面向航天装备的货架产品准入审查流程探索研究_姜盛鑫.pdf

2022年第12期43Exploration of Productization Management Mode产品化管理模式探索航天工业管理面向航天装备的货架产品准入审查流程探索研究摘 要：笔者在调研美军航天装备货架产品成熟做法的基础上，结合我国航天产品研制实际特点，通过分析对比国内外货架产品的不同理念，提出我国航天装备货架产品基本定义，具体阐述我国航天装备货架产品准入审查流程的设计思路，旨在为航天装备货架建设提供参考借鉴。关键词：航天装备；货架产品；准入审查；程序流程航天梦是强国梦的重要组成部分。习近平总书记高度重视我国航天事业发展，多次勉励航天人勇于创新突破，早日实现建设航天强国的伟大梦想。为了实现这一伟大梦想，在保证高质量、高可靠的前提下，中国航天正以高频次、大规模、低成本的姿态快速发展。小批量、小子样、多规格的航天传统产品已无法满足中国快速发展的要求，以航天产品化为理论基础筛选形成货架产品是实现航天型号快速批产、快速发射的施力抓手。货架产品能够使航天型号在最短时间内利用领域内最新最成熟的技术，有效减少航天型号研发周期和成本，提升质量监督和管控能力。美国为了维护其“航天霸主”的地位，在不断投入经费研发新技术、新材料、新工艺的同时，也在不断探索控制经费与周期的新方法，已在多年前率先在航天装备上使用商用货架产品（COTS），并形成了一套较为完整的货架产品准入审查程序，积累了大量实践经验。本文借鉴美国航天装备货架产品审查模式和特点，对比国内外货架产品的不同理念，基于航天产品化的理论基础提出我国航天装备货架产品基本定义，探索设计适合我国航天装备货架产品准入审查流程，为航天装备货架产品建设提供技术参考。一、美国航天装备货架产品准入审查模式及特点分析1美国航天装备货架产品内涵理解美国政府和军方一直就如何提高经费支出效率而努力，削减赤字的目标已使国防部及其各个分支*其他作者：王茹（航天系统部装备部军事代表局），陆宏伟、冯可、施帆（中国航天标准化研究所）姜盛鑫等*/中国航天标准化研究所2022年第12期44Exploration of Productization Management Mode产品化管理模式探索航天工业管理机构获取商品和服务的方式发生了重大改变。美国前总统奥巴马曾颁布国家空间政策鼓励在现有商业空间能力和服务或在推动相关商业空间能力和服务改进满足政府需求标准时，以高效费比使用这些能力和服务。该政策还鼓励将常规、非敏感的空间功能转移到商业部门。但事实上，COTS 产品首次作为军用产品替换方案可追溯到 1994 年，时任美国国防部长威廉 佩里在指令中提出可将 COTS 产品投入到军事应用中，但不包含航天装备。在 COTS 产品成功应用于军事装备十几年之后，其在航天装备上的使用才成为现实。COTS 产品是指经过更新迭代、在商用市场出售和使用，或通过政府合同获得的非研发项目（NDI）1。COTS 产品属于 NDI的一个子集，如图 1 所示。NDI是出于政府目的、但不限于特定工程的任何项目，可以由联邦机构、国家或州政府，以及与美国政府签署了国防战略协议的其他政府等任何形式主导2。根据国外相关报道3，美国国防后勤局（DLA）认证或军事规范认证的某类产品（MIL-SPEC）的技术性能要比预期用于下一代航天装备及相关仪器的最先进、最高性能产品落后数代，这间接推进了 COTS 用于航天装备中的进程。根据目前搜集到的文献资料以及相关新闻报道，美国航天装备应用的货架产品指的就是 COTS 产品，同时，COTS产品需通过一定的审查流程才可以被应用到航天装备上。2美国航天装备货架产品准入审查流程特点分析（1）明确的依据标准在空间应用中，高可靠性和降低风险始终是 2 个关键考虑因素。虽然根据某项宇航任务的需求，可能 COTS 产品可用，但重要的是要在了解、权衡后作出取舍。