王俊偉等* /北京特種工程設(shè)計(jì)研究院
產(chǎn)品成熟度是對(duì)產(chǎn)品在研制、生產(chǎn)及使用環(huán)節(jié)等全生命周期所有技術(shù)要素的合理性、完備性以及在一定功能、性能水平下質(zhì)量穩(wěn)定性的一種度量。產(chǎn)品成熟度等級(jí)是指對(duì)產(chǎn)品成熟度進(jìn)行度量和評(píng)測(cè)的一種標(biāo)準(zhǔn)。它是為提升航天產(chǎn)品資源利用效率,提高產(chǎn)品通用性,以更加適應(yīng)航天產(chǎn)品小批量、多品種的研制發(fā)展趨勢(shì),提供針對(duì)航天產(chǎn)品的一套切合可行的通用性度量。
現(xiàn)有航天產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)單機(jī)級(jí)產(chǎn)品,此外在航天工程實(shí)踐中也陸續(xù)開(kāi)展了針對(duì)地面設(shè)備、衛(wèi)星及共用平臺(tái)、航天元器件、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等特定產(chǎn)品的產(chǎn)品成熟度模型及方法研究。而針對(duì)航天系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品,在不能簡(jiǎn)單套用單機(jī)級(jí)產(chǎn)品成熟度理論和方法的前提下,需要開(kāi)展體系化的通用性成熟度理論方法研究。
按照結(jié)構(gòu)層次,航天產(chǎn)品硬件主要分為系統(tǒng)、分系統(tǒng)、單機(jī)、組件、部件和零件。航天系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品主要指衛(wèi)星、飛船、火箭等,研制工作涉及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、分系統(tǒng)、單機(jī)、零部件等產(chǎn)品層次。對(duì)于系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品評(píng)價(jià)內(nèi)容的權(quán)衡相對(duì)更加復(fù)雜,且其內(nèi)部的單機(jī)產(chǎn)品成熟與否對(duì)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品的成熟度狀態(tài)有直接影響,因此在研究系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度時(shí),不僅要結(jié)合研制進(jìn)程從整體角度考量其具體成熟度狀態(tài),還必須將其內(nèi)部單機(jī)的產(chǎn)品成熟度納入考慮。
面向航天系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度的研究背景,將試驗(yàn)鑒定作為產(chǎn)品研制過(guò)程中的重要階段,遵循系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品的生命周期規(guī)律,以“方案論證—初樣研制—正/ 試樣研制—首飛—多次飛行—狀態(tài)固化—批生產(chǎn)”為關(guān)鍵鏈條。將試驗(yàn)鑒定的3 個(gè)環(huán)路“性能試驗(yàn)—狀態(tài)鑒定”“效能試驗(yàn)—定型”“在役考核—改進(jìn)升級(jí)”與系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品的生命周期進(jìn)行對(duì)照,結(jié)合各階段具有代表意義的里程碑事件,參照單機(jī)產(chǎn)品成熟度的等級(jí)劃分,對(duì)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度等級(jí)建立映射關(guān)系,如圖1 所示。
圖1 產(chǎn)品成熟度等級(jí)—階段—試驗(yàn)鑒定映射關(guān)系圖
在系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度的每個(gè)等級(jí)中,將對(duì)應(yīng)產(chǎn)品研制階段的關(guān)鍵工作作為各等級(jí)的核心標(biāo)志內(nèi)容,應(yīng)用典型成熟度評(píng)價(jià)方法,給出確定的系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度的評(píng)價(jià)等級(jí)定義(見(jiàn)表1)。
表1 系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度的等級(jí)劃分及定義
