靖德果　薛惠鋒

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美國GPS III業(yè)務系統(tǒng)工程管理活動綜述

靖德果薛惠鋒

近幾年，美國第三代全球定位系統(tǒng)（GPS III）業(yè)務進展不順，屢遭延遲。據(jù)報道，GPS III 8顆衛(wèi)星中的第一顆將于2017年發(fā)射，比原計劃推遲3年。

GPS III項目始于2006年。2008 年5月，該項目合同被授予美國洛克希德?馬丁公司。在整個項目的發(fā)展過程中，美國國防部負責系統(tǒng)工程的副助理國防部長一直參與系統(tǒng)工程計劃、需求管理、質(zhì)量管理、技術和風險評估等各個方面的活動。國防部每年都發(fā)布系統(tǒng)工程年報，綜合報告重要國防項目的系統(tǒng)工程管理活動。本文在國防部系統(tǒng)工程年報的基礎上，綜合了國防部采辦指令、采辦指南，以及第三方獨立評審報告的相關內(nèi)容，梳理了GPS III業(yè)務中的系統(tǒng)工程管理活動，分析了美國GPS III業(yè)務延期的原因，總結(jié)了美國GPS III業(yè)務運用系統(tǒng)工程管理的經(jīng)驗和教訓。

執(zhí)行概要

美國國防部指令規(guī)定，所有與系統(tǒng)工程有關的重大國防采辦項目活動均由負責系統(tǒng)工程的副助理國防部長辦公室監(jiān)督，用以保證國防部在國防采辦項目中運用系統(tǒng)工程原理及強有力的技術管理，為整個國防采辦提供基于知識的決策支撐。GPS業(yè)務涉及數(shù)個重大國防采辦項目（MDAP）及準重大國防采辦項目（Pre-MDAP），處在不同的采辦及開發(fā)階段。重大國防采辦項目是指，按照美國國防部采辦指令（DoDI 5000.02）規(guī)定，以2014財年為基準，研發(fā)費用預計超過4.8億美元或者采購費用超過27.9億美元的項目。國防采辦，是指針對武器（或其它系統(tǒng)）和供應（或服務）的一系列活動，包括定義概念、創(chuàng)意、設計、開發(fā)、測試、承包、生產(chǎn)、部署、后勤支持、變更，以及退役等過程，目的是為了在軍事任務中使用，或者支持軍事任務。2014財年（2013年10月1日至2014年9月31日），美國國防部負責系統(tǒng)工程的副助理國防部長參與的與GPS系統(tǒng)項目相關的主要活動有：2013年10月，深度參與年度GPS業(yè)務評審；2014年9月，參與軍用GPS用戶終端設備（MGUE）的系統(tǒng)設計評審、初始設計評審活動及一個項目評審，用以支持2015財年的年度GPS業(yè)務評審。評審結(jié)果表明，無論是GPS系統(tǒng)的下一代運行控制系統(tǒng)（OCX），還是GPS III衛(wèi)星項目，都出現(xiàn)了開發(fā)延遲，并持續(xù)加大了GPS星座維持的風險。

項目指揮鏈

GPS項目的任務是獲得、交付并維持可靠的定位、導航、授時（PNT）及核爆（NUDET）探測能力。這些功能是美國軍隊、盟友及民用領域所不可或缺的。GPS業(yè)務包括太空、地面及用戶三個組成部分，并涉及數(shù)個重大國防采辦項目，每個項目均有各自的范圍和復雜程度。

GPS業(yè)務尚處于研制過程中的3個項目中，太空部分的GPS III衛(wèi)星項目在簽訂開發(fā)合同時，研發(fā)與采購等全部項目費用預估為41.9億美元，是重大國防采辦項目。其項目指揮鏈如圖1所示。

圖1　重大國防采辦項目的項目指揮鏈

該項目共有四級決策者，自上而下分別為：里程碑決策官（項目的最高決策人）、軍部采辦執(zhí)行官、項目執(zhí)行官、項目主任/副主任。此外，該項目還擁有國防采辦委員會、總體集成產(chǎn)品組、工作集成產(chǎn)品組等3個決策支持體系。

