宇航元器件應用驗證系統(tǒng)工程方法實踐與探索

杜卓宏，付琬月，丁麗娜，張雷浩

(中國航天宇航元器件工程中心， 北京 100094)

為實現(xiàn)型號關鍵元器件100%自主可控的工作目標，型號任務選取了關鍵元器件進行研制攻關及開展應用驗證工作，并快速推進新研元器件的工程應用。針對具體型號一次大批量安排國產元器件新研并上星使用存在的未知風險，確保工程目標順利實現(xiàn)，將元器件應用驗證工作作為重要抓手并設立專項進行管理。宇航元器件應用驗證作為自主可控工程的重要組成部分，是新研元器件在工程應用前開展的一系列試驗、評估和綜合評價工作，以確定元器件研制成熟度和在宇航工程中應用適用度，并綜合分析評價得出其可用度。應用驗證搭建了宇航元器件研制和應用之間的橋梁，應用驗證結論是元器件研制及應用管理的重要技術支撐，應用驗證對于促進我國宇航元器件的自主研制、提升自主創(chuàng)新和自主保障能力具有重要的戰(zhàn)略意義[1]。

元器件應用驗證經歷了工程系統(tǒng)研究、總體技術研究和基礎技術研究等階段[2-10]，借鑒前期相關應用驗證項目管理方法和宇航元器件應用驗證的理論研究成果，將系統(tǒng)工程理論和項目管理方法應用于該專項的管理中，順利完成了部分新研國產化元器件應用驗證工作，并取得航天器型號大規(guī)模成功應用的階段性成果。通過實踐、持續(xù)分析、歸納應用驗證專項項目管理的特點，不斷總結經驗完善管理，初步建立一套基于具體航天器型號應用、緊密結合型號研制及應用的宇航元器件應用驗證項目實施管理模式，有效推動新研宇航元器件的應用驗證和型號快速批量應用。

1 元器件應用驗證專項系統(tǒng)工程屬性分析

型號元器件應用驗證專項包含數十余類元器件品種，涉及數十個元器件研制單位及用戶單位、數百種應用狀態(tài)；涉及元器件研發(fā)與制造、質量保證、宇航項目系統(tǒng)與工程、質量管理和項目管理等多個領域；涉及多類型、多品種元器件的特性分析和應用評估，涵蓋了綜合評價技術、流程設計技術、項目管理技術、質量管理技術、平臺構建技術、結構分析技術、極限評估技術、空間環(huán)境適應性評估技術、系統(tǒng)適應性評估技術和驗證測試技術等多項研究任務；包括了宇航型號系統(tǒng)、用戶單位、生產單位、驗證實施單位、專家團隊和第三方鑒定機構等多方參與。應用驗證專項系統(tǒng)規(guī)模龐大，內部層次結構嵌套復雜，影響因素眾多且有較多的不確定性，具有明顯的有復雜性、層次性、整體性、工作匹配性等系統(tǒng)性特征。針對這些系統(tǒng)性特性，采取針對性管理措施是解決項目管理難點問題的有效方法。

2 針對系統(tǒng)工程屬性的項目管理解決方案

2.1 復雜性解決方案

2.1.1分期分批實施，解決管理復雜性

專項對配套元器件功能性能指標提出了更高的要求，元器件品種數量大幅增加，關鍵元器件質量等級要求高。但當時，諸多關鍵元器件研制及配套能力不足，質量水平亦有差距，需逐步完成元器件研制并實施元器件應用驗證。根據衛(wèi)星型號應用需求和研制特點，明確目標，急用先行，分批次開展元器件應用驗證工作。選取研制基礎較好、型號需求緊迫的第1批元器件組織實施應用驗證并進行示范，充分總結第1批應用驗證實施技術和管理成果推廣至后續(xù)的第2批、第3批應用驗證任務中。按照“驗證一項、合格一項、應用一項”的實施思路，逐批裝機使用，穩(wěn)步推進，最終實現(xiàn)關鍵元器件100%自主可控的工作目標。

