面向敏捷研制的小卫星全过程产品保证管理

葛宇 周传君 丁勤 袁媛 徐云飞 任相文

(航天东方红卫星有限公司，北京 100094)

目前，小卫星研制覆盖了海洋观测、环境与灾害监测、对地遥感、立体测绘和技术试验等多个领域；同时，小卫星研制生产模式从单一卫星研制攻关到多颗卫星并行批产、从技术试验到全面服务于国民经济建设的跨越。传统的研制模式已不适应低成本、短周期特点小卫星发展方向，为进一步推动宇航产业转型升级，支撑“中国智造”更为自信地走出国门，借鉴小卫星的成功研制经验，本文总结凝练出“面向敏捷研制的全过程产品保证管理”质量管理模式，通过质量数据信息化、基于模型系统的设计、卫星软件敏捷开发、生产基线管理、总装的批量化、精益生产管控方法、敏捷测试方法、敏捷在轨故障容限设计方法等质量技术和管理方法持续创新，实现了小卫星高效率质量管理能力的新飞跃。

课程设置滞后、不合理，课程之间缺乏关联，相邻近的学科、相交叉的学科，总体设置不够，创新类和实践操作类课程设置偏少；教材覆盖面较窄，内容老化；课程内容注重基础理论知识的重复，缺乏系统性、前瞻性和实践性。在这样的条件下，学生习得的知识陈旧，知识结构也不合理，缺乏创新的主动性、积极性。创新知识基础薄弱，创新能力差。

1 国内外航天领域产品保证工作

1.1 国外产品保证工作

“产品保证”的概念起源于美国，是高风险复杂产品质量保证技术不断发展的结果。美国通过总结“阿波罗”载人登月、航天飞机等高风险、复杂产品在质量保证、可靠性保证方面的经验，在1986年发布了《DOD-STD-2017 承包商产品保证大纲要求》，要求承担重大军事装备研制任务的承包商必须制定和实施产品保证大纲，并正式提出了产品保证的概念。20世纪80年代后期，ESA借鉴NASA安全与任务保证的做法，全面推行产品保证工作，从ESA到各宇航企业的欧洲宇航界，在保证宇航产品质量方面遵循的同一模式、原则和要求，形成了一套系统、科学、完善的标准体系，ESA产品保证把管理与工程有机结合，通过对这套体系的贯彻执行大大提高了工作效率[1-2]，对保证欧洲宇航产品质量和提升欧洲宇航工业的竞争力发挥了重要作用[3-4]。

目前，欧美等航天强国代表了航天技术的最高水平，已建立健全了产品保证组织体系，开展的产品保证工作也反映和满足了宇航活动的需求，处于国际领先水平。例如，ESA在欧洲航天技术研究中心设立了专门的产品保证和安全部，负责产品保证管理工作。其职责是建立和实施ESA在产品保证和安全性方面的政策、要求和标准；工作专业领域涉及质量、可靠性、维修性、安全性、元器件、材料、工艺、技术状态管理和控制、软件；工作范围包括ESA所有的航天项目和各中心的硬件、软件和人的可信性[5]。“产品保证”是保证复杂高风险产品质量的一套科学的方法，目前已成为西方航天界的通用模式[6]。

在招投标的时间把握上，因中央投资项目对预算执行进度有很严格的管控要求，甲方基建部门应该在施工图设计阶段就开始遴选招标代理公司，尽量将招投标准备工作做到前头，这样可以有效地避免后期为了赶进度而匆忙招标的情况。

1.2 国内产品保证工作

国内工业界对产品保证的重视较晚，早期的产品保证标准都是借鉴西方发达国家的[7]。国内的产品保证首先是在航天系统推行。1995年，原航天工业总公司组织产品保证培训团赴国外进行培训，整理出版了《德国宇航公司产品保证培训讲义》。之后利用中巴合作“资源”卫星、中法合作“鑫诺”卫星等机会，开展了航天产品保证技术的跟踪、引进、研究工作。从航天行业产品保证的发展历程来看，是以40多年航天产品质量管理和质量保证的实践为基础，吸纳欧美航天强国产品保证先进成果而逐步完善的。为适应未来发展，实现与国际先进航天领域接轨，小卫星领域开展了科学、系统、精细、专业化的产品保证工作，对产品质量的各种要素实施全面有效的控制，形成了与国际接轨、满足产业化转型要求、规范的产品保证工作局面。

