王建軍, 向永清, 趙 寧

(北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部, 北京 100094)

0 引 言

以載人航天、月球探測(cè)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)等為代表的我國(guó)航天事業(yè)取得了巨大的成就,其成功的基石是航天器系統(tǒng)工程,航天器系統(tǒng)工程研制管理作為航天器系統(tǒng)工程的重要組成部分,對(duì)航天器型號(hào)任務(wù)的順利完成起決定性作用[1]。

當(dāng)前面臨以空間基礎(chǔ)設(shè)施、深空探測(cè)和空間實(shí)驗(yàn)室等為代表的國(guó)家重大航天工程責(zé)任重、多型號(hào)并舉任務(wù)重、型號(hào)質(zhì)量要求高、研制周期縮短等形勢(shì);為提升精細(xì)化管理水平,保證型號(hào)任務(wù)圓滿成功,近年來(lái)全面實(shí)施產(chǎn)品保證工作,大力建設(shè)協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng);《中國(guó)制造2025》《國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》和《2016中國(guó)的航天》白皮書(shū)都不同程度提出“質(zhì)量為先”,加快推進(jìn)航天工業(yè)化與信息化的深度融合,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節(jié)全要素的精益協(xié)同管理。這些因素使得航天器系統(tǒng)工程研制管理實(shí)踐方法需要進(jìn)一步提高。

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國(guó)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、全面推動(dòng)航天工業(yè)能力轉(zhuǎn)型升級(jí)形成歷史性交匯,蓬勃發(fā)展的航天事業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住這一重大歷史機(jī)遇,從航天器系統(tǒng)工程研制管理特點(diǎn)和難點(diǎn)出發(fā)明確需求,借鑒當(dāng)前先進(jìn)的管理理念,建立適宜的航天器系統(tǒng)工程研制管理平臺(tái),將航天器系統(tǒng)工程研制管理理論、產(chǎn)品保證管理體系與信息化技術(shù)相結(jié)合,提升航天器系統(tǒng)工程研制管理的精益和協(xié)同能力。

1 航天器系統(tǒng)工程研制管理難點(diǎn)、現(xiàn)狀及需求

航天器系統(tǒng)工程具有高科技、多學(xué)科、高可靠性、高風(fēng)險(xiǎn)、周期長(zhǎng)、規(guī)模大、系統(tǒng)性強(qiáng)、協(xié)作面廣等特性,導(dǎo)致了航天器系統(tǒng)工程研制管理難點(diǎn)以及當(dāng)前存在的不足主要表現(xiàn)在3個(gè)方面[2]。

(1) 研制流程復(fù)雜,過(guò)程監(jiān)控難。航天器按照系統(tǒng)工程思想進(jìn)行研制,工作流程環(huán)節(jié)多,多線并行,多流程綜合,局部流程迭代遞歸更增加了研制流程復(fù)雜性。而目前航天器研制還未能實(shí)現(xiàn)全流程精細(xì)化、數(shù)字化和集成化管理,缺乏引導(dǎo)和約束,不便于研制全過(guò)程監(jiān)控,協(xié)同工作機(jī)制不足。

(2) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜,研制信息量大。航天器系統(tǒng)工程自頂向下結(jié)構(gòu)分解,一直分解到可制造、購(gòu)買或使用的底層產(chǎn)品;每個(gè)產(chǎn)品都要產(chǎn)生大量信息,航天器系統(tǒng)工程研制管理就是要圍繞著這些信息進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)密的評(píng)價(jià)和決策。而目前大量產(chǎn)品數(shù)據(jù)以靜態(tài)報(bào)告為主,基本上還是靠人工統(tǒng)計(jì)和跟蹤,缺乏數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和綜合利用,不便于研制全過(guò)程和全要素管理和監(jiān)控。

(3) 專業(yè)知識(shí)廣，質(zhì)量要求高。航天器研制涉及到機(jī)、電、熱、可靠性和總體等多種學(xué)科,專業(yè)知識(shí)面廣;“保成功”是航天器研制的重要目標(biāo)。而目前產(chǎn)品研制伴隨的知識(shí)、工具、產(chǎn)品保證要求等沒(méi)有充分融入到研制工作中,更多依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)品保證人員的督促檢查,對(duì)研制工作的支撐作用不足,存在質(zhì)量隱患。