2.1.2以成熟產品和成熟應用為目標，通用驗證和典型驗證相結合，解決技術復雜性

驗證元器件類型繁多、產品特性及應用環(huán)境各異，元器件產品定義和性能參數表征、元器件應用環(huán)境適應性等重點驗證要素方面技術儲備不足，全面充分驗證并確保型號成功應用難度極高。結合該任務的特點具體分析，在滿足項目工程目標的基礎上，為了降低元器件應用驗證相關判據的確定難度，采取將國產新研元器件對應型號規(guī)格的進口元器件性能指標作為參考標準，在元器件評估試驗中充分開展與進口元器件標準、產品手冊和實物的比對測試及數據分析，系統(tǒng)梳理元器件性能參數與進口元器件之間的差異，結合元器件具體使用環(huán)境，有針對性地提出應用建議和要求。同時，基于對型號任務分析和新研元器件特點分析，根據元器件固有關鍵性能指標和參數范圍，參考元器件應用需求和用戶關注技術要素，確定通用驗證評價指標、要素和試驗方法。識別并確定關鍵典型應用狀態(tài)，模擬實現(xiàn)功能、應用電路和參數應用范圍，確定典型驗證評價指標、要素和試驗方法兩相結合，提高應用驗證充分性和有效性；在應用驗證結論中注意明確國產化產品可用的邊界條件及適用范圍，確保科學性、合理性。

2.2 層次性解決方案

2.2.1技術分解層次性

在元器件應用驗證方案設計方面，在型號國產化元器件應用驗證專項總體實施方案的頂層方案指導下，按元器件類別制定應用驗證總體技術方案，根據總體技術方案分別設計元器件評估試驗方案、元器件板方式典型驗證方案、元器件板方式通用驗證方案、元器件裝聯(lián)驗證方案等3級方案，并針對元器件結構編制元器件結構分析方案，指導元器件應用驗證工作。應用驗證方案采用4級方案架構，各級方案的技術指標要求見表1。

表1 應用驗證方案架構

2.2.2驗證結論多樣性

結合國產化元器件已有基礎和特點，采取分類處理、選取典型、覆蓋用戶、覆蓋型號和覆蓋元器件的方法，應用驗證實施包含元器件階段和地面整機2個階段：

1) 元器件階段充分利用鑒定檢驗數據，開展與元器件固有特性相關的結構分析和元器件評估試驗。

2) 地面整機階段優(yōu)化整合為5個與型號應用密切相關的項目，包括空間環(huán)境適應性驗證、電氣環(huán)境適應驗證、熱環(huán)境適應性驗證、裝聯(lián)驗證和軟件及開發(fā)環(huán)境驗證。

每項元器件完成試驗驗證任務，總結歸納數據并形成元器件應用驗證報告，應用驗證報告是元器件應用驗證工作的總結與提煉，是各項元器件應用驗證結論的重要依據，通過對各項元器件評估試驗、板級及系統(tǒng)級試驗、空間環(huán)境適應性試驗及板級裝聯(lián)驗證試驗結果進行分析歸納，綜合評價得出元器件“宇航型號可用”、“宇航型號有條件使用”、“宇航型號不可用”的結論。在元器件應用驗證報告基礎上編制元器件應用指南，有效指導元器件的設計使用。

2.3 整體性解決方案

2.3.1管理整體性-基于工作階段分解的各方定位

應用驗證項目分階段組織管理流程如圖1所示，對應用驗證項目的時序具體分析，定義驗證項目分為需求分析、方案制定、實施與控制、總結4個階段。元器件應用驗證涉及系統(tǒng)多、環(huán)節(jié)多、領域寬，涉及型號總體單位、元器件整機單位、元器件研制單位等，多方參與、統(tǒng)一實施、用研結合是保證項目成功的關鍵。

2.3.2技術整體性-基于項目管理方法的技術責任分解

項目的實施由應用驗證總體單位牽頭，協(xié)同元器件研制單位、元器件用戶單位共同開展應用驗證工作，自主可控專家組和型號項目辦全程參與并對關鍵質量點評審把關。為充分發(fā)揮各參研單位職能部門的管理優(yōu)勢，實現(xiàn)應用驗證項目多方參與高效協(xié)同的集成管理，確定項目組織分工并明確各方技術責任：

1) 元器件應用驗證中心作為項目的技術總體單位，負責梳理并提出元器件應用驗證需求、組織編制各級應用驗證方案、開展任務的技術分解與實施、形成元器件應用驗證報告，并組織編發(fā)元器件應用指南。

