運載火箭測試發射工藝流程逆流程研究

鄭玉航，熊 鵬，孫 鵬，夏朝輝

(中國人民解放軍火箭軍工程大學，西安 710025)

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【裝備理論與裝備技術】

運載火箭測試發射工藝流程逆流程研究

鄭玉航，熊 鵬，孫 鵬，夏朝輝

(中國人民解放軍火箭軍工程大學，西安 710025)

針對運載火箭在測試發射任務中由于發射任務變更或發生故障所導致的運載火箭狀態變更和逆向活動處理的問題，結合運載火箭測試發射工藝流程，提出了逆流程的概念和內涵，描述了基本逆流程的信息流向；說明了運載火箭測試發射工藝流程逆流程設計所遵循的一般原則；重點研究了運載火箭測試發射逆流程設計所使用的模塊化設計方法、流程優先矩陣法、主關鍵路徑等逆流程設計方法。

運載火箭;測試發射;逆流程

運載火箭系統是一個復雜系統，它是由若干相互聯系，相互依存，相互作用的分系統結合而成、具有特定功能的有機整體。測試發射工藝流程是運載火箭工程研究的一項重大關鍵課題。測試發射工藝流程是指在從航天器進入發射場至火箭發射升空之前這段時間內，包括各系統參加發射任務的物流方向(或工藝路線)、關鍵技術狀態、主要的工作項目及先后次序、實施場所、宏觀時間安排及品質安全控制關鍵節點等內容的總體技術方案。它對發射場系統的總體布局、設施設備的技術方案和任務的具體實施起著決定性作用，規范著各大系統在發射場的全部技術準備和發射活動[1]。

1 逆流程構建必要性分析

運載火箭測試發射流程一般分為5個階段：技術陣地單元測試階段；技術陣地轉場撤收階段；發射陣地匹配測試(分系統測試、系統匹配檢查)階段；總檢查階段；加注發射階段。運載火箭測試發射工藝流程大多只考慮了完成測試發射各階段所需各項活動，以及基于測試發射各項活動所構架的使用流程，如圖1所示。

圖1 測試發射工藝流程網絡

對運載火箭測試發射工藝流程進行的研究考慮更多的是測試發射流程的設計和優化。史建偉，蔡遠文等為提高發射效率、縮短測試時間、優化測試流程應用HTCPN(層次賦時著色Petri網)建立了測試發射過程模型[2]；董學軍，陳英武等提出了基于混合粒子群的航天器發射工藝流程優化方法[3]。通過分析相關文獻，現有測試發射工藝流程僅考慮了測試發射的正向流程，并未對運載火箭出現故障或者由于任務變化所引起的逆向活動進行分析研究，而對運載火箭相關部件和系統的分離工作，易增加操作使用時間消耗，并對操作使用過程人力、物力資源的損耗和運載火箭本身品質造成不必要的影響。

針對運載火箭發生故障所進行的相關研究多是故障診斷相關理論和技術方面的研究，黃敏超等針對液體火箭發動機(LRE)的故障檢測和隔離提出了基于模糊神經網絡的方法[4]；黃強等根據液體火箭發動機傳感器故障特性，提出了能夠有效提高發動機故障檢測方法的數據恢復算法[5]；張翔提出基于聚類分析的故障程度評估方法對運載火箭發動機穩態過程的故障進行檢測與評估[6]。這些文獻并沒有提到在運載火箭遇到故障時，通過何種逆向活動對火箭進行處理，也沒有對故障診斷過程時間消耗和資源浪費進行分析。

對測試發射工藝流程進行相關研究的同時，也應當對逆向流程進行研究和改進。對逆向流程進行管理，是目前測試發射工藝流程亟需解決的關鍵問題之一。要解決這個問題，需引入逆流程管理的思想，以適應運載火箭發生故障或任務變更所開展的逆向處理活動及對逆向處理活動進行的分析和相關研究。

2 逆流程概念和內涵

2.1 流程基本概念

Hammer認為流程是把一個或多個輸入轉化為對顧客有價值的輸出活動；Davenport則認為流程是利用企業的資源達到預定目標的一些邏輯相關活動；Kaplan將業務流程定義為一系列相互關聯的活動、決策、信息流和物流的組合； ISO9000規范將業務流程定義為一組將輸入轉化為輸出的相互關聯或相互作用的活動。

流程管理是一種以規范化的構造端到端的卓越業務流程為中心，以持續提高組織業務績效為目的的系統化方法，包括流程分析、流程建模與再設計、資源分配、時間安排、流程品質與效率測評和流程優化等[7]。

