基于“三减法”的科研生产流程优化实践

禹春梅、郭康、熊寸平、温亚、赵晓岚 /北京航天自动控制研究所

北京航天自动控制研究所作为中国运载火箭技术研究院控制系统抓总研制单位，承担了研究院多型武器与火箭的研制及批生产任务，2018 年迎来航天任务高密度发射期与军工产品高密度交付期，全年完成了多发多次飞行试验任务及上千套集成测试产品的交付。按照中国航天科技集团有限公司及研究院总体规划目标，到“十三五”末研究所必须达到年承担飞行试验任务数量与交付产品数量再提升50%的总目标。

按照控制系统研制流程，为验证制导、导航、姿控、电气综合、单机与软件系统设计方案的正确性以及对总体要求的适应性，控制系统在完成方案设计后，需通过制导系统初始对准精度试验、星光导航精度试验、制导系统闭路仿真试验、末制导半实物仿真试验，姿控系统等效器状态仿真试验、实物状态仿真试验、末制导系统挂飞试验，电气系统原理性综合试验、稳定性综合试验、验收性综合试验、集成交付测试、单机筛选性试验、验收性试验、例行试验以及软件开发方测试与第三方独立测评等一系列的试验，来验证控制系统及单机软硬件设计的正确性与匹配性。对于各类在研、在役与批生产型号，按照所属研制阶段与技术状态的区别，需开展上述试验中的多项或全部试验项目。经统计，仅2018 年研究所需开展制导姿控仿真试验、挂飞试验、综合试验（含集成测试）与各配置项软件评测合计千余次，按照目前的任务量测算，预计“十三五”末各类试验规模将翻倍。

一、存在的问题

一是缺少逆向思维，对设计余度利用不足带来下游工作量。

研究所承接总体单位制导系统、姿控系统与综合系统3 本设计任务书，作为控制系统开展型号/项目设计工作的依据，随着型号研制阶段、飞行试验考核目的不同，总体任务输入均有不同程度的变化要求。根据以往研制规律，控制系统上游设计专业在收到任务输入后按常规研制流程开展专业方案设计，并生成单机技术要求、仿真试验任务书、软件技术要求等输出成果，没有以减少下游工作量为目标开展设计余量包络总体任务变化情况分析，也缺少对总体技术状态更改必要性的反馈环节，仍然按常规模式要求开展单机适应性更改、软件适应性更改与仿真试验，进而带来下游单位的大量设计与试验工作。

二是缺少系统思维，对试验目的分析不足带来试验工作量。

各类仿真试验与综合试验的目的是对设计方案的正确性、技术状态更改的适应性进行验证，试验提出单位在完成系统设计后，往往过分依赖设计与试验规范编制试验任务书，缺少各类试验项目对设计内容的针对性考核目的的深入剖析以及对更改影响域的系统性分析，进而造成“小更改”也要进行“大而全”试验验证的现象。

三是缺少类比思维，对产品信心不足带来验证工作量。

近2 年随着产品化工作的突飞猛进，研究所取得了一系列喜人的成果，“中枢”系统架构+“航控”货架产品的产品化研制模式在型号研制过程中已得到越来越广泛的推广与认可。随着货架产品在型号中的不断应用，由于产品化单机设计的通用性，各型号的差异化需求往往反映在产品化单机的试验上，进而出现产品化单机针对各型号环境条件等不同而进行重复试验的情况。

四是缺少上游思维，对软件代码复用不足带来测评工作量。

软件研究室在承接系统研究室的软件任务书后，根据任务书要求完成新研软件的需求分析或更改软件的影响域分析，进而完成软件研制与验证。近年来软件研究室根据控制系统研制特点，围绕控制系统核心算法在各个领域的算法复用模块默默耕耘，形成了颇具规模的软件代码复用库，但是由于软件室介入整体流程较晚，缺少利用复用库规模影响上游算法选择的环节，容易造成上游算法微小改变导致复用库无法使用，进而增加软件研制与验证工作量的情况。