參照單機(jī)產(chǎn)品成熟度的等級(jí)劃分,系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度分為7 級(jí),對(duì)應(yīng)產(chǎn)品狀態(tài)是原理樣機(jī)產(chǎn)品、工程樣機(jī)產(chǎn)品、應(yīng)用驗(yàn)證產(chǎn)品、一次飛行產(chǎn)品、多次飛行產(chǎn)品、狀態(tài)鑒定產(chǎn)品和穩(wěn)定生產(chǎn)產(chǎn)品。其中1 級(jí)、2級(jí)、3 級(jí)對(duì)應(yīng)的是型號(hào)研制階段,從研制計(jì)劃的實(shí)施、工作的落實(shí)出發(fā),降低產(chǎn)品的研制風(fēng)險(xiǎn);4 級(jí)、5 級(jí)通過(guò)飛行任務(wù)的考核驗(yàn)證功能性能的實(shí)現(xiàn);6 級(jí)通過(guò)狀態(tài)鑒定和技術(shù)固化,明確最終產(chǎn)品功能性能;7級(jí)通過(guò)穩(wěn)定生產(chǎn)確認(rèn)產(chǎn)品滿足實(shí)際使用要求,并建立穩(wěn)定的供應(yīng)水平。系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度的1—6 級(jí)對(duì)應(yīng)單機(jī)產(chǎn)品成熟度的1—6 級(jí),7 級(jí)要求穩(wěn)定生產(chǎn)出滿足要求的產(chǎn)品,從數(shù)量級(jí)來(lái)看,達(dá)不到批量生產(chǎn)的程度。相對(duì)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn),單機(jī)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)數(shù)量更大、穩(wěn)定性更高。
由于技術(shù)狀態(tài)更改直接作用于單機(jī)而非系統(tǒng),技術(shù)狀態(tài)更改首先影響單機(jī)的產(chǎn)品成熟度,通過(guò)單機(jī)級(jí)產(chǎn)品成熟度變化進(jìn)而影響系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度。故技術(shù)狀態(tài)更改對(duì)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度的影響需要考慮的因素更多。
從系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出發(fā),研究技術(shù)狀態(tài)更改對(duì)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度的影響,分別對(duì)技術(shù)狀態(tài)更改的定位、內(nèi)容和類別進(jìn)行界定,結(jié)合技術(shù)狀態(tài)更改發(fā)生的單機(jī)或接口的重要性和系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性,根據(jù)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品在更改發(fā)生前的產(chǎn)品成熟度等級(jí),判定影響程度,如圖2 所示。
圖2 技術(shù)狀態(tài)更改影響分析圖
由于技術(shù)狀態(tài)更改直接作用于單機(jī)而非系統(tǒng),技術(shù)狀態(tài)更改首先影響單機(jī)的產(chǎn)品成熟度,通過(guò)單機(jī)級(jí)產(chǎn)品成熟度變化進(jìn)而影響系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度。故技術(shù)狀態(tài)更改對(duì)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度的影響需要考慮的因素更多。
技術(shù)狀態(tài)更改的基本要素指的是,技術(shù)狀態(tài)發(fā)生更改時(shí)首先需要確認(rèn)的5 個(gè)基本信息,分別是定位、內(nèi)容、類別、單機(jī)重要性和系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性。
定位指確定技術(shù)狀態(tài)更改發(fā)生的位置,一般是單機(jī)或者接口。
內(nèi)容指明確技術(shù)狀態(tài)更改的內(nèi)容,包括功能基線、分配基線等。
類別指技術(shù)狀態(tài)更改影響類別,根據(jù)單機(jī)產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)更改的類別可分為I 類、II 類和III 類(《技術(shù)狀態(tài)管理》(GJB 3206A-2010))。
單機(jī)重要性指發(fā)生技術(shù)狀態(tài)更改的單機(jī)在系統(tǒng)里的關(guān)鍵程度,具體可以分為:I 級(jí),很重要,是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵功能性能的重要組成部分;II 級(jí),一般重要,與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵功能性能有關(guān);III級(jí),不重要,與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵功能性能無(wú)關(guān)。
系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性指發(fā)生技術(shù)狀態(tài)更改的單機(jī)與系統(tǒng)內(nèi)其他主要單機(jī)或接口關(guān)聯(lián)的個(gè)數(shù),在判斷發(fā)生技術(shù)狀態(tài)更改的單機(jī)產(chǎn)品對(duì)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度影響時(shí),也需要同步檢查與其相關(guān)聯(lián)的其他單機(jī)或接口的技術(shù)狀態(tài)變化。