因此，根據流程管理的定義和內涵，結合運載火箭測試發射的特點以及測試發射工藝流程的定義，提出適用于運載火箭測試發射逆流程的定義及管理思想。

2.2 運載火箭逆流程定義

逆流程是用來規定導彈、航天器和運載器等航天產品在進入發射場參加發射時，發生故障或者任務發生變更而開展的逆向活動。包含了逆向物流方向(或工藝路線)、關鍵的技術狀態、主要工作項目及場所、各系統間及單個項目間的相互關系和先后次序、時間安排及品質安全控制關鍵節點。從整個流程定義的角度來看，逆流程屬于測試發射工藝流程的一部分。

逆流程管理是以規范化的構造導彈、航天器和運載器等航天產品測試發射逆向流程為核心，以持續提高逆向流程效率、降低逆向流程資源損耗為目的，是一種針對測試發射逆向流程的系統化的持續性方法。按照“流”的連續性、通暢、簡捷原則對故障診斷和任務變更過程中的各個活動和環節進行緊密連接、貫通、有機組合或集成，使之安全性能得到提升、效率得到提高。

2.3 逆流程構建時機

導彈、航天器以及運載器等航天產品構建逆流程的時機主要有以下兩種，以運載火箭為例：一是運載火箭在測試發射過程中遭遇故障，需對其進行逆向處置，涉及到部件或分系統的分離，并對相關故障部件或分系統進行故障診斷和排除。二是運載火箭任務發生變更，其中任務變更主要受環境因素影響，任務不能立即進行執行，需要進行相應任務延后或取消，這就需要對運載火箭進行逆向處置，即對相應部件進行分離并使其返回原貯存區域。

2.4 基本逆流程

通過對運載火箭測試發射工藝流程的分析，以下三個區域需要進行逆流程處置，即技術區、轉運轉載區和發射區。逆流程處置劃分的階段為技術陣地單元測試階段；技術陣地轉場撤收階段；發射陣地匹配測試階段(分系統測試、系統匹配檢查)；總檢查階段；加注發射階段。

結合運載火箭逆流程構建的時機和測試發射工藝流程，得到如圖2所示的包含逆流程的測試發射流程網絡圖。

圖2 含逆流程的測試發射流程網絡

3 逆流程構建的一般原則

運載火箭系統的復雜性，使得運載火箭系統逆流程的建立影響因素多，涉及面廣。建立逆流程必須遵循以下原則：

1) 安全性原則

運載火箭逆流程設計，其上各類儀器設備較多，甚至某部件已經出現故障，因此，要考慮安全，必須首先考慮運載火箭各分系統的完好性和可靠性，滿足產品品質要求，減少不必要損耗；在出現故障時，保證各分系統的安全可靠，也有利于查找并排除故障。

2) 可操作原則

運載火箭測試發射逆向流程是運載火箭發射場的一項具體工作，在進行逆流程設計的同時必須考慮發射場實際環境和保障人員的具體實際，確保在保障人員的操作下，能夠使得運載火箭逆向活動順利完成。

3) 系統性原則

系統性原則也可以稱為整體性原則，逆流程應能全面反映逆向過程的一系列活動。以實現運載火箭使命任務為著眼點，從運載火箭本身特性、運載火箭系統和外部環境等方面出發。在建立逆流程時，要求將整個逆向過程視為一個整體，協調運載火箭各分系統及各輔助系統在逆向活動中的相互關系，以及在逆向過程不同階段的相互聯系，使運載火箭測試發射逆流程完整、平衡、銜接緊密，保證所建立逆流程的全面性和可信度。

運載火箭發射任務需要發射場提供組織資源、人力資源、技術資源、勤務保障資源、場地資源、地面輔助設備資源等。逆流程每一項活動的逆向流動均需要利用不同的資源來實現，因此在逆流程的設計過程中需要考慮各種資源約束情況，降低資源消耗。

5) 時限性原則

逆流程設計的目標之一就是在保證產品品質的基礎上，合理安排測試發射活動中各逆向活動，盡可能縮短所需時間，這就要求逆流程設計的效率得到提高，在盡可能少的時間內完成逆流程各項活動。在設計時要考慮每項活動所需最長時間和最短時間，找出耗時最短的關鍵路徑，同時留有充分的余量時間，使得在逆向處理過程中遇到干擾，有進行調整的余地。