因此,如圖1所示,需要一個(gè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的航天器系統(tǒng)工程研制管理平臺(tái),既可智能運(yùn)行,又可人工干預(yù),將流程、知識(shí)、產(chǎn)品保證要求、工具、研制信息等融為一體,實(shí)現(xiàn)跨組織、復(fù)雜過(guò)程、多人員、多學(xué)科知識(shí)、多種工具、精細(xì)產(chǎn)品保證要求、多源海量數(shù)據(jù)等要素的交融與精益協(xié)同,以及設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、生產(chǎn)、制造等整個(gè)系統(tǒng)工程研制全過(guò)程和全要素管理和監(jiān)控的智能化。

圖1 需求分析Fig.1 Analysis of requirements

2 航天器系統(tǒng)工程研制管理的精益協(xié)同思想

2.1 總體思想

系統(tǒng)工程實(shí)施過(guò)程就是識(shí)別并制定活動(dòng)流程,然后在系統(tǒng)工程專業(yè)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及工具方法等要素的支持下,開(kāi)展全壽命周期活動(dòng)的過(guò)程,流程是系統(tǒng)工程體系的核心,要素是系統(tǒng)工程活動(dòng)的重要支撐[3]。國(guó)際領(lǐng)先宇航公司在宇航系統(tǒng)研制中都制定并基于研制流程開(kāi)展工作[4],為提高研制效率而加速業(yè)務(wù)流程并行能力建設(shè),如噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中心、ESA的并行設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)以及波音公司的并行集成工程實(shí)驗(yàn)室等。以德國(guó)“工業(yè)4.0”、美國(guó)國(guó)防部“數(shù)字設(shè)計(jì)與制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)”、GE公司“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”等為代表的智能制造動(dòng)向在全球引起了巨大反響,并在宇航系統(tǒng)得以實(shí)踐,其核心是倡導(dǎo)利用先進(jìn)信息系統(tǒng)引入增材制造、虛擬現(xiàn)實(shí)、信息物理等功能,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品需求、設(shè)計(jì)、物料配套和制造等全周期全要素的精益、協(xié)同和無(wú)縫連接[5]。當(dāng)前，獲得各國(guó)青睞并在西門(mén)子、福特汽車等大型跨國(guó)企業(yè)和美國(guó)國(guó)家航空航天局(national aeronautics and space administration,NASA)、歐洲航天局(European space agency,ESA)等國(guó)外宇航系統(tǒng)研制中得到關(guān)注的基于模型定義(model based definition, MBD)的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的核心思想是融入了知識(shí)工程和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等要素的、基于統(tǒng)一模型的業(yè)務(wù)過(guò)程驅(qū)動(dòng)[6-8]。航空、航天、核和國(guó)防等工業(yè)領(lǐng)域需要覆蓋業(yè)務(wù)范圍的工作流管理系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)高度跨組織協(xié)同、精益的數(shù)字化流程、管理層和生產(chǎn)之間不斷增長(zhǎng)的合作和可視性,從而提高溝通、效率、可量化、可視化以及員工積極性,減少錯(cuò)誤,精簡(jiǎn)流程,提供優(yōu)越的控制、可擴(kuò)展性、靈活性、一體化和實(shí)時(shí)報(bào)告[9]?；谠萍夹g(shù)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造使得協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程更加精細(xì)便捷[10-11]。NASA通過(guò)“先進(jìn)工程環(huán)境(advanced engineering environment,AEE)”項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)各中心數(shù)據(jù)、工具和流程等的管理、集成和執(zhí)行,實(shí)現(xiàn)協(xié)同研制目的[12]。在我國(guó),《精益研發(fā)2.0》總結(jié)了當(dāng)前系統(tǒng)工程項(xiàng)目研制存在的問(wèn)題,基于系統(tǒng)工程方法提出了將流程、知識(shí)、質(zhì)量相結(jié)合的精益協(xié)同研發(fā)管理模式,并在航空工業(yè)中進(jìn)行了實(shí)踐和應(yīng)用,取得了良好效果[13];為解決無(wú)人潛水器復(fù)雜系統(tǒng)工程研制管理難題采用了可視化流程協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)[14];海爾集團(tuán)等企業(yè)智能制造示范表明,智能制造需要建設(shè)覆蓋企業(yè)全業(yè)務(wù)的流程體系,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能、資源要素、生命周期的互聯(lián)和信息的統(tǒng)一與融合[15]。

