張伶俐、王雨、趙曉嵐、柳柱、常曉紅 /北京航天自動控制研究所

“十三五”以來，航天型號任務(wù)越來越重，禹春梅等提出2018 年型號數(shù)量較2011 年增長62%；型號研制周期越來越短。據(jù)統(tǒng)計，“十三五”以來新立項型號任務(wù)周期比“十二五”平均壓縮50%以上；越來越多型號對成本控制更嚴格；民營航天企業(yè)雨后春筍般遍地開花，競爭越來越激烈。中國航天科技集團有限公司第七次工作會明確提出，加快推進全面深化改革，完成型號科研生產(chǎn)管理模式優(yōu)化升級。吳燕生董事長提出 “高質(zhì)量保證成功、高效率完成任務(wù)、高效益推動航天強國和國防建設(shè)”目標，因此急需實現(xiàn)產(chǎn)品快速研發(fā)，縮短產(chǎn)品研制周期；推動研發(fā)模式優(yōu)化升級，提升新研產(chǎn)品質(zhì)量；提高研制效率，降低研制成本；研發(fā)有據(jù)可依，人才快速成長。

一、航天型號單機“缺省模式”設(shè)計平臺的設(shè)計思路和架構(gòu)

航天單機產(chǎn)品研制分型號作戰(zhàn)，各自設(shè)計，每個單機需要大量人力長周期論證；每個新設(shè)計需要經(jīng)過多次驗證，避免質(zhì)量問題難度大；航天型號眾多設(shè)計方案百花齊放，人才培養(yǎng)難度大。遂探索實施“單機方案+貨架產(chǎn)品+關(guān)鍵技術(shù)”的平臺化研制模式，“缺省模式”設(shè)計平臺主要包含企業(yè)知識庫、貨架產(chǎn)品庫、流程庫3 個部分。

企業(yè)知識庫將散落于各處的知識、關(guān)鍵技術(shù)顯性化，形成標準與模板。貨架產(chǎn)品庫將航天單機產(chǎn)品分種類設(shè)計成各種航控平臺，便于各型號借用。通過流程在線選用企業(yè)知識庫知識、關(guān)鍵技術(shù)、貨架產(chǎn)品；實現(xiàn)單機研制方案快速生成、元器件快速采購、貨架產(chǎn)品圖紙快速下廠、新研圖紙快速設(shè)計、文檔報告快速生成、提高航天單機產(chǎn)品生產(chǎn)研制效率；實現(xiàn)新研圖紙高質(zhì)量設(shè)計、借沿用貨架產(chǎn)品的航天單機產(chǎn)品或者模塊圖紙零質(zhì)量問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量；實現(xiàn)大批次器件、原材料快速采購，降低成本；知識、關(guān)鍵技術(shù)、平臺圖紙集中顯性化，研發(fā)有據(jù)可依，人才快速成長。通過流程、機制保障流程固化、任務(wù)自動推，實現(xiàn)航天型號單機產(chǎn)品在線協(xié)同設(shè)計。實現(xiàn)“高質(zhì)量保證成功、高效率完成任務(wù)、高效益推動航天強國和國防建設(shè)”目標。

“缺省模式”設(shè)計平臺主要用于單機產(chǎn)品的缺省設(shè)計，其設(shè)計思路和架構(gòu)如圖1 所示，通過調(diào)用mentor、ise、cad、pro/e、creo等現(xiàn)有設(shè)計及管理工具，實現(xiàn)任務(wù)流程數(shù)據(jù)一體化。

圖1 “缺省模式”設(shè)計平臺設(shè)計思路和架構(gòu)

1.流程

流程是“缺省模式”設(shè)計平臺的靈魂，通過調(diào)用流程在線選用企業(yè)知識庫知識、關(guān)鍵技術(shù)、貨架產(chǎn)品,串聯(lián)航天單機產(chǎn)品研制全過程，實現(xiàn)單機快速、低成本、高質(zhì)量研制，快速培養(yǎng)人才。

流程有無定制、半定制和全定制3 種。無定制單機研制流程中，直接借用整機貨架產(chǎn)品或者模塊，需要編制適應(yīng)性分析報告。半定制是指整機產(chǎn)品中一部分部組件借用了產(chǎn)品庫中的模塊產(chǎn)品，另一部分為全新研制。半定制流程中借用部分的單板模塊需要編制適應(yīng)性分析報告，整機研制仍需要參考整機研制詳細流程。全定制產(chǎn)品按照產(chǎn)品詳細研制流程進行。

