基于云计算的航天器研制新模式研究

徐立宏

（中国空间技术研究院，北京 100094）

基于云计算的航天器研制新模式研究

徐立宏

（中国空间技术研究院，北京 100094）

新一代航天器的研制具有设计难度大、参研单位多、生产周期短、成本要求低、服务差异化等特点，如何在资源有限的条件下，多、快、好、省的完成航天器研制是推进航天器研制企业管理转型和创新变革的必由之路。分析了航天器研制新模式的需求，提出了基于云计算的航天器研制平台框架，并对该平台的建设与应用效果进行了总结。

航天器；研制模式；云计算

0　引言

我国航天事业经过几十年的发展，航天产品正在向批量化、规模化、产品化方向发展。同时航天企业面临的市场竞争压力越来越大，资金不足、技术资源有限、管理停滞不前严重阻碍了航天器研制的进程。面对大量的研制任务，迫切需要对传统的研制技术、研制手段、研制模式进行创新和变革，我们将云计算平台+系统工程结合的模式，运用到航天器生产管理过程中，将实现以资源共享、协同创新为目标，构建基于云计算的航天器研制新模式，从而实现从单星研制模式向批量化生产模式的转变。

1　航天器研制模式呼唤变革

需求：转型和密集发射期，传统的单星模式，周期长、成本高、风险大，造成批量生产“超概、拖期”，已无法满足以用户需求服务为主导的产业链式应用模式用户要求。

新形势下，航天器技术发展经历了初期单颗卫星研制时期后，预期将进入体系化、批量化发展阶段。用户需求服务为主导的产业链式应用模式是目前发展的主导。航天传统的研制模式随着航天产品化的成熟和以物联网、虚拟化、计算并行技术等为代表的新的技术领域的发展，以云计算平台所包含的海量分布的式存储技术、分布式资源管理技术，虚拟化技术等，以互联网+的形式，将给航天器研制的进一步快速发展和产业变革注入了新的动力。

航天器技术的发展经历了初期单星研制时期，早期研制历程大致如图1所示。伴随体系化系列发展阶段的需求。原有模式的不适应表现为：

图1　传统航天器研制模式历程

1）技术应用滞后：每个“五年”计划，约投入几百项空间新技术研究，但无法快速服务于工程需求，应用脱节或部分成果应用严重滞后。预研成果积压，而型号技术进步进展缓慢，矛盾突出，成为制约我国航天技术能力提升和高速发展因素之一。

2）生产成本高：单星研制本身就是高风险的复杂系统，人员和资源的大量投入，阻碍了企业的盈利和用户的采购。

3）研制模式不适应规模化

2　基于航天器研制的云计算平台构建

云计算将并行仿真系统需求、需求体验、产品设计实现，设计阶段也在很大程度上决定了系统风险的高低和系统性能的高低。可以说，设计阶段的工作方法的好坏，将决定航天项目能够在多大程度上“快、好、省”的开展。以云计算平台所包含的海量分布的式存储技术、分布式资源管理技术等虚拟化技术，以互联网+的形式，通过在一个服务器上部署多个虚拟机和应用，将目前正在使用的各种软硬件资源进行统一规划，以云平台资源池的概念服务用户。通过云平台计算可以提高现有资源的利用效率，整合互联网数据、统一共享平台、动态性等特点，可以使航天统筹建立云计算平台，建立一个集中管理、分布式的航天管理、设计及产品数据库，其中，以系统总体研制单位为主体建立并由其控制的系统级产品数据库，诸分系统/单机产品研制单位则建立由其控制的分系统/单机管理、设计及产品数据库，建立航天管理及设计模型库。

依托大数据、互联网、数字化等新一代信息技术，实现航天器研制与云计算平台的创新融合，云计算平台以云服务为核心，涵盖航天器研制的全生命周期、全过程、全要素，形成科研管理云、综合管理云、需求云、设计云、制造云、装配云、测试云、在轨管理云、服务云等多种云端，形成丰富的服务资源和能力云池，打造现代企业研制新模式。

3　以云计算平台为基础的航天器研制过程

通过互联互通、资源共享、方便快捷、在线服务的云计算平台，航天器研制过程将实现互联网化和数字化，并结合人工智能与大数据应用，能够对航天相关应用产业及其产业链产生前所未有的巨变和革命，使其未来充满无限的可能，甚至使得航天器的研制、航天产业及其相关产业链完全被重构。采用虚拟现实技术（VR），可以改变航天器的制过程。

1）使航天企业真正有能力从以自我为中心改变为以客户用户为中心

航天企业原有模式是国家投入，企业垄断，是按国家需求和企业自身能力为用户服务，但在今天的市场经济下，企业应该以市场为中心，以用户需求为牵引，只有这样，才能为社会服务并获得更大利润。但是在过去计划经济时代，企业根本没有意识也没有能力做到以市场为中心的，原因就是企业不能直接对用户，对市场；另外企业自身也无法挖掘用户的大量信息，系统也不支持。今天，通过云计算平台可以实现的对各行各业的需求分析，找出航天企业能够满足用户和市场的切入点，通过市场化的资源配置，更好满足对用户需求，投资效率也就更高。