技術(shù)狀態(tài)更改對(duì)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度影響評(píng)價(jià)流程可以歸納為:第一步確定技術(shù)狀態(tài)更改基本信息(定位、內(nèi)容、類別);第二步判斷發(fā)生技術(shù)狀態(tài)更改后的單機(jī)產(chǎn)品成熟度等級(jí);第三步評(píng)價(jià)得到發(fā)生技術(shù)狀態(tài)更改的單機(jī)產(chǎn)品重要性;第四步列舉該單機(jī)產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)單機(jī);第五步逐一判斷關(guān)聯(lián)單機(jī)是否發(fā)生技術(shù)狀態(tài)更改,如若發(fā)生技術(shù)狀態(tài)更改,則回到第一步;第六步遍歷完所有關(guān)聯(lián)單機(jī)后,結(jié)合配套單機(jī)定級(jí)準(zhǔn)則(見(jiàn)表2)判斷系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度等級(jí),如圖3 所示。
表2 系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品中成熟度定級(jí)準(zhǔn)則(配套單機(jī))
圖3 技術(shù)狀態(tài)更改對(duì)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度的影響評(píng)價(jià)流程
系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度定級(jí)實(shí)施細(xì)則包含了在產(chǎn)品趨于成熟的不同階段,其成熟度提升所涉及到的所有內(nèi)容。系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度共設(shè)置設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)和交付4 項(xiàng)評(píng)價(jià)內(nèi)容。
基于層次全息模型(HHM)對(duì)產(chǎn)品在研制過(guò)程中各個(gè)階段的主要工作內(nèi)容進(jìn)行多元場(chǎng)景要素分析,通過(guò)分解和篩選得到評(píng)價(jià)要素。評(píng)價(jià)要素是實(shí)施系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品研制過(guò)程中必須要關(guān)注的工作重點(diǎn),其內(nèi)涵可以逐步分解細(xì)化,形成多個(gè)層次的要素。
基于HHM 從涵蓋系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品研制全過(guò)程的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、交付4 項(xiàng)評(píng)估內(nèi)容中篩選出10 余項(xiàng)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)要素,如圖4 所示。
圖4 基于HHM模型的系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)要素分解圖
根據(jù)評(píng)價(jià)要素的實(shí)現(xiàn)流程(方案設(shè)計(jì)及計(jì)劃安排、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)及過(guò)程控制、功能驗(yàn)證及審查和狀態(tài)鑒定及固化)進(jìn)行梳理,得到系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度的評(píng)價(jià)要素隨等級(jí)增加而變化的對(duì)照表,并根據(jù)該表進(jìn)一步得到各級(jí)評(píng)價(jià)細(xì)則檢查單。
(1)研制技術(shù)要求
根據(jù)產(chǎn)品的初始用戶需求,經(jīng)過(guò)任務(wù)分解、理論分析、仿真計(jì)算等工作,將抽象化的需求目標(biāo)轉(zhuǎn)化為可識(shí)別、可達(dá)到的明確技術(shù)要求以及約束條件,最終形成規(guī)范化的文件要求。
(2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
根據(jù)研制技術(shù)要求的輸入,進(jìn)行系統(tǒng)化的整體方案設(shè)計(jì),該方案必須涵蓋所有技術(shù)要求,并考慮可實(shí)現(xiàn)性、設(shè)計(jì)裕度、容錯(cuò)和偏差、生產(chǎn)能力、指標(biāo)可實(shí)現(xiàn)性、內(nèi)外部接口等內(nèi)容,方案必須接受規(guī)范的評(píng)審,評(píng)審結(jié)果將作為后續(xù)研制工作的輸入。
(3)工作計(jì)劃及流程
根據(jù)研制技術(shù)要求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,對(duì)后續(xù)研制工作中需要開(kāi)展的各項(xiàng)工作進(jìn)行計(jì)劃及流程安排,必須明確工作內(nèi)容、工作責(zé)任單位、工作時(shí)間、工作成果和指標(biāo)要求等事項(xiàng),在經(jīng)過(guò)評(píng)審和確認(rèn)后,按照該計(jì)劃執(zhí)行研制工作,必要時(shí)應(yīng)當(dāng)由主管部門(mén)在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)開(kāi)展計(jì)劃監(jiān)督,確保研制工作的有序進(jìn)行。
