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(shù)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(nèi)適應(yīng)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(shù)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(shù)成熟度（Technology Readiness Level，TRL）為核心的成熟度評價技術(shù)。根據(jù)近年來國外的實踐經(jīng)驗，技術(shù)成熟度評價的一項較大缺陷是無法評估多技術(shù)集成系統(tǒng)的各項風險［5］。由此，針對多項新技術(shù)元素應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計的原理和技術(shù)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(shù)要素完備性的評價，也沒有針對系統(tǒng)內(nèi)部特性和系統(tǒng)成熟本質(zhì)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(shù)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(yīng)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(chǔ)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(yīng)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(yīng)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(yīng)達到的要求建立等級與評價要素相對應(yīng)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(yīng)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(shù)完備程度、合理性、質(zhì)量穩(wěn)定性的權(quán)威指標，不利于衛(wèi)星型號研制方案的綜合權(quán)衡和決策；

（2）在衛(wèi)星公用平臺全生命周期內(nèi)，缺乏明確的評判平臺成熟的里程碑事件和技術(shù)完備程度的要求，不利于技術(shù)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(shù)要素的合理性、完備性以及在一定功能、性能水平下質(zhì)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(shù)狀態(tài)的細化、量化和受控程度是平臺成熟度的本質(zhì)。新平臺開發(fā)過程一般包括立項論證與啟動、方案設(shè)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(shù)狀態(tài)就需要首先確定對平臺的功能、性能和質(zhì)量有決定性作用的項目，稱之為關(guān)鍵項目和重要項目（以下簡稱“關(guān)重項目”）。我國航天型號研制、應(yīng)用的成功經(jīng)驗表明，產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)到應(yīng)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(fù)生產(chǎn)與應(yīng)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(shù)狀態(tài)基線（上述三類基線）的完備程度、平臺關(guān)重項目設(shè)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(shù)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(shè)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(jié)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(shù)狀態(tài)控制能力；③配套單機產(chǎn)品成熟度等級分布；④關(guān)重項目及關(guān)重件控制能力；⑤內(nèi)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(shè)計、地面驗證、實際多次應(yīng)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(jié)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(shè)置參考點與一般研制程序的關(guān)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(shè)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(shè)計階段末期形成了平臺“產(chǎn)品”后，設(shè)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(shè)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(zhì)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(shè)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(shè)置了成熟度為4級的參考點。平臺作為一類高度復(fù)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(shù)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(shù)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(shè)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(shù)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(shè)置點，按照平臺飛行考核次數(shù)、技術(shù)狀態(tài)控制能力、配套單機產(chǎn)品成熟度等級分布、關(guān)重項目和關(guān)重件控制能力、內(nèi)／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(yīng)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(dǎo)平臺快速提升成熟度等多方面具有廣泛的應(yīng)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(shù)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(guān)鍵通用單機產(chǎn)品型譜建設(shè)工作，成功應(yīng)用于產(chǎn)品規(guī)劃、研發(fā)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)，并有效指導(dǎo)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(yīng)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(gòu)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(quán)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(guān)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(wù)要求；二是產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性是否有保證，即產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、應(yīng)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(dǎo)衛(wèi)星公用平臺快速提升成熟度

平臺成熟度是指導(dǎo)平臺研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)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(nèi)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(jié)論，而不獨立進行復(fù)查，在平臺后續(xù)應(yīng)用中應(yīng)獨立于型號進行成熟度等級評定。

4 結(jié)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(shù)工具，為航天產(chǎn)品工程建設(shè)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(yīng)用和推廣提供了技術(shù)基礎(chǔ)。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(yīng)用，對于構(gòu)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(yīng)用過程、提高系統(tǒng)級產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性等方面也將發(fā)揮重要作用。

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