周思卓 李富軍 彭洪江 李宇峰

（1 北京空間科技信息研究所，北京 100086）（2 中國空間技術研究院，北京 100094）

1 引言

衛(wèi)星公用平臺是具有通用性的，且能在一定范圍內適應不同有效載荷配置和不同使用要求的衛(wèi)星平臺［1］。我國衛(wèi)星研制企業(yè)借鑒了國外衛(wèi)星公用平臺的開發(fā)理念和實踐［2-4］，從20世紀90年代開始研制衛(wèi)星公用平臺，形成了多個衛(wèi)星公用平臺產(chǎn)品，并逐步實現(xiàn)了基于公用平臺的衛(wèi)星型號研制與生產(chǎn)。宇航技術先進國家在20世紀中后期為了有效識別、跟蹤和控制項目實施中的風險，開始采用以技術成熟度（Technology Readiness Level，TRL）為核心的成熟度評價技術。根據(jù)近年來國外的實踐經(jīng)驗，技術成熟度評價的一項較大缺陷是無法評估多技術集成系統(tǒng)的各項風險［5］。由此，針對多項新技術元素應用于系統(tǒng)設計的原理和技術完備性的評估，美國國防部提出了系統(tǒng)成熟度（System Readiness Level，SRL）的概念和評價方法［6-7］。但是，系統(tǒng)成熟度缺乏對裝配、總裝和測試（AIT）過程的技術要素完備性的評價，也沒有針對系統(tǒng)內部特性和系統(tǒng)成熟本質進行深入探究。

衛(wèi)星公用平臺成熟度（以下簡稱平臺成熟度）一方面可為用戶提供有參考價值和說服力的能力指數(shù)，支持衛(wèi)星型號對平臺產(chǎn)品的整體選用；另一方面，平臺成熟度為平臺技術狀態(tài)固化、生產(chǎn)穩(wěn)定性提升、平臺快速成熟和持續(xù)改進等方面提供了明確路徑，同時，也為平臺所配置的單機產(chǎn)品的批生產(chǎn)提供了條件。2003年以來，我國航天企業(yè)開展了以產(chǎn)品成熟度理論為核心的航天產(chǎn)品工程探索與實踐［8］，并首先將成熟度理論應用于單機產(chǎn)品。本文在我國航天單機產(chǎn)品成熟度研究與實踐的基礎上，借鑒了國外系統(tǒng)成熟度評價思想，提出了衛(wèi)星公用平臺成熟度的概念和模型，并分析了平臺成熟度的應用方法和前景。

2 平臺成熟度模型

建立衛(wèi)星公用平臺成熟度模型是為了考量和規(guī)范衛(wèi)星公用平臺成熟度的評價和應用。本節(jié)以我國航天單機產(chǎn)品成熟度和國外系統(tǒng)成熟度為參考，首先研究平臺成熟度的特征要素并依據(jù)特征要素評價平臺成熟度；而后，按照平臺發(fā)展周期合理劃分等級，最后按照每一等級所應達到的要求建立等級與評價要素相對應的成熟度模型。

2．1 平臺成熟度概念

隨著近年來公用平臺在衛(wèi)星型號研制中的應用，主要存在以下兩個問題：

（1）尚缺乏表征衛(wèi)星公用平臺各項技術完備程度、合理性、質量穩(wěn)定性的權威指標，不利于衛(wèi)星型號研制方案的綜合權衡和決策；

（2）在衛(wèi)星公用平臺全生命周期內，缺乏明確的評判平臺成熟的里程碑事件和技術完備程度的要求，不利于技術狀態(tài)的固化和持續(xù)改進，也不利于衛(wèi)星公用平臺快速成熟。

針對以上問題，開展平臺成熟度研究，即對平臺全生命周期全部技術要素的合理性、完備性以及在一定功能、性能水平下質量一致性的度量方法等進行研究。

2．2 平臺成熟度評價要素

衛(wèi)星公用平臺技術狀態(tài)的細化、量化和受控程度是平臺成熟度的本質。新平臺開發(fā)過程一般包括立項論證與啟動、方案設計、初樣研制、正樣研制等階段，并依次形成平臺功能基線、分配基線和產(chǎn)品基線。要確定平臺技術狀態(tài)就需要首先確定對平臺的功能、性能和質量有決定性作用的項目，稱之為關鍵項目和重要項目（以下簡稱“關重項目”）。我國航天型號研制、應用的成功經(jīng)驗表明，產(chǎn)品設計、生產(chǎn)到應用的全過程數(shù)據(jù)完整記錄和充分分析與驗證，是快速提升產(chǎn)品成熟度的重要手段。而產(chǎn)品數(shù)據(jù)完整記錄、分析與驗證，以及生產(chǎn)過程的細化、量化的主要載體是數(shù)據(jù)包。平臺數(shù)據(jù)包的建立、驗證、改進的情況是衛(wèi)星公用平臺重復生產(chǎn)與應用能力的評判手段。因此得到平臺成熟度的特征要素有3個，即平臺技術狀態(tài)基線（上述三類基線）的完備程度、平臺關重項目設置的合理性和受控程度、平臺數(shù)據(jù)包的完備程度。

