美国GPS III业务系统工程管理活动综述

靖德果　薛惠锋



美国GPS III业务系统工程管理活动综述

靖德果薛惠锋

近几年，美国第三代全球定位系统（GPS III）业务进展不顺，屡遭延迟。据报道，GPS III 8颗卫星中的第一颗将于2017年发射，比原计划推迟3年。

GPS III项目始于2006年。2008 年5月，该项目合同被授予美国洛克希德•马丁公司。在整个项目的发展过程中，美国国防部负责系统工程的副助理国防部长一直参与系统工程计划、需求管理、质量管理、技术和风险评估等各个方面的活动。国防部每年都发布系统工程年报，综合报告重要国防项目的系统工程管理活动。本文在国防部系统工程年报的基础上，综合了国防部采办指令、采办指南，以及第三方独立评审报告的相关内容，梳理了GPS III业务中的系统工程管理活动，分析了美国GPS III业务延期的原因，总结了美国GPS III业务运用系统工程管理的经验和教训。

执行概要

美国国防部指令规定，所有与系统工程有关的重大国防采办项目活动均由负责系统工程的副助理国防部长办公室监督，用以保证国防部在国防采办项目中运用系统工程原理及强有力的技术管理，为整个国防采办提供基于知识的决策支撑。GPS业务涉及数个重大国防采办项目（MDAP）及准重大国防采办项目（Pre-MDAP），处在不同的采办及开发阶段。重大国防采办项目是指，按照美国国防部采办指令（DoDI 5000.02）规定，以2014财年为基准，研发费用预计超过4.8亿美元或者采购费用超过27.9亿美元的项目。国防采办，是指针对武器（或其它系统）和供应（或服务）的一系列活动，包括定义概念、创意、设计、开发、测试、承包、生产、部署、后勤支持、变更，以及退役等过程，目的是为了在军事任务中使用，或者支持军事任务。2014财年（2013年10月1日至2014年9月31日），美国国防部负责系统工程的副助理国防部长参与的与GPS系统项目相关的主要活动有：2013年10月，深度参与年度GPS业务评审；2014年9月，参与军用GPS用户终端设备（MGUE）的系统设计评审、初始设计评审活动及一个项目评审，用以支持2015财年的年度GPS业务评审。评审结果表明，无论是GPS系统的下一代运行控制系统（OCX），还是GPS III卫星项目，都出现了开发延迟，并持续加大了GPS星座维持的风险。

项目指挥链

GPS项目的任务是获得、交付并维持可靠的定位、导航、授时（PNT）及核爆（NUDET）探测能力。这些功能是美国军队、盟友及民用领域所不可或缺的。GPS业务包括太空、地面及用户三个组成部分，并涉及数个重大国防采办项目，每个项目均有各自的范围和复杂程度。

GPS业务尚处于研制过程中的3个项目中，太空部分的GPS III卫星项目在签订开发合同时，研发与采购等全部项目费用预估为41.9亿美元，是重大国防采办项目。其项目指挥链如图1所示。

图1　重大国防采办项目的项目指挥链

该项目共有四级决策者，自上而下分别为：里程碑决策官（项目的最高决策人）、军部采办执行官、项目执行官、项目主任/副主任。此外，该项目还拥有国防采办委员会、总体集成产品组、工作集成产品组等3个决策支持体系。

里程碑决策官：由美国国防部负责采办、技术与后勤的副部长Frank Kendall亲自担任，是GPS III项目的最高决策人，所有重大里程碑的决策均需通过他的批准，然后记录在国防采办备忘录中。

空军采办执行官：由负责采办的空军助理部长William A.Laplante担任，他于2012年接替David Van Buren代理空军助理部长。

项目执行官：由Robert Mcmurry少将担任。他是空军航天项目主管，负责监管所有的GPS项目。

项目主任：据航空情报网站2012年9月25日报道，当时的GPS III项目主任是Todd Caldwell中校。

系统工程开发活动

系统工程计划（SEP）：2014 年8月，美国国防部负责系统工程的副助理国防部长批准了GPS业务及其相关的OCX和GPS III项目附件的系统工程计划。在没有撤销及偏离的情况下，项目办公室完成了上述两个项目系统工程计划的目标。军用GPS终端设备项目办公室更新了该项目的系统工程计划的附件，提供了系统工程活动更详细的计划以支持该项目采办策略的调整，并计划在2015财年的前期提交此附件。