從上述可以看出,新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革就是要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化與信息化的深度融合,加快科研手段數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化進(jìn)程,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節(jié)全要素的精益協(xié)同智能管理。航天器系統(tǒng)工程研制管理需要借鑒并應(yīng)用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的管理思想和信息技術(shù),建設(shè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的一體管控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)航天器研制全周期全要素的精益協(xié)同和智能管控。基于此,針對(duì)航天器系統(tǒng)工程研制管理需求,分析航天器系統(tǒng)工程研制過(guò)程和產(chǎn)品保證要求,制定融入產(chǎn)品保證工作的研制流程模型,實(shí)現(xiàn)航天器系統(tǒng)工程研制過(guò)程的精細(xì)化和規(guī)范化以及真正意義上的過(guò)程質(zhì)量管理;分析航天器系統(tǒng)工程研制管理要素,構(gòu)建研制工作包,實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)研制要素的有機(jī)融合;分解航天器產(chǎn)品結(jié)構(gòu),構(gòu)建產(chǎn)品信息包,實(shí)現(xiàn)各級(jí)產(chǎn)品信息的綜合管理;充分利用信息化技術(shù),以研制流程為根本,以工作包為核心,以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為紐帶,將有關(guān)工作和信息充分融合和利用,提供一個(gè)集成的航天器系統(tǒng)工程研制管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)組織、過(guò)程、人才、知識(shí)、工具、產(chǎn)品保證要求、數(shù)據(jù)等要素的精益協(xié)同,實(shí)現(xiàn)覆蓋航天器研制全過(guò)程、全要素的智能管控。如圖2所示,系統(tǒng)分為3個(gè)維度:全生命周期是時(shí)間維,劃分為方案、初樣和正樣等研制階段;產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)維,劃分為系統(tǒng)、分系統(tǒng)和單機(jī)等層級(jí);研制要素是要素維,包括過(guò)程、知識(shí)、產(chǎn)品保證、工具和信息等要素。

圖2 系統(tǒng)維度架構(gòu)Fig.2 Architecture of system dimension

2.2 研制流程

航天器系統(tǒng)工程研制管理平臺(tái)提供研制流程范本,并實(shí)現(xiàn)研制流程編輯、生成、顯示、執(zhí)行監(jiān)控和范本生成等功能。研制流程創(chuàng)建完畢并啟動(dòng)后,流程中的所有工作項(xiàng)目都處于并行運(yùn)行狀態(tài),自動(dòng)判斷是滿足運(yùn)行條件,運(yùn)行條件滿足后則處于運(yùn)行狀態(tài),否則處于等待狀態(tài);某個(gè)工作項(xiàng)目完成并提交輸出物后自動(dòng)處于完成狀態(tài),并自動(dòng)啟動(dòng)與其相關(guān)的下一個(gè)工作項(xiàng)目。整個(gè)系統(tǒng)處于自主智能運(yùn)行狀態(tài),可全過(guò)程監(jiān)控,也可人為干預(yù)。通過(guò)智能化運(yùn)行的研制流程實(shí)現(xiàn)跨組織、跨地域、跨學(xué)科的業(yè)務(wù)活動(dòng)工作協(xié)同,保證流程控制一致,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、生產(chǎn)、制造等研制全過(guò)程的精益協(xié)同。全面梳理航天器系統(tǒng)工程研制程序和方案論證、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證確認(rèn)、生產(chǎn)制造、系統(tǒng)集成、測(cè)試和試驗(yàn)等方面工作,分析研制過(guò)程中每項(xiàng)具體活動(dòng)和關(guān)鍵活動(dòng)以及知識(shí)、產(chǎn)品保證要求和工具,參考GB/T 29072-2012《航天器研制技術(shù)流程編寫(xiě)規(guī)則》要求繪制研制流程,如圖3所示,并編寫(xiě)工作項(xiàng)目說(shuō)明(與工作包匹配),嚴(yán)格按照研制流程控制研制活動(dòng)。流程的最小顆粒度定位于每一項(xiàng)研制活動(dòng),充分考慮并行流程。研制流程按照3個(gè)階段劃分為方案、初樣、正樣;結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)按照3個(gè)層次劃分為系統(tǒng)、分系統(tǒng)、單機(jī)層。每項(xiàng)研制活動(dòng)可細(xì)化分解生成一級(jí)子流程、二級(jí)子流程等,并允許伴隨研制進(jìn)展不斷完善。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的流程模塊固化封裝形成標(biāo)準(zhǔn)模塊,便于反復(fù)調(diào)用;同時(shí)對(duì)其進(jìn)行重組可以構(gòu)建新型的研制流程,實(shí)現(xiàn)工作的超柔性。