里程碑決策官：由美國國防部負責采辦、技術與后勤的副部長Frank Kendall親自擔任，是GPS III項目的最高決策人，所有重大里程碑的決策均需通過他的批準，然后記錄在國防采辦備忘錄中。

空軍采辦執(zhí)行官：由負責采辦的空軍助理部長William A.Laplante擔任，他于2012年接替David Van Buren代理空軍助理部長。

項目執(zhí)行官：由Robert Mcmurry少將擔任。他是空軍航天項目主管，負責監(jiān)管所有的GPS項目。

項目主任：據(jù)航空情報網(wǎng)站2012年9月25日報道，當時的GPS III項目主任是Todd Caldwell中校。

系統(tǒng)工程開發(fā)活動

系統(tǒng)工程計劃（SEP）：2014 年8月，美國國防部負責系統(tǒng)工程的副助理國防部長批準了GPS業(yè)務及其相關的OCX和GPS III項目附件的系統(tǒng)工程計劃。在沒有撤銷及偏離的情況下，項目辦公室完成了上述兩個項目系統(tǒng)工程計劃的目標。軍用GPS終端設備項目辦公室更新了該項目的系統(tǒng)工程計劃的附件，提供了系統(tǒng)工程活動更詳細的計劃以支持該項目采辦策略的調(diào)整，并計劃在2015財年的前期提交此附件。

需求管理：2011年2月，聯(lián)合需求監(jiān)督委員會（JROC）批準了GPS III項目的能力開發(fā)需求文件（CDD）。該文件提出了系統(tǒng)開發(fā)的能力需求。2014年6月，JROC批準了軍用GPS終端設備項目的能力開發(fā)需求文件，項目需求合理穩(wěn)定。GPS III的能力開發(fā)需求文件的需求已分解并分配到地面部分，即OCX項目及太空部分項目，并已將這些需求轉(zhuǎn)移到了每個項目的系統(tǒng)性能規(guī)范中。軍用GPS終端設備項目成功運用了技術開發(fā)階段的原型機開發(fā)活動，體現(xiàn)了能力開發(fā)需求文件的要求，并更新了系統(tǒng)規(guī)范，與能力開發(fā)需求文件保持一致。

生命周期管理：項目管理方一直在評估采購方案，考慮的因素包括預算、采購品質(zhì)及成本等，用以支撐GPS III衛(wèi)星項目接下來的生產(chǎn)決策點，即里程碑C。

項目保護計劃（PPP）：2014 年4月，國防部負責系統(tǒng)工程的副助理部長批準了項目保護計劃。更新后的項目保護計劃考慮了新的政策變化。項目正在執(zhí)行獲批項目保護計劃文件中的程序。

系統(tǒng)工程技術評估活動

在評估活動方面，2013年12月，國防部負責系統(tǒng)工程的副助理國防部長參加了GPS業(yè)務年度評審的軟件深度探查活動；并于2014年9月參加了軍用GPS終端設備項目的系統(tǒng)設計評審（SDR）、初始設計評審（PDR），以及一個項目評估等活動，以支持2015財年的年度GPS業(yè)務評審。

軟件深度探查有四個主要發(fā)現(xiàn)，一是在技術成功開發(fā)開發(fā)階段原型機的基礎上，軍用GPS終端設備項目存在加速項目進展的計劃；二是在解決第一個GPS III衛(wèi)星導航載荷中的技術問題時持續(xù)存在挑戰(zhàn)；三是確定GPS III衛(wèi)星備選購買策略時存在挑戰(zhàn)；四是下一代OCX項目中持續(xù)存在進度延誤。

軍用GPS終端設備項目的系統(tǒng)設計評審及初始設計評審的目的是驗證技術的成熟度，為2015年的里程碑B/C結(jié)合評審作準備。評審結(jié)果表明，該項目滿足了初始設計評審的通過標準。國防部負責系統(tǒng)工程的副助理國防部長將在2015財年完成全部的初始設計評審工作。

