基于有效性的航天器批臺(tái)次技術(shù)狀態(tài)管理方法

張榮霞，張樹生

（1.西北工業(yè)大學(xué) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)與集成制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710072；2.中國空間技術(shù)研究院, 北京 100094）

1 概述

技術(shù)狀態(tài)管理是保證將用戶對(duì)產(chǎn)品的功能、物理等特性的要求，反應(yīng)到設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中，并最終實(shí)現(xiàn)用戶要求的一種管理技術(shù)和方法[1]。技術(shù)狀態(tài)管理是伴隨著復(fù)雜系統(tǒng)的研制而產(chǎn)生和發(fā)展[2]。航天器的研制過程就是典型的復(fù)雜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程。不僅僅是產(chǎn)品組成復(fù)雜化，如典型衛(wèi)星產(chǎn)品的零部件都以萬為數(shù)量級(jí)，而且涉及到不同的技術(shù)領(lǐng)域，如光、機(jī)、熱、電、微波等。另外隨著全球?qū)Ш健⒏叻直媛蕦?duì)地觀測等國家重大工程的立項(xiàng)和實(shí)施，航天器小批量研制正在逐漸成為常態(tài)，以北斗二號(hào)二期為例，組網(wǎng)衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到幾十顆。

面對(duì)復(fù)雜航天器產(chǎn)品的并行批量化研制形勢，航天器產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)管理必須隨時(shí)跟蹤、記錄各批臺(tái)次產(chǎn)品各局部變化情況及其對(duì)整體的影響，在給定某一確定的批臺(tái)次時(shí)，能夠快速地追溯查看到該批臺(tái)次航天器產(chǎn)品所有相關(guān)信息[3,4]。目前，技術(shù)狀態(tài)管理面向單型號(hào)進(jìn)行，不關(guān)心也不需要記錄批臺(tái)次信息，批臺(tái)次技術(shù)狀態(tài)信息隱藏于研制過程的各項(xiàng)業(yè)務(wù)活動(dòng)和數(shù)據(jù)結(jié)果記錄中，長期處于基于圖紙的記錄—更改—清理—再記錄的結(jié)果控制為特征的管理模式。這理論上雖然可以保證最終技術(shù)狀態(tài)的準(zhǔn)確性，但是隨著多星并行研制過程不斷深入，技術(shù)狀態(tài)清理的工作量必將越來越大，協(xié)調(diào)難度也越來越困難，很難做到全面、快捷、可追溯的技術(shù)狀態(tài)+統(tǒng)計(jì)。這種問題已經(jīng)開始干擾日常研制工作，急需采取有效措施解決。

為解決上述問題，本文提出基于有效性的航天器批臺(tái)次技術(shù)狀態(tài)管理方法，解決批量化研制環(huán)境下的復(fù)雜系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)管理難題，通過有效性標(biāo)識(shí)、有效性計(jì)算、有效性約束等手段，清晰、準(zhǔn)確的記錄航天器產(chǎn)品的批臺(tái)次技術(shù)狀態(tài)，將技術(shù)狀態(tài)管理者從繁雜的重復(fù)的收集工作中解脫出來，支持準(zhǔn)確提取出任意研制階段、不同設(shè)計(jì)方案、每顆實(shí)物衛(wèi)星乃至每顆在軌衛(wèi)星的技術(shù)狀態(tài)，確保批臺(tái)次技術(shù)狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)獲取、清晰可控、完整可追溯。

2 整體思路

基于有效性的航天器批臺(tái)次技術(shù)狀態(tài)管理方法的整體思路如圖1所示，通過在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)、三維模型/二維工程圖、技術(shù)文件等產(chǎn)品研制相關(guān)數(shù)據(jù)上定義有效性范圍，實(shí)現(xiàn)一類航天器產(chǎn)品數(shù)據(jù)在一顆產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹上的統(tǒng)一管理，最大程度減少數(shù)據(jù)冗余，準(zhǔn)確記錄和提取任意批臺(tái)次的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、三維模型/二維工程圖、技術(shù)文件、工藝信息等技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)，并且為實(shí)物產(chǎn)品的數(shù)據(jù)追溯建立基礎(chǔ)。