圖3 研制流程示意Fig.3 Develop flow instance

2.3 工作包

航天器系統(tǒng)工程研制管理平臺(tái)對(duì)研制流程中的每個(gè)工作項(xiàng)目生成詳細(xì)工作包,并提供工作包范本,實(shí)現(xiàn)工作包編輯、分派、監(jiān)控等功能。采用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、集成封裝技術(shù)將航天器系統(tǒng)工程研制所需要的過(guò)程、知識(shí)、產(chǎn)品保證、工具等存儲(chǔ)、集成、共享、封裝起來(lái),通過(guò)工作包實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)和調(diào)用,形成資源集中管理和分散應(yīng)用的協(xié)同模式,解決全過(guò)程各要素之間的耦合交互與協(xié)同。航天器系統(tǒng)工程研制關(guān)鍵支撐要素包括:過(guò)程、知識(shí)、產(chǎn)品保證、工具、信息和人才等,其中過(guò)程將航天器系統(tǒng)工程的其他要素聯(lián)系在一起[16]。對(duì)航天器協(xié)同研制要素進(jìn)行梳理,定義工作包模型如圖4所示。

其中,包括基本信息(含工作包編號(hào)、工作包名稱、產(chǎn)品、工作包狀態(tài)(未下發(fā)、分解中、進(jìn)行中、完成等))、起止時(shí)間、工作內(nèi)容說(shuō)明、責(zé)任部門(mén)/責(zé)任人、輸入、輸出、知識(shí)(含標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、經(jīng)驗(yàn)指南、設(shè)計(jì)禁忌、通用產(chǎn)品模板、文件模板、工作演示向?qū)?、工具、產(chǎn)品保證(含任務(wù)確認(rèn)檢查單)等。

圖4 工作包模型Fig.4 Model of working package

2.4 產(chǎn)品信息包

航天器系統(tǒng)工程研制管理是圍繞著信息進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)密的評(píng)價(jià)和決策的。航天器系統(tǒng)工程研制管理平臺(tái)基于MBD技術(shù)實(shí)現(xiàn)多源海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一以及多領(lǐng)域多學(xué)科綜合優(yōu)化設(shè)計(jì),通過(guò)信息物理系統(tǒng)(cyber-physical systems,CPS)感知、匯聚航天器系統(tǒng)工程研制產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù),提高不同維度空間和異步時(shí)間信息記錄的準(zhǔn)確性、完整性和可追溯性,利用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、應(yīng)用和挖掘,供研制者共享和協(xié)同使用、嚴(yán)密評(píng)價(jià)和科學(xué)決策,支持產(chǎn)品的不斷改進(jìn),實(shí)現(xiàn)感知與執(zhí)行的融合。航天器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為典型的樹(shù)狀結(jié)構(gòu),定義產(chǎn)品信息包如圖5所示,通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)基本屬性信息、技術(shù)狀態(tài)信息、物資配套信息、計(jì)劃進(jìn)度信息、產(chǎn)品保證信息等信息的綜合。