無定制、半定制和全定制3種研制流程都由單機研制總流程、單板詳細設(shè)計流程、FPGA詳細設(shè)計流程、軟件詳細設(shè)計流程、結(jié)構(gòu)詳細設(shè)計流程、仿真流程、單元測試儀詳細設(shè)計流程組成。圖2 所示為全定制和半定制單機研制總流程，圖3為無定制單機研制總流程，圖中每個模塊都是一個子流程。流程中 集 成mentor、ise、cad、pro/e、creo 等現(xiàn)有設(shè)計及管理工具。通過流程梳理和設(shè)計模板的封裝，實現(xiàn)設(shè)計過程數(shù)據(jù)的全面管理，并且實現(xiàn)已有設(shè)計的快速復(fù)用，提高設(shè)計效率；通過與AVIDM3.5 和AVIDM4.0 系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計由任務(wù)下發(fā)到文件歸檔的全過程管理；設(shè)計模板的封裝和與工具集成，實現(xiàn)對工具及高性能平臺的高效、便捷應(yīng)用。

圖2 全定制和半定制單機研制流程

圖3 無定制單機研制流程

2.貨架產(chǎn)品庫

為提高航天單機產(chǎn)品生產(chǎn)研制效率，降低成本，提高質(zhì)量，設(shè)計了通用航控平臺。通過多層級產(chǎn)品平臺建設(shè)，實現(xiàn)型號產(chǎn)品模塊級復(fù)用率達到85%的目標。

貨架產(chǎn)品庫主要存放用于缺省模式設(shè)計過程中用到的貨架產(chǎn)品信息，由整機、模塊、軟件等組成。通過基礎(chǔ)信息庫中整機貨架產(chǎn)品圖紙，模塊貨架缺省圖紙、軟件設(shè)計、文檔調(diào)用形成整機缺省設(shè)計?；A(chǔ)信息借用，促使研發(fā)有據(jù)可依，培育人才快速成長。

3.企業(yè)知識庫

零散知識、關(guān)鍵技術(shù)散落于各型號，其傳承和人才培養(yǎng)較為困難。企業(yè)知識庫將知識、關(guān)鍵技術(shù)積累起來，形成標準與模板，利用知識門戶的數(shù)據(jù)管理功能完成知識信息的管理和展示，將其傳遞給大家，成為共同的知識，提高設(shè)計一致性，使其具有繼承性，也便于人才培養(yǎng)。知識庫是研發(fā)的基石，由CBB 庫、IP 核庫、教材庫、標準庫、模板庫、質(zhì)量體系庫、崗位庫組成。

（1）CBB 庫

相對獨立，經(jīng)過封裝的零部件或零部組件，通常具有相對獨立的需求規(guī)格和設(shè)計規(guī)格，設(shè)計及測試過程也相對獨立。

（2）IP 核庫

在集成電路可重用設(shè)計方法學(xué)中，IP 核全稱為知識產(chǎn)權(quán)核（intellectual property core）,指某一方提供的、形式為邏輯單元、芯片設(shè)計的可重用模塊。IP 核分為軟核、硬核和固核。軟核通常是與工藝無關(guān)、具有寄存器傳輸級硬件描述語言描述的設(shè)計代碼，可以進行后續(xù)設(shè)計；硬核是前者通過邏輯綜合、布局、布線之后的一系列工藝文件，具有特定的工藝形式、物理實現(xiàn)方式；固核則通常介于上面兩者之間，它已經(jīng)通過功能驗證、時序分析等過程，設(shè)計人員可以以邏輯門級網(wǎng)表的形式獲取。

（3）教材庫

彈上計算機作業(yè)指導(dǎo)書等航天單機產(chǎn)品設(shè)計的所有教材統(tǒng)一管理，便于航天單機產(chǎn)品設(shè)計時在線調(diào)用學(xué)習(xí)。

（4）標準庫

員工工作手冊、去型號化產(chǎn)品命名規(guī)則等航天單機產(chǎn)品設(shè)計的所有標準規(guī)范統(tǒng)一管理，便于航天單機產(chǎn)品設(shè)計時在線調(diào)用學(xué)習(xí)。

（5）模板庫

建設(shè)單機分技術(shù)條件、軟件任務(wù)書、測試儀任務(wù)書、元器件選用分析報告等文檔缺省模板。通過流程調(diào)用“缺省模板+設(shè)計結(jié)果”的方式，實現(xiàn)單機分技術(shù)條件、軟件任務(wù)書、測試儀任務(wù)書、元器件選用分析報告等文檔報告的快速生成，減少了60%重復(fù)的文檔工作。