通过开展产品特性分析、产品工艺设计、生产阶段产品保证要素识别，结合小卫星总装特点和流程，针对总装过程中的关键环节分模块完成蓄电池装拆、整星基准建立、太阳翼安装等19条总装生产基线建立，固化人员、机器、材料、方法、环境、检测状态，建立总装生产基线；进入生产阶段后，以生产基线全过程管控为重点，规范实施生产阶段产品保证。小卫星总装过程中，依据基线文件对人员、机器、材料、方法、环境、检测等要素进行严格控制，相关基线方法、工具、用料、文件均落实在各卫星工艺文件中。因此，能够实现生产前建基线、生产中管基线，对于稳定卫星产品质量发挥了重要作用。

2 敏捷研制下的产品保证

李莉那两份临时工早干烦了，但为了食宿不敢轻易抛弃。许峰偶尔愧疚显露，李莉就想再找一份兼职，可无奈精力有限。

2.1 小卫星产品保证实施特点

2.1.2 系统性

产品保证工作的核心是技术风险识别与控制。小卫星的高风险主要体现在高的技术风险，质量风险、计划风险、成本控制风险等管理风险主要还是由高的技术风险引起的。在产品保证工作中，可靠性、安全性保证主要针对的是技术风险，电子电气与机电元器件保证、材料机械零件与工艺保证等工作主要也是针对技术风险开展的，质量保证工作中的评审、检验、验收、验证等活动主要是围绕产品设计、开发、生产等活动中的技术风险开展的。

通过不断完善软件构件库，使部分构件(程控、相对时间程控、时间管理等)可以通过配置参数直接使用，部分构件(如遥测、安全管理等)适应性修改后能通过配置参数使用。基于构件库的星务软件在宁夏一号卫星、援埃塞俄比亚卫星上得到了在轨应用。其中：宁夏一号卫星使用构件的比例达到85%。同时，形成适应小卫星软件研制特点的敏捷开发模式，彻底解决原有的需求变化频繁、交付压力大的问题。

2.1.1 技术性

当今时代发展迅速，学生对新思想新事物的吸收层出不穷，所以个性更加鲜明，对会计专业知识的学习需求也就有所差距，需要更多有效手段促进职业高中生的个人长远发展。结合实际教学情况却有些不尽人意，职业高中会计专业的教学方式过于陈旧、单一、乏味，根本不符合现代学生的成长特点，难以激发学生对会计学习的兴趣和自主积极性，影响学习效率。再加上网络信息技术在各领域中的普及，会计专业更要与时俱进，将会计电算化等方式引进教学，进一步提高职业高中生的学习热情，优化会计教学效果。

降低HIV感染的发病率和病死率、减少非艾滋病相关疾病的发病率和病死率，使患者获得正常的期望寿命，提高生活质量；最大程度地抑制病毒复制使病毒载量降低至检测下限并减少病毒变异；重建或者改善免疫功能；减少异常的免疫激活；减少HIV的传播、预防母婴传播。

小卫星质量管理的基础是产品保证，结合了宇航产品固有技术特性和高技术风险，在思想、管理、流程、工具等各个层面展开，有严密的风险管理思想，健全的产品保证组织，专业化的产品保证队伍，配套的产品保证流程、标准、工具与方法。从系统到分系统、单机、零部件，直至元器件的每一层级，宇航产品都要实施产品保证工作；从项目设计开发初期到在轨运行支持的宇航产品全寿命周期都要开展产品保证工作；涵盖质量保证、可靠性保证、电气、电子和机电元器件保证、材料与机械零件及工艺保证、软件保证、生产阶段保证等众多工程要素，技术风险识别和控制全面[8]。

2.1.3 高效灵活性

区别于传统小卫星，短周期小卫星具有“实用、可靠、经济”的核心要求，产品保证的目标是在合同规定的研制周期、经费和系统性能指标的约束条件下，通过对研制过程的有效质量管控，研制出满足合同和任务书要求的产品。产品保证方法充分考虑了成本要素，具备市场竞争力，又确保了卫星任务风险可控，产品质量稳定，形成了区别于传统小卫星、在有限研制周期和成本约束下的短周期卫星最优产品保证策略和原则。

