集成化背景下的航天裝備研發與管理模式策略研究

翟磊、郁立勇、鐘英鵬、南宮自軍、常新月 /中國運載火箭技術研究院

隨著電子技術、信息技術、網絡技術的飛速發展，未來航天裝備呈現智能化、網絡化、自動化的發展趨勢，其設計模式也由傳統的分立式單機設計向集成化設計模式轉變。因此，如何建立一種適用于集成化背景下的航天裝備研發與管理模式，形成可將集成化產品研發過程中的設計、工藝、質量、制造、持續改進等環節高效整合的管理體系顯得越來越迫切。本文通過調研國內外集成化背景下的研發與管理模式，梳理了集成化產品在研發與管理模式下的發展脈絡和發展策略，構建了適用于集成化背景下的航天裝備研發與管理模式，該模式能夠整體提升航天裝備系統的研制效率，并降低研制成本，全面促進航天裝備領域高質量發展。

一、航天裝備集成化研發與管理現狀及發展趨勢分析

目前，國外在集成化研發設計和工作管理方面取得了顯著性成果，在航天裝備研制中實現了階段式、跨越式的發展。而國內在軍事科研領域可參考、成體系化的產品集成化設計及管理上研究成果較少，且研究非常分散，不利于吸收與借鑒。

在集成化研發設計方面，國外在運載火箭、衛星與高超聲速武器等產品上采用總線、商業可實現（COTS）器件、標準化模塊和接口實現了電氣系統的集成化設計，代表了現代航天及武器裝備領域發展的新高度；國內則以功能模塊化、通用化、組合化的集成化設計理念逐漸嶄露頭角，將子系統中的電子設備集成設計，減少系統內冗余、降低成本、提高系統可靠性等諸多優點受到國內多家設計單位的青睞。

在集成化管理模式方面，國外積極推進高科技領域的研究和開發，所取得的成就得益于龐大而細致的項目規劃及先進的管理思想與工作模式，典型管理模式有臭鼬模式、跨職能集成產品團隊模式；國內因受原有組織架構和配套關系的約束，多數設計單位還處于在原有傳統研制管理模式下開展集成化設計。

在分析航天裝備集成化研發與管理現狀的基礎上，為建立一種適用于集成化背景下的航天裝備研發與管理模式指明方向，需要進一步研究分析航天裝備集成化的未來發展趨勢。

一是智能化、信息化、數字化的要求。表現在航天裝備某系統由單一制導控制功能向數據鏈信息通信、智能狀態監測、數字化工程等復雜功能的綜合平臺轉變。

在集成化管理模式方面，國外積極推進高科技領域的研究和開發，所取得的成就得益于龐大而細致的項目規劃及先進的管理思想與工作模式，典型管理模式有臭鼬模式、跨職能集成產品團隊模式；國內因受原有組織架構和配套關系的約束，多數設計單位還處于在原有傳統研制管理模式下開展集成化設計。

二是系列化、模塊化、通用化的要求。體現在依托“基本型”的集成化裝備型譜系列化、基于“功能性劃分”的集成化裝備模塊化，以及引入“定成本裝備”設計理念的平臺和零部件通用化設計與應用方面。

三是市場化、低成本化、快反應的要求。集成化裝備面臨市場化轉型關鍵時期，建立高效的市場化運營機制和激勵體制，依托“新技術、新材料、新工藝”的低成本化產品開發是提升競爭力的重要途徑。

四是測試性、維修性、保障性的要求。集成化裝備的測試實現、維護難易程度和維護成本直接影響裝備的使用性能。根據集成化裝備產品的不同類型、不同使用要求和不同制約條件對系統測試性、維修性和保障性進行設計，以提高裝備的戰斗性能。

二、航天裝備集成化背景下研發與管理模式策略

1.集成化研發模式策略

集成化系統的重要特征是采用通用的模塊、操作系統和標準的數據總線，構成一個實現信息交換和處理的整體架構。集成化設計對航天裝備的發展具有重要的推動作用，具體體現在以下幾個方面。