2）在某种程度上将颠覆航天企业的传统管理方式

图2　基于云平台的航天器协同研制环境

现代航天企业的管理方式是来源于计划经济时代，依赖于严格的管理流程和组织结构和，真正的用户需求信息，通过的层层汇集、分析、收敛来制定最后的决策，决策的结果再通过组织的传递与分解，依靠行政的手段确保决策得到贯彻执行。云计算将促进科技进步，增强产业优势，同时统筹规划，优化资源配置，航天设计工作的规范化、专业化。根据梳理出来的标准化过程、方法和工具，提出一个规范化的集成设计开发工作开展流程，统一开展系统集成设计项目，精细划分相关岗位职责，严格按照相关流程来开展集成设计工作，并通过一段时间的试运行，逐步合理化、规范化这一集成设计开发方式。另外，要加强卫星集成设计专业团队的建设，建立分工明确的专业化设计队伍名录。

3）有全新的视角来发现新的商业机会和重构新的商业模式

可以通过需求分析，实现从应用体系的规划向用户体验应用模式过渡，从一个全新视角来发现新的商业机会，从而改变设计理念，使我们的产品更有针对性、研制更有方向性。在大数据时代，我们用能力重构企业的管理方式，通过对大数据的分析与挖掘，使企业能够快速做出正确的决策，更多的资源也可以通过市场来配置，从而改变过去那种依靠组织和复杂流程的模式。

4　云计算平台建设的运用效果

构建以云服务为核心，以资源共享、协同研制为目标，支持航天器研制的云计算平台建设，经过近近几年的实践，系统梳理了航天器批量生产的关键要素、关键环节、建立完善了批量化生产的标准规范体系、管理技术体系和质量管理体系，大幅度提升了航天器研制效能、科学管控能力和资源利用率。

1）建立多任务的新型管理模式，提高了研制效率和质量

结合航天器研制的特殊性，基于云计算平台提供统一的服务，彻底解决了原来各设计单位、生产单位、外协单位的模型不一致、软件不统一、信息交换差、管理难度大等问题，以某航天器为例，研制人员减少50%，总体设计效率提升2倍，质量问题同比下降20%，整个研制周期协调时间减少50%，人员出差减少30%，通用化工装投产减少45%，劳动强度下降50%，所有制定文件标准化，使原来1个月完成的报告，现在仅用7天就可以完成。

2）运用云计算平台，解决了批量生产能力和资源限制的难题

将航天器研制所涉及的人、流程、物资、设备等资源有机结合，借助云计算平台，运用系统工程方法，建设覆盖航天器研制全过程、全要素的统一数据标准体系，定期对航天器的技术状态进行技术分析，对薄弱环节进行定期梳理，确保航天器工程总体优化，兼顾平衡协调。例如，当某个环节人员紧张时，根据云平台计算分析，可以采取动态基线、滚动备份，优化资源等方式，实施一人多岗、专业互补、滚动备份的人员配置原则，成功解决了生产能力和资源限制难题，提高了科学决策的响应速度，增加了风险防控能力。

图3　基于云平台的航天器研制模式

3）有效提高了研制周期精细化管理水平

依托用云计算平台提高的提供的数据储存备份资料和软件资源，可以实现航天器研制全寿命周期的海量数据的集中存储、高效管理，能够有效支持计划、生产、质量、风险、在轨运行等信息的快速获取，能够有效避免过去多单位、多渠道管理数据不准确、变更不及时、技术状态不一致的问题，形成了高效准确自主可控的管理体系，其中航天器研制过程的设计数据收集整理周期由1周缩短为1天，提高管理效率，降低管理成本。

5　结束语

充分发挥云计算、大数据和互联网+等技术，打通航天器研制的产业链，实现标准统一，上下贯通，开展数据挖掘和综合分析，实现航天器研制全过程的信息共享，促进航天器研制模式的创新与发展，深入推动“中国制造2025”在航天领域的落地实施。

[1] 王意洁,孙伟东,周松,裴晓强,李小勇.云计算环境下的分布存储关键技术[J].软件学报,2012,04：962-986.

[2] 杨善林,罗贺,丁帅.基于云计算的多源信息服务系统研究综述[J].管理科学学报,2012,05：83-96.

[3] 王欣.云计算环境下大数据对电子商务的影响研究[J].中国商论,2016,02：66-68.

[4] 钟湘琼.基于云计算的大数据智能运维系统设计[J].信息通信,2016,02：146-147.

[5] 王芸.物联网、大数据分析和云计算[J].上海质量,2016,03：49-51.

[6] 罗军舟,金嘉晖,宋爱波,东方.云计算：体系架构与关键技术[J].通信学报,2011,07：3-21.

[7] 汪鸿昌,肖静华,谢永勤.基于企业视角的云计算研究述评与未来展望[J].外国经济与管理,2013,06：13-22,32.

[8] 杨军,林谦,沈建明.航天器研制项目风险管理研究[J].项目管理技术,2011,08：85-89.

[9] 乐群星,杨维垣,宋晨英.航天器研制项目基准工作分解结构的编制[J].项目管理技术,2006,10：44-48.

[10] 遇今,张海龙.航天器研制风险管理过程及实施[J].质量与可靠性,2011,01：20-23,26.

[11] 刘方,王卫东.航天器研制项目管理的实践与思考(下)[J].航天工业管理,2005,08：29-33.

[12] 刘方,王卫东.航天器研制项目管理的实践与思考(上)[J].航天工业管理,2005,07：15-20.

Research on new mode of spacecraft development based on cloud computing

XU Li-hong

TP273

A

1009-0134(2016)07-0137-04

2016-05-29

徐立宏（1966 -），男，北京人，高级工程师，硕士，研究方向为航天研发项目管理和系统工程管理等。