務(wù),創(chuàng)造更多的價(jià)值,成為綜合測試專業(yè)必須解決的核心問題,也是航天器研制產(chǎn)業(yè)化能力提升面臨的重要課題。

本文分析了開展航天器專業(yè)化測試模式探索與實(shí)踐的客觀背景和必要性,介紹了專業(yè)化測試模式建設(shè)的理論基礎(chǔ)、總體思路和主要實(shí)踐內(nèi)容,最后給出了專業(yè)化測式模式應(yīng)用的主要效果。

2 專業(yè)化測試模式的必要性

首先,專業(yè)化測試模式是又快又好地完成以國家重大科技專項(xiàng)為代表的復(fù)雜航天裝備研制任務(wù)的戰(zhàn)略需要。國家重大科技專項(xiàng)研制任務(wù)是復(fù)雜的系統(tǒng)工程項(xiàng)目,隨著復(fù)雜新立項(xiàng)航天器測試驗(yàn)證難度日益加大,只有持續(xù)提升總體能力,不斷提高測試驗(yàn)證的專業(yè)化水平,才能確保國家重大科技專項(xiàng)任務(wù)的研制質(zhì)量和效率。

其次,專業(yè)化測試模式是提升航天器產(chǎn)業(yè)化能力和建設(shè)航天強(qiáng)國的戰(zhàn)略需要。隨著我國航天技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的日益廣泛、應(yīng)用程度的不斷深化,航天器在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了越來越大的作用。航天器研制模式正從單個(gè)科研試驗(yàn)航天器向多個(gè)航天器組網(wǎng)和批量化裝備型轉(zhuǎn)變,逐步進(jìn)入高密度測試發(fā)射的新常態(tài),年測試發(fā)射任務(wù)增長迅速。因此,必須通過建立專業(yè)化測試模式來適應(yīng)國家快速增長的高密度測試發(fā)射任務(wù)需求。

此外,專業(yè)化測試模式是主動應(yīng)對市場競爭挑戰(zhàn)、實(shí)施航天器研制模式轉(zhuǎn)型升級的發(fā)展需要。國家在軍民航天裝備領(lǐng)域大力推行競爭性采購,宇航市場面臨的競爭形勢也更趨激烈,航天器系統(tǒng)研制的全面競爭態(tài)勢不可逆轉(zhuǎn)。面對快速增長的高密度測試發(fā)射任務(wù)和日益激烈的市場競爭形勢,傳統(tǒng)測試模式在效率、質(zhì)量、進(jìn)度、成本等方面的問題日益突出,具體表現(xiàn)包括:①測試隊(duì)伍專業(yè)化程度不高,測試崗位配置不優(yōu)化,單個(gè)航天器任務(wù)獨(dú)占的測試隊(duì)伍資源偏多;②航天器測試設(shè)備布局不合理,設(shè)備資源共享不方便,需要頻繁搬運(yùn);③測試場地配置模式不靈活,未建立面向任務(wù)的柔性適配機(jī)制,綜合利用率低;④未建立統(tǒng)一測試設(shè)計(jì)規(guī)范,測試設(shè)計(jì)與測試平臺耦合度太強(qiáng),測試知識復(fù)用和共享程度有待進(jìn)一步提升;⑤測試人員與設(shè)備同在一個(gè)房間,測試環(huán)境差導(dǎo)致人員容易疲勞,給航天器產(chǎn)品測試過程帶來安全隱患。

綜上所述,如何在一定資源、進(jìn)度和成本約束下,確保綜合測試的質(zhì)量和效率成為當(dāng)前航天器系統(tǒng)研制急需解決的核心問題之一。通過建立專業(yè)化測試模式,實(shí)施航天器測試業(yè)務(wù)流程再造和測試資源優(yōu)化配置,可以在確保質(zhì)量與安全的前提下,實(shí)現(xiàn)降本增效、產(chǎn)業(yè)化能力提升,推動測試模式轉(zhuǎn)型升級。

3 專業(yè)化測試模式的理論基礎(chǔ)、總體思路和主要實(shí)踐

3.1 理論基礎(chǔ)