2014財年的年度GPS業(yè)務評審的預評審發(fā)現(xiàn)，軍用GPS終端設備項目的設計成熟、穩(wěn)定，解決了GPS III衛(wèi)星導航載荷問題，且目前星座的生命時間預計比原設計長，降低了交付首顆GPS III的風險。然而，OCX遲遲不能按時交付，星座維持的近期風險并沒有消除。

國防部負責系統(tǒng)工程的副助理國防部長將在2015財年組織一次項目支持評估（PSA），以支持軍用GPS終端設備項目的里程碑B/C。

在風險評估方面，整個業(yè)務，以及各部分項目正在根據(jù)獲批的系統(tǒng)工程計劃執(zhí)行風險管理計劃。項目辦公室正在努力降低每個分項目的風險，特別是在信息保障的脆弱性、星座維持，以及集成的M-碼能力部署等方面。

在性能評估方面，太空及地面部分的兩個項目預計能夠滿足8個關鍵性能參數(shù)、相關的關鍵系統(tǒng)特性及技術性能量度（TPM）要求。2014年1月～5月，軍用GPS終端設備項目的合同方在系統(tǒng)設計評審，以及2014年8月～9月的初始設計評審中評估了關鍵性能參數(shù)和關鍵系統(tǒng)特性。終端部分的項目預計能夠滿足所有的8個關鍵性能參數(shù)、關鍵系統(tǒng)特性及相關的技術性能量度要求，但是在滿足抗干擾性及精確跟蹤這兩個需求方面仍存在風險。項目辦公室已制訂了降低這些風險的計劃。

在進度評估方面，GPS III星座項目及地面項目的進度都有所拖延，突破了采辦項目基線的閾值，正在進行超過目標基線后的補救活動。2015財年將在更新后的采辦項目基線文件中重新設定進度目標。沒有嚴格執(zhí)行系統(tǒng)工程的要求是OCX項目延誤的主要原因。第一顆衛(wèi)星的任務數(shù)據(jù)單元（MDU）在開發(fā)和生產(chǎn)過程中的延誤是GPS III星座項目延誤的主要原因。

在可靠性評估方面，所有的GPS業(yè)務，包括正在運行及正在研制的項目，都滿足了可靠性要求，且可靠性有了大幅提高。然而，對于GPS星座而言，可靠性指標表明，維持星座還存在風險，原因在于在軌衛(wèi)星的老化。在OCX交付、GPS III星座發(fā)射之前，這個風險不會消失。

在軟件評估方面，OCX是GPS業(yè)務中軟件最為密集的項目，該項目將分為兩個模塊來交付運行控制能力。第一個模塊預計有124.1萬行級代碼，第二個模塊估計有6.8萬行級代碼。該項目的延期主要是由優(yōu)化迭代引起的。每次迭代都會產(chǎn)生大量的軟件缺陷報告。這些測評是影響OCX進度的最重要的晴雨表，而進度問題產(chǎn)生的根源是沒有嚴格執(zhí)行系統(tǒng)工程的原則和程序。由于這些缺陷的存在，項目辦公室凍結(jié)了軟件編碼，以解決系統(tǒng)工程方法方面的問題，并保證必要的系統(tǒng)工程驗證品能夠在繼續(xù)進行軟件編碼之前完成。

在制造評估方面，GPS III衛(wèi)星項目正在運用GPS非飛行衛(wèi)星測試車（GNST）來降低制造風險。GNST是一種路徑發(fā)現(xiàn)器，作為一種早期的集成及驗證資源，也可在項目中第1顆至第8顆衛(wèi)星生產(chǎn)之前用以優(yōu)化制造工藝。與第1顆衛(wèi)星導航載荷交付有關的設計和制造問題導致項目出現(xiàn)了延誤。目前，這些制造中的問題已經(jīng)解決，衛(wèi)星載荷也已交付，準備開始集成，然而，項目的熱真空驗證活動仍任面臨風險。