圖1 有效性定義方式

結(jié)合型號(hào)研制過程的實(shí)際調(diào)研，將有效性定義分為兩大類：

1）對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)及其關(guān)聯(lián)的三維模型/二維工程圖的有效性管理

由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)及其關(guān)聯(lián)的三維模型/二維工程圖之間具有緊密耦合性，因此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的有效性也代表了其所關(guān)聯(lián)的三維模型/二維工程圖的有效性，即三維模型/二維工程圖的有效性繼承產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的有效性定義。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建后，初始有效性范圍為當(dāng)前類別型號(hào)產(chǎn)品全局有效，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)達(dá)到受控狀態(tài)之前，可以手工調(diào)整其有效性，而該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前版本的有效性可自動(dòng)傳遞到該版本所關(guān)聯(lián)的三維模型和二維圖樣上。如果產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)更改后產(chǎn)生新版本，則需重新設(shè)置新版本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的有效性，利用有效性計(jì)算方法，根據(jù)整體有效范圍和新版本定義的有效范圍自動(dòng)調(diào)整該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)歷史版本的有效性，同時(shí)有效性傳遞給對(duì)應(yīng)的三維模型和二維工程圖。

2）對(duì)技術(shù)文件的有效性管理

相對(duì)于三維模型/二維工程圖，技術(shù)文件與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性較弱，因此有效性作為獨(dú)立的業(yè)務(wù)對(duì)象與技術(shù)文件的特定版本相關(guān)聯(lián)，而不是直接從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)上繼承有效性。

3 有效性管理約束條件

1）同一份文檔的不同版本之間的有效性范圍不能夠重疊。

一個(gè)具體編號(hào)和版本的文檔代表一種技術(shù)狀態(tài)，同一個(gè)文檔的多個(gè)狀態(tài)之間存在互斥性關(guān)系，不存在相容關(guān)系。即針對(duì)同一個(gè)文檔的多個(gè)版本的有效性范圍之間不存在重疊，相互之間彼此獨(dú)立。

2）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)特定版本所關(guān)聯(lián)的多個(gè)三維、二維圖的有效性必須一致。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)（零部件）是構(gòu)成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基本元素，零部件是實(shí)物的一種抽象，通過它僅能反映結(jié)構(gòu)上的關(guān)系。其技術(shù)狀態(tài)主要由其所關(guān)聯(lián)的三維、二維圖來決定。對(duì)于一個(gè)零部件的特定版本，技術(shù)狀態(tài)唯一，有效性唯一。因此零部件特定版本所關(guān)聯(lián)的三維模型及其對(duì)應(yīng)二維模型的有效性應(yīng)是統(tǒng)一的。如果有多個(gè)二維工程圖與零部件相關(guān)聯(lián)，業(yè)務(wù)上多個(gè)二維工程圖是對(duì)該版本零部件的多角度描述，多張二維工程圖的有效性必須一致。

3）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的技術(shù)文件有效性范圍不應(yīng)該超過該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)有效性范圍，下級(jí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)有效范圍不應(yīng)超過上級(jí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)有效范圍。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)有效性范圍是其各版本有效范圍的集合，一方面由于在提取單顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)是采用基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)搜索的方法，另外一方面產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)代表著實(shí)際衛(wèi)星組成，因此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的技術(shù)文件的應(yīng)用范圍應(yīng)與實(shí)際對(duì)應(yīng)。

4）有效性的范圍必須明確、量化。

有效性必須在明確的適用范圍下才有意義。因此，針對(duì)一個(gè)特定編號(hào)和版本的技術(shù)文件、三維模型/二維工程圖等，必須指明有效性的量化適用范圍。

5）有效性默認(rèn)全局有效。

如果創(chuàng)建技術(shù)文件或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)不指定有效性，則其有效性默認(rèn)全局有效。