圖5 產(chǎn)品信息包Fig.5 Product information package

2.5 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在航天器系統(tǒng)工程研制管理平臺(tái)中,如圖6所示構(gòu)建研制流程、工作包、產(chǎn)品信息包、知識(shí)、工具、產(chǎn)品保證等實(shí)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),圖中體現(xiàn)了實(shí)體之間1對(duì)1(1-1)、1對(duì)N(1-N)和N對(duì)1(N-1)的調(diào)用關(guān)系。

圖6 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Fig.6 Data structure

3 航天器系統(tǒng)工程研制管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

借鑒其他行業(yè)已有信息系統(tǒng)[17-20],基于企業(yè)服務(wù)總線(enterprise service bus,ESB)構(gòu)建了航天器系統(tǒng)工程研制管理平臺(tái),其架構(gòu)如圖7所示。

航天器系統(tǒng)工程研制管理平臺(tái)充分考慮運(yùn)用已有信息化建設(shè)成果,實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成與功能整合,降低各系統(tǒng)之間的耦合度;具有高度的開(kāi)放性和擴(kuò)展性,方便新的信息系統(tǒng)的接入,也方便系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展;具有高度的靈活性,實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)功能模塊的有效編排與組合,以滿足新業(yè)務(wù)需求;具有高度的可靠性,既可智能運(yùn)行,又可人工干預(yù),以滿足航天器系統(tǒng)工程研制需求;既能共享資源和信息,又便于實(shí)時(shí)交流;能實(shí)現(xiàn)組織、人才、過(guò)程、知識(shí)、工具、數(shù)據(jù)等要素的精益協(xié)同。

航天器系統(tǒng)工程研制管理平臺(tái)由基礎(chǔ)支撐層、資源層、服務(wù)層、ESB層、應(yīng)用層等組成,其中基礎(chǔ)支撐層和現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)均屬于現(xiàn)有信息化建設(shè)成果,資源層中需要在原有信息化建設(shè)成果的基礎(chǔ)上增加研制流程庫(kù)、工作包庫(kù)和產(chǎn)品保證庫(kù),服務(wù)層、ESB層及應(yīng)用層均屬于新增。

(1) 資源層:該層屬于資源中心,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜研制流程、精益工作包、多學(xué)科專家知識(shí)、精細(xì)的產(chǎn)品保證要求、多種工具集和產(chǎn)品數(shù)據(jù)等資源的存儲(chǔ)。

(2) 服務(wù)層:該層屬于服務(wù)中心,對(duì)資源層的資源進(jìn)行添加、修改、刪除、查詢等操作,同時(shí)與現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行交互,為航天器系統(tǒng)工程研制管理提供各種基礎(chǔ)服務(wù)。

(3) ESB層:該層屬于中間件,是服務(wù)層和應(yīng)用層的橋梁,為服務(wù)層提供服務(wù)注冊(cè)功能,為應(yīng)用層提供服務(wù)管理、消息管理、通信、路由及安全控制等功能。通過(guò)ESB可以有效降低各系統(tǒng)之間的耦合、促進(jìn)資源在各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的充分共享。

圖7 系統(tǒng)架構(gòu)Fig.7 Architecture of platform

(4) 應(yīng)用層:該層提供航天器系統(tǒng)工程研制管理所需要的業(yè)務(wù)應(yīng)用。通過(guò)研制流程管理實(shí)現(xiàn)研制流程編輯、生成、顯示、執(zhí)行監(jiān)控和范本生成等功能;通過(guò)研制信息管理與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)交互實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品信息導(dǎo)入、編輯、生成、維護(hù)、統(tǒng)計(jì)分析等功能;通過(guò)研制隊(duì)伍管理實(shí)現(xiàn)隊(duì)伍配置、角色定義、權(quán)限授予等功能;通過(guò)產(chǎn)品保證管理實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品保證規(guī)劃、過(guò)程檢查、監(jiān)控和要求推送等功能;通過(guò)研制任務(wù)管理與項(xiàng)目管理系統(tǒng)交互實(shí)現(xiàn)任務(wù)提取、編輯、分派、監(jiān)控等功能;通過(guò)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)管理與設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)交互實(shí)現(xiàn)任務(wù)分解和執(zhí)行;通過(guò)知識(shí)管理與知識(shí)管理系統(tǒng)交互實(shí)現(xiàn)知識(shí)導(dǎo)航、推送、檢索等功能;另外還可以根據(jù)需要接入其他已有系統(tǒng)(如航天器裝配、集成、測(cè)試(assembly, integration, testing,AIT)系統(tǒng)),實(shí)現(xiàn)更多管理功能。