需求管理：2011年2月，联合需求监督委员会（JROC）批准了GPS III项目的能力开发需求文件（CDD）。该文件提出了系统开发的能力需求。2014年6月，JROC批准了军用GPS终端设备项目的能力开发需求文件，项目需求合理稳定。GPS III的能力开发需求文件的需求已分解并分配到地面部分，即OCX项目及太空部分项目，并已将这些需求转移到了每个项目的系统性能规范中。军用GPS终端设备项目成功运用了技术开发阶段的原型机开发活动，体现了能力开发需求文件的要求，并更新了系统规范，与能力开发需求文件保持一致。

生命周期管理：项目管理方一直在评估采购方案，考虑的因素包括预算、采购品质及成本等，用以支撑GPS III卫星项目接下来的生产决策点，即里程碑C。

项目保护计划（PPP）：2014 年4月，国防部负责系统工程的副助理部长批准了项目保护计划。更新后的项目保护计划考虑了新的政策变化。项目正在执行获批项目保护计划文件中的程序。

系统工程技术评估活动

在评估活动方面，2013年12月，国防部负责系统工程的副助理国防部长参加了GPS业务年度评审的软件深度探查活动；并于2014年9月参加了军用GPS终端设备项目的系统设计评审（SDR）、初始设计评审（PDR），以及一个项目评估等活动，以支持2015财年的年度GPS业务评审。

软件深度探查有四个主要发现，一是在技术成功开发开发阶段原型机的基础上，军用GPS终端设备项目存在加速项目进展的计划；二是在解决第一个GPS III卫星导航载荷中的技术问题时持续存在挑战；三是确定GPS III卫星备选购买策略时存在挑战；四是下一代OCX项目中持续存在进度延误。

军用GPS终端设备项目的系统设计评审及初始设计评审的目的是验证技术的成熟度，为2015年的里程碑B/C结合评审作准备。评审结果表明，该项目满足了初始设计评审的通过标准。国防部负责系统工程的副助理国防部长将在2015财年完成全部的初始设计评审工作。

2014财年的年度GPS业务评审的预评审发现，军用GPS终端设备项目的设计成熟、稳定，解决了GPS III卫星导航载荷问题，且目前星座的生命时间预计比原设计长，降低了交付首颗GPS III的风险。然而，OCX迟迟不能按时交付，星座维持的近期风险并没有消除。

国防部负责系统工程的副助理国防部长将在2015财年组织一次项目支持评估（PSA），以支持军用GPS终端设备项目的里程碑B/C。

在风险评估方面，整个业务，以及各部分项目正在根据获批的系统工程计划执行风险管理计划。项目办公室正在努力降低每个分项目的风险，特别是在信息保障的脆弱性、星座维持，以及集成的M-码能力部署等方面。

在性能评估方面，太空及地面部分的两个项目预计能够满足8个关键性能参数、相关的关键系统特性及技术性能量度（TPM）要求。2014年1月～5月，军用GPS终端设备项目的合同方在系统设计评审，以及2014年8月～9月的初始设计评审中评估了关键性能参数和关键系统特性。终端部分的项目预计能够满足所有的8个关键性能参数、关键系统特性及相关的技术性能量度要求，但是在满足抗干扰性及精确跟踪这两个需求方面仍存在风险。项目办公室已制订了降低这些风险的计划。

在进度评估方面，GPS III星座项目及地面项目的进度都有所拖延，突破了采办项目基线的阈值，正在进行超过目标基线后的补救活动。2015财年将在更新后的采办项目基线文件中重新设定进度目标。没有严格执行系统工程的要求是OCX项目延误的主要原因。第一颗卫星的任务数据单元（MDU）在开发和生产过程中的延误是GPS III星座项目延误的主要原因。

在可靠性评估方面，所有的GPS业务，包括正在运行及正在研制的项目，都满足了可靠性要求，且可靠性有了大幅提高。然而，对于GPS星座而言，可靠性指标表明，维持星座还存在风险，原因在于在轨卫星的老化。在OCX交付、GPS III星座发射之前，这个风险不会消失。