一是集成化設計滿足裝備信息化的發展需求。航天裝備使用的信息化依賴系統一體化綜合電子系統的性能提升和軟硬件集成設計技術發展。航天裝備集成化設計可實現多系統功能融合和設備間高速通信，為實現系統聯合應用和航天裝備精確可靠提供全面支持。二是集成化設計滿足裝備系統技術的發展方向。一體化綜合集成設計是航天裝備系統設計的必然趨勢。集成設計可滿足裝備小型化、智能化、超遠程、高精度等技術的發展需求，未來的裝備電子系統將具有極強的可互操作性、可移植性及具有對模塊和技術更新的“即插即用”能力。三是集成化設計滿足系統演進規律的發展趨勢。信息技術和封裝組裝技術的飛速發展促進系統形態由“分立系統”向“一體化系統”演進，降低系統耗能和對空間的依賴。

中國運載火箭技術研究院在國內外集成化設計現狀總結分析基礎之上，創新性提出兩種適合航天裝備未來發展的集成化研發模式。

（1）基于開放式架構的模塊化集成系統

基于開放式架構的集成系統以標準總線、硬件模塊化、軟件構件化等為特征，可以實現系統的開放式集成設計。開放式架構具有較好的擴展性，有利于系統的維修保障。典型的基于開放式架構的集成系統如圖1 所示。

圖1 開放式架構集成系統示意圖

（2）基于功能融合的綜合集成系統

以硬件資源重復定義、軟件可重構、功能深度融合等為特征，可實現系統的綜合集成設計。綜合集成系統有利于實現系統的小型化，有利于系統功能的深度融合。典型的基于功能融合的綜合集成系統包括計算機和智能手機等。

2.集成化管理模式策略

研究院通過調研多家航天裝備總體單位在集成化設計背景下的管理模式，獲取了很多較先進手段。例如，將預研開發與項目研制剝離，提高預研項目的創造性和新技術應用；將設計流程進行扁平化管理，提高設計效率；產品生產引入競爭，將項目競爭壓力轉移至單機產品指標的競爭中，從根本上提高系統的品質和性能；地面試驗進行統籌性策劃，用仿真設計與試驗驗證相結合的方式降低研發成本，并加強過往試驗數據的挖掘，進一步指導產品開發。

通過借鑒總結，為實現組織優化、設計高效、管理渠道通暢、質量控制有效、計劃調度清晰，產品批產能力強，生產周期短，產品成本低，維護保障好，綜合作戰效能高等目標，提出適合航天裝備未來集成化設計發展的管理模式建議。

（1）適應技術開發的快速研發管理模式

通過建立在同一協同設計平臺上的聯合研制模式設計團隊，提高系統的高度融合設計，減少系統間接口關系及信息不對等，做到上下游無縫連接，縮短研制周期。以航天裝備項目研制為主導，以設計需求為導向，整合項目管理人員，建立新型管理體系、引入市場競爭機制，由設計師系統參與選擇，擇優錄取。建立信息化管理平臺，規范化管理人員、設計、流程，縮短設計、管理鏈條，做到扁平化管理，建立規范化設計和統一數據源，避免因組織壁壘導致的技術不一致。加強項目和技術的快速決策，新產品的正確決策和快速開發決定了企業在競爭中的成敗，通過與競爭產品的比對分析，確定差異化競爭策略，確立競爭優勢。采用產品化的研發思路，產品開發策略發生本質變化，由“以項目為核心”過渡為“初步形成產品平臺和技術平臺”，再發展到“以平臺為核心的快速開發”，策略變化的目的是建立系列化產品，以滿足不同項目和市場的需求，充分運用有限研發資源創造最大價值的戰略目標。

技術開發研制流程（見圖2）與傳統設計模式不同，采用項目制的開發與管理制度。由航天裝備總體單位發布技術需求，總體專業與分系統組建項目研發團隊，開展技術方案策劃和項目實施。項目的驗證和方案修改由項目負責人全權掌控，當技術得到驗證后，進行成果固化和技術轉化。