3.2 資源層實(shí)現(xiàn)

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建的資源層存儲(chǔ)了航天器系統(tǒng)工程研制產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù),與信息物理系統(tǒng)互聯(lián),實(shí)現(xiàn)分散多源海量數(shù)據(jù)的有效收集、組織、集成、統(tǒng)一與共享,是航天器系統(tǒng)工程研制與研制管理智能化的基礎(chǔ)。資源層結(jié)構(gòu)如圖8所示,主要由數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)航天器系統(tǒng)工程研制有關(guān)資源存儲(chǔ)及管理服務(wù),為了支持結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化等不同數(shù)據(jù)類型資源,綜合使用關(guān)系型和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。為了降低數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)壓力,提高數(shù)據(jù)資源的訪問(wèn)速度,在數(shù)據(jù)庫(kù)上設(shè)置了一個(gè)緩存層,Web服務(wù)將數(shù)據(jù)請(qǐng)求發(fā)送給緩存層,如數(shù)據(jù)在緩存層中則響應(yīng)用戶的數(shù)據(jù)請(qǐng)求;否則緩存層向數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求,數(shù)據(jù)庫(kù)查詢到相應(yīng)數(shù)據(jù)后對(duì)緩存層中的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行更新,同時(shí)將查詢到的數(shù)據(jù)發(fā)送給Web服務(wù)[21]。

圖8 資源層結(jié)構(gòu)示意圖Fig.8 Architecture of source layer

3.3 服務(wù)層實(shí)現(xiàn)

服務(wù)層通過(guò)與資源層以及現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)交互,運(yùn)用各種數(shù)據(jù)處理、分析和應(yīng)用手段,打通復(fù)雜過(guò)程、多學(xué)科知識(shí)、多種工具、精細(xì)產(chǎn)品保證要求、多源海量數(shù)據(jù)等要素之間的通道,為應(yīng)用層提供各要素相互交融與精益協(xié)同的智能化服務(wù),是航天器系統(tǒng)工程研制與研制管理智能化的核心所在。服務(wù)層由Web Service技術(shù)實(shí)現(xiàn)。Web Service是由統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符(uniform resource identifier,URI)來(lái)識(shí)別確定的一個(gè)服務(wù),其函數(shù)接口的定義、描述和發(fā)現(xiàn)都是由標(biāo)準(zhǔn)XML語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),并且支持使用簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議 (simple object access protocol,SOAP)消息、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與其他服務(wù)以及上層應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行交互,其組成結(jié)構(gòu)如圖9所示,由請(qǐng)求接收層、服務(wù)運(yùn)行層和服務(wù)調(diào)用層相互配合完成[22]。

(1) 請(qǐng)求接收層:接收來(lái)自不同應(yīng)用系統(tǒng)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的服務(wù)請(qǐng)求,從中分離出SOAP消息,并按照服務(wù)運(yùn)行層的要求進(jìn)行轉(zhuǎn)換和封裝;

(2) 服務(wù)運(yùn)行層:通過(guò)服務(wù)管理器查詢用戶請(qǐng)求的服務(wù)是否存在,若不存在則返回錯(cuò)誤信息;否則將Web Service實(shí)現(xiàn)在內(nèi)存中映射成Web Service Object,完成SOAP報(bào)文解析,SOAP簽名驗(yàn)證以及服務(wù)訪問(wèn)控制;

(3) 服務(wù)調(diào)用層:通過(guò)統(tǒng)一服務(wù)調(diào)用接口,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同Web Service的統(tǒng)一調(diào)用。