二、工作与实践

2018 年，研究所结合航天任务与军民融合蓬勃发展的形势，对标近些年科研生产任务不断增长的变化趋势，面对任务增长与资源保障日益激化的矛盾，在年初系统开展科研生产任务全面策划与风险识别，力图将科研生产流程优化落到实处，找准试验裁剪这一主要矛盾和突破口，追根溯源提出了上游担当、利用“三减法”优化科研生产流程的创新管理思维。

1.内涵

“三减法”的核心内涵是体现研究所作为控制系统抓总研制部门（系统方案研究室与系统工程研究室）的上游担当思想，制导、姿控与电气综合系统等控制系统上游专业在综合考虑研制和批生产的关系、系统把控技术状态和变化影响域、充分运用先进设计工具和测试方法的基础上，加强上游担当和专业力量发挥，利用设计余量、数学仿真分析、系统指标与功能再分配、测试覆盖性分析等手段，梳理出非必要性的试验项目、测试状态、测试流程，以优化裁剪，将释放的资源进一步向上游回溯，用于顶层设计优化与关键技术攻关、验证，进而进一步优化研制流程与试验规模，促进资源向最优化方向平衡。

2.整体思路

“三减法”科研生产流程优化的核心是上游专业设计担当，通过深厚的技术功底优化专业设计准则，统筹顶层设计方案，对控制系统仿真试验、综合试验、挂飞试验等试验目的再梳理，制定出各类试验必要性指导书3 层次文件，以达到减试验项目、减试验状态、减研制流程，终极目标是将各型号/项目试验规模压缩至最小，将已有资源取之于型号/项目再用之于型号/项目，最大程度地释放资源、盘活资源、重新配置资源、提高资源利用率。实施“三减法”的主要步骤如下：

●设计部门基于研制与批生产任务特点不同、对技术状态和变化影响的把控以及先进设计工具和测试方法运用的背景，全面分析存在的过度设计或过度试验情况，提出减试验、减状态、减流程需求；

●设计部门依据设计规范开展方案设计与余量分析，提出含初步裁减建议的设计输出；

●制导、姿控、控制系统专业总师会同试验提出单位，制定4 类试验必要性作业指导书，试验提出单位以此为依据向试验承担单位提出经裁剪后的试验项目、状态和内容；

●软件总师会同软件研制单位，重点针对代码复用对软件任务书及需求进行审查并给出复用建议，重点针对测试必要性对软件测试任务书进行审查并给出裁减建议；

●设计与试验单位监控试验结果对裁剪预期效果的满足情况；

●对不满足裁剪预期效果的试验情况进行变更；

●在试验完成后对试验结果及裁剪效果进行评估；

●过程改进，完善试验必要性指导书等组织过程资产；

●绩效更新，兑现奖惩。

3.目标和原则

实施“三减法”的目标是在满足总体任务要求与设计要求的前提下，将控制系统所属各项仿真试验、综合试验、软件评测与单机试验按型号任务特点分批次、分时段逐步进行裁剪，最终将各项试验规模动态压缩至满足要求的最小化，充分释放占用资源，实现资源的再配置。

根据型号任务特点与专业特点不同，“三减法”遵循以下几条原则：首飞型号/项目在首飞前要完成型号要求的各项试验；型号转段前要完成相应阶段的各项试验；定型阶段要根据客户要求完成各项定型试验；飞行试验出现异常或故障时，必要时开展各项试验。

同时，也根据技术、产品状态结合设计裕度等提出了不必要开展的原则：已完成基线状态的仿真试验，当设计输入变化在控制系统设计域度范围内时，不需要重新开展仿真试验；借用成熟型号产品或设计方案，设计条件在被沿用型号/产品设计条件范围内、软硬件技术状态一致时，无需开展相关仿真试验；制导、姿控仿真试验及挂飞试验具体项目依据试验必要性指导书原则进行裁剪；综合试验（集成测试）具体项目依据综合试验作业指导书、控制系统综合试验方法及集成交付总技术条件，按最小化原则进行裁剪；对于按照上述裁剪原则，通过上游担当责任带来下游工作量减轻的优秀实践，依据流程优化激励原则对标进行奖励兑现。