圖2 技術開發研制流程

（2）適應項目應用的全流程、精細化管控模式

實施滿足企業持續發展的精細化產品戰略管理，在項目研制的全生命周期內，針對不同階段的設備制定差異化的管理策略，根據不同產品的戰略定位，分別確定其開發優先等級和設計精度等級，從而實現優化資源組合和合理應用資源。建立基于信息化、數字化管理的精細化研發體系，打造面向研發全過程的協同產品開發管理平臺，支撐產品系列化、模塊化開發戰略，提高總體對全系統的把控能力，提升產品研發知識的重用能力。加強質量問題報送、閉環處置管理及設計變更管理，在工程設計中建立質量問題反饋途徑、形式和機制，對設計、工藝、制造、售后服務各階段反饋的質量問題進行全過程閉環處置管理，對設計更改及閉環更改過程進行實時動態監控，并實時動態統計設計更改的貫徹落實情況。建立多定點的產品研制和清晰的責任分工制度，為提高總體性能指標，在分系統中引入競爭機制，從項目管理角度嚴格控制總體、分系統、單機三層單位，嚴格杜絕分系統再次向下分包設計單位，明確區分總體指標、分系統集成化產品設計、器件生產三個工作。

航天裝備項目應用的全流程、精細化研制流程仍沿用傳統的初樣、試樣、定型階段，淡化可行性論證階段和方案階段，可根據技術開發而形成的成果，快速進入初樣研制。

通過集成化背景下的航天裝備研發與管理模式的研究與實踐，雖然在某航天裝備項目實踐應用中取得了很大成效，但在模式的推廣應用方面還存在一定的差距和不足，與裝備項目研制深度融合不夠，后續要繼續開展集成化背景下的航天裝備產品化工作模式探索和實踐，對實踐經驗進行提煉、總結，固化工作方法、工作流程和管理制度，以期在更多的航天裝備項目中進行推廣應用，從而構建以通用產品、標準架構選用為基礎的項目系統集成研制模式，實現產品與項目雙驅動科研生產模式的轉型升級。

三、實踐應用

適應技術開發的快速研發模式不再單獨隸屬于某一航天裝備項目，可以實現各航天裝備項目之間技術通用，同時技術主線與項目主線并行的模式也不會影響成熟裝備項目的研制，同時可以提供更多創新性、顛覆性的新技術，實現技術和產品的多元化。而適應項目應用的全流程、精細化管理模式，可根據技術開發而形成的成果，快速進入初樣研制，縮短研制周期，全流程清晰的責任分工也有助于質量管控。

在該集成化研發與管理模式的成果指導下，某航天裝備項目采用適應技術開發的快速研制模式，實現了總體、電氣、結構、控制、軟件等多專業集成優化與融合，將項目方案論證到飛行試驗的研制周期壓縮了近1 年，聯合研制團隊可實現高效的管理，有效打破利益壁壘，大大節約了管理和開發成本，相比同類項目實現了直接成本縮小30%。研制開發的開放式架構集成系統改變了傳統單機研制模式，產品的體積和重量壓縮超過50%，大大提高了裝備綜合性能。

此外，通過推動裝備系統級型譜的系列化建設和單機級產品的模塊化發展，形成了多項高集成化設計，推動研制模式轉型，實現低成本、通用化、快速研制，固化管理模式與體系，為國家提供“好用”“管用”“實用”的優質產品。

通過集成化背景下的航天裝備研發與管理模式的研究與實踐，雖然在某航天裝備項目實踐應用中取得了很大成效，但在模式的推廣應用方面還存在一定的差距和不足，與裝備項目研制深度融合不夠，后續要繼續開展集成化背景下的航天裝備產品化工作模式探索和實踐，對實踐經驗進行提煉、總結，固化工作方法、工作流程和管理制度，以期在更多的航天裝備項目中進行推廣應用，從而構建以通用產品、標準架構選用為基礎的項目系統集成研制模式，實現產品與項目雙驅動科研生產模式的轉型升級。