圖9 Web Service組成結(jié)構(gòu)圖Fig.9 Architecture of Web Service

3.4 ESB層實(shí)現(xiàn)

通過(guò)ESB層提供的統(tǒng)一接口實(shí)現(xiàn)航天器系統(tǒng)工程研制與研制管理網(wǎng)絡(luò)化,各用戶終端隨時(shí)方便接入,實(shí)現(xiàn)跨異地組織、跨業(yè)務(wù)部門(mén)、眾多分散人才、復(fù)雜過(guò)程的精益協(xié)同。ESB層的結(jié)構(gòu)示意如圖10所示。ESB是業(yè)務(wù)應(yīng)用和Web服務(wù)之間的連接紐帶,為業(yè)務(wù)應(yīng)用和Web服務(wù)之間提供消息通信、消息處理、消息路由、安全控制、服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)查找、異常處理以及管理自治等功能,業(yè)務(wù)應(yīng)用和Web服務(wù)之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的SOAP消息進(jìn)行交互[23-24]。

3.5 應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用層為航天器系統(tǒng)工程研制與研制管理提供了靈活、友好、便捷和豐富的各類應(yīng)用,利用向?qū)У姆绞娇焖倥渲孟到y(tǒng)運(yùn)行所需初始信息,同時(shí)提供系統(tǒng)自主智能運(yùn)行全過(guò)程全要素的實(shí)時(shí)監(jiān)控。應(yīng)用層位于航天器系統(tǒng)工程研制平臺(tái)的頂層,工程研制人員通過(guò)應(yīng)用層各業(yè)務(wù)系統(tǒng)來(lái)完成不同研制業(yè)務(wù)的管理,由于應(yīng)用層直接與用戶交互,應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)充分考慮系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性以及交互性,充分提高系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)。一般而言,應(yīng)用系統(tǒng)的表現(xiàn)形式有桌面應(yīng)用、Web應(yīng)用和移動(dòng)類應(yīng)用,各類應(yīng)用系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)如表1所示。

圖10 ESB層結(jié)構(gòu)示意圖Fig.10 Architecture of ESB

序號(hào)應(yīng)用系統(tǒng)分類主要技術(shù)運(yùn)行環(huán)境1桌面應(yīng)用C#/C++/Java桌面操作系統(tǒng)2Web應(yīng)用HTML5/JavaScrip/CSSPHP/JSP/ASPX瀏覽器3移動(dòng)應(yīng)用Android系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)IOS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)HTML5混合式開(kāi)發(fā)技術(shù)手機(jī)/移動(dòng)設(shè)備/平板電腦等移動(dòng)操作系統(tǒng)

4 航天器系統(tǒng)工程研制管理平臺(tái)應(yīng)用示例

航天器系統(tǒng)工程研制管理平臺(tái)基本應(yīng)用示例場(chǎng)景如圖11所示。

(1) 航天器系統(tǒng)工程研制初始,主任設(shè)計(jì)師和產(chǎn)品保證人員搭建航天器產(chǎn)品結(jié)構(gòu),基于平臺(tái)提供的研制流程范本創(chuàng)建生成包含數(shù)百個(gè)工作項(xiàng)目的系統(tǒng)級(jí)研制流程;構(gòu)型布局設(shè)計(jì)作為系統(tǒng)級(jí)研制流程中的重要工作項(xiàng)目之一,平臺(tái)提供了將其細(xì)分為包含數(shù)十個(gè)工作項(xiàng)目的一級(jí)子流程,可直接調(diào)用;推力器羽流分析作為構(gòu)型布局設(shè)計(jì)一級(jí)子流程中需要開(kāi)展的十余項(xiàng)分析工作中的一個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目,平臺(tái)提供了將其細(xì)化后的二級(jí)子流程,可直接調(diào)用。

(2) 項(xiàng)目管理人員配置研制隊(duì)伍,基于研制流程提取工作項(xiàng)目,結(jié)合項(xiàng)目管理系統(tǒng)中的工作分解結(jié)構(gòu)對(duì)工作項(xiàng)目進(jìn)行起始時(shí)間配置等深入策劃和維護(hù),形成任務(wù)包并分派下發(fā),對(duì)任務(wù)包執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)控。如平臺(tái)提供了羽流分析二級(jí)子流程中每個(gè)工作項(xiàng)目的任務(wù)包范本,可直接調(diào)用,由項(xiàng)目管理人員配置時(shí)間要求后分派下發(fā)。

