◎中國運載火箭技術研究院 張旭 李坤遠

一、引言

目前航天企業(yè)兩化融合程度不深，還不能有效支撐科研生產和綜合管理高質量高效率運行。信息化在協(xié)同設計、試驗仿真、智能制造等方面的支撐力度還較弱。在此背景下，對國外現(xiàn)代企業(yè)質量保證、工程數(shù)字化管理等技術進行了深入調研，國外裝備研制企業(yè)在由傳統(tǒng)的基于文檔、基于靜態(tài)設計的研制管理模式向基于模型、基于數(shù)據(jù)驅動的研制管理模式轉型的實踐經驗，以及支撐研制全流程的數(shù)字化、專業(yè)化的測試系統(tǒng)極具借鑒和應用價值。

為滿足項目研制的迫切需求，航天企業(yè)提出設計、制造一體化的產品研制模式，將廠所分離的串行研制向并行研制轉變，合理運用協(xié)同管理，讓制造提前介入設計，及時知悉設計意圖，甚至直接參與設計，打通了上、下游信息溝通鏈條，有效減少了設計與制造反復迭代，設計、制造“互不買賬、互相埋怨”等問題，形成了以研制項目為依托的協(xié)同管理模式，同時在面向制造的三維建模、三維圖紙到現(xiàn)場等信息化技術領域也積累了較為豐富的經驗，但這只是基于幾何模

型的三維數(shù)字化實踐，而基于性能樣機的、面向模型和數(shù)據(jù)驅動的工程研制管理以及系統(tǒng)化測試流程是航天企業(yè)項目研制領域的洼地。

二、航天企業(yè)研制模式變革趨勢分析

基于近些年的工作實踐和基于模型的系統(tǒng)工程發(fā)展趨勢，我們認為，航天企業(yè)研制模式變革有以下發(fā)展趨勢。

（一）網絡化支撐、數(shù)字化研制和信息化管理的技術升級和模式轉型是提升項目產品精細化設計的重要途徑和有效手段

通過網絡化、信息化和數(shù)字化手段將基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）理念和方法應用到產品的研制需求、設計方案、詳細設計、制造工藝以及性能評價等全生命周期。以產品數(shù)字化模型為基礎，以需求工程作為研制牽引，通過對需求、方案、產品、工藝、試驗等環(huán)節(jié)的模型不斷迭代驗證，使產品在正式投產前能夠得到充分的驗證，將設計缺陷盡可能多的在早期暴露和消除。實現(xiàn)MBSE方法與航天項目研制模式的融合，需要項目研制各環(huán)節(jié)采用標準化建模工具，將研制需求、系統(tǒng)架構、性能指標、工藝過程等以模型進行表達，形成需求分析、系統(tǒng)方案論證、產品詳細設計、制造工藝設計、試驗測試評估等各研制環(huán)節(jié)所需的模型體系，構建各環(huán)節(jié)之間的模型關聯(lián)與轉化關系，形成產品全生命周期內的設計信息/數(shù)據(jù)的一致性傳遞。

信息與數(shù)據(jù)的一致性傳遞與追溯是高質量開展項目產品精細化設計的基礎，其核心是將模型和數(shù)據(jù)應用于產品研制全生命周期，實現(xiàn)模型定義系統(tǒng)、數(shù)據(jù)驅動流程、知識保證質量。通過網絡化、數(shù)字化、信息化、標準化實現(xiàn)產品研制的技術升級，對航天產品過程監(jiān)控、結果預示、質量評價、故障定位、優(yōu)化改進和管理決策等環(huán)節(jié)具有重要意義。因此，基于模型的系統(tǒng)工程和流程再造是深度推進信息化、數(shù)字化工程的基礎和前提，也是優(yōu)化科研生產流程、有效實施流程崗位標準化的基礎，同時還是實現(xiàn)并行工程、提高研制效率的有效手段。

（二）將標準、規(guī)范、知識等嵌入到基于模型的研制流程是實現(xiàn)管理升級的重要方法和有效措施

標準、規(guī)范和知識對產品質量管控至關重要，而基于模型和數(shù)據(jù)來實現(xiàn)標準、規(guī)范和知識嵌入流程并用信息化手段固化，通過強化執(zhí)行和持續(xù)改進是實現(xiàn)質量管理能力升級的未來發(fā)展趨勢。

基于文檔傳遞的傳統(tǒng)研制模式與基于模型的數(shù)字化研制模式有較大差異。以某火箭飛行失利為例，在故障分析過程中，暴露出的關鍵環(huán)節(jié)質量數(shù)據(jù)缺失、大量數(shù)據(jù)未實現(xiàn)電子化等問題，產品數(shù)據(jù)在其生命周期內不連續(xù)，導致無法通過“用數(shù)據(jù)說話”的方式來解決產品質量的問題。產品設計環(huán)節(jié)的主要產出物為標準化模型，傳統(tǒng)的任務書、圖紙的設計流程驅動方式被模型驅動所替代，過程質量控制的對象從傳統(tǒng)面向文檔、圖紙、實物產品，轉向面向模型和實物產品。通過在統(tǒng)一的平臺架構下實現(xiàn)對產品數(shù)據(jù)全生命周期管控，其產品模型體系隨著產品生命周期不斷推演和完善，在模型體系形成過程中，通過數(shù)據(jù)的映射來建立模型之間的關聯(lián)，從而形成模型之間的相互驅動，通過模型和數(shù)據(jù)實現(xiàn)質量管控的閉環(huán)。