在集成評估方面，太空、地面及終端各部分的項目都面臨著系統(tǒng)集成及整體進度遲緩的問題。2014財年最后一個季度的評審結(jié)果表明，在整個GPS業(yè)務中，系統(tǒng)集成的程序和工具均有所改善，但仍存在一定的風險，即目前軍用終端設備項目的界面標準及隨后的設計不夠嚴謹，不能覆蓋所有可能作戰(zhàn)環(huán)境下軍用終端設備項目的實施。但隨著更多的早期集成活動數(shù)據(jù)的收集，這個考慮會得到更多的理解。

第三方獨立評估

2015年3月，美國政府問責辦公室（GAO）發(fā)布第13個《國防采辦：部分武器項目評估》年度報告。告顯示，GPS III項目處在生產(chǎn)與部署階段。報告指出，項目官員在2011年1月就宣布通過了里程碑C。根據(jù)里程碑C的系統(tǒng)工程計劃，GPS III項目在2014年具備初始作戰(zhàn)能力，同時具備衛(wèi)星發(fā)射的條件。但報告稱，已將適合發(fā)射的日期推遲到2016年1月，同時，項目需要重新確立費用與進度基線。GAO報告認為，第一顆GPS III衛(wèi)星推遲發(fā)射的主要原因是衛(wèi)星載荷中MDU的設計和技術問題尚未得到解決。GPS III項目最大的持續(xù)性風險來自地面系統(tǒng)，即OCX。GAO報告從三個方面分析了項目延期的原因。

首先，在技術成熟度方面，項目辦公室認為，GPS III項目的8個關鍵技術是成熟的，然而在2014年，空軍指出，他們低估了導航載荷的技術挑戰(zhàn)。導航載荷涉及項目的5項關鍵技術，其中一個關鍵組成部分是MDU，是GPS III導航任務的大腦。正是其在設計及制造中出現(xiàn)的嚴重問題導致了項目的延期。GAO報告稱，導航載荷雖然已經(jīng)交付，但要集成到航天器上，之后還需要利用一個MDU的替代品進行測試。

第二，在設計與生產(chǎn)的成熟度方面，雖然項目辦公室聲稱GPS III項目的設計穩(wěn)定，并在2011年的里程碑C中指出了制造過程的成熟度水平，表示制造過程可控，可以進行生產(chǎn)，但GAO報告卻認為，接下來在對第一顆GPS III衛(wèi)星的測試中或許會發(fā)現(xiàn)更多的問題，因為在2011年的里程碑C之前，并未對GPS III衛(wèi)星進行整星測試，并且直到2015年3月，也沒有進行這樣的測試。

第三，在其它相關項目的問題方面，在GAO報告發(fā)布之前，國防部負責采辦、技術與后勤的副部長批準了另外兩顆衛(wèi)星的生產(chǎn)合同，并要求對整個GPS業(yè)務進行更多的研究，包括OCX項目及用戶設備項目。因為軟件開發(fā)中出現(xiàn)的問題，OCX項目也出現(xiàn)了嚴重的進度延期。GAO報告指出，OCX項目的第一個模塊計劃于2018年11月交付，交付之前，GPS III衛(wèi)星不能集成到星座上，也不能獲得作戰(zhàn)能力。

除GAO的評估外，2015年3月發(fā)布的《美國國防部系統(tǒng)工程2014財年年報》指出，GPS III項目延期的主要原因是衛(wèi)星載荷中的MDU的開發(fā)與生產(chǎn)問題。同時，該報告指出，GPS業(yè)務中的OCX項目發(fā)生延期的主要原因是沒有很好地貫徹系統(tǒng)工程的方法。

ALL ABOUT軍民融合不一樣的角度和觀點

靖德果，管理學博士，中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院戰(zhàn)略規(guī)劃與政策研究部高級工程師，2013～2015年進行博士后研究工作，對美國武器裝備發(fā)展的系統(tǒng)工程管理模式有深入研究。

王建卿，工程師，現(xiàn)任職于中船重工軍民融合與國防動員發(fā)展研究中心 ，主要從事軍民融合、國防動員等方面的研究。