系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、測試、試驗(yàn)的科學(xué)方法,是一種對所有系統(tǒng)都具有普遍意義的方法。中國航天將系統(tǒng)工程理論、方法與我國實(shí)際情況相結(jié)合,在多年的實(shí)踐探索中,逐漸形成了一套具有中國特色的航天系統(tǒng)工程管理的理念、體系和方法[2]。航天系統(tǒng)工程理論和方法是以錢學(xué)森為代表的中國航天工作者在具體工程實(shí)踐中,將科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新、組織管理創(chuàng)新和體制機(jī)制創(chuàng)新有機(jī)結(jié)合,是航天器系統(tǒng)研制和創(chuàng)新能力的重要體現(xiàn),是解決復(fù)雜工程系統(tǒng)研制的集成創(chuàng)新理論與方法[3]。航天器系統(tǒng)工程理論與方法的核心就是綜合運(yùn)用航天器工程技術(shù)和系統(tǒng)科學(xué)理論與方法,從體系層面思考和改進(jìn)航天器系統(tǒng)研制的管理方法、工作程序以及工具手段等[4]。

按照系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法,系統(tǒng)由元素、關(guān)系和環(huán)境組成[5]。航天器綜合測試過程涉及的要素主要包括:人(測試隊(duì)伍)、機(jī)(測試設(shè)備、測試工具手段)、料(被測航天器、測試狀態(tài)、測試項(xiàng)目)、法(測試策略、測試方法、測試用例、測試流程)、環(huán)(測試環(huán)境)等。

航天器專業(yè)化測試模式的理論基礎(chǔ)就是圍繞“測得全、測得準(zhǔn)、測得快、測得省”的整體目標(biāo),以“測試質(zhì)量、測試進(jìn)度、測試成本”等為約束條件,運(yùn)用系統(tǒng)思維和方法建立航天器綜合測試的系統(tǒng)要素與能力模型(如圖1所示)。該模型充分體現(xiàn)了航天器綜合測試能力的內(nèi)涵,為從系統(tǒng)角度全要素、多方位地開展航天器專業(yè)化測試模式探索和實(shí)踐活動提供頂層指導(dǎo)。

3.2 總體思路

航天器專業(yè)化測試模式探索與實(shí)踐的總體思路就是以專業(yè)化建設(shè)為核心,在一定資源、時(shí)間和成本約束條件下,充分運(yùn)用航天系統(tǒng)工程理論與方法,針對不同航天器研制對象的任務(wù)特點(diǎn),系統(tǒng)識別測試隊(duì)伍、測試設(shè)備、測試方法、測試場地等能力提升要素(如圖2所示),從系統(tǒng)層面實(shí)施航天器綜合測試業(yè)務(wù)的流程再造、資源優(yōu)化配置以及組織模式創(chuàng)新,逐步建立面向多航天器的專業(yè)化測試模式,實(shí)現(xiàn)降本增效、模式轉(zhuǎn)型升級,在確保航天器測試任務(wù)的質(zhì)量與安全的前提下,解決航天器測試資源利用率低、研制成本高居不下等難題。

3.3 主要實(shí)踐內(nèi)容

3.3.1 構(gòu)建專業(yè)化測試體系框架

為確保能力提升的針對性和有效性,以系統(tǒng)方法和航天器綜合測試系統(tǒng)要素與能力模型為指導(dǎo),構(gòu)建“四個(gè)一”的航天器專業(yè)化測試體系框架(如圖3所示)。

一個(gè)核心:建設(shè)航天器專業(yè)化測試模式,實(shí)現(xiàn)降本增效和能力提升的總目標(biāo)。

一個(gè)引領(lǐng):制定統(tǒng)一的專業(yè)化測試流程規(guī)范,包括測試準(zhǔn)入、測試設(shè)計(jì)、測試實(shí)施、測試評估等。

一個(gè)支撐:構(gòu)建統(tǒng)一的自動化測試環(huán)境等基礎(chǔ)設(shè)施,包括測試硬件、測試軟件、測試工具手段等。

一個(gè)保障:建立統(tǒng)一的專業(yè)化測試組織保障,包括測試組織機(jī)構(gòu)、責(zé)任體系、工作制度等。

針對航天器研制任務(wù)特點(diǎn),依托統(tǒng)一自動化測試平臺、自動化測試用例庫、通用化測試設(shè)備、測試隊(duì)伍模式創(chuàng)新,建立兩大類專業(yè)化測試模式。