4 逆流程設計方法

運載火箭測試發射逆流程是以測試發射活動中的逆向活動為主要研究對象，而測試發射逆向活動面向多個分系統并行工作，場地分散。因此，在逆流程設計時采用整體思維方式，對逆流程進行科學有效的規劃，識別出流程的運行關鍵節點，避免逆流程設計全面開展時失去方向及目標。在運載火箭測試發射逆流程的設計中，主要采用模塊化設計方法、流程優先矩陣法、主關鍵路徑等方法進行逆流程設計。

4.1 模塊化設計方法

模塊化是為了取得系統最佳效益，從系統觀點出發，研究系統(或產品)的構成形式，用分解和組合的方法，建立模塊化體系，并運用模塊組合成系統(或產品)的全過程。

針對運載火箭測試發射逆向活動模塊化的問題，將直接組成為逆流程不同階段的基礎逆向活動(火箭各部件分離、檢測、轉場、推進劑退液、發射異常等)進行分解，并建立模塊化逆流程體系。同時，將逆流程所需的各項保障活動根據任務不同也相應的進行模塊化劃分，作為逆流程的保障支持流程，測試發射逆流程分階段模塊化如圖3所示。

畢竟，即便是模擬攝影也是把世界分割為矩形的二維照片，源于電磁波譜在瞬間里的片斷——離散的片斷。每一個片段，即照片，從事物的表象上攫取了一段記錄，但那不過是冰山一角，其背后是一個復雜的、變幻的、多層次的物質體系與概念系統。[1]191里奇用一段雋永的文字描述當下數碼—量子世界的不確定性，更多地把目光投向不確定的未來。他說：

圖3 測試發射逆流程分階段模塊化圖

按照上述方法對整體逆向活動進行模塊化處理后，再對各階段逆向活動開展更細化的模塊化處理。例如，對總檢查過程中出現故障時所開展的逆流程進行模塊化處理，需要對運載火箭各分系統進行檢查，包括控制系統、遙測系統、外安系統、動力系統、地面保障系統等分系統流程，具體到每個工作項目，如圖4所示。

模塊化流程設計方法的實質是對流程的分解組合，測試發射逆流程的設計是一個自下而上的過程，首先對底層各分系統逆流程進行設計，通過不斷組合形成上一級逆流程，從而設計出整個運載火箭測試發射逆流程。

圖4 測試發射逆流模塊圖

4.2 流程優先矩陣(The Process Prioritization matrix)

根據測試發射逆向活動開展的情況，以及各階段逆向工作流程對整體逆流程重要性的影響，通過對相關流程進行分析識別，按照以下步驟進行操作：

1) 根據運載火箭測試發射逆流程，按照模塊化設計方法對各階段的逆流程進行梳理，建立明確的逆流程運作體系。

2) 依據測試發射逆向活動的情況，選取對整體逆流程產生影響的相關因素指標作為逆流程關鍵成功因子(Critical Success Factors，簡稱CSF)。然后將逆流程分為與CSF直接相關的流程(Directly Related，用D表示)、間接相關的流程(Indirectly Related，用I表示)和不相關的流程(Unrelated，用U表示)。而后令D為3，I為2，U為1，將相應的D、I、U填入矩陣中表示為Qij。矩陣的“行”表示流程，“列”表示關鍵成功因子。

3) 測試發射逆流程關鍵成功因子主要包含產品性能、系統性能、本系統影響、整體流程影響等方面。而后對逆流程產生影響的相關因素進行識別，并按照關鍵因子打分評價。表1為部分逆流程相關因素的評價結果。

表1 流程影響因素重要性分析示意表

4) 按照評價結果，將所有逆流程相關因素關鍵因子值填寫到逆流程優先矩陣中，每一行的總量反映了該相關因素對于運載火箭測試發射逆流程的重要性程度，如表2所示。

表2 流程優先矩陣

4.3 主關鍵路徑法

關鍵活動是運載火箭測試發射逆向活動的決定性因素，主關鍵路徑是運載火箭測試發射逆向流程的主線，貫穿測試發射逆向活動的整個過程。

主關鍵路徑的設計，必須把握運載火箭逆向活動的核心要素，滿足運載火箭逆向活動的品質要求。把握核心要素，是指在設計逆向流程時，分清直接作用于運載火箭的活動和為測試發射逆向活動提供支持保障的活動。運載火箭測試發射逆向活動具有橫向連貫性，因此在逆流程設計過程中不能缺失關鍵活動環節。