目前，項目研制過程存在標準、規(guī)范與流程的結合不充分的問題，工作效率不高、有效性不強。由于缺乏數(shù)據(jù)的連續(xù)積累，當前的質量管理還存在經驗式管理的情況，質量數(shù)據(jù)的管理更多是片段式的，如何將經驗變?yōu)橹R，基于信息化手段實現(xiàn)單一數(shù)據(jù)源的質量可靠性數(shù)據(jù)采集、分析是關鍵，有必要開展質量數(shù)據(jù)采集、存儲、管理的標準化研究，建立模型庫、數(shù)據(jù)庫和知識庫，實現(xiàn)基于模型的關鍵特性識別、分解、傳遞、驗證鏈條，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的產品質量可靠性評價和單位質量管理績效評價。

（三）基于模型的系統(tǒng)集成測試模式是實現(xiàn)一體化集成測試的全新理念和方法

在集成測試領域針對MBSE的V字模型的各個環(huán)節(jié)，建立完整的、統(tǒng)一的、協(xié)調的數(shù)字化工具體系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和模型在統(tǒng)一平臺下的數(shù)據(jù)驅動和仿真測試?；谀Ｐ偷南到y(tǒng)研發(fā)環(huán)境設計技術有效實現(xiàn)由傳統(tǒng)的研發(fā)流程向基于模型的通用研發(fā)測試平臺的轉變，其核心因素在于將測試流程各層級的需求確認均基于模型實現(xiàn)。在開展集成測試前能夠通過數(shù)字化軟件平臺對測試方案、測試流程和測試設備的功能性進行全面驗證，同時各類測試設備可以以數(shù)字模擬和實物接入的方式開展實際測試前的虛擬測試，這樣可以提前暴露和有效規(guī)避實際測試過程中的風險。因此基于模型的系統(tǒng)集成測試模式具有很好的借鑒意義，后續(xù)可以考慮開展自主可控的基于模型的系統(tǒng)集成測試技術和平臺的研究。

三、體系化推動基于模型的系統(tǒng)工程助力航天研制模式轉型

體系化推動基于模型的系統(tǒng)工程是實現(xiàn)航天研制模式轉型的有效舉措?；贛BSE的項目研制模式轉型是“一把手”工程，要在企業(yè)的統(tǒng)一指導下，采取項目牽引、統(tǒng)一推進的策略，制定切實可行的實施路線，從組織建設、理論與方法導入、項目應用和知識體系建設等方面體系化推進。

（一）建立統(tǒng)一協(xié)調機制與支撐機構

MBSE方法在項目全生命周期的貫穿應用，將涉及企業(yè)下屬多個設計生產廠所，需要建立統(tǒng)一的協(xié)調機制來部署推進，需要專門的支撐機構實施推動，集中力量研究標準化模型體系和數(shù)字化研發(fā)流程規(guī)范，推動形成代表知識積累的數(shù)字化模型資產庫，推動廠所間基于模型的數(shù)字化協(xié)同設計及制造的協(xié)調發(fā)展。

（二）開展體系化的MBSE理論與方法導入

企業(yè)要推動MBSE的方法研究和應用。一方面需要體系化的推進理論與方法導入，對總體、分系統(tǒng)等不同專業(yè)的設計人員和項目管理人員進行系統(tǒng)培訓，掌握MBSE方法，并將其運用至項目研制過程中；另一方面，有必要與國內外該領域的知名咨詢公司或團隊聯(lián)合，共同探索企業(yè)基于模型的系統(tǒng)工程研發(fā)模式轉型策略與解決方案，充分學習國內外復雜系統(tǒng)工程數(shù)字化研制案例，通過與專業(yè)團隊的長期合作不斷提升試點項目的整體數(shù)字化研發(fā)能力，使得試點項目的技術隊伍掌握基于MBSE的研發(fā)模式落地實施方法。

（三）項目應用與知識體系升級

基于模型的系統(tǒng)工程方法落地應用，必然對現(xiàn)有研制模式產生沖擊和影響，將發(fā)生設計流程變化、工作界面重新界定等眾多難以預先克服或避免的問題。因此，應采取試點應用，由點及面的推廣應用模式，選擇典型項目或分系統(tǒng)，開展基于MBSE的項目研制模式應用論證。先期可選擇預研背景項目開展試點應用驗證，提煉并掌握研制需求、系統(tǒng)方案、詳細設計、工藝及制造、測試試驗的模型標準與建模方法，逐步提煉形成應用模式、流程及標準規(guī)范，推動知識體系升級，為MBSE技術體系向其他項目和企業(yè)推廣應用奠定基礎。

四、結束語

建設數(shù)字航天，推動基于模型和數(shù)據(jù)驅動的系統(tǒng)工程是航天企業(yè)數(shù)字化轉型的必由之路。信息化、數(shù)字化手段對于實現(xiàn)高質量地保成功、高效率地完成任務、高效益地推進航天強國建設具有重要推動作用。