基于有效性的航天器批台次技术状态管理方法

张荣霞，张树生

（1.西北工业大学 现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，西安 710072；2.中国空间技术研究院, 北京 100094）

1 概述

技术状态管理是保证将用户对产品的功能、物理等特性的要求，反应到设计、生产中，并最终实现用户要求的一种管理技术和方法[1]。技术状态管理是伴随着复杂系统的研制而产生和发展[2]。航天器的研制过程就是典型的复杂系统实现过程。不仅仅是产品组成复杂化，如典型卫星产品的零部件都以万为数量级，而且涉及到不同的技术领域，如光、机、热、电、微波等。另外随着全球导航、高分辨率对地观测等国家重大工程的立项和实施，航天器小批量研制正在逐渐成为常态，以北斗二号二期为例，组网卫星数量达到几十颗。

面对复杂航天器产品的并行批量化研制形势，航天器产品技术状态管理必须随时跟踪、记录各批台次产品各局部变化情况及其对整体的影响，在给定某一确定的批台次时，能够快速地追溯查看到该批台次航天器产品所有相关信息[3,4]。目前，技术状态管理面向单型号进行，不关心也不需要记录批台次信息，批台次技术状态信息隐藏于研制过程的各项业务活动和数据结果记录中，长期处于基于图纸的记录—更改—清理—再记录的结果控制为特征的管理模式。这理论上虽然可以保证最终技术状态的准确性，但是随着多星并行研制过程不断深入，技术状态清理的工作量必将越来越大，协调难度也越来越困难，很难做到全面、快捷、可追溯的技术状态+统计。这种问题已经开始干扰日常研制工作，急需采取有效措施解决。

为解决上述问题，本文提出基于有效性的航天器批台次技术状态管理方法，解决批量化研制环境下的复杂系统技术状态管理难题，通过有效性标识、有效性计算、有效性约束等手段，清晰、准确的记录航天器产品的批台次技术状态，将技术状态管理者从繁杂的重复的收集工作中解脱出来，支持准确提取出任意研制阶段、不同设计方案、每颗实物卫星乃至每颗在轨卫星的技术状态，确保批台次技术状态信息的实时获取、清晰可控、完整可追溯。

2 整体思路

基于有效性的航天器批台次技术状态管理方法的整体思路如图1所示，通过在产品结构节点、三维模型/二维工程图、技术文件等产品研制相关数据上定义有效性范围，实现一类航天器产品数据在一颗产品结构树上的统一管理，最大程度减少数据冗余，准确记录和提取任意批台次的产品结构、三维模型/二维工程图、技术文件、工艺信息等技术状态数据，并且为实物产品的数据追溯建立基础。

图1 有效性定义方式

结合型号研制过程的实际调研，将有效性定义分为两大类：

1）对产品结构节点及其关联的三维模型/二维工程图的有效性管理

由于产品结构节点及其关联的三维模型/二维工程图之间具有紧密耦合性，因此产品结构节点的有效性也代表了其所关联的三维模型/二维工程图的有效性，即三维模型/二维工程图的有效性继承产品结构节点的有效性定义。

产品结构节点创建后，初始有效性范围为当前类别型号产品全局有效，在产品结构节点达到受控状态之前，可以手工调整其有效性，而该产品结构节点当前版本的有效性可自动传递到该版本所关联的三维模型和二维图样上。如果产品结构节点更改后产生新版本，则需重新设置新版本产品结构节点的有效性，利用有效性计算方法，根据整体有效范围和新版本定义的有效范围自动调整该产品结构节点历史版本的有效性，同时有效性传递给对应的三维模型和二维工程图。

2）对技术文件的有效性管理

相对于三维模型/二维工程图，技术文件与产品结构的关联性较弱，因此有效性作为独立的业务对象与技术文件的特定版本相关联，而不是直接从产品结构节点上继承有效性。

3 有效性管理约束条件

1）同一份文档的不同版本之间的有效性范围不能够重叠。

一个具体编号和版本的文档代表一种技术状态，同一个文档的多个状态之间存在互斥性关系，不存在相容关系。即针对同一个文档的多个版本的有效性范围之间不存在重叠，相互之间彼此独立。