(4)關(guān)鍵技術(shù)/項(xiàng)目識(shí)別和攻關(guān)
在任務(wù)分析的基礎(chǔ)上,識(shí)別工作中的關(guān)鍵技術(shù)和項(xiàng)目,分析和預(yù)測(cè)其攻關(guān)的難度、對(duì)整個(gè)研制工作的影響程度、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),有目標(biāo)地開(kāi)展可行性論證、關(guān)鍵技術(shù)和項(xiàng)目的攻關(guān),必要時(shí)可以采取有效的控制措施,確保不影響研制計(jì)劃。
根據(jù)研制技術(shù)要求和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,對(duì)后續(xù)研制工作中需要開(kāi)展的各項(xiàng)工作進(jìn)行計(jì)劃及流程安排,必須明確工作內(nèi)容、工作責(zé)任單位、工作時(shí)間、工作成果和指標(biāo)要求等事項(xiàng),在經(jīng)過(guò)評(píng)審和確認(rèn)后,按照該計(jì)劃執(zhí)行研制工作,必要時(shí)應(yīng)當(dāng)由主管部門(mén)在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)開(kāi)展計(jì)劃監(jiān)督,確保研制工作的有序進(jìn)行。
(5)全程質(zhì)量控制
按照質(zhì)量特性大綱或者工作計(jì)劃的安排和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),開(kāi)展質(zhì)量特性工作,編制相關(guān)技術(shù)文件和工程報(bào)告,總結(jié)產(chǎn)品的質(zhì)量特性工作成果。同時(shí)詳細(xì)記錄項(xiàng)目進(jìn)程中發(fā)生的所有質(zhì)量問(wèn)題,并按照“雙五條”原則完成質(zhì)量問(wèn)題歸零活動(dòng),確保問(wèn)題得到解決并留下工作記錄和報(bào)告。
(6)配套單機(jī)產(chǎn)品
配套單機(jī)產(chǎn)品是指在系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品配套表中的單機(jī)產(chǎn)品。單機(jī)產(chǎn)品成熟度達(dá)到一定等級(jí)是系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度達(dá)到相應(yīng)等級(jí)的充分條件,此外系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品還應(yīng)將其設(shè)計(jì)方案、生產(chǎn)管理、試驗(yàn)驗(yàn)證以及驗(yàn)收評(píng)審納入到全面監(jiān)管范圍內(nèi)。
(7)系統(tǒng)產(chǎn)品總裝
按照系統(tǒng)總體的要求,將各個(gè)分系統(tǒng)有機(jī)地組合起來(lái),形成具有質(zhì)量特性、精度和功能都能滿足要求的系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品,確保能夠正常執(zhí)行各種預(yù)定的任務(wù),遵循工藝方案、過(guò)程控制和其他配套資源的管理。
(8)綜合測(cè)試
從初樣的桌面聯(lián)試、典型測(cè)試、發(fā)射場(chǎng)合練到正樣發(fā)射的各個(gè)階段以及環(huán)境(力學(xué)、熱學(xué)、電磁)都需要進(jìn)行全面完整的測(cè)試,其目的是檢驗(yàn)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)的正確性,充分暴露系統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝缺陷。
(9)大型試驗(yàn)
大型試驗(yàn)通常指電磁兼容試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、大型地面聯(lián)合試驗(yàn)等,是驗(yàn)證系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品能力的重要手段,應(yīng)針對(duì)已確定的研制技術(shù)要求,實(shí)施系統(tǒng)各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證活動(dòng),以驗(yàn)證系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)技術(shù)要求的實(shí)現(xiàn)能力。
(10)產(chǎn)品交付
根據(jù)固有特性和使用要求,編制驗(yàn)收文件,通過(guò)操作手冊(cè)文檔匯編描述產(chǎn)品交付以及使用操作的正確步驟和注意事項(xiàng)。
(11)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析
數(shù)據(jù)指產(chǎn)品使用后的數(shù)據(jù),是后續(xù)提升任務(wù)能力、質(zhì)量可靠性的重要輸入,必須持續(xù)利用實(shí)際使用數(shù)據(jù),對(duì)已完成的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)結(jié)果進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證和改進(jìn),使系統(tǒng)在任務(wù)條件下達(dá)到高質(zhì)量、高可靠性要求。