在设计者为了获得更高的系统性能并且无高可靠性要求的情况下，COTS 产品作用突出，但当涉及到产品质量、安全性和可靠性等关键性能时，COTS 产品与 MIL-SPEC 产品仍有根本区别，最关键在于 COTS 产品在辐射条件下的性能表现如何，可能需要对辐照保证进行额外筛选以满足任务要求，取决于预期应用、长期运行环境和预期任务寿命等重要因素。基于上述原因，美国国家航空航天局（NASA）技术标准电气、电子和机电（EEE）零件保证标准（NASA-STD-8739.10）和戈达德航天飞行中心指导文件EEE 零件选择、筛选、鉴定和降额说明（EEE-INST-002）建议将 MIL-SPEC 零件作为首选或最佳实践，将不同级别的 MIL-SPEC 零件指定为基非研发项目政府主导设计非政府主导设计商业类型产品商业货架产品政府设计用于政府非政府设计用于非商业商业设计用于商业本国的商业货架产品国外的商业货架产品修改后的商业型产品灰橄榄商业型产品来自外军的商业型产品军用规范的政府产品最佳商业惯例的政府产品图1 非研发项目的分类2022年第12期45Exploration of Productization Management Mode产品化管理模式探索航天工业管理准零件，并详细说明对非 MIL-SPEC 零件的筛选和鉴定要求。（2）细致的流程规划COTS 产 品 在 被 采 购 后，NASA、NASA 承包商第三方或零制造商根据相关要求文件（例如：EEE-INST-002 或等效文件）进行合格性筛选和审查。尽管美国航天装备研制人员的实践做法不尽相同，但就 COTS 产品筛选、申请和验证流程已达成了共识，具体流程4-5如图 2 所示。美国航天装备研制人员会根据风险态势、可用资源以及性能要求定义零件级要求，筛选审查流程主要取决于 COTS 产品是否参照 MIL-SPEC 标准执行。换言之，在将 COTS 产品纳入太空飞行系统之前，按照 GSFC EEE-INST-002 或 同 等 文 件 对COTS 产品进行额外或完整零件级筛选与鉴定的具体环节可能不同。对于非安全或非任务关键型系统，当前美国航天装备研制人员应用 COTS 产品的做法是根据任务分类级别、项目要求和风险态势，选择经 NASA 筛选的COTS 产品或全力进行零件级验证或应用的 COTS 产品，同时无 项目根据风险态势、可用资源以及性能需求定义零件需求 中心/项目零件要求允许COTS部件不带MIL-SPEC筛选 中心/项目零要求允许与MIL-SPEC筛选一起使用COTS部件 从授权经销商处采购COTS部件，获得合格证书和批次跟踪代码，用于辐射硬座保证的可追溯性零件选型：满足项目MEAL要求任务(M)：风险分类、风险态势、进度，成本，零件要求等环境(E)：辐射、热、真空等应用(A)：容错、架构、功能、性能等寿命(L)：任务的寿命，任务期间的系统 运行状况等 遵循NASA筛查COTS的要求在零件级别验证COTS1.执行制造商评估，并验证“零缺陷”方法的行业最佳实践的实施情况2.了解零件技术。当不理解零件结构或零件不是行业领先零件制造商提供时，进行必要的测试 COTS部件的辐射硬度保证 设计航天系统电路中的COTS部件1.通过测试/分析关键参数和环境进行识别和验证2.保守的降额3.如果不可能在部件级进行辐射容忍设计，则在板级和子系统级进行辐射容忍设计 零件级别的验证结果建议使用NASA筛选的COTS 当在板级和系统级进行验证时，构建EDU的多个修订版，并在设计周期的早期执行大量板级和子系统级测试COTS选择1.选择符合MEAL要求的COTS2.选择从行业领先零件制造商提供的最高商业级别的零件3.选择成熟的技术部件和广泛应用于商业电子产品的零件4.避免选择体积不大或设计限制其技术的零件5.选择具有“飞行历史”的零件，并确保新任务的MEAL在前一次任务的范围内 电路设计师与零件工程师协调，选择符合零件要求的零件或者图2 COTS产品筛选审查流程图2022年第12期46Exploration of Productization Management Mode产品化管理模式探索航天工业管理需在零件级进行任何 MIL-SPEC标准筛选和鉴定。