（6）質(zhì)量體系庫

國軍標5000A 等航天單機產(chǎn)品設(shè)計的所有質(zhì)量體系文件統(tǒng)一管理，便于航天單機產(chǎn)品設(shè)計時在線調(diào)用學(xué)習(xí)。

（7）崗位庫

崗位配置、崗位職責等航天單機產(chǎn)品設(shè)計的相關(guān)崗位信息管理，便于航天單機產(chǎn)品設(shè)計時在線調(diào)用學(xué)習(xí)。

二、航天單機產(chǎn)品在“缺省模式”設(shè)計平臺的應(yīng)用

區(qū)別于傳統(tǒng)航天單機產(chǎn)品研發(fā)模式，為降低重復(fù)設(shè)計、縮短設(shè)計周期、提高質(zhì)量，“缺省模式”設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)書要求，比對現(xiàn)有整機貨架產(chǎn)品和模塊貨架產(chǎn)品，將航天單機產(chǎn)品研制工作分為無定制、半定制、全定制3 種研制模式。

力推增加無定制產(chǎn)品，減少半定制產(chǎn)品，最大程度減少全定制產(chǎn)品的理念。通過“缺省模式”設(shè)計，采用“大量無定制+少量半定制+極少量全定制”的方式：減少重復(fù)勞動，實現(xiàn)產(chǎn)品快速研發(fā)，縮短產(chǎn)品研制周期；推動模式優(yōu)化升級，提升新研產(chǎn)品質(zhì)量；提高研制效率，降低研制成本 ；研發(fā)有據(jù)可依，人才快速成長。

1.無定制類航天單機產(chǎn)品

航天單機產(chǎn)品直接整機選用貨架產(chǎn)品，根據(jù)現(xiàn)有或者未來客戶需求方向設(shè)計的航控系列平臺產(chǎn)品。該集合以最少數(shù)目規(guī)格的產(chǎn)品構(gòu)成，通用化、標準化和模塊化是產(chǎn)品平臺的核心。貨架產(chǎn)品主要面向用戶使用。采用“流程+貨架產(chǎn)品庫+企業(yè)知識庫”模式，僅需在航天單機產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)開始時，調(diào)用貨架產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)圖紙和文檔，開展單機適用性分析工作，貨架產(chǎn)品符合客戶需求，則直接即可形成投產(chǎn)，形成整機缺省設(shè)計。減少95%重復(fù)勞動，將產(chǎn)品研制周期縮短95%，產(chǎn)品質(zhì)量零缺陷；貨架產(chǎn)品大規(guī)模訂貨生產(chǎn)將大幅度降低研制成本。圖4 為無定制產(chǎn)品開發(fā)流程。

2.半定制類航天單機產(chǎn)品

半定制產(chǎn)品開發(fā)流程如圖5 所示，該類產(chǎn)品是根據(jù)客戶需求在整機或者貨架產(chǎn)品平臺上進行部分定制化設(shè)計。該類產(chǎn)品基礎(chǔ)是貨架產(chǎn)品航控平臺，與航控平臺共用單機架構(gòu)、板卡、模塊、關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)架構(gòu)等；針對具體客戶需求進行部分功能定制。利用“流程+貨架產(chǎn)品庫+企業(yè)知識庫”，調(diào)用選用的模塊貨架產(chǎn)品缺省圖紙、文檔，進行適用性分析，與定制單板共同形成航天單機產(chǎn)品。選用的模塊貨架產(chǎn)品僅需完成模塊適用性分析，減少了選用模塊95%研制周期；定制化單板需要完成完整的單板設(shè)計流程，定制板卡調(diào)用企業(yè)知識庫在一定程度減少重復(fù)勞動，縮減產(chǎn)品研制周期，實現(xiàn)產(chǎn)品快速研發(fā)；推動模式優(yōu)化升級，提升新研產(chǎn)品質(zhì)量；提高研制效率，降低研制成本 ；研發(fā)有據(jù)可依，人才快速成長。

圖5 半定制產(chǎn)品開發(fā)流程

3.全定制類航天單機產(chǎn)品

圖6 為全定制產(chǎn)品開發(fā)流程，該類產(chǎn)品與整機或者模塊貨架產(chǎn)品架構(gòu)、板卡等無共性，全新的個性化產(chǎn)品。無貨架產(chǎn)品圖紙、文檔可調(diào)用，需要根據(jù)客戶需求全新研制。利用“流程+貨架產(chǎn)品庫+企業(yè)知識庫”，部分借用企業(yè)知識庫成果，調(diào)用各項開發(fā)工具，開展全新的定制化設(shè)計。借用企業(yè)知識庫成果可以減少一定工作，相比較前兩種產(chǎn)品，研制周期較長，成本較高。