選取某新型發(fā)動(dòng)機(jī)為評(píng)價(jià)對(duì)象,開(kāi)展系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度試點(diǎn)評(píng)價(jià)。在應(yīng)用上述評(píng)價(jià)檢查單對(duì)其開(kāi)展評(píng)價(jià)時(shí),需要遵循成熟度定級(jí)程序,即當(dāng)某產(chǎn)品被評(píng)為產(chǎn)品成熟度N級(jí)時(shí),它必須全部滿足成熟度N 級(jí)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,不能全部滿足(N+1)級(jí)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。
選取某新型發(fā)動(dòng)機(jī)為評(píng)價(jià)對(duì)象,開(kāi)展系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度試點(diǎn)評(píng)價(jià)。在應(yīng)用上述評(píng)價(jià)檢查單對(duì)其開(kāi)展評(píng)價(jià)時(shí),需要遵循成熟度定級(jí)程序,即當(dāng)某產(chǎn)品被評(píng)為產(chǎn)品成熟度N 級(jí)時(shí),它必須全部滿足成熟度N 級(jí)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,不能全部滿足(N+1)級(jí)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。
為適應(yīng)批量生產(chǎn)要求,該型發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)、試驗(yàn)、總裝、工藝驗(yàn)收等正逐步開(kāi)展新平臺(tái)使用、流程優(yōu)化等工作,滿足成熟度5 級(jí)的所有評(píng)價(jià)要求,未完成成熟度6 級(jí)的“工作計(jì)劃與流程”評(píng)價(jià)要素要求的內(nèi)容。因此,該型發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品成熟度為5 級(jí)(見(jiàn)表4)。
表4 某新型發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)要素完成情況統(tǒng)計(jì)表
該型發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品成熟度6級(jí)的評(píng)價(jià)要素“工作計(jì)劃與流程”為“不滿足”,其他評(píng)價(jià)要素均已完成,按照“就低不就高”的原則,產(chǎn)品成熟度應(yīng)為5 級(jí),但該產(chǎn)品實(shí)際已完成了批量生產(chǎn)的絕大部分工作,只是在評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)的“工作計(jì)劃與流程”這一評(píng)價(jià)要素上尚未完成所有工作,這是評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)與階段性工作節(jié)點(diǎn)的沖突,而非產(chǎn)品有實(shí)際產(chǎn)品成熟度的欠缺。因此,在實(shí)際開(kāi)展評(píng)價(jià)時(shí),遇到此類情況,可以將評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)安排在階段性工作節(jié)點(diǎn)之后,以便提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
本文針對(duì)航天系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品這一評(píng)價(jià)對(duì)象,參照《宇航單機(jī)產(chǎn)品成熟度定級(jí)規(guī)定》(Q/QJA 53),結(jié)合試驗(yàn)鑒定的3 個(gè)典型環(huán)路,提出了包含7 個(gè)等級(jí)的航天系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品通用性的成熟度分級(jí)與定義,通過(guò)分析系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品復(fù)雜性、單機(jī)重要程度以及系統(tǒng)級(jí)關(guān)聯(lián)性給出技術(shù)狀態(tài)更改對(duì)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度等級(jí)變化的影響。結(jié)合層次全系模型從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、交付4 個(gè)環(huán)節(jié)提出11 個(gè)評(píng)價(jià)要素,給出評(píng)價(jià)要素隨等級(jí)提升的變化情況以及成熟度各級(jí)檢查單,最后通過(guò)某新型發(fā)動(dòng)機(jī)的試點(diǎn)評(píng)價(jià),驗(yàn)證了系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品成熟度理論和方法的準(zhǔn)確性。