2.1.4 敏捷性

（3）设定合理的收益目标。学校应结合投资建设成本回收周期等因素，综合设定每年合理的收益区间预计，学校可以请第三方公司综合评估测算学校的投资回报情况。

小卫星的产品保证工作充分借鉴了多种方法。在设计开发阶段，利用基于模型的系统工程(MBSE)方法适应用户需求的快速变化，利用产品化方法固化成熟产品技术状态，有效控制了设计状态的正确性；在软件开发过程中，利用构件库和敏捷开发模型，实现了整星软件的快速迭代；在整星总装过程中，将卫星批量化生产和精益生产模式引入卫星研制流程，实现单件研制模式转型；在整星测试过程中，大力开发自动化测试系统，利用信息化技术确保质量、提升效率；在交付后的在轨运行阶段，通过故障自主处理、在轨任务规划等方法，提升用户的好用易用性。

2.2 敏捷研制下的产品保证措施

2.2.1 全流程、多层级的质量数据信息系统构建

通过构建全流程、多层级的宇航产品质量数据信息系统(如图1所示)，实现质量信息全覆盖，并实时在线，进一步规范质量信息管理流程；通过质量问题信息直采直报，实现质量问题2 h上报率达到100%；通过对质量问题归零进展开展实时监控、闭环管理和“举一反三”信息及时发布的综合管理，实现质量信息充分共享，重要质量信息实时监控并预警，以及数据统计自动化，趋势分析智能化，提高质量问题及异常处理全过程信息管理、跟踪和应用的效果；实现卫星研制产保活动在流程驱动下完成，确保产保工作子项不跳项、不落项。

图1 质量数据信息系统

2.2.2 利用MBSE的卫星设计

以小卫星总装生产基线为基础，按照“通用+专用”原则，建立小卫星生产阶段通用产品保证要素，各卫星结合自身特点在通用要素基础上以潜在失效模式及影响分析(PFMEA)、操作风险分级等手段识别新风险点形成卫星专用生产阶段产保要素，并将要素纳入卫星工艺文件中；同时，以总装生产细化、量化为目的，针对不同岗位、不同操作环节，制定总装作业“一本通”。“一本通”覆盖总装过程中所需要的操作规范、操作禁忌和基础知识等，图文并茂地展示了生产过程的每一个操作细节，有效提升了生产环节的质量一致性与规范性。

通过改进需求论证模式，利用数字化的手段，建立已有成熟平台和产品体系的数字模型库、仿真验证系统，应用到前期的快速方案设计中，缩短论证周期，快速响应用户需求变化，减少需求阶段对分系统和设计师的依赖，对设计方案进行科学仿真比选及验证，通过明确指标来准确估算成本。同时，统一的数字模型可以在总体专业设计师、分系统设计师、总装人员、测试人员、产保人员、项目管理人员之间共享、贯通，接口明确、衔接紧密，能提高工程研制效率，减少因沟通或设计不足导致的返工和周期延误。

2.2.3 基于构件的卫星软件敏捷开发方法

自2012年开始，国内小卫星领域正式导入了产品保证模式、流程、标准、文件体系等管理要素，开启了从全面质量管理向产品保证管理模式转型。在卫星总师的带领下，研制队伍与供应商共同推进产品保证流程的实施。在经历了早期的试点运行后，各卫星研制队伍快速适应了新的模式、流程和方法，全面实行以技术风险控制为核心的产品保证管理工作。随着小卫星研制任务的不断成功，产品保证工作实践也不断深入，产品保证工作理念和方法不断与各单位的组织结构、任务特点和用户期望相结合，逐步形成了适应批产小卫星、商业小卫星特点和未来发展的一套敏捷产品保证模式和方法，总结凝练出“基于敏捷研制的全过程产品保证管理”质量管理模式。

1.4 统计学处理 采用SPSS 22统计学软件，分割效果组间资料比较采用χ2检验；典型病灶的体积、SUV最大值、SUV平均值、SUV阈值、SUV峰值、TLG组间比较采用两独立样本t检验。检验水准(α)为0.05。