1)流水線組批測試模式

結(jié)合導(dǎo)航衛(wèi)星這類批產(chǎn)航天器具有的測試流程和狀態(tài)相對統(tǒng)一,但測試發(fā)射密度高、測試任務(wù)強(qiáng)度大的特點(diǎn),按照航天器研制流程,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化測試島,從測試隊(duì)伍、測試設(shè)備、測試場地等要素的優(yōu)化配置方面入手,建立基于“流水線”和“測試島”的專業(yè)化組批測試模式(如圖4所示)。通過建立統(tǒng)一的測試規(guī)范,固化各測試島的技術(shù)流程,實(shí)現(xiàn)測試隊(duì)伍和測試設(shè)備相對不動,航天器按照研制技術(shù)流程在各測試島之間流動,實(shí)現(xiàn)多航天器組批測試的統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、判讀和評估。

2)專業(yè)化集群測試模式

結(jié)合遙感、深空等復(fù)雜新立項(xiàng)航天器具有狀態(tài)復(fù)雜、難度大,但專業(yè)基礎(chǔ)相通的特點(diǎn),建立專業(yè)化集群測試模式(如圖5所示),強(qiáng)化測試設(shè)計(jì)、測試研發(fā)與仿真驗(yàn)證支持,有效推進(jìn)測試關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。將測試隊(duì)伍、測試設(shè)備、測試場地按照功能進(jìn)行分區(qū)配置,建立專業(yè)化集群測試模式,可根據(jù)并行任務(wù)實(shí)際需要動態(tài)分配測試資源,實(shí)現(xiàn)共性專業(yè)測試資源效益的最大化。

3.3.2 測試流程再造與管理規(guī)范化

航天器測試流程再造就是要以測試業(yè)務(wù)流程為改造對象,對測試流程進(jìn)行系統(tǒng)性思考和分析,通過對測試流程的構(gòu)成要素重新組合,實(shí)現(xiàn)測試業(yè)務(wù)流程和規(guī)范的重新設(shè)計(jì),從而在成本、質(zhì)量、效率等方面獲得改善。測試業(yè)務(wù)流程再造的最終目的就是各個(gè)環(huán)節(jié)的規(guī)范化和科學(xué)化,并結(jié)合業(yè)務(wù)流程建立全新的管理制度[6]。其主要實(shí)踐內(nèi)容如下。

(1)建立統(tǒng)一的航天器綜合測試狀態(tài)定義管理規(guī)范,實(shí)現(xiàn)由“以產(chǎn)品交付和總裝為引導(dǎo)的差異化測試狀態(tài)劃分模式”,向“以測試目的為引導(dǎo)的統(tǒng)一測試狀態(tài)定義”轉(zhuǎn)變,明確測試狀態(tài)劃分原則,統(tǒng)一測試目的、主要內(nèi)容、技術(shù)狀態(tài)和完成標(biāo)志,為后續(xù)的測試準(zhǔn)入條件論證、測試項(xiàng)目優(yōu)化、測試用例優(yōu)化等奠定重要基礎(chǔ)。

(2)建立統(tǒng)一的航天器測試準(zhǔn)入/準(zhǔn)出管理制度,進(jìn)一步規(guī)范航天器綜合測試活動,減少無效的重復(fù)測試,有效推進(jìn)測試流程再造與管理規(guī)范化。重點(diǎn)針對重復(fù)測試效率低、測試資源占用周期長等問題,在宇航能力持續(xù)提升,單機(jī)產(chǎn)品成熟度、航天器系統(tǒng)平臺成熟度不斷提升的背景下,嚴(yán)格控制測試周期,實(shí)現(xiàn)降本增效。

(3)建立統(tǒng)一的航天器測試數(shù)據(jù)包規(guī)范,確保航天器系統(tǒng)級測試全過程中形成的信息完整、詳細(xì)、可追溯,梳理航天器綜合測試全周期業(yè)務(wù)流程,細(xì)化分解為多個(gè)過程或活動,梳理測試過程活動的輸入、輸出、工作內(nèi)容和要求、文件模板;建立覆蓋測試設(shè)計(jì)、實(shí)施、總結(jié)與評估等全流程的數(shù)據(jù)包體系。