圖6 全定制產(chǎn)品開發(fā)流

三、成果

“缺省模式”設(shè)計平臺已經(jīng)應(yīng)用于10 多個型號的30 余臺航天單機產(chǎn)品，其中55%為無定制單機，減少95%重復(fù)勞動，將產(chǎn)品研制周期縮短95%，產(chǎn)品質(zhì)量零缺陷，大幅度降低研制成本；35%為半定制單機，選用的模塊貨架產(chǎn)品僅需完成模塊適用性分析，減少了選用模塊95%研制周期，定制單板調(diào)用企業(yè)知識庫在一定程度減少重復(fù)勞動，縮減產(chǎn)品研制周期提升新研產(chǎn)品質(zhì)量，降低研制成本，人才快速成長；10%為全定制單機，部分借用企業(yè)知識庫成果，調(diào)用各項開發(fā)工具，開展全新的定制化設(shè)計。借用企業(yè)知識庫成果可以減少一定工作，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低研制成本，人才快速成長。

“缺省模式”設(shè)計平臺通過隱性知識顯性化，實現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)、貨架產(chǎn)品、關(guān)鍵技術(shù)在線選用，方案快速生成。通過流程、機制保障流程固化、任務(wù)自動推，實現(xiàn)航天單機軟硬件產(chǎn)品在線協(xié)同設(shè)計：由個體設(shè)計向協(xié)同設(shè)計轉(zhuǎn)變，由個人能力向組織能力轉(zhuǎn)變，由自我約束向機制約束轉(zhuǎn)變。

1.關(guān)鍵技術(shù)

建設(shè)CBB 庫、IP 核等企業(yè)知識庫，將個體知識轉(zhuǎn)化為標準企業(yè)知識。實現(xiàn)了知識有效繼承，人才快速成長。

2.平臺產(chǎn)品選用

通過“整機產(chǎn)品選用+模塊產(chǎn)品重組”，實現(xiàn)圖紙快速下廠，元器件快速采購。通過“共用電路+通用IP 核”，實現(xiàn)新研圖紙高質(zhì)量設(shè)計。通過多層級產(chǎn)品平臺建設(shè)，實現(xiàn)型號產(chǎn)品模塊級重用率達到85%。

3.報告快速生成

通過“缺省模板+設(shè)計結(jié)果”的方式，實現(xiàn)單機分技術(shù)條件、軟件任務(wù)書、測試儀任務(wù)書、元器件選用分析報告等文檔報告的快速生成，減少了60%的重復(fù)文檔工作。

4.成本歸集功能

缺省模式設(shè)計平臺實現(xiàn)了與ALMS 的集成接口開發(fā)，設(shè)計師完成產(chǎn)品設(shè)計，通過調(diào)用ALMS數(shù)據(jù)，自動生成產(chǎn)品硬成本，通過硬成本及實際成本價格比例經(jīng)驗，生成單機及方案成本。由管理人員設(shè)置型號目標成本，該目標成本納入系統(tǒng)方案設(shè)計模板，方案設(shè)計后生成的成本大于目標成本時，流程會回到重新設(shè)計環(huán)節(jié)，直到方案成本滿足目標要求。成本歸集流程如圖7 所示。通過該功能設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)缺省平臺與3MT 流程相結(jié)合，支撐型號及產(chǎn)品研制的經(jīng)營管控。

圖7 成本歸集流程圖

應(yīng)用“缺省模式”設(shè)計，將單機研制由單一設(shè)計實現(xiàn)了由個體設(shè)計到協(xié)同設(shè)計轉(zhuǎn)變、個人能力到組織能力轉(zhuǎn)變、自我約束到組織機制約束。通過貨架產(chǎn)品平臺點選、調(diào)用、在線設(shè)計、自動傳遞等操作，實現(xiàn)系統(tǒng)方案的快速論證、文檔報告的缺省生成，釋放設(shè)計資源，助推航天單機的平臺化研制全面實施。后續(xù)，應(yīng)逐步完善模板庫、流程、貨架產(chǎn)品庫、企業(yè)知識庫建設(shè)，進一步提高平臺成熟度，加快推進全面深化改革，完成型號科研生產(chǎn)管理模式優(yōu)化升級。