宇航元器件应用验证系统工程方法实践与探索

杜卓宏，付琬月，丁丽娜，张雷浩

(中国航天宇航元器件工程中心， 北京 100094)

为实现型号关键元器件100%自主可控的工作目标，型号任务选取了关键元器件进行研制攻关及开展应用验证工作，并快速推进新研元器件的工程应用。针对具体型号一次大批量安排国产元器件新研并上星使用存在的未知风险，确保工程目标顺利实现，将元器件应用验证工作作为重要抓手并设立专项进行管理。宇航元器件应用验证作为自主可控工程的重要组成部分，是新研元器件在工程应用前开展的一系列试验、评估和综合评价工作，以确定元器件研制成熟度和在宇航工程中应用适用度，并综合分析评价得出其可用度。应用验证搭建了宇航元器件研制和应用之间的桥梁，应用验证结论是元器件研制及应用管理的重要技术支撑，应用验证对于促进我国宇航元器件的自主研制、提升自主创新和自主保障能力具有重要的战略意义[1]。

元器件应用验证经历了工程系统研究、总体技术研究和基础技术研究等阶段[2-10]，借鉴前期相关应用验证项目管理方法和宇航元器件应用验证的理论研究成果，将系统工程理论和项目管理方法应用于该专项的管理中，顺利完成了部分新研国产化元器件应用验证工作，并取得航天器型号大规模成功应用的阶段性成果。通过实践、持续分析、归纳应用验证专项项目管理的特点，不断总结经验完善管理，初步建立一套基于具体航天器型号应用、紧密结合型号研制及应用的宇航元器件应用验证项目实施管理模式，有效推动新研宇航元器件的应用验证和型号快速批量应用。

1 元器件应用验证专项系统工程属性分析

型号元器件应用验证专项包含数十余类元器件品种，涉及数十个元器件研制单位及用户单位、数百种应用状态；涉及元器件研发与制造、质量保证、宇航项目系统与工程、质量管理和项目管理等多个领域；涉及多类型、多品种元器件的特性分析和应用评估，涵盖了综合评价技术、流程设计技术、项目管理技术、质量管理技术、平台构建技术、结构分析技术、极限评估技术、空间环境适应性评估技术、系统适应性评估技术和验证测试技术等多项研究任务；包括了宇航型号系统、用户单位、生产单位、验证实施单位、专家团队和第三方鉴定机构等多方参与。应用验证专项系统规模庞大，内部层次结构嵌套复杂，影响因素众多且有较多的不确定性，具有明显的有复杂性、层次性、整体性、工作匹配性等系统性特征。针对这些系统性特性，采取针对性管理措施是解决项目管理难点问题的有效方法。

2 针对系统工程属性的项目管理解决方案

2.1 复杂性解决方案

2.1.1分期分批实施，解决管理复杂性

专项对配套元器件功能性能指标提出了更高的要求，元器件品种数量大幅增加，关键元器件质量等级要求高。但当时，诸多关键元器件研制及配套能力不足，质量水平亦有差距，需逐步完成元器件研制并实施元器件应用验证。根据卫星型号应用需求和研制特点，明确目标，急用先行，分批次开展元器件应用验证工作。选取研制基础较好、型号需求紧迫的第1批元器件组织实施应用验证并进行示范，充分总结第1批应用验证实施技术和管理成果推广至后续的第2批、第3批应用验证任务中。按照“验证一项、合格一项、应用一项”的实施思路，逐批装机使用，稳步推进，最终实现关键元器件100%自主可控的工作目标。