2) 元器件研制單位負責國產元器件的研制攻關、處理元器件技術及質量問題，按總體單位要求完成元器件評估試驗，參與元器件應用驗證任務實施并對應用驗證結論確認。

3) 元器件用戶單位按總體單位要求完成元器件板級及系統(tǒng)級驗證，參與元器件應用驗證任務實施并對應用驗證結論確認。

4) 專家組參與需求分析與對接，參與項目的論證、檢查、評估和驗收等工作。負責工程實施階段技術方案、狀態(tài)控制、質量監(jiān)理的咨詢、指導和把關等。

5) 項目辦作為型號的總體單位，參與制定元器件應用驗證方案，并對元器件應用驗證結論確認。

實踐證明，運用項目管理的方法實施批量元器件應用驗證，一方面將元器件研制與型號應用緊密結合，推動元器件產品和型號應用的“雙向成熟”；另一方面，元器件在應用環(huán)境中相互耦合、互相影響，批量實施元器件應用驗證將有效解決新研元器件應用過程中出現(xiàn)的問題，提升元器件固有及使用水平。

圖1 元器件應用驗證項目實施流程

2.4 工作匹配性解決方案

應用驗證項目具有依附性，與元器件研制和型號應用緊密聯(lián)系并交叉耦合，需適應我國宇航元器件研制和應用的管理環(huán)境和技術環(huán)境，針對我國宇航元器件研制和應用特點開展項目管理工作。在元器件應用驗證前期，需充分調研元器件研制狀態(tài)及具體使用環(huán)境和要求，有針對性地制定元器件應用驗證方案并按技術責任分工組織應用驗證任務實施，歸納總結元器件應用驗證數據編制元器件應用驗證報告。元器件應用驗證工作是對型號用國產新研元器件研制工作及產品質量的再評價、再確認，需充分利用對宇航元器件應用研究的技術成果，發(fā)揮專家和優(yōu)勢應用單位的技術能力，科學合理評價；應用驗證結論可以作為型號應用的有效輸入。宇航元器件應用驗證需充分考慮元器件功能和性能指標的合理表征，質量可靠性評價，與多種應用狀態(tài)、條件和環(huán)境等匹配性分析，不斷積累總結技術和管理經驗，逐步實現(xiàn)型號用宇航元器件自主可控目標。

3 取得效果

該應用驗證專項組建了應用驗證項目管理隊伍，宇航元器件應用驗證中心為總體技術單位，相關元器件研制單位全程參與應用驗證工作，單機承研單位是典型板級及系統(tǒng)級驗證的主要承擔單位，自主可控專家組支撐應用驗證及工程應用，并對技術咨詢及決策提供支持。應用驗證中心、元器件研制單位、用戶代表單位和相關元器件檢測及標準化專業(yè)機構提供驗證的有關資源和條件，應用驗證方案和結論統(tǒng)一由應用驗證中心提出，經型號衛(wèi)星系統(tǒng)、單機用戶、元器件研制單位和專家組等各方認可。在項目管理方面取得的創(chuàng)新性成果如下：

1) 國內首次創(chuàng)建基于重大航天工程牽引，實施規(guī)?；瘧抿炞C的工作模式，為規(guī)范、有效開展宇航元器件應用驗證提供示范。

以衛(wèi)星應用為依托，運用系統(tǒng)工程方法，建立多方協(xié)同、集成研討、專家群決策、各方認可的應用驗證實施模式，初步達到驗證結果科學、全面、普適。只用一年多時間完成了第一批新型國產化元器件的應用驗證，將元器件完成鑒定到型號批量裝機應用的周期大幅縮短，實現(xiàn)國產新型元器件批量驗證、快速應用和風險可控。

2) 通過工程實踐，在宇航元器件應用驗證項目管理技術、元器件結構及工藝合理性評價技術、微波功率場效應管環(huán)境適應性驗證方法、應用指南開發(fā)方法等方面取得了創(chuàng)新性成果。

將元器件應用驗證流程與元器件研制、衛(wèi)星研制流程緊密結合，實現(xiàn)關聯(lián)協(xié)同；探索實踐跨單位、跨地域的團隊管理和資源、經驗共享，提高了效率和效益；應用驗證技術在實踐中完善了細節(jié)、優(yōu)化了方法，已獲多項專利，初步完成由技術研發(fā)到工程應用的轉化，為全面推廣創(chuàng)造了條件。

4 結束語

在系統(tǒng)工程理論的指導下，運用項目管理方法組織實施了3批共200多項國產化元器件應用驗證，實現(xiàn)了我國大規(guī)模宇航元器件應用驗證的工程實踐，探索解決了元器件應用驗證涉及的復雜性、層次性、整體性和工作匹配性等系統(tǒng)工程屬性的管理方法，優(yōu)化了項目管理流程和模式，帶動了我國宇航元器件研發(fā)和產品保證理念提升，確保國產新研元器件在型號的順利應用，大幅提升國產宇航元器件研制和應用的技術水平及管理水平，有力推動宇航元器件自主保障能力提高。