4 有效性的自動(dòng)計(jì)算方法

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)文檔設(shè)置有效性后，一旦通過簽審流程并達(dá)到受控狀態(tài)，則其有效性不可隨意更改。如果必須修改，則需要經(jīng)過有效性更改。

當(dāng)有效性發(fā)生變化時(shí)，按照如下兩種模式對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行有效性的自動(dòng)計(jì)算：

1）如果更改后的有效性和更改前的有效性范圍之間沒有重疊或更改前的有效性落在更改后生效有效性范圍之內(nèi)。

2）如果更改后生效的有效性和更改前的有效性范圍之間有重疊，且更改前的有效性沒有落在更改后生效的有效性范圍之內(nèi)。

圖2 版本有效性變化規(guī)則

其中A1、A2為更改前（版本為C）文檔的起止有效性范圍，B1、B2為更改后（版本為D）生效的起止有效性范圍。計(jì)算得出版本調(diào)整后有效性如下表。

表1 有效性計(jì)算結(jié)果

5 基于有效性的批臺(tái)次數(shù)據(jù)提取

當(dāng)需要查看特定批臺(tái)次數(shù)據(jù)時(shí)，通過特定批臺(tái)次的值，按照如下邏輯進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)提取。

Step1：對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹節(jié)點(diǎn)進(jìn)行版本有效性過濾，獲得有效地節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品版本；

Step2：輸出該版本關(guān)聯(lián)的三維模型和二維工程圖；

Step3：逐一查找該節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的技術(shù)文件，按照版本有效性進(jìn)行篩選；

Step4：判斷是否有子節(jié)點(diǎn)，按照上述步驟繼續(xù)遍歷，直到?jīng)]有子節(jié)點(diǎn)為止；

Step5：輸出結(jié)構(gòu)樹。

6 結(jié)論

圖3 航天器批臺(tái)次產(chǎn)品數(shù)據(jù)提取邏輯

傳統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)管理方法難以適應(yīng)多型號(hào)并行研制的需要，無法保證技術(shù)狀態(tài)信息的時(shí)效性、準(zhǔn)確性、完整性和可追溯性?；谟行缘暮教炱髋_(tái)次技術(shù)狀態(tài)管理方法，汲取了航天系統(tǒng)工程的管理思想，從整個(gè)系列型號(hào)的角度出發(fā)，通過有效性標(biāo)識(shí)、有效性計(jì)算、有效性約束等手段，從整體上把握研制過程的技術(shù)狀態(tài)，清晰、準(zhǔn)確的記錄航天器產(chǎn)品批臺(tái)次技術(shù)狀態(tài)。該方法完全摒棄了傳統(tǒng)模式下通過人工篩選和判斷的低效方式，通過有效性過濾的方式，對(duì)批臺(tái)次有效的研制信息進(jìn)行提取，將型號(hào)人員從眼花繚亂的各種技術(shù)狀態(tài)信息中解脫出來，能夠清晰的管理每一顆星、任意研制階段的技術(shù)狀態(tài)信息，將技術(shù)狀態(tài)管理者從復(fù)雜的重復(fù)性勞動(dòng)中解放出來，提升技術(shù)狀態(tài)控制的力度，響應(yīng)的敏捷度。有助于提高型號(hào)批臺(tái)次技術(shù)狀態(tài)管理工作的效率，確保技術(shù)狀態(tài)清晰、準(zhǔn)確、完整、可追溯。

[1] 郭寶柱.中國航天系統(tǒng)工程方法與實(shí)踐[J].復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性科學(xué), 2004, (2): 16-19.

[2] 舒彪, 韓曉建, 鄧家禔.復(fù)雜工程系統(tǒng)研發(fā)中的技術(shù)狀態(tài)管理[J].航空制造技術(shù), 2008, (9): 82-88.

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[4] 袁家軍.神舟飛船系統(tǒng)工程管理[M].機(jī)械工業(yè)出版社,北京, 2006.