2.1.2以成熟产品和成熟应用为目标，通用验证和典型验证相结合，解决技术复杂性

验证元器件类型繁多、产品特性及应用环境各异，元器件产品定义和性能参数表征、元器件应用环境适应性等重点验证要素方面技术储备不足，全面充分验证并确保型号成功应用难度极高。结合该任务的特点具体分析，在满足项目工程目标的基础上，为了降低元器件应用验证相关判据的确定难度，采取将国产新研元器件对应型号规格的进口元器件性能指标作为参考标准，在元器件评估试验中充分开展与进口元器件标准、产品手册和实物的比对测试及数据分析，系统梳理元器件性能参数与进口元器件之间的差异，结合元器件具体使用环境，有针对性地提出应用建议和要求。同时，基于对型号任务分析和新研元器件特点分析，根据元器件固有关键性能指标和参数范围，参考元器件应用需求和用户关注技术要素，确定通用验证评价指标、要素和试验方法。识别并确定关键典型应用状态，模拟实现功能、应用电路和参数应用范围，确定典型验证评价指标、要素和试验方法两相结合，提高应用验证充分性和有效性；在应用验证结论中注意明确国产化产品可用的边界条件及适用范围，确保科学性、合理性。

2.2 层次性解决方案

2.2.1技术分解层次性

在元器件应用验证方案设计方面，在型号国产化元器件应用验证专项总体实施方案的顶层方案指导下，按元器件类别制定应用验证总体技术方案，根据总体技术方案分别设计元器件评估试验方案、元器件板方式典型验证方案、元器件板方式通用验证方案、元器件装联验证方案等3级方案，并针对元器件结构编制元器件结构分析方案，指导元器件应用验证工作。应用验证方案采用4级方案架构，各级方案的技术指标要求见表1。

表1 应用验证方案架构

2.2.2验证结论多样性

结合国产化元器件已有基础和特点，采取分类处理、选取典型、覆盖用户、覆盖型号和覆盖元器件的方法，应用验证实施包含元器件阶段和地面整机2个阶段：

1) 元器件阶段充分利用鉴定检验数据，开展与元器件固有特性相关的结构分析和元器件评估试验。

2) 地面整机阶段优化整合为5个与型号应用密切相关的项目，包括空间环境适应性验证、电气环境适应验证、热环境适应性验证、装联验证和软件及开发环境验证。

每项元器件完成试验验证任务，总结归纳数据并形成元器件应用验证报告，应用验证报告是元器件应用验证工作的总结与提炼，是各项元器件应用验证结论的重要依据，通过对各项元器件评估试验、板级及系统级试验、空间环境适应性试验及板级装联验证试验结果进行分析归纳，综合评价得出元器件“宇航型号可用”、“宇航型号有条件使用”、“宇航型号不可用”的结论。在元器件应用验证报告基础上编制元器件应用指南，有效指导元器件的设计使用。

2.3 整体性解决方案

2.3.1管理整体性-基于工作阶段分解的各方定位

应用验证项目分阶段组织管理流程如图1所示，对应用验证项目的时序具体分析，定义验证项目分为需求分析、方案制定、实施与控制、总结4个阶段。元器件应用验证涉及系统多、环节多、领域宽，涉及型号总体单位、元器件整机单位、元器件研制单位等，多方参与、统一实施、用研结合是保证项目成功的关键。

2.3.2技术整体性-基于项目管理方法的技术责任分解

项目的实施由应用验证总体单位牵头，协同元器件研制单位、元器件用户单位共同开展应用验证工作，自主可控专家组和型号项目办全程参与并对关键质量点评审把关。为充分发挥各参研单位职能部门的管理优势，实现应用验证项目多方参与高效协同的集成管理，确定项目组织分工并明确各方技术责任：

1) 元器件应用验证中心作为项目的技术总体单位，负责梳理并提出元器件应用验证需求、组织编制各级应用验证方案、开展任务的技术分解与实施、形成元器件应用验证报告，并组织编发元器件应用指南。

