多載荷集成演示驗證項目管理探索與實踐

/北京宇航系統(tǒng)工程研究所

按照中國載人航天工程安排，利用我國某新一代運載火箭首飛契機，中國運載火箭技術研究院基于“遠征”系列上面級平臺，抓總實施了我國首次多載荷集成在軌演示驗證，在軌飛行40多個小時，驗證了泵壓式發(fā)動機多次起動、長時間高精度自主導航控制、大機動變軌與多星部署等上百項新技術，取得了很好的效果。此項目技術新、難度大、周期短、要求高，面對前所未有的高難度和保成功、保安全的巨大壓力，型號隊伍充分認識到這項任務對研究院技術創(chuàng)新和拓展空間運輸、在軌服務領域的里程碑式意義，通過運用多項目管理的先進思想，重點針對項目管理模式、工程技術方法、項目風險管控等方面的創(chuàng)新研制思路和方法，科學策劃，狠抓落實，并克服重重困難，最終實現了任務保成功、保節(jié)點、保安全，突出展現了研究院在大工程任務中的總體抓總能力，也積累了寶貴的管理經驗。

一、管理模式的探索與實踐

航天系統(tǒng)工程管理是組織航天型號規(guī)劃、計劃、研制、試驗、生產及人才、物資、保障條件、經費的科學體系與方法，面向型號系統(tǒng)從方案論證、方案設計、工程設計、工程研制到生產、測試、發(fā)射、飛行等方面進行全生命周期內的全過程管理，在組織、技術、質量、進度、經費、能力和風險等方面，對人、財、物、技術、知識與信息等多個基本要素實施有效管理。

此次抓總管理相對于以往的航天型號項目管理，在計劃、進度、質量、風險等方面有諸多共性，但工作要求、內容、側重點均有顯著區(qū)別，且組織管理范圍更廣，資源需求更集中，項目風險更大，系統(tǒng)性、動態(tài)性、協(xié)調性、集成性的特點非常明顯，這些新的特點和要求均需要通過采用多項目管理的思路來達到更好的效果。因為相比于單項目管理，多項目管理以多個項目的利益集合最大化為目標，除了要解決成本、質量、進度等基本問題外，還需要協(xié)調多個項目間的聯(lián)系與沖突，包括項目間資源沖突、項目間信息共享等問題。

1.組織保證，流程創(chuàng)新

此項目是研究院在運載領域首次作為工程總體負責抓總研制，在工程項目管理方式上面臨著全新的角色定位和職責要求，所以必須要有與抓總職責能夠匹配、適用的管理模式，才能很好地完成這一項目。為此，研究院專題研究了新的管理模式，并進行了頂層策劃。

組織層面強化組織保證，設立了首飛載荷組合體行政負責人和項目技術負責人，明確了具體職責要求。上面級按照正式型號項目各項要求，依托原有系列上面級型號隊伍開展各項研制工作，制定詳細研制計劃，并納入研究院A V I D M計劃管理。盡管是演示驗證項目，但此項目仍建立了相對獨立、完整的研制隊伍，以及組織協(xié)調關系框架，以確保各項研制工作的順利推進。

項目管理層面創(chuàng)新研制流程，強調指揮系統(tǒng)在型號研制全局性、全過程謀劃與全系統(tǒng)綜合集成中的技術運籌、協(xié)調和管理作用。通過對型號全生命周期工作項目分解，詳細分析現有技術、產品基礎，充分考慮研制周期限制以及經費、試驗能力等現實條件，實施“方案—演示驗證”2個階段，以更加突出工作特點，縮短研制流程。

其中，方案研制階段聚焦與工程各大系統(tǒng)/各搭載載荷的接口確定、總體及分系統(tǒng)/單機的技術方案確定以及產品投產；演示驗證研制階段則側重于產品生產、試驗、狀態(tài)改進、接口驗證，做到了階段雖少但路線清晰，能從傳統(tǒng)的迭代式改進以及成熟的模式中提煉出影響方案正確、產品成熟的關鍵環(huán)節(jié)，合并了重復環(huán)節(jié)，從根本上縮短了周期，提高了效率。