但对于 COTS产品应用于安全和关键任务的风险，NASA 内部缺乏统一共识。由于零件制造商的工艺控制和质量保证存在很大的差异，并非所有 COTS 产品都是同等的。当COTS 产品用于安全或关键任务应用而没有任何可参考的产品级MIL-SPEC 标准筛选和空间认证时，应开发和批准针对项目任务、环境、应用和寿命（MEAL）量身定制的特定 COTS 产品筛选审查方法，同时由能够识别和承担相关风险责任的项目经理开展该项工作。二、我国航天装备货架产品的理念及基础分析1我国关于航天装备货架产品的不同理念分析美国在航天装备上用到的货架产品主要是指 COTS 产品，美国没有为航天装备或其它类装备单独打造一个货架，而是直接沿用商业货架的概念，根据具体任务需求选用 COTS 产品，并对COTS 产品的性能情况进行适应性审查。与美国相对应的是，我国在航天装备上用到的产品主要是根据特定型号需求牵引研制形成的，在具有比较明显型号特征的同时，货架特点不突出。货架产品属于我国航天领域的“新鲜事物”，早期我国航天装备中应用的产品属于典型的小子样、小批量产品，大多是根据型号总体要求单独定制而成，不存在跨型号、批量应用的概念。2航天产品化对于航天装备货架产品的基础牵引分析为应对全球航天大国的挑战，紧跟全球航天发展浪潮，我国近年来在全球航天发射次数上位于前列。2021 年，我国航天发射任务达 55 次，居世界第一。2022 年，我国航天任务发射任务预计仍在 50 次以上，发射频次保持高位。如此高发射频率的实现主要源于中国航天科技集团有限公司积极对现役火箭开展去型号化、去任务化工作，通过设计优化和工艺统型，产品通用化率达到了 97.4%，单发研制周期压缩近一半，具备发射前 5 个月明确（或调整）卫星发射典型构型任务的能力，运载火箭研制效率得到进一步提升。在卫星方面，随着卫星星座的理念不断被大家接受，具备同一技术状态、发挥同一功能的卫星已成为愈发常见的现实需求，需要通过“统平台、控单机”等具体手段提升卫星的通用性水平，满足卫星组批生产的特定任务要求。从 2008 年起，航天产品化工作面向产品应用需求和技术发展趋势，主要以重点产品为对象，开展制定产品型谱、统一技术状态、提升产品成熟度和完善产品数据包等工作，打造一批成熟度高的通用产品6，为货架产品建设提供了必要的理论与实践基础。但尽管航天产品化在一定程度上对航天装备研制效率具有正向牵引作用，如果想显著提升航天装备研制效率，满足当前愈发密集的发射任务需求，将航天产品摆上货架，待需要时直接供型号选用，乃是关键所在。因此，为确保航天装备研制过程中能够选用高质量、高可靠性的货架产品，有必要开展货架产品准入审查流程研究。三、基于航天产品化的货架产品准入审查流程探索1货架产品准入审查的内涵分析近年来随着航天产品化工作的研究推广，航天产品去型号化、去任务化工作取得显著成效，我国航天装备货架产品体系建设具备了一定基础。结合当前航天装备高质量、快批产、快发射的现实需求，笔者认为货架产品的定义应为成熟度达到一定等级、可按订单批量生产或现货供应的型谱产品。货架产品准入审查的内涵就是侧重对产品性能满足型谱通用产品技术要求情况、成熟度及生产保障情况的符合性检验工作。2货架产品准入审查的流程设计结合我国航天产品实际特点，为确保货架产品准入审查科学合理，开展货架准入审查的产品需遵循的基本流程主要包括申请、审查、审批 3 个环节。（1）产品研制单位向货架产品准入审查主管部门提出申请2022年第12期47Exploration of Productization Management Mode产品化管理模式探索航天工业管理为确保货架产品准入审查的收敛与高效，申请开展货架产品准入审查的产品需要满足一定的条件。首先，产品应为型谱产品，具备一定等级的产品成熟度；其次，产品应在一定数量型号上得到过应用验证，生产基线固化、产能可满足未来一段时间