主關鍵路徑的設計在模塊化設計和優先矩陣設計的基礎上進行，將重要程度高，關聯性強的流程作為關鍵活動流程。

測試發射工藝流程關鍵逆流程的設計安照下列步驟進行：

1) 確定關鍵時間節點

關鍵時間節點是整個逆流程的階段劃分，如圖5所示，根據運載火箭測試發射工藝流程及運載火箭的性能特點，將逆流程分為發射區測試、綜合檢查、分系統測試和單元測試四個階段，其中共設置射前異常、火箭推進劑泄出、垂直轉運、星箭分離、各分系統分離和產品出場等六個關鍵節點。

圖5 運載火箭測試發射逆流程關鍵節點示意圖

2) 選擇主關鍵路徑

在運載火箭測試發射逆向活動中，多個分系統并行開展工作，因此要選擇相關活動所需時間長、重要性高的分系統流程作為主關鍵路徑，從而構建運載火箭測試發射逆流程的整體框架，根據各分系統在不同階段、不同任務中工作內容不同，主關鍵路徑的選擇也不完全相同。

3) 核心逆流程繪制

根據設置的關鍵時間節點和主關鍵路徑的選擇，繪制出核心逆流程。在核心逆流程的基礎上，梳理所有的輔助活動、重要活動以及制約活動，按照規定的時間節點及其相互制約進行有序融合，最終設計出運載火箭測試發射逆流程，如圖6所示。

圖6 運載火箭測試發射逆流程

5 結束語

運載火箭測試發射是一項系統、復雜的工作，在此過程中任務發生變更或者裝備出現故障時，能夠采用合適規范的逆流程進行處理，對于裝備、人員和場地的安全，以及效率的提高和資源的利用均具有重要意義。本文提出了逆流程概念和內涵，以及建立逆流程的基本原則，研究了逆流程設計方法，即模塊化設計方法，流程優先矩陣法和主關鍵路徑法，最后依據這三種方法繪制了運載火箭測試發射逆流程簡圖。本文提出的逆流程管理思想和設計方法也可推廣至其他航天產品的流程設計研究中去，對于裝備、人員和場地的安全具有重要意義。

[1] 崔吉俊.航天發射試驗工程[M].中國宇航出版社,2010.

[2] 史建偉,蔡遠文,崔曉陽.基于HTCPN的測試發射過程建模與仿真[C]//第13屆中國系統仿真技術及其應用學術年會論文集.北京：出版單位不詳，2011.

[3] 董學軍,陳英武,邢立寧.基于混合離子群策略的航天器發射工藝流程優化方法[J].系統工程,2011,29(2):110-117.

[4] MIN CHAO HUANG,BAO YU XING.LRE Fault Detection Based on Fuzzy Direction Neural Network[J].Applied Mechanics and Materials,2015,727:880-883.

[5] 黃強,劉洪剛,吳建軍.液體火箭發動機傳感器故障檢測與數據恢復算法研究[J].航天控制,2012,30(4):73-76.

[6] 張翔,徐洪平,安雪巖,等.基于聚類分析的液體火箭發動機穩態過程故障程度評估方法[J].導彈與航天運載技術,2015(4):24-26.

[7] 趙衛東.流程管理[M].北京:知識產權出版社,2007.

(責任編輯 周江川)

Research on Rocket Inverse Process of Test and Launch Process

ZHENG Yu-hang, XIONG Peng, SUN Peng, XIA Zhao-hui

(Rocket Force University of Engineering of PLA, Xi’an 710025, China)

Considering rocket state change and reverse activity caused by test and launch task change or malfunctions, combined with rocket test and launch process, the concept and connotation of inverse process were proposed, and the basic inverse process information flow were described. The common principles of the inverse process design for rocket test and launch process were explained. Some inverse process designing methods for rocket test and launch, such as Modular Design Method, Process Prioritization Matrix and Primary Critical Path were researched in detail. Finally, the inverse flow of test and launch of rocket was obtained.

rocket; test and launch; inverse process

2016-05-19；

2016-06-20

鄭玉航(1974—)，男，碩士，副教授，主要從事武器裝備自動測試及故障診斷研究；

熊鵬(1992—)，男，碩士研究生，主要從事武器裝備自動測試及故障診斷研究；

10.11809/scbgxb2016.10.011

鄭玉航，熊鵬，孫鵬，等.運載火箭測試發射工藝流程逆流程研究[J].兵器裝備工程學報，2016(10):51-55.

format:ZHENG Yu-hang, XIONG Peng, SUN Peng, et al.Research on Rocket Inverse Process of Test and Launch Process[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(10):51-55.

TJ7;V554

A

2096-2304(2016)10-0051-05

孫鵬(1973—)，男，碩士，副教授，主要從事進控制理論研究；

夏朝輝(1976—)，男，碩士，副教授，主要從事導彈控制、測試，及精確制導與仿真研究。