2.借力產品化，突出抓新研

組合體充分發(fā)揮研究院產品化工作成果，依托“遠征”系列上面級技術和產品基礎，充分繼承已有研制成果和飛行子樣，實現了技術共用和產品共用，其中上面級箭上產品化率達到了97%以上，不但大幅降低了型號研制難度、縮短了周期、節(jié)約了經費及人力資源、規(guī)避了風險，而且使型號隊伍能夠集中精力圍繞以動力系統(tǒng)多次啟動、長時間自主導航、智能型信息控制、K a頻段天基測控為代表的新技術和關鍵技術開展工作，成功實現了各項新技術的突破和相關新產品的研制。

3.統(tǒng)籌抓體系，重點抓受控

組合體各載荷研制單位雖然都采用ISO 9001及GJB9001的管理體系，但其研制管理要求不盡相同，且各具特色。面對抓總管理中存在的大量跨體系協(xié)調事項，首先在尊重各自管理模式的基礎上要堅守統(tǒng)籌管理原則，明確體系邊界，做到組合體與載荷間文件傳遞只到接口層面，載荷間文件、要求協(xié)同必須通過總體，確保文件受控，以及不跨單位、跨體系進行工作確認，進而避免各載荷“設計—工藝—生產—檢驗”流程不匹配現象和管理不閉環(huán)現象的發(fā)生。

針對組合體普遍存在的多個載荷產品聯(lián)合操作環(huán)節(jié)出現多類沒有以前經驗可以借鑒或經驗已明顯不適用的管理問題，上面級型號在管理上不拘泥于原有經驗，而是多層面分析產品間配合關系特點、操作職責分工、工作流程耦合程度等情況，細化操作職責、配合職責、檢查確認職責、交接時機等，做到了明確聯(lián)合操作職責，使得協(xié)同工作有條不紊。

此外，各載荷研制模式區(qū)別很大，如何選擇合適的時機有效地把控接口控制、安全性設計及驗證等總體關注的關鍵環(huán)節(jié)，需要針對每個載荷的研制模式和工作節(jié)奏來跟蹤和分析?？傮w組織梳理了各載荷每個研制階段的工作要點，并結合已往型號研制經驗有的放矢地制定質量工作要求，圍繞關注重點抓住關鍵環(huán)節(jié)，以關鍵節(jié)點控制、接口控制、方案確定、技術狀態(tài)管控、安全性評估、環(huán)境適應性分析為重點進行全過程質量管控和過程監(jiān)督，以確保方案合理、產品技術狀態(tài)正確、質量受控、飛行安全。

4.管理扁平化，工作并行化

為了提高效率，根據需要開展扁平化管理，型號項目辦公室會同分系統(tǒng)單位一起直接負責單機生產單位甚至零部件外協(xié)單位，在型號總體、型號項目辦公室、承研承制單位、二次外協(xié)單位之間建立了指標及節(jié)點充分交底、進展情況直接溝通、出現問題共同會商的密切合作關系，確保了在型號高強密度生產和試驗工作中沒有出現因參試產品齊套拖延、資源保障滯后而引起的進度延期問題。

針對研制中各項試驗占用周期長、不確定性多、管控難度大的特點，型號隊伍在經費少、周期短、要求高的條件下，創(chuàng)新思路，狠抓過程管控，對大型地面試驗的組織管理采取了型號項目辦公室主管調度員+總體現場工程師+承試單位試驗負責人“三人組”的模式，并重點抓住前期協(xié)調、過程把控、人員物資產品保障等關鍵環(huán)節(jié)，確保了進度。

周期短是此項目的最大挑戰(zhàn)之一。為此，型號隊伍以老一輩航天人的奉獻精神和工程經驗為指引，以高頻率協(xié)同、快節(jié)奏設計的工作方式快速攻克數項難關。在時間短、任務重的情況下，指揮系統(tǒng)會同設計師系統(tǒng)并行工作，以技術為保障，向管理要時間，通過采用設計出圖與物資備料、設計與工藝準備、工藝審查與生產準備、生產與試驗、測試與迭代改進、研制與靶場準備6個交叉作業(yè)，以及組合體試驗與上面級試驗、上面級分系統(tǒng)測試與組合體內部/外部接口驗證2種融合，對占用周期最多的生產和試驗環(huán)節(jié)實施優(yōu)化安排，做到精確控制進度，最終在27個月內完成了研制、生產、試驗、測試、靶場工作、飛行演示驗證等型號生命周期內全部工作，創(chuàng)造了多項目管理的成功案例。