4.创新内容

一是提前部署，建立流程优化导向。

研究所年初组织召开科研生产流程优化启动会，质量技术处与各研究室参会全面分析全年科研生产任务形式，对标各类综合与专项策划提前进行任务估计与风险识别，抽丝剥茧抓住试验裁剪这一主要矛盾，强调流程优化的重要性与必要性，并针对各研究室特点制定可量化考核的流程优化激励原则：

●重点考核系统方案研究室（制导、姿控）是否有效消化上级任务需求变化，降低对下游单位设计的变更次数进行激励（通过系统设计余量的适应性，减少软件、软件测试、仿真试验、综合试验的工作）；通过制定仿真试验是否开展的判定准则，减少原可做可不做的仿真试验进行激励；设计模块的复用性；

●重点考核探测制导研究室通过专业能力分析制定末制导仿真试验和挂飞试验是否开展的判定准则，减少原可做可不做的试验进行激励；

●重点考核系统工程研究室开展测试流程优化，其中新研型号的测试流程评价基于类似成熟型号，老型号的测试流程评价基于原有流程；

●重点考核系统产品事业部同类产品或其使用的部组件的通用化率，并在考核中增加系统产品事业部对系统工程研究室同类产品任务书一致性的评价；

●重点考核软件研究室软件复用率。

二是依据先行，制定试验必要性指导书。

为体现上游担当的核心内涵，优化各类仿真试验流程，由科研市场处牵头组织系统方案研究室、探测制导研究室、仿真技术研究室，以及由制导、姿控专业总师把关，形成《制导系统试验必要性指导书》《姿控系统试验必要性指导书》《挂飞试验必要性指导书》《控制系统综合试验必要性分析作业指导书》《软件研制过程优化作业指导书》5 本试验优化作业指导书，经研究所内各专业总师多轮评审与修改后定稿，并在征求各型号“两总”意见后发布，作为各类试验裁剪的理论依据。

《制导系统试验必要性指导书》作为制导系统仿真试验的裁剪依据，囊括了初始对准精度试验、星光导航精度试验、制导系统闭路仿真试验、末制导半实物仿真试验等在内的各类制导系统仿真试验，并对各类试验的裁剪准则进行了详细规定。

《姿控系统试验必要性指导书》作为姿控系统半实物仿真试验的裁剪依据，对姿控系统等效器状态和实物状态2 种具有先后顺序关系的试验裁剪准则进行了详细规定。在开展实物状态仿真试验之前需先开展等效器状态仿真试验，因此若等效器状态试验可裁剪，则整个姿控半实物仿真试验均可裁剪；若等效器状态试验需开展，则实物状态仿真试验根据裁剪原则进行裁剪。

《挂飞试验必要性指导书》作为末制导系统挂飞试验的裁剪依据，对挂飞试验裁剪准则进行了详细规定：当末制导系统的信息处理软硬件、导引头产品的技术状态非首飞状态时；当场景/靶标类型或特性无重大变化，不存在Ⅲ类以上风险时；客户对抗干扰、目标适应性挂飞试验及其他专项挂飞试验无特殊要求时。

《控制系统综合试验必要性指导书》作为控制系统综合试验（不含集成交付试验）分类性质进行判定、对是否开展综合试验进行确认，以及试验项目、内容、验证原则进行确认的依据，适用于控制系统相关背景型号、预研型号、研制型号、批生产型号，其它项目可参照执行。

一般要求中明确了控制系统综合试验的分类，包括原理性综合试验、研制性综合试验以及验收性综合试验。明确了其主要试验目的、形式及试验开展原则；明确了系统级软件集成测试工作的开展与不开展原则；明确了研制性综合试验的“正面清单”与“负面清单”，即哪些条件下必须开展研制性综合试验，满足哪些条件下不再需要开展研制性综合试验；明确了面向对象的综合试验开展原则，按照交付任务不同给出差异化的试验开展和抽检原则。

