通用控制系统架构研制模式的探索与实践_梁萍.pdf

2022年第12期54航天工业管理Research and Practice of System-Level Productization系统级产品化研究与实践一、项目背景当前，运载火箭研制周期日益缩短，传统的控制系统方案已无法满足新型号研制需求，需要创新方案设计，实现指标闭合，控制系统方案实现高性能、高可靠、低成本。因此，对火箭智能化、快速响应、复杂环境适应性提出了越来越高的要求。同时，在役型号保成功、保交付任务繁重，日益增长的型号发射和批产任务与完成任务能力不足的矛盾凸显。“一个型号一个样”的定制化研制模式，造成了控制系统研制成本高、批产保障难、设计资源耗散等问题，急需集成发挥专业力量，向技术及产品驱动的平台化研制模式转变，统筹控制系统方案、把控技术状态，提升研制质量、提高研制效率，确保型号任务圆满完成。新一代控制系统架构技术就是为控制系统搭建适应技术发展的控制系统平台架构体系，以适应未来航天技术的发展，解决控制系统研制过程中所面临的智能化、市场化等需求，探索面向全寿命周期、通用控制系统架构研制模式的探索与实践梁萍、孟卫辉、马骉、温亚、张延/北京航天自动控制研究所摘 要：本文介绍了航天控制系统平台化研制模式，提出了控制系统通用架构型谱规划，阐述了控制系统架构引领产品和技术开发流程和管理模式，通用系统架构的研制模式创新管理机制，为实现控制系统快速研制、提升产品质量和可靠性、优化资源配置奠定了基础。关键词：系统架构；科研生产模式；平台化研制2022年第12期55航天工业管理Research and Practice of System-Level Productization系统级产品化研究与实践基于系统模型和产品平台的控制系统研制模式，实现系统功能、性能的提升与专业技术的同步发展相互促进及提升，实现型号与产品双驱动的发展。二、平台化研制的理论与实践北京航天自动控制研究所认真学习,深刻领会中国航天科技集团有限公司“三高”发展要求，结合实际，将型号科研生产模式优化升级纳入研究所全面深化改革专项任务，明确“大中台+小前台”的平台化研制模式（见图1），通过产品化思路推进中台建设，保障型号快速研制。根据控制系统特点，将控制系统解耦为系统架构+货架产品+关键技术，在统一规划框架下，开展关键技术以及核心产品研制。按照系统单机一起推动、硬件软件一起推动、所内所外一起推动的整体思路，推动实现控制系统平台化研制，架构、产品、技术都要按系列化、型谱化发展。系统架构引领产品和技术、系统架构关系供应链、系统架构牵引研制流 程，研究所在通用系统架构的研制模式上创新管理，有规划指导、有机制保障，有队伍推动、有流程支撑，有奖励激励，通过一系列管理手段全面推进实 现研制模式平台化。1制定发展路线图，顶层指导型号平台化研制以智能化发展为主线，推进预研、产品及型号“三合一”统统架构。推进中枢系列系统架构的研制与应用，设立专业总师负责制，对标路线图，确保系统架构先于型号研制。编制了系统架构型谱，架构型谱和研制成果纳入数字化平台管理。针对不同领域特点，在系统设计层面提炼共性需求，搭建出多型由“系统架构+航控系列核心产品”的典型控制系统平台，共同支撑未来一段时间内的型号应用。坚持核心产品系列化、型谱化发展，以支撑系统架构的研制。按产品分类建立包含核心产品、重要产品、一般产品的 3 类多级产品型谱和货架，持续完善以航控系列、测控系列等为代表的产品型谱。积极推进系统级产品研制，针对具有较强通用性的型号外协产品，实施“准通用”产品管理模式。扩大型谱和货架产品内涵和外延，实现产品型谱和货筹规划（见表 1），加强技术攻关，实现产品先行，满足型号需求。为高效实施型号和产品双驱动战略，助推“系统架构+货架产品+关键技术”平台化研制模式转型，制定了各领域控制系统发展路线图，针对未来型号发展，从功能特征、系统架构、关键技术、技术平台（货架产品）及应用型号等方面明确了控制系统发展路线。