2.2.4 以生产基线管理为核心的生产质量控制

商用卫星、批产卫星、甚至包括传统小卫星，低成本、短周期的研制特点日趋明显，具有快速、敏捷特点的产品保证管理也受到越来越多的关注。目前，国内适应低成本、短周期卫星的产品保证工作还处于论证和研究阶段，为推动小卫星产业转型升级，本文在以往成功经验的基础上积极探索和总结，提出了面向敏捷研制的小卫星全过程产品保证管理。

农村饮水安全消毒集成技术研究及应用前景分析………………………………… 贾燕南，杨继富，赵 翠(14.66)

2.2.5 基于敏捷总装的批量化、精益生产管控方法

通过开发总装一体化管控系统(见图2)、小卫星自动化精测系统(见图3)、小卫星自动化检漏系统和自动化工艺装备，建立了“主线工作辅线化、辅线工作自动化”的总装生产模式[9]，形成了适应小卫星批量化、精益生产的管控模式和工艺装备体系，全面提升了总装过程中的自动化和精益生产管控水平。总装一体化管控系统的应用，能使总装过程质量数据采集录入效率提升10倍以上，释放总装人员约15%，整星总装工作效率提升约40%。自动化精测系统的应用，将卫星单次精测时间从3人3天，缩短到1人4 h，测试精度从15″提升到8″，重复精度从6″提升到1″，单星总装周期缩短10天以上。

图2 总装一体化管控系统

图3 自动化精测系统

2.2.6 卫星敏捷测试方法

小卫星系统级测试形成标准化、模块化的综合测试设备架构基准，实现无人干预的高效高质量一键式测试，可自动化快速完成测试。基于合成仪器技术构建的测试系统，能实现测试设备的智能自主管控，实现计算机在无人干预的情况根据卫星的实时状态智能地完成测试状态的设置、测试工况实施及测试状态恢复等一整套测试流程，在确保卫星测试安全可靠性的同时大幅缩短卫星的研制周期，提高测试效率。敏捷测试方法的应用，可以降低测试过程中对测试人员的依赖程度，解决人为手动操作设备带来的风险，增强系统的可靠性和安全性，提高测试的有效性及覆盖性。

2.2.7 卫星敏捷在轨故障容限设计方法

小卫星采用总体自顶向下和分系统自底向上结合的方法，识别总体和分系统的容限设计要求，从系统维度兼顾健壮运行与灵敏检测，有效实现全局性安全底线控制，能更好地满足业务连续性和系统安全性的要求。以软件系统性设计为主要手段，充分利用系统信息资源，提高在轨自主处置能力；强化软件和FPGA在轨重构能力设计，加强软件在轨维护功能设计，为在轨卫星故障处理提供有效手段，实现故障检测和处理时间最小化。将传统地面任务规划的任务预处理、任务优化编排、指令序列生成等全部功能由星上自主规划实现。

3 应用效果

实施建造小卫星质量数据信息系统，能实现卫星产保流程的信息化管理，通过流程驱动各项产保活动的规范开展，智能推送任务，高效实现产保工作监督闭环工作；在MBSE方法下，实现贯穿整个卫星开发过程和后续生命周期阶段的快速设计方法，在满足用户需求多样化和复杂性要求的同时，提高协同设计的效率；基于构件库的星务软件在小卫星上得到全面应用；通过系统级总装工作基线管控、自动化测试及一体化管控系统，单星研制周期缩减1/3以上；系统级测试工作实现了无人干预的高效高质量一键式测试。通过多年来的质量管理提升，从“十二五”初期到“十三五”末期，发射小卫星正样质量问题下降了99.1%；在轨首发异常发生率降低了96.8%。可见，面向敏捷研制的小卫星全过程产品保证管理为保证低成本、短周期卫星顺利研制发挥了巨大作用。

4 结束语

本文通过分析国内外航天行业产品保证起源与现状，在传统小卫星长寿命、高可靠的基础上，面向具有质量小、研制周期短、研制成本少、集成度高、设计寿命不长等特点[10]，通过敏捷研制的小卫星全过程产品保证管理实践，总结出质量数据信息化、基于模型系统的设计、卫星软件敏捷开发、生产基线管理、总装的批量化、精益生产管控方法、敏捷测试方法等主要措施，促进了小卫星研制短周期、低成本、集成度高的不断进步。