除需要綜合考慮上述平臺成熟度的特征要素以外，評價平臺成熟度還要對其配套單機產(chǎn)品的成熟度等級［9］進行界定。借鑒國外系統(tǒng)成熟度評價的方法，以單機產(chǎn)品成熟度等級分布為切入點，通過對現(xiàn)有4類典型衛(wèi)星公用平臺技術狀態(tài)基線配套單機成熟度情況的統(tǒng)計分析，對照現(xiàn)有衛(wèi)星公用平臺所處的階段，得到單機產(chǎn)品成熟度等級分布的設置。對典型衛(wèi)星公用平臺配套單機產(chǎn)品成熟度等級分布統(tǒng)計的結果（見表1）表明，目前現(xiàn)有的衛(wèi)星公用平臺均完成一次或多次成功飛行考核，完成一次成功飛行考核的平臺配套單機產(chǎn)品成熟度在4級及4級以上，產(chǎn)品的數(shù)量占單機總數(shù)量的85%以上，完成3次及3次以上成功飛行考核的平臺配套單機產(chǎn)品成熟度在5級及5級以上，產(chǎn)品的數(shù)量占單機總數(shù)量的85%左右。

表1 現(xiàn)有典型衛(wèi)星公用平臺基線配套單機產(chǎn)品成熟度情況Table 1 Distributions of product maturity within typical common satellite platforms

由以上分析得到平臺成熟度的6個評價要素：①飛行考核次數(shù)；②技術狀態(tài)控制能力；③配套單機產(chǎn)品成熟度等級分布；④關重項目及關重件控制能力；⑤內部／外部接口控制能力；⑥生產(chǎn)能力。

2．3 平臺成熟度等級劃分

衛(wèi)星公用平臺從研發(fā)開始經(jīng)過方案設計、地面驗證、實際多次應用和改進等若干重要環(huán)節(jié)達到不同等級的成熟度。在航天產(chǎn)品成熟度規(guī)律的指引下，結合平臺產(chǎn)品的研制特點，將平臺成熟度等級劃分為6級，即原理平臺（1級）、工程平臺（2級）、一次飛行考核平臺（3級）、多次飛行考核平臺（4級）、定型平臺（5級）、通用平臺（6級）。平臺成熟度等級設置參考點與一般研制程序的關系如圖1所示。

圖1 衛(wèi)星公用平臺成熟度等級劃分Fig．1 Division of common satellite platform maturity levels

平臺成熟度的對象是“平臺產(chǎn)品”，在方案設計階段完成時才形成“產(chǎn)品”概念，而在平臺立項論證與啟動階段尚未形成“產(chǎn)品”，因此，將方案設計階段末期形成了平臺“產(chǎn)品”后，設置為第一個成熟度等級參考點。平臺初樣研制階段末期，完成了實體的工程平臺的總裝和地面試驗，平臺正樣設計狀態(tài)確定，因此，將實體的工程平臺完成研制作為第二個等級參考點。

平臺成熟度與單機產(chǎn)品成熟度是針對不同對象的評價工具，其本質是一致的。因此，其等級的劃分部分參考了單機產(chǎn)品成熟度模型［9］。單機產(chǎn)品在完成正樣件研制之時設置了成熟度3級的參考點，待產(chǎn)品完成一次實際飛行考核并經(jīng)過改進后設置了成熟度為4級的參考點。平臺作為一類高度復雜的產(chǎn)品，對其飛行驗證的指標遠比單機產(chǎn)品多，且其技術狀態(tài)的更改也較為困難。對單機產(chǎn)品而言，經(jīng)一次飛行考核的產(chǎn)品與完成正樣研制的產(chǎn)品相比，其功能、性能指標均得到全面實際考核并進行了改進；而對于平臺而言，考慮成熟度不能深入到單機產(chǎn)品技術狀態(tài)更改的層面，正樣平臺與經(jīng)一次飛行的平臺就成熟度考察的范圍來看變化甚微，故將完成一次成功飛行考核作為第三個等級參考點。將多次飛行并改進后、基本達到定型要求時作為第四個等級參考點。在定型與升級改進階段，將平臺成熟度按照生產(chǎn)能力和可靠性保障能力設置兩個等級參考點，而非單機產(chǎn)品成熟度劃分的三個，主要考慮了以下兩個方面：首先，各類航天器對于某些單機產(chǎn)品往往有大量的需求，譬如10N雙組元推力器產(chǎn)品在多個型號的通信衛(wèi)星推進分系統(tǒng)中的需求數(shù)量相當可觀，就需要對該產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)范化程度和批量生產(chǎn)能力進行評價，以降低產(chǎn)品生產(chǎn)風險。對比于單機產(chǎn)品的大規(guī)模需求，型號對平臺的需求數(shù)量尚達不到批量。其次，平臺與單機產(chǎn)品的成熟度都需要多次飛行考核驗證和改進，但平臺的子樣數(shù)量更少，考核時間也較單機產(chǎn)品長，如果限定過多的考核次數(shù)和過長的時間，平臺產(chǎn)品在達到所限定的“成熟”的要求之前就會隨著技術的快速發(fā)展而被淘汰。