(4)建立統(tǒng)一的航天器測試評估規(guī)范,進(jìn)一步提高航天器測試評估的客觀性、科學(xué)性,面向航天器綜合測試業(yè)務(wù),逐步建立評估指標(biāo)體系和評估模型,開展第三方集成測試與評估能力建設(shè),為航天器系統(tǒng)研制效能提升、降本增效奠定基礎(chǔ)。

3.3.3 測試資源的優(yōu)化配置

測試資源優(yōu)化配置是測試能力提升的核心內(nèi)容之一,企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展不能以無限的資源投入作為代價(jià)。測試資源優(yōu)化配置的核心就是要在一定資源約束前提下,通過識別測試業(yè)務(wù)關(guān)鍵鏈、建立測試項(xiàng)目優(yōu)先級等手段,對現(xiàn)有測試資源在時(shí)間、空間等方面進(jìn)行優(yōu)化配置,從而實(shí)現(xiàn)測試資源的效益最大化。航天項(xiàng)目研制中的多項(xiàng)目資源優(yōu)化調(diào)度研究是解決近年來航天領(lǐng)域資源緊張問題的重要途徑[7]。專業(yè)化測式模式在資源優(yōu)化配置方面的主要實(shí)踐內(nèi)容如下。

(1)運(yùn)用系列化、通用化、模塊化、集成化的理念,建立測試設(shè)備型譜,解決功能相近測試設(shè)備重復(fù)開發(fā)、設(shè)備成熟度低、研制周期長等問題,實(shí)現(xiàn)測試設(shè)備統(tǒng)一的設(shè)計(jì)定型、組批投產(chǎn)、驗(yàn)收規(guī)范、應(yīng)用統(tǒng)籌、升級換代,突破現(xiàn)有測試設(shè)備資源配置模式,推進(jìn)測試設(shè)備從“新研定制”向“現(xiàn)貨選型”研制模式的轉(zhuǎn)變,從“單任務(wù)”松散研制模式向“多任務(wù)”產(chǎn)業(yè)化研制模式的轉(zhuǎn)變,支持航天器測試設(shè)備快速選型與測試系統(tǒng)快速集成,支持測試系統(tǒng)低成本解決方案,有序推進(jìn)測試設(shè)備通用化和國產(chǎn)化,逐步實(shí)現(xiàn)核心測試設(shè)備自主可控、零引進(jìn)[8]。

(2)通過測試資源的專業(yè)化集群管理,改變一個(gè)航天器一套測試設(shè)備、一個(gè)獨(dú)立測試場地的工作模式,組建測試設(shè)備專業(yè)集群,并建立測試資源與測試任務(wù)之間的柔性適配模式(見圖6),大幅減少測試設(shè)備搬運(yùn),實(shí)現(xiàn)集群內(nèi)測試設(shè)備公用備份、靈活適配、快速響應(yīng),顯著提升測試資源的統(tǒng)籌效率和利用率。

3.3.4 統(tǒng)一測試用例設(shè)計(jì)規(guī)范和測試用例庫

航天器測試用例設(shè)計(jì)是綜合測試的詳細(xì)設(shè)計(jì)工作之一,其核心內(nèi)容是測試方法、策略和關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì),該項(xiàng)工作既是確保航天器測試覆蓋性、充分性和有效性的關(guān)鍵,也是提升自動化測試水平、提高測試驗(yàn)證效率的重要基礎(chǔ),是測試專業(yè)設(shè)計(jì)能力和水平的重要體現(xiàn)。測試用例設(shè)計(jì)主要實(shí)踐內(nèi)容如下。

(1)強(qiáng)化測試驗(yàn)證策略和方法設(shè)計(jì)、固化測試過程的風(fēng)險(xiǎn)識別和量化控制措施,建立統(tǒng)一的測試用例設(shè)計(jì)規(guī)范(如圖7所示),重點(diǎn)針對傳統(tǒng)測試設(shè)計(jì)存在的通用性與規(guī)范性不足、測試策略不夠、復(fù)用效率低、對測試操作人員要求高等問題,從測試設(shè)計(jì)源頭出發(fā),按照“通用+專用”的思路,開展測試用例和測試方法研究,通過優(yōu)選參數(shù)、精細(xì)步驟設(shè)計(jì)測試用例,提高測試覆蓋性和針對性,實(shí)現(xiàn)測試用例設(shè)計(jì)的規(guī)范化、通用化、模塊化,建立一套不斷成熟、可復(fù)用的測試用例庫。