《软件研制过程优化作业指导书》作为研究所软件研制过程中开展软件开发、测试过程优化的依据，适用于型号、预研、产品化项目，在一般要求中明确了对不同型号研制阶段、领域、研制类型、安全关键等级的软件研制过程的裁剪原则，明确了各类软件的开发方与第三方测试裁剪原则。

三是前后联动，阶梯型管理综合试验（集成测试）。

随着近些年控制系统承担的型号任务呈现由研制型向研产型过度的特点，越来越多的型号任务走到批生产交付与售后服务的阶段。为适应新的任务需要，进一步提升控制分系统抓总承包责任制，研究所提出了控制系统集成交付的理念，并由系统集成测试研究室负责集成测试与交付工作，进而逐步形成由其他2 个研究室承担研制型号综合试验，待批生产后过渡至系统集成测试研究室承担批生产型号集成测试的试验模式。

考虑研制阶段综合试验项目多、状态多、内容多的实际情况，为裁剪批生产阶段试验内容，由3 个研究室前后联动，经过不断的尝试与摸索，确定的试验开展方法为：运载和武器型号进入批生产阶段后，首批前X 套系统集成交付生产任务或综合试验任务按“试批生产”阶段管理，“试批生产”对技术文件、集成测试、综合试验的要求与型号当前所处的阶段要求相同，综合试验/集成测试项目同试样/定型阶段，或根据型号实际依据标准进行裁剪。“试批生产”阶段结束进入“正式批生产”阶段后，综合试验/集成测试项目仅开展标准中的必做项目。其中X 为前3 套或由批生产技术要求等正式文件明确，但应不大于单批次批生产总量的1/3 且不大于10。

四是产品驱动，打通型号单机定制壁垒。

研究所自2017 年起推行“系统架构+货架产品+关键技术”的平台化研制模式，系统工程研究室在开展系统方案设计时，不断致力于“中枢”系列系统架构系列化发展，在方案选型过程中以此为依据。系统产品事业部作为研究所“系统架构+货架产品”的先锋，不断致力于产品化单机在型号应用中的优化，依托“航控”系列货架产品平台，严控型号选用产品化单机的设计出入口，由产品主任设计师跟踪不同型号同一产品论证，确保设计思路一致性；由室级专家把关审查设计方案、元器件选用及分技术条件，确保不因技术细节差别导致型号差异化管理带来研制流程重复；不断优化产品化单机质量程序，确保一套图纸、一套文档满足型号质量要求，同步减轻型号、设计师及生产单位工作量；不断将单机软件在线烧写逐步替代为芯片离线烧写，解决跟产调试的最大痛点。

五是主动作为，创造局部并行软件研制流程。

软件系统工程研究室从软件代码资产部分与评估部分2 个方面严格考核复用率，即不仅考核软件设计方案制定时是否全面分析了可复用部分并加以使用，而且在过程中监控可复用部分是否严格采纳复用库代码，宏观上确保软件可复用模块最多，微观上确保复用部分完全复用无更改。

同时，传统意义上的“系统方案研究室出技术要求→系统工程研究室出软件任务书→软件技术研究室出软件及需求分析→软件检测站开展独立测评”的串行研制流程，已经越来越难以满足型号“上游输入迟迟不定”而“下游输出后墙不倒”的进度要求。软件技术研究室采取主动作为、向上索取的工作方法，提前与上游设计单位沟通，拿到部分设计依据即开展软件研制工作，提前将框架部分代码提供给下游单位搭建测试软环境，一定程度上将软件技术研究室的研制流程和进度延伸，并与上游及下游部分并行，为型号研制总进度节约时间。

三、实践效果

研究所经过2018 年全年的“三减法”科研生产流程优化实践，取得了一定的成果。

以回归专业、上游担当为主旨，以质量为前提，以体系为遵循，通过系统梳理顶层设计方案与试验方案，具化为减试验、减状态、减流程的“三减法”科研生产流程优化目标。依托研究所质量管理体系及各专业设计准则，通过上游设计部门论证，所内专业总师把关，并征求各型号“两总”意见，形成了5 本试验必要性作业指导书，作为所内型号开展型号试验优化的顶层指导性文件。