(3) 業(yè)務(wù)部門(mén)研制管理人員領(lǐng)取任務(wù)包后,關(guān)聯(lián)知識(shí)和工具,補(bǔ)充定義為具體工作包后分派給具體任務(wù)執(zhí)行人,對(duì)分派的具體工作包進(jìn)行監(jiān)控。如仿真分析中心研制管理員領(lǐng)取到推力器羽流分析計(jì)算任務(wù)包后,關(guān)聯(lián)常用推力器幾何參數(shù)、燃燒室條件、燃料反應(yīng)方程、羽流分析計(jì)算方法等知識(shí),以及羽流分析專用工具,分派下發(fā)給具體任務(wù)執(zhí)行人。

(4) 業(yè)務(wù)部門(mén)設(shè)計(jì)師領(lǐng)取工作包,使用工作包關(guān)聯(lián)的輸入信息、知識(shí)、產(chǎn)品保證要求和工具等信息開(kāi)展工作,工作完成后提交輸出物,結(jié)束該任務(wù),根據(jù)輸出信息更新產(chǎn)品信息包。如分配的推力器羽流分析計(jì)算人員領(lǐng)取到推力器羽流分析計(jì)算工作包后,按照工作包要求開(kāi)展推力器羽流分析計(jì)算,生成推力器羽流分析計(jì)算報(bào)告。

(5) 產(chǎn)品保證人員對(duì)任務(wù)執(zhí)行情況進(jìn)行產(chǎn)品保證過(guò)程檢查監(jiān)控。如產(chǎn)品保證人員設(shè)置羽流效應(yīng)影響確認(rèn)表,分配相關(guān)人員對(duì)推力器羽流分析計(jì)算結(jié)果開(kāi)展力、熱、污染等方面的檢查確認(rèn)。

(6) 流程啟動(dòng)后處于自動(dòng)智能運(yùn)行狀態(tài),所有工作項(xiàng)目自動(dòng)判斷是滿足運(yùn)行條件,運(yùn)行條件滿足后則處于運(yùn)行狀態(tài);某個(gè)工作項(xiàng)目完成并提交輸出物后自動(dòng)啟動(dòng)與其相關(guān)的下一個(gè)工作項(xiàng)目;如編制推力羽流分析技術(shù)要求工作項(xiàng)目完成后,自動(dòng)啟動(dòng)推力器羽流分析計(jì)算工作項(xiàng)目;推力器羽流分析計(jì)算工作項(xiàng)目完成后,自動(dòng)啟動(dòng)下一個(gè)工作項(xiàng)目(推力器羽流分析計(jì)算報(bào)告評(píng)審)。

(7) 各類用戶通過(guò)門(mén)戶和客戶端登入平臺(tái),在權(quán)限允許的范圍內(nèi)使用軟件功能和數(shù)據(jù)。研制人員使用客戶端接收消息,進(jìn)行任務(wù)查看、任務(wù)領(lǐng)取、開(kāi)展研制工作,各級(jí)管理人員通過(guò)看板對(duì)項(xiàng)目執(zhí)行情況和技術(shù)實(shí)現(xiàn)情況進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)整和綜合管理,保障項(xiàng)目健康、有序開(kāi)展。

圖11 應(yīng)用示例場(chǎng)景Fig.11 Scene of platform application

5 結(jié) 論

無(wú)論是以產(chǎn)品保證為代表的航天器系統(tǒng)工程精細(xì)化管理需要,還是以德國(guó)“工業(yè)4.0”、美國(guó)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”和中國(guó)制造《2025》等為代表的信息化技術(shù)的發(fā)展,都給航天器系統(tǒng)工程研制管理實(shí)踐方法帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。應(yīng)當(dāng)以系統(tǒng)工程理論為基礎(chǔ),積極研究當(dāng)前世界先進(jìn)管理理念,充分運(yùn)用云計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)信息化技術(shù),探索航天器系統(tǒng)工程研制管理新方法,建設(shè)航天器系統(tǒng)工程研制管理新工具,實(shí)現(xiàn)航天器系統(tǒng)工程研制管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化,朝著更加精益協(xié)同智能的方向發(fā)展,從而推動(dòng)我國(guó)航天工業(yè)化與信息化的深度融合。

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