(2)充分考慮航天器綜合測試規(guī)范化、自動化、精細(xì)化的要求,建立A+B+C測試用例庫(其中A類為多領(lǐng)域通用測試用例,B類為某領(lǐng)域內(nèi)共享測試用例,C類為各航天器任務(wù)特有測試用例),分類規(guī)范測試策略、測試方法和測試判讀標(biāo)準(zhǔn),避免功能相同或相近的自動化測試用例重復(fù)開發(fā);兼顧不同類型、領(lǐng)域、功能的航天器測試共性要求,進(jìn)行分析提煉;突出航天器測試設(shè)計(jì)中的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識別與控制要求,實(shí)現(xiàn)基于可復(fù)用測試用例庫的測試用例快速設(shè)計(jì)。航天器測試隊(duì)伍主要精力集中在任務(wù)特有的C類測試用例設(shè)計(jì)上,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)減半,設(shè)計(jì)效率翻倍。

(3)建立統(tǒng)一的測試用例設(shè)計(jì)規(guī)范,將相關(guān)要求固化為具體可操作的測試規(guī)范;建立統(tǒng)一的測試用例庫,有效解決航天器間測試用例共享;實(shí)現(xiàn)基于測試用例庫的復(fù)雜航天器功能性能“一鍵式”自動化測試,風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對措施落實(shí)到自動化測試步驟;測試用例經(jīng)評審和審簽后入庫受控,部分成熟測試用例可通過參數(shù)配置,像函數(shù)一樣快速調(diào)用;減小測試設(shè)計(jì)差錯率,提高測試設(shè)計(jì)效率;測試過程管控精度由傳統(tǒng)的以月或日為單位,精確到小時(shí)或分鐘。

3.3.5 組建專業(yè)化測試隊(duì)伍

航天器測試組織管理模式應(yīng)與其自身業(yè)務(wù)能力相匹配,通過科學(xué)合理的組織管理模式創(chuàng)新,可以進(jìn)一步激發(fā)組織活力,提高組織運(yùn)作效率[9]。航天器專業(yè)化測式隊(duì)伍建設(shè)的主要實(shí)踐內(nèi)容如下。

(1)通過設(shè)立專業(yè)測試首席和專業(yè)測試負(fù)責(zé)人,建立專職測試設(shè)計(jì)、測試研發(fā)與仿真驗(yàn)證隊(duì)伍,強(qiáng)化測試設(shè)計(jì)對測試水平、效率和質(zhì)量的提升作用,推進(jìn)“崗位融合、一人多崗”,進(jìn)一步激發(fā)測試隊(duì)伍的活力,打造專業(yè)化組批測試隊(duì)伍,以統(tǒng)一自動化測試平臺和專業(yè)化測試用例庫為基礎(chǔ),打破傳統(tǒng)分系統(tǒng)測試模式,實(shí)施測試崗位的深度融合,即在原有測試一崗操作、二崗復(fù)核模式的基礎(chǔ)上,抽調(diào)二崗人員組建專業(yè)化測試設(shè)計(jì)與研發(fā)隊(duì)伍,建立供配電、信息、射頻三大專業(yè)崗位素質(zhì)模型,打造專業(yè)化測試隊(duì)伍“五人模型”(包括測試指揮2人,供配電、信息、射頻3個(gè)專業(yè)測試崗各1人)的新格局。