2．4 平臺成熟度模型建立

采用上述6個等級設置點，按照平臺飛行考核次數(shù)、技術狀態(tài)控制能力、配套單機產(chǎn)品成熟度等級分布、關重項目和關重件控制能力、內／外部接口控制能力和生產(chǎn)能力等6個評價要素，可以建立平臺成熟度模型，模型示意如圖2所示，各等級定義及描述見表2。

圖2 衛(wèi)星公用平臺成熟度模型Fig．2 Model of common satellite platform maturity

表2 衛(wèi)星公用平臺成熟度等級定義及描述Table 2 Definitions and descriptions of common satellite platform maturity levels

3 平臺成熟度的應用前景

平臺成熟度在支撐平臺系列化發(fā)展、型號選用和指導平臺快速提升成熟度等多方面具有廣泛的應用前景。

1）支撐衛(wèi)星公用平臺系列化發(fā)展

根據(jù)我國航天產(chǎn)品工程技術體系，型譜是產(chǎn)品專業(yè)化發(fā)展的頂層規(guī)劃［8］。我國航天企業(yè)已開展了大量關鍵通用單機產(chǎn)品型譜建設工作，成功應用于產(chǎn)品規(guī)劃、研發(fā)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)，并有效指導了型號選用型譜產(chǎn)品，為衛(wèi)星公用平臺型譜的建立和應用提供了實踐經(jīng)驗。衛(wèi)星公用平臺的成熟程度是平臺產(chǎn)品系列的重要維度，對平臺成熟度等級的明確界定是平臺規(guī)格優(yōu)化，從而構成平臺產(chǎn)品系列的保證。

2）為衛(wèi)星型號研制方案的綜合權衡與決策提供依據(jù)

衛(wèi)星型號總體在確定型號研制方案時，往往面臨選用現(xiàn)有產(chǎn)品或新研發(fā)產(chǎn)品的抉擇，主要關注的是兩點：一是產(chǎn)品的功能、性能指標是否可以滿足任務要求；二是產(chǎn)品的質量與可靠性是否有保證，即產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、應用等環(huán)節(jié)的全部要素的完備性、穩(wěn)定性和精細化程度是否已達到滿意水平。平臺成熟度可為型號研制方案的確定提供量化依據(jù)。

3）指導衛(wèi)星公用平臺快速提升成熟度

平臺成熟度是指導平臺研發(fā)、生產(chǎn)、應用活動的基本路線。對于獨立于型號進行開發(fā)的全新公用平臺，在型號的全生命周期內的里程碑——例如完成工程平臺的研制、完成平臺首飛等——評定平臺成熟度等級；對于隨特定型號進行研制的平臺，在平臺初次研制階段——平臺成熟度1級、2 級或3級——平臺成熟度等級的評定，可以借鑒型號研制過程中的各項結論，而不獨立進行復查，在平臺后續(xù)應用中應獨立于型號進行成熟度等級評定。

4 結束語

衛(wèi)星公用平臺成熟度是基于我國航天產(chǎn)品成熟度理論的重要技術工具，為航天產(chǎn)品工程建設提供了支撐。衛(wèi)星公用成熟度模型的建立為平臺成熟度的應用和推廣提供了技術基礎。平臺成熟度在支撐平臺系列化發(fā)展和型號選用等多方面的成功應用，對于構建衛(wèi)星公用平臺專業(yè)化開發(fā)模式、規(guī)范系統(tǒng)級產(chǎn)品的研發(fā)和應用過程、提高系統(tǒng)級產(chǎn)品質量與可靠性等方面也將發(fā)揮重要作用。

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