在软件评估方面，OCX是GPS业务中软件最为密集的项目，该项目将分为两个模块来交付运行控制能力。第一个模块预计有124.1万行级代码，第二个模块估计有6.8万行级代码。该项目的延期主要是由优化迭代引起的。每次迭代都会产生大量的软件缺陷报告。这些测评是影响OCX进度的最重要的晴雨表，而进度问题产生的根源是没有严格执行系统工程的原则和程序。由于这些缺陷的存在，项目办公室冻结了软件编码，以解决系统工程方法方面的问题，并保证必要的系统工程验证品能够在继续进行软件编码之前完成。

在制造评估方面，GPS III卫星项目正在运用GPS非飞行卫星测试车（GNST）来降低制造风险。GNST是一种路径发现器，作为一种早期的集成及验证资源，也可在项目中第1颗至第8颗卫星生产之前用以优化制造工艺。与第1颗卫星导航载荷交付有关的设计和制造问题导致项目出现了延误。目前，这些制造中的问题已经解决，卫星载荷也已交付，准备开始集成，然而，项目的热真空验证活动仍任面临风险。

在集成评估方面，太空、地面及终端各部分的项目都面临着系统集成及整体进度迟缓的问题。2014财年最后一个季度的评审结果表明，在整个GPS业务中，系统集成的程序和工具均有所改善，但仍存在一定的风险，即目前军用终端设备项目的界面标准及随后的设计不够严谨，不能覆盖所有可能作战环境下军用终端设备项目的实施。但随着更多的早期集成活动数据的收集，这个考虑会得到更多的理解。

第三方独立评估

2015年3月，美国政府问责办公室（GAO）发布第13个《国防采办：部分武器项目评估》年度报告。告显示，GPS III项目处在生产与部署阶段。报告指出，项目官员在2011年1月就宣布通过了里程碑C。根据里程碑C的系统工程计划，GPS III项目在2014年具备初始作战能力，同时具备卫星发射的条件。但报告称，已将适合发射的日期推迟到2016年1月，同时，项目需要重新确立费用与进度基线。GAO报告认为，第一颗GPS III卫星推迟发射的主要原因是卫星载荷中MDU的设计和技术问题尚未得到解决。GPS III项目最大的持续性风险来自地面系统，即OCX。GAO报告从三个方面分析了项目延期的原因。

首先，在技术成熟度方面，项目办公室认为，GPS III项目的8个关键技术是成熟的，然而在2014年，空军指出，他们低估了导航载荷的技术挑战。导航载荷涉及项目的5项关键技术，其中一个关键组成部分是MDU，是GPS III导航任务的大脑。正是其在设计及制造中出现的严重问题导致了项目的延期。GAO报告称，导航载荷虽然已经交付，但要集成到航天器上，之后还需要利用一个MDU的替代品进行测试。

第二，在设计与生产的成熟度方面，虽然项目办公室声称GPS III项目的设计稳定，并在2011年的里程碑C中指出了制造过程的成熟度水平，表示制造过程可控，可以进行生产，但GAO报告却认为，接下来在对第一颗GPS III卫星的测试中或许会发现更多的问题，因为在2011年的里程碑C之前，并未对GPS III卫星进行整星测试，并且直到2015年3月，也没有进行这样的测试。

第三，在其它相关项目的问题方面，在GAO报告发布之前，国防部负责采办、技术与后勤的副部长批准了另外两颗卫星的生产合同，并要求对整个GPS业务进行更多的研究，包括OCX项目及用户设备项目。因为软件开发中出现的问题，OCX项目也出现了严重的进度延期。GAO报告指出，OCX项目的第一个模块计划于2018年11月交付，交付之前，GPS III卫星不能集成到星座上，也不能获得作战能力。

除GAO的评估外，2015年3月发布的《美国国防部系统工程2014财年年报》指出，GPS III项目延期的主要原因是卫星载荷中的MDU的开发与生产问题。同时，该报告指出，GPS业务中的OCX项目发生延期的主要原因是没有很好地贯彻系统工程的方法。

ALL ABOUT军民融合不一样的角度和观点

靖德果，管理学博士，中国航天系统科学与工程研究院战略规划与政策研究部高级工程师，2013～2015年进行博士后研究工作，对美国武器装备发展的系统工程管理模式有深入研究。

王建卿，工程师，现任职于中船重工军民融合与国防动员发展研究中心 ，主要从事军民融合、国防动员等方面的研究。