(2)面向多航天器并行測試任務(wù),從兩個(gè)維度開展專業(yè)化測試隊(duì)伍建設(shè),實(shí)施縱向任務(wù)管理與橫向?qū)I(yè)協(xié)同相結(jié)合的矩陣式測試組織管理模式(如圖8所示),實(shí)現(xiàn)測試人員的充分共享,推進(jìn)測試隊(duì)伍的專業(yè)化,優(yōu)化測試隊(duì)伍的資源分配,讓優(yōu)秀測試設(shè)計(jì)人員投入更多的精力做好設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀測試隊(duì)伍資源多航天器共享。面向測試任務(wù),配置以測試指揮為首的最小核心隊(duì)伍,確保測試任務(wù)責(zé)任落實(shí),圍繞項(xiàng)目測試任務(wù)具體特點(diǎn)、難點(diǎn),識別測試風(fēng)險(xiǎn),落實(shí)量化控制措施;面向測試專業(yè),由專業(yè)測試負(fù)責(zé)人抓共性測試專業(yè)及其隊(duì)伍建設(shè),強(qiáng)化領(lǐng)域內(nèi)專業(yè)測試負(fù)責(zé)人的引領(lǐng)帶動作用,以專業(yè)測試關(guān)鍵特性分析、測試用例優(yōu)化設(shè)計(jì)、測試工具手段研發(fā)為重點(diǎn),推進(jìn)測試設(shè)計(jì)與測試實(shí)施隊(duì)伍分離,加強(qiáng)專業(yè)測試技術(shù)把關(guān),完善專業(yè)測試流程和測試用例,確保專業(yè)測試技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)得到有效的識別和控制。

3.3.6 建立多航天器全流程自動化測試系統(tǒng)

統(tǒng)籌考慮航天器高密度測試發(fā)射任務(wù)需求,對標(biāo)國際一流航天器自動化測試技術(shù),研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)、達(dá)到國際先進(jìn)水平的多航天器全流程自動化測試系統(tǒng)STS3000(Spacecraft Test System 3000)[10],該系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖9所示。STS3000系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下。

(1)以統(tǒng)一數(shù)據(jù)源為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)從數(shù)字化測試設(shè)計(jì)、自動化測試實(shí)施、智能化測試評估的高效測試環(huán)境,支持多航天器全周期自動化、信息化測試,滿足各領(lǐng)域測試需求,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)到測試數(shù)據(jù)的快速流轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)多航天器測試需求、測試設(shè)計(jì)、測試實(shí)施、測試評估的統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理,建立了測試需求與用例追溯機(jī)制,奠定了數(shù)字化測試基礎(chǔ)。

(2)以統(tǒng)一自動化測試平臺為基礎(chǔ),基于原子和插件技術(shù),建立統(tǒng)一通用化功能和性能自動化測試平臺,避免功能相似軟件的重復(fù)開發(fā),實(shí)現(xiàn)測試用例與測試環(huán)境分離[11],奠定“一鍵式”自動化測試基礎(chǔ),全面提升航天器自動化測試效率,實(shí)現(xiàn)了測試全過程可控制、可追溯、留記錄,實(shí)現(xiàn)多個(gè)測試工位并行測試任務(wù)的集中監(jiān)控管理,實(shí)現(xiàn)測試人員、設(shè)備、場地等資源的動態(tài)配置,實(shí)現(xiàn)航天器測試過程數(shù)據(jù)包的精細(xì)化記錄管理,為開展航天器測試數(shù)據(jù)深度分析奠定基礎(chǔ)[12]。

(3)以統(tǒng)一測試用例庫為基礎(chǔ),進(jìn)一步規(guī)范多航天器全流程自動化測試過程管理;通過應(yīng)用層編輯實(shí)現(xiàn)測試設(shè)計(jì)自動化,降低設(shè)計(jì)難度;全自動執(zhí)行環(huán)境確保功能、性能測試地“一鍵式”實(shí)施;基于流程模型實(shí)現(xiàn)測試任務(wù)的精細(xì)管控,有效降低測試過程風(fēng)險(xiǎn),實(shí)現(xiàn)測試過程100%受控可追溯。

(4)以綜合數(shù)據(jù)比對分析工具為基礎(chǔ),通過多航天器測試數(shù)據(jù)橫向、縱向比對分析體系與工具,逐步建立航天器產(chǎn)品關(guān)鍵特性測試數(shù)據(jù)成功包絡(luò)線,開展測試關(guān)鍵特性變化趨勢分析,推進(jìn)測試數(shù)據(jù)精細(xì)化判讀,有效降低漏判風(fēng)險(xiǎn)。