二、工程技術方法的探索與實踐

組合體研制相比研究院以往運載型號，在設計、試驗、生產上有許多新特點和新要求。設計上要充分考慮各載荷的力、熱、電氣、電磁、分離等要求；試驗考核需按傳統(tǒng)試驗項目要求，具備容納組合體的大型振動試驗臺、大型熱真空試驗艙和大型微波暗室等試驗條件；生產方面要有能夠滿足組合體垂直裝配、垂直測試的高跨度十萬級潔凈廠房及質量特性測量設備。對此，上面級型號隊伍充分識別組合體研制風險，創(chuàng)新設計思路和驗證方法，在現有研保條件下做到了設計指標閉環(huán)。

1.充分利用仿真手段，節(jié)省資源保周期

型號在論證首飛方案之初，即根據研制進度緊張、研制經費有限的客觀條件限制，在充分借用其他上面級型號現有產品和試驗成果的基礎上，依據所用產品的技術成熟度對需要采取試驗方式驗證或數字化仿真方式分析的項目進行科學策劃，組建了計算機輔助分析仿真團隊，通過充分利用數字化仿真手段最大程度節(jié)省研制保障資源，縮短研制周期，確保首飛成功及計劃節(jié)點的要求。

組合體通過計算機輔助分析輔助試驗和仿真分析手段，獲取了更多試驗工況下的參數。先后完成了數字化熱平衡試驗、數字化模態(tài)試驗、新研結構數字化靜力試驗、數字化發(fā)射場合練、分離仿真分析和彈道制導姿控聯(lián)合飛行仿真等共計6項試驗，并通過大量的仿真分析驗證了熱控設計、模態(tài)設計、結構承載能力、發(fā)射場工作流程、分離及彈道制導姿控設計的正確性，實現了傳統(tǒng)研制模式中只有通過大型地面試驗才能達到的目標。

2.創(chuàng)新試驗思路，確保指標閉環(huán)

試驗充分性與測試覆蓋性是航天型號研制必須要確保的工作準則，但受限于項目經費、研制周期、參試產品等客觀條件，部分試驗難以開展。型號隊伍根據技術成熟度和設計裕度情況對研制試驗進行了有針對性的設置，在研制之初開展了大型試驗策劃，并經過了評審，在經分析不會增加飛行風險的基礎上取消了結構靜力試驗、系統(tǒng)級熱平衡試驗等試驗項目；同時，對可能存在風險的項目投入足夠的關注，如針對返回艙再入開展多輪仿真并開展獨立評估、針對Ka相控陣天線開展了多輪測控對接試驗等，以確保在縮減研制流程、減少試驗項目的情況下做到風險可控。型號隊伍基于以往豐富的技術和經驗積累，分析試驗所要解決的主要問題，創(chuàng)新思路，確保設計閉環(huán)。設計指標閉環(huán)驗證模式創(chuàng)新項目見表1。

表1 設計指標閉環(huán)驗證模式創(chuàng)新項目

3.專家現場技術把關，識別風險快速改進

組合體研制過程中，新研產品往往具有技術方案新、充分考核難、迭代改進機會少的特點，所以如何降低風險、快速成熟成為一個難題。為此，型號隊伍創(chuàng)新思路，采取“專家會診”的新模式，邀請中國空間技術研究院、北京宇航系統(tǒng)工程研究所等多家單位的領域內專家多次到生產現場、裝配現場、測試現場等技術陣地，與設計師隊伍一起對方案、接口、使用環(huán)境、技術條件等進行核對確認，對可能存在的風險進行充分識別。然后，設計師針對改進意見及風險因素快速改進方案，型號項目辦公室同步研究可供實施的時機并作出工作安排，并與承研承制單位共抓落實。通過多輪的專家現場技術把關，對新研單機等的快速成熟起到了很好的作用。

三、項目風險管控的探索與實踐

此項目是研究院在運載領域首次擔任工程總體，從技術和管理2個方面履行總體單位的抓總職責。通過工程實踐，在質量和風險管控方面形成了有上面級特色的管理特點，既確保了型號任務的圓滿成功，也能為后續(xù)類似任務的開展起到一定的指導、規(guī)范作用。