2) 元器件研制单位负责国产元器件的研制攻关、处理元器件技术及质量问题，按总体单位要求完成元器件评估试验，参与元器件应用验证任务实施并对应用验证结论确认。

3) 元器件用户单位按总体单位要求完成元器件板级及系统级验证，参与元器件应用验证任务实施并对应用验证结论确认。

4) 专家组参与需求分析与对接，参与项目的论证、检查、评估和验收等工作。负责工程实施阶段技术方案、状态控制、质量监理的咨询、指导和把关等。

5) 项目办作为型号的总体单位，参与制定元器件应用验证方案，并对元器件应用验证结论确认。

实践证明，运用项目管理的方法实施批量元器件应用验证，一方面将元器件研制与型号应用紧密结合，推动元器件产品和型号应用的“双向成熟”；另一方面，元器件在应用环境中相互耦合、互相影响，批量实施元器件应用验证将有效解决新研元器件应用过程中出现的问题，提升元器件固有及使用水平。

图1 元器件应用验证项目实施流程

2.4 工作匹配性解决方案

应用验证项目具有依附性，与元器件研制和型号应用紧密联系并交叉耦合，需适应我国宇航元器件研制和应用的管理环境和技术环境，针对我国宇航元器件研制和应用特点开展项目管理工作。在元器件应用验证前期，需充分调研元器件研制状态及具体使用环境和要求，有针对性地制定元器件应用验证方案并按技术责任分工组织应用验证任务实施，归纳总结元器件应用验证数据编制元器件应用验证报告。元器件应用验证工作是对型号用国产新研元器件研制工作及产品质量的再评价、再确认，需充分利用对宇航元器件应用研究的技术成果，发挥专家和优势应用单位的技术能力，科学合理评价；应用验证结论可以作为型号应用的有效输入。宇航元器件应用验证需充分考虑元器件功能和性能指标的合理表征，质量可靠性评价，与多种应用状态、条件和环境等匹配性分析，不断积累总结技术和管理经验，逐步实现型号用宇航元器件自主可控目标。

3 取得效果

该应用验证专项组建了应用验证项目管理队伍，宇航元器件应用验证中心为总体技术单位，相关元器件研制单位全程参与应用验证工作，单机承研单位是典型板级及系统级验证的主要承担单位，自主可控专家组支撑应用验证及工程应用，并对技术咨询及决策提供支持。应用验证中心、元器件研制单位、用户代表单位和相关元器件检测及标准化专业机构提供验证的有关资源和条件，应用验证方案和结论统一由应用验证中心提出，经型号卫星系统、单机用户、元器件研制单位和专家组等各方认可。在项目管理方面取得的创新性成果如下：

1) 国内首次创建基于重大航天工程牵引，实施规模化应用验证的工作模式，为规范、有效开展宇航元器件应用验证提供示范。

以卫星应用为依托，运用系统工程方法，建立多方协同、集成研讨、专家群决策、各方认可的应用验证实施模式，初步达到验证结果科学、全面、普适。只用一年多时间完成了第一批新型国产化元器件的应用验证，将元器件完成鉴定到型号批量装机应用的周期大幅缩短，实现国产新型元器件批量验证、快速应用和风险可控。

2) 通过工程实践，在宇航元器件应用验证项目管理技术、元器件结构及工艺合理性评价技术、微波功率场效应管环境适应性验证方法、应用指南开发方法等方面取得了创新性成果。

将元器件应用验证流程与元器件研制、卫星研制流程紧密结合，实现关联协同；探索实践跨单位、跨地域的团队管理和资源、经验共享，提高了效率和效益；应用验证技术在实践中完善了细节、优化了方法，已获多项专利，初步完成由技术研发到工程应用的转化，为全面推广创造了条件。

4 结束语

在系统工程理论的指导下，运用项目管理方法组织实施了3批共200多项国产化元器件应用验证，实现了我国大规模宇航元器件应用验证的工程实践，探索解决了元器件应用验证涉及的复杂性、层次性、整体性和工作匹配性等系统工程属性的管理方法，优化了项目管理流程和模式，带动了我国宇航元器件研发和产品保证理念提升，确保国产新研元器件在型号的顺利应用，大幅提升国产宇航元器件研制和应用的技术水平及管理水平，有力推动宇航元器件自主保障能力提高。