3.3.7 建立高密度測試發(fā)射風(fēng)險(xiǎn)管控機(jī)制

通過總結(jié)航天器測試工程經(jīng)驗(yàn),建立適應(yīng)高密度測試發(fā)射任務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)管控機(jī)制(如圖10所示),包括高效組織管理機(jī)制、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識別與控制機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了測試資源的動態(tài)統(tǒng)籌、測試質(zhì)量和進(jìn)度的高效協(xié)調(diào)、測試技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的充分交底,風(fēng)險(xiǎn)管理由定性到定量,由宏觀到微觀,具體實(shí)踐內(nèi)容如下。

(1)通過每周領(lǐng)域班前會、每日風(fēng)險(xiǎn)識別與量化控制、關(guān)鍵測試項(xiàng)目清單等管理機(jī)制建設(shè),實(shí)現(xiàn)面向多航天器的測試任務(wù)精細(xì)管控,有效解決多任務(wù)并行測試資源沖突、測試風(fēng)險(xiǎn)管控難度大等問題,及時(shí)明確領(lǐng)域每周/每日測試任務(wù)的重點(diǎn)和難點(diǎn),對發(fā)射任務(wù)、測試任務(wù)短線和測試資源瓶頸進(jìn)行重點(diǎn)保障和調(diào)度,確保各項(xiàng)測試任務(wù)責(zé)任落實(shí)到位、風(fēng)險(xiǎn)識別到位、資源保障到位,風(fēng)險(xiǎn)管控水平顯著提高。

(2)針對總裝廠和大型試驗(yàn)測試過程開展測試過程故障模式影響分析,系統(tǒng)識別關(guān)鍵要素、關(guān)鍵過程,從后果嚴(yán)重程度、發(fā)生頻度、可探測度、風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)等多個(gè)維度,對航天器綜合測試全周期中可能的故障模式進(jìn)行系統(tǒng)分析及識別,分析每種故障模式的影響及原因,找出潛在的薄弱環(huán)節(jié),明確相應(yīng)的預(yù)防/糾正措施,識別影響安全、可能導(dǎo)致任務(wù)終止、造成飛行程序更改的關(guān)鍵事件,實(shí)現(xiàn)綜合測試過程的精細(xì)化管理與量化控制,確保高密度測試發(fā)射任務(wù)的質(zhì)量與安全。

(3)針對發(fā)射場測試過程開展測試工作保證鏈分析。將各項(xiàng)工作分解成主事件和子事件,在子事件中進(jìn)一步細(xì)化工作項(xiàng)目,以表格化形式明確各項(xiàng)工作的責(zé)任人,明確各崗位之間的接口關(guān)系,明確每個(gè)子事件的保障條件和注意事項(xiàng),確保每個(gè)環(huán)節(jié)均有有效的保證措施,同時(shí)分析質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),并落實(shí)有效的控制措施,為確保連續(xù)高密度測試發(fā)射任務(wù)的圓滿成功奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(4)建立專業(yè)測試故障模式庫、風(fēng)險(xiǎn)知識庫,細(xì)化風(fēng)險(xiǎn)分析與控制相關(guān)要求,明確風(fēng)險(xiǎn)管控的職責(zé)和權(quán)限,實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)識別、傳遞與管控長效機(jī)制。通過測試用例設(shè)計(jì)、測試過程故障模式影響分析、每日測試風(fēng)險(xiǎn),實(shí)現(xiàn)測試風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)識別;通過測試風(fēng)險(xiǎn)責(zé)任落實(shí)到人、細(xì)化風(fēng)險(xiǎn)傳遞方式與標(biāo)準(zhǔn),確保測試風(fēng)險(xiǎn)的有效傳遞;通過優(yōu)先采用自動化手段控制風(fēng)險(xiǎn),推進(jìn)關(guān)鍵測試風(fēng)險(xiǎn)的量化控制。

4 航天器專業(yè)化測試模式應(yīng)用效果

航天器專業(yè)化測試模式探索與實(shí)踐主要應(yīng)用效果如下。

(1)通過建立航天器專業(yè)化測試模式,運(yùn)用系統(tǒng)工程理論和方法,提出以“全、準(zhǔn)、快、省”為目標(biāo),以“質(zhì)量、進(jìn)度、成本”為約束的航天器綜合測試系統(tǒng)工程要素與能力模型,構(gòu)建專業(yè)化測試模式體系框架,建立適應(yīng)高密度測試發(fā)射任務(wù)的管控機(jī)制,實(shí)現(xiàn)測試任務(wù)的精細(xì)分解、測試資源的優(yōu)化配置、測試風(fēng)險(xiǎn)的精細(xì)管控,確保了多個(gè)國家重大科技專項(xiàng)任務(wù)的連續(xù)圓滿成功。