将技术创新、产品创新、型号应用于一图，架构和产品规划根据技术创新与型号需求制定，避免产品研制与型号需求脱节。控制系统通用架构研制规划为总结一代、研发一代、预研一代。坚持系统架构系列化、型谱化发展。从控制体制、制导体制、通信体制、供电体制、测试体制及软件体制 6 个方面规范控制系传统研制模式平台化研制模式前台前台型号（技术+产品）管理后台后台中台型号技术+产品管理小前台大中台图1 平台化研制模式序号规划架构名称应用型号1总结一代中枢 1 号箭上控制系统架构应用于 4 个型号2中枢 2 号箭上控制系统架构应用于 2 个型号3中枢 3 号箭上控制系统架构应用于 2 个型号4研发一代中枢 4 号箭上控制系统架构应用于 2 个型号5中控 2 号测发控系统架构应用于 4 个型号6预研一代智能控制微系统架构表1 控制系统通用架构研制规划2022年第12期56航天工业管理Research and Practice of System-Level Productization系统级产品化研究与实践架对研究所自研和外协配套产品全覆盖。坚持关键技术系列化、型谱化发展。从需求侧牵引控制系统技术发展。制定智能控制技术发展路线图，修订技术发展规划，全面梳理具有战略价值、经济价值和技术带动价值的系统级关键技术和单机级关键技术（纳入产品研制范畴）。持续提升关键技术成熟度，推进技术成果实物转化，动态形成技术货架和技术型谱，纳入缺省模式设计平台，丰富技术供给，支撑型号方案形成。坚持控制系统接口标准化。逐步统一控制系统内单机外接口、单机内接口，统一控制系统软件协议标准，建立横向一致的控制系统接口标准群，将标准接口要求纳入关键单机任务书通用模板，并形成任务书编制作业指导书。2完善体制机制，为系统平台化研制提供保障（1）以“四张清单”“两个责任令”推进研发链条闭环，加速技术成果落地建立需求清单、研发清单、应用清单、成果清单“四张清单”的管理创新全链条。需求清单来自于用户、型号的实战需求、科技进步的自生需求以及型号亟待解决的重点、难点技术问题。研发清单包括技术、产品清单 2个部分，覆盖近期需求突破的共性专业技术与产品、面向后续发展储备的技术与产品，推进技术向型号转化和应用。应用清单以队伍配置以坚持岗位名称统一、任职条件统一、发展通道统一；坚持职责清晰、分工明确、一岗多责、业务全覆盖；坚持专业发展带动产品发展；坚持控制系统架构+货架产品+关键技术和型号/项目相统一为原则，强化专业和产品研制。设立主任专业师，根据用户和型号需要，组织本专业关键技术预先研究，带领正副主任设计师共同完成技术攻关工作。研究室组织主任专业设计师、正副主任设计师和设计师开展本专业系统架构和产品化建设，开展型谱新产品研制，规范本专业的技术体制、技术架构和接口协议，不断提升核心产品成熟度，研制当前一代、攻关下一代系统架构和组成产品、关键技术。通过队伍优化配置，强化 a队伍，支撑型号方案论证，工程研制阶段系统和产品实现、产品验收和质量确认，负责重要技术文件的审核，避免多种状态并行、状态更改随意等现象发生。同时优化 b 队伍，强化产品选用和产品验收标准，做到横向一致，纵成熟标准进行界定并供型号选用，在经营决策（EMT）、系统方案决策（SSMT）评审中，对标回答方案是否从应用清单中进行选择。成果清单包括经过飞行验证的新技术与新产品，或发布的标准规范、算法等成果，同时以研发责任令以及应用责任令为手段，压准压实专业与型号应用责任。（2）做实科技委，明确科技委在型号研制、产品选用、技术状态管控中的把关职责研究所科技委在型号控制系统技术方案、技术状态控制、产品工程等关键领域全面进入研制流程，全面引领控制系统核心关键技术突破，布局成果与转化，提升控制系统自主创新水平，持续夯实我单位专业发展。系统方案委员会负责审核系统方案闭合情况、严格约束系统架构及产品的选用。产品工程委员会审核新技术、新产品研发，严控系统架构、货架产品、关键技术的无序开发。技术状态控制委员负责把关型号研制过程中产品的替换与更改，确保产品状态更改受控。