基于5 本作业指导书，团队继续扩大优化范围，在面向下游试验的同时向上回溯，同步进行了面向上游顶层设计的优化，陆续形成靶场测试流程优化及人员配置专题方案、诸元分类及测试流程优化措施、某关键单机测试规范及综合试验准入条件、单机试验准入及优化措施、新研型号某单机研制统型方案、软件及通用产品任务书/符号统一模板、某关键单机敏感信息处理平台方案、软件放行流程修订及代码复用分析等各类成果，指导流程优化具体实施工作，共形成设计优化方案、试验优化方案、人员优化方案等各类成果60 余项，作为研究所内型号开展各项优化的具体操作性指导文件。通过“减试验”优化取消了全所70 余项试验，通过“减状态、减流程”优化裁剪了全所300 余项试验的部分环节，部分试验的时间与人力资源节约超过一半，合计节省经费超过千万元。

经过“三减法”流程优化后，进一步解放了设计人员与试验人员的生产力，减轻了总装交付压力，释放的人力资源能够更好地完成高密度发射前后方保障工作，对于全面完成全年发射任务助力较大，有力支撑了打赢“型号任务保成功”翻身仗。

型号批生产任务经过“三减法”流程优化后，将综合试验（集成测试）流程规模最小化、流程化、规范化，试验承担单位工作可预期、可操作、可追溯，对于圆满完成全年批生产交付任务，满足客户要求，达到预期回款及收入指标意义重大，有力支撑了打赢“经济发展保增长”翻身仗。

研究所积极制定奖励实施办法，在依据裁剪原则取得流程优化效果与经济效益提升后，依据激励原则，对标各类上游担当优化流程情况，酌情对各设计单位予以物质奖励兑现，该举措真正将经济效益取之于民、用之于民，极大地加强了全所员工为流程优化建言献策并亲身实践的积极性，“减试验、减状态、减流程”的科研生产流程优化创新管理实践已在研究所蔚然成风。

四、后续思路

在当前科研生产任务不断增加的形势下，资源配置与任务要求不相符的矛盾日益凸显，研究所提前进行风险识别与应对，眼睛向内，主动作为，结合系统研制特点抓住系统、单机、软件“过试验”的主要矛盾，把握上游设计担当减试验、减状态、减流程的“三减法”核心内涵，以质量为前提，以体系为遵循，依据试验必要性指导书，通过将需求分析→优化设计→输出裁剪→过程监控→结果评价→过程改进→绩效更新的技术思维，以及风险规划与应对→流程优化导向→过程组织与执行→运行效果监控→运行结果评价与反馈的管理思维相结合，较好地促进了流程优化措施的落地，并取得了一定的效果。

“三减法”作为科研生产流程优化的一种思想代表，鼓励科研设计与管理人员不断思考与探索，逐步升级原有科研生产模式，在保证质量的前提下再将节约资源用于顶层设计与产品研发、技术创新、产品保证，优化资源不断向上游流动，在提高质量的要求下有减有加、以减促加、加减结合，对实现科研生产流程的不断优化具有一定的推广意义。

后续，研究所在总结“三减法”优秀实践成果的基础上，拟开展以“三减法”为核心的预研、研制、批生产与售后服务差异化管控模式探索，结合各研制阶段及领域的特点与目的加快推进预研阶段方案快速论证、型号预研成果的快速转化、研制阶段流程优化、批生产阶段效率提升以及售后服务管理专业化。为贯彻落实航天科技集团第七次工作会议精神和研究院全面深化改革的统一部署，加快推进型号科研生产模式优化升级，在不断总结优秀实践成果的基础上遵循紧前开展、随时总结、不断完善的原则，逐步完成型号科研生产模式优化升级，实现从“一个型号一个样”的定制化模式向“技术及产品驱动”的平台化研制模式转变，实现从单一管控模式向按阶段和领域特点差异化的管控模式转变，实现从技术与经济相对分离向技术经济一体化的模式转变。