1.廣泛借鑒經驗，明確綱領要求

為更好地開展空間環(huán)境適應性的設計和驗證，自項目立項以來，一直積極參考借鑒航天器的研制經驗。在研制初期，型號隊伍針對熱學環(huán)境試驗的開展、邊界條件的設置等，多次到熱控專業(yè)研究所開展調研、交流，參考了衛(wèi)星研制隊伍的試驗方法、條件設置等寶貴經驗。型號隊伍就熱控實施與中國空間技術研究院、上海航天技術研究院“神舟”飛船設計團隊進行了深入交流，聘請了熱控專家對上面級熱控設計方案、產品安裝方案等進行把關，并對上面級熱學環(huán)境模型進行復核復算。型號首飛前，為深入、客觀地開展試驗充分性分析，研制隊伍針對上面級與低軌、高軌衛(wèi)星的試驗項目開展了比對分析和影響分析，為型號出廠提供了數據支撐。

在學習借鑒飛行器研制規(guī)律的基礎上，結合上面級及組合體研制、試驗、飛行等過程中的任務特點，研究院制定了組合體質量管理要求和組合體各載荷質量管理要求，明確了任務的質量管理目標和各階段的工作重點，并根據任務目標對參與任務的各載荷、各單位有針對性地提出不同的質量管理要求，這在研究院的質量管理歷史上尚屬首次。

2.管控抓重點，注重環(huán)境與安全

演示驗證任務不能影響火箭首飛，所以安全性是對此項目最重要的要求之一，其開展情況和實施質量將直接關系到任務的實施與成敗。在任務開展之初就明確劃分了任務的安全性優(yōu)先級，即火箭首飛任務保證＞上面級演示驗證任務保證＞返回艙演示驗證任務保證＞其余各載荷演示驗證任務保證。型號總體周密地策劃了安全性工作，依據型號研制階段，安全性工作按照危險源識別→安全性設計評估→安全性驗證評估→安全性驗收→安全性整體評估的順序開展。型號成立了專門的安全性專家組，對安全性工作的完成情況進行把關，針對安全性工作的每個階段制定了任務目標，設計報告模板，開展現場檢查，并對每個載荷的安全性工作進行逐一評審，做到嚴格把關，不留遺漏。通過全過程的安全性工作，切實保證了搭載任務的順利完成。

3.一步一分析，預案作充分

組合體飛行時間長達40多個小時，期間需要7次變軌，是我國運載史上飛行時間最長、飛行時序最復雜的任務之一。在研制階段，為了摸透上面級的飛行時序、確保每個動作都能按照既定設計圓滿完成，型號隊伍按照組合體的飛行時序、飛行動作開展了“一步一分析”的飛行事件鏈分析，分析每一個動作所需要發(fā)出的指令、涉及的相關產品、產品質量狀態(tài)、驗證情況等。通過多輪分析、討論，對飛行事件相關要素識別正確，且均采取了有效的可靠性措施，滿足了飛行任務要求。

通過飛行事件鏈分析，梳理并識別出任務主要的難點，并對“載荷分離”“飛控預案”“制導方案”等3項關鍵技術進行了獨立評估。同時，上面級對各系統(tǒng)的20多項關鍵技術、關鍵產品組織開展了復核復算。通過獨立評估，型號對關重技術和產品進行了再回顧、再反思，提前發(fā)現問題并得到及時解決。

4.多維度風險分析，剖析國外故障案例

針對組合體首飛任務，并圍繞影響首飛任務成功的4個方面（技術風險、產品風險、操作風險、管理風險）開展了風險分析與識別，建立了風險樹，利用風險樹分析方法對型號進行自上而下的清理，全面識別各系統(tǒng)的風險點，形成了自上而下的系統(tǒng)縱向維度；結合型號出廠質量管控工作，并綜合運用各種線索形成橫線維度，對縱向和橫線交叉區(qū)域的重點部分進行再次識別，以確保風險項目徹底識別到位。

在此基礎上，型號隊伍組織收集了20世紀50年代至今美國、俄羅斯、歐洲等國家和地區(qū)的上面級在軌飛行故障案例100多個，按系統(tǒng)和故障模式對問題進行了分析，重點對涉及動力、分離、控制的問題進行了重點剖析。通過多維度風險分析與國外上面級故障案例剖析相結合，型號隊伍從多角度深刻辨識了風險，并及時完成了風險的分析與控制工作。

中國運載火箭技術研究院上面級型號隊伍通過開展對航天型號多項目管理的探索和實踐工作，打贏了這場首次抓總的攻堅戰(zhàn)，在飛行演示驗證圓滿成功的同時實現了“任務抓總、流程優(yōu)化、資源集約”等多項可以固化的管理創(chuàng)新，得到了上級領導的高度評價和對型號后續(xù)應用的支持。