(2)通過開展測試流程再造與測試資源優(yōu)化配置,單任務(wù)平均測試隊(duì)伍人數(shù)減少50%以上,測試設(shè)備統(tǒng)籌效率同比提高80%以上,測試場地資源利用率能達(dá)到100%,有效解決了航天器高密度測試發(fā)射任務(wù)與有限測試資源之間的矛盾。通過固化測試用例庫、測試案例和故障模式知識庫,實(shí)現(xiàn)了測試資源的優(yōu)化配置和基于測試用例的一鍵式自動化測試,顯著提高了測試效率;同時(shí),通過自動化、信息化手段實(shí)現(xiàn)了測試風(fēng)險(xiǎn)的有效控制,確保了航天器綜合測試過程的質(zhì)量與安全。

(3)通過制定統(tǒng)一的組批測試規(guī)范、測試設(shè)備型譜規(guī)劃、專業(yè)化測試隊(duì)伍、組批測試風(fēng)險(xiǎn)管控機(jī)制、標(biāo)準(zhǔn)化流水線高效測試環(huán)境,實(shí)現(xiàn)測試設(shè)計(jì)與測試實(shí)施隊(duì)伍的分離,改變以往一個(gè)航天器配備一支隊(duì)伍、一套設(shè)備的測試組織模式,促進(jìn)了測試人員、設(shè)備、場地和知識的充分共享,實(shí)現(xiàn)了由單任務(wù)測試模式向組批測試模式的重大跨越。

5 結(jié)束語

航天器綜合測試作為提高任務(wù)成功率的重要手段之一,其在航天器研制過程中的重要性也日益提高[13]。本文總結(jié)了航天器專業(yè)化測試模式建設(shè)的背景、理論基礎(chǔ)、總體思想和具體實(shí)踐內(nèi)容,對于如何在一定資源、進(jìn)度和成本約束下,實(shí)現(xiàn)航天器研制過程降本增效、研制模式轉(zhuǎn)型升級具有一定借鑒意義。

面對后續(xù)航天器并行測試任務(wù)更重、新技術(shù)不斷應(yīng)用、測試資源日益緊張等嚴(yán)峻形勢,還需要針對實(shí)踐中遇到的新情況、新問題,不斷總結(jié)規(guī)律,持續(xù)推進(jìn)專業(yè)化測試模式應(yīng)用的深度和廣度,建立能力提升長效機(jī)制,推動航天器系統(tǒng)研制模式的跨越發(fā)展,為我國航天器產(chǎn)業(yè)化能力提升奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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Exploration and Practice on Spacecraft Specialization Test Mode Based on Systems Engineering

YAN Jindong WANG Huamao LI Daming WANG Jinrong LIU He YU Zhongjiang SHI Guang
(Beijing Institute of Spacecraft System Engineering,Beijing 100094,China)

Space systems engineering theory and methods are used to improve the management,working procedures and tools of spacecraft integration test,which is accomplished by systematically identifying the elements of ability enhancement.Under certain resources,time and cost constraints,a series of exploration and practice on specialization test mode of spacecraft are carried out,such as test process reengineering,test resources optimization configuration,and test organization model innovation.A pipeline group batch test mode for the batch production spacecraft is set up,and a specialization cluster test mode for new complex spacecraft is established.The unified spacecraft automated test platform,test case library,test process library and test failure mode library have been built,which realizes the“one-click”automated test,fine decomposition of test task,dynamic configuration of test re-sources and fine control of test risk.The specialization test mode not only ensures the quality and safety,but also solves the prominent contradiction between the growing peak test task requirements and relative limited test resources,which can provide a reference for other test project.

spacecraft test mode;systems engineering;test case;pipeline test island;specialization test cluster;test process reengineering

V554.3

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2017.05.015

2017-09-23;

2017-10-09

國家重大航天工程

閆金棟,男,碩士,研究員,從事航天器綜合測試設(shè)計(jì)與管理工作。Email:yanjd2008@163.com。

(編輯:夏光)