2）产品结构节点特定版本所关联的多个三维、二维图的有效性必须一致。

产品结构节点（零部件）是构成产品结构的基本元素，零部件是实物的一种抽象，通过它仅能反映结构上的关系。其技术状态主要由其所关联的三维、二维图来决定。对于一个零部件的特定版本，技术状态唯一，有效性唯一。因此零部件特定版本所关联的三维模型及其对应二维模型的有效性应是统一的。如果有多个二维工程图与零部件相关联，业务上多个二维工程图是对该版本零部件的多角度描述，多张二维工程图的有效性必须一致。

3）产品结构节点关联的技术文件有效性范围不应该超过该产品结构节点有效性范围，下级产品结构节点有效范围不应超过上级产品结构节点有效范围。

产品结构节点有效性范围是其各版本有效范围的集合，一方面由于在提取单颗卫星数据是采用基于产品结构搜索的方法，另外一方面产品结构节点代表着实际卫星组成，因此产品结构节点对应的技术文件的应用范围应与实际对应。

4）有效性的范围必须明确、量化。

有效性必须在明确的适用范围下才有意义。因此，针对一个特定编号和版本的技术文件、三维模型/二维工程图等，必须指明有效性的量化适用范围。

5）有效性默认全局有效。

如果创建技术文件或产品结构节点不指定有效性，则其有效性默认全局有效。

4 有效性的自动计算方法

产品结构、技术文档设置有效性后，一旦通过签审流程并达到受控状态，则其有效性不可随意更改。如果必须修改，则需要经过有效性更改。

当有效性发生变化时，按照如下两种模式对数据对象进行有效性的自动计算：

1）如果更改后的有效性和更改前的有效性范围之间没有重叠或更改前的有效性落在更改后生效有效性范围之内。

2）如果更改后生效的有效性和更改前的有效性范围之间有重叠，且更改前的有效性没有落在更改后生效的有效性范围之内。

图2 版本有效性变化规则

其中A1、A2为更改前（版本为C）文档的起止有效性范围，B1、B2为更改后（版本为D）生效的起止有效性范围。计算得出版本调整后有效性如下表。

表1 有效性计算结果

5 基于有效性的批台次数据提取

当需要查看特定批台次数据时，通过特定批台次的值，按照如下逻辑进行相关数据提取。

Step1：对产品结构树节点进行版本有效性过滤，获得有效地节点产品版本；

Step2：输出该版本关联的三维模型和二维工程图；

Step3：逐一查找该节点所关联的技术文件，按照版本有效性进行筛选；

Step4：判断是否有子节点，按照上述步骤继续遍历，直到没有子节点为止；

Step5：输出结构树。

6 结论

图3 航天器批台次产品数据提取逻辑

传统的技术状态管理方法难以适应多型号并行研制的需要，无法保证技术状态信息的时效性、准确性、完整性和可追溯性。基于有效性的航天器批台次技术状态管理方法，汲取了航天系统工程的管理思想，从整个系列型号的角度出发，通过有效性标识、有效性计算、有效性约束等手段，从整体上把握研制过程的技术状态，清晰、准确的记录航天器产品批台次技术状态。该方法完全摒弃了传统模式下通过人工筛选和判断的低效方式，通过有效性过滤的方式，对批台次有效的研制信息进行提取，将型号人员从眼花缭乱的各种技术状态信息中解脱出来，能够清晰的管理每一颗星、任意研制阶段的技术状态信息，将技术状态管理者从复杂的重复性劳动中解放出来，提升技术状态控制的力度，响应的敏捷度。有助于提高型号批台次技术状态管理工作的效率，确保技术状态清晰、准确、完整、可追溯。

[1] 郭宝柱.中国航天系统工程方法与实践[J].复杂系统与复杂性科学, 2004, (2): 16-19.

[2] 舒彪, 韩晓建, 邓家禔.复杂工程系统研发中的技术状态管理[J].航空制造技术, 2008, (9): 82-88.

[3] 尚志, 于潇.神舟七号飞船技术状态控制管理探讨[J].航天器工程, 2008, 17(6): 1-6.

[4] 袁家军.神舟飞船系统工程管理[M].机械工业出版社,北京, 2006.