3开展队伍建设，推进系统平台化研制实施对标航天科技集团要求，结合型号科研生产模式及队伍配置基础，按照平台+定制（a+b）模式建立专业（产品）队伍，厘清型号队伍与产品/专业队伍间的接口关系，明确队伍职责，确保产品化工作融入科研生产流程，确保队伍高效协同。主任专业师副主任设计师设计师所专业副总师主任设计师型号副总师型号队伍人员（承担b职能）图2 科技队伍结构示意图2022年第12期57航天工业管理Research and Practice of System-Level Productization系统级产品化研究与实践向贯通，打通专业、产品和型号各阶段统型障碍。4优化设计、计划、经费流程，支撑系统平台化研制工作建立基于 a+b 科技队伍和适应以通用产品、标准架构选用为基础的型号系统集成研制模式的科研生产流程；调整和完善与新模式相匹配的设计流、计划流、经费流；将相关研制流程固化至研究所质量管理体系。（1）研制流程理清各流程中专业队伍和型号队伍的责任分工，梳理专业队伍在型号研制中的专业技术把关责任，梳理制导姿控、系统综合、系统仿真等 8 个专业审签流程中的专业队伍和型号队伍的职责分工，使专业队伍充分融入型号研制，发挥技术把关作用。产品平台先于型号开展研制，由专业队伍负责根据型谱和总体对系统发展需求的建设思路，研制一代、预研一代、规划一代，规范控制系统的技术体制、技术架构、接口协议等。通过形成丰富的系统架构型谱，一方面明确架构以及体制标准，提升核心技术和竞争力；另一方面能够根据需求，快速选配货架产品，为型号提供高质量控制系统集成方案。在型号选用阶段，专业队伍对型号控制系统需求进行评估，并给出推荐的系统架构。型号队伍结合控制系统方案，对架构进行分析确认，并给出选用结论。型号选用后，架构队伍与型号队伍共同在该架构下开展控制系统研制与应用，并不断提升架构成熟度。（2）计划流程计划管理方面，型号管理队伍与产品管理队伍既相对分离又有机融合，管理队伍计划目标统一，型号选用前产品组批预投、计划跟踪由产品队伍负责，型号选用后产品计划以型号计划为牵引，产品队伍需为型号指挥负责，型号指挥对型号研制生产全过程、全要素、全层级产品进度负责。进一步提升管理手段，促进型号及产品协同良性运营，制定通用产品组批投产实施指导意见，开展通用产品组批预投，根据型号三年滚动计划启动长周期物资备料工作，实现产品组批备料、即投即产目标，支撑型号任务快速完成。建设所厂协同管理平台，主要围绕科研生产全场景，实现所厂从生产订单下发、生产进度跟踪、图纸设计文件跨域会签、三维图纸下厂、物资进度跟踪、到产品远程预验收全过程的科研生产数字化建设，确保产品及型号经营人员对计划、进展、质量信息互通共享，共同促进任务高效完成。（3）经费流程实施经营管控决策机制，实现目标成本显性化；目标成本控制纳入研制流程；目标成本作为型号研制的约束条。开展产品化、型号预算统筹策划、经费统筹管理。新产品立项研发：由产品管理队伍负责计划及经费管理。无型号背景和经费支撑的项目，开展年度所预算申报，申请使用研究所自有资金，支撑项目立项。型号选用产品：在型号经营管控决策评审中确定型号配套产品的型号属性及产品化属性，对于产品化属性的产品，其计划、经费管理是在型号总体计划、经费归口管理下，由产品管理队伍独立负责。（4）质量管理模式针对通用产品设计、生产、试验等设计开发过程，设置专职产品质量管理人员，对技术状态管理、质量问题处置及举一反三、不合格审理、产品验收质量管控过程进行把关，形成产品化的质量管理模式。完善质量体系文件，将产品化管理纳入文件体系，实现型号队伍与专业队伍共同质量把关确认。在型号选用过程中，针对出现的技术状态变化，需经产品/专业队伍审定后更改基线，避免多种状态并行、状态更改随意等现象发生。质量问题处理方面，因型号接口、环境条件等技术要求不明确、存在二义性或错误，以及产品选用不当造成的质量问题，由型号选用方承担主要责任。因设计考虑不周、设计可靠性不足或产品过程