以平台化发展带动控制系统研制模式转变

◎北京航天自动控制研究所 马卫华等

以平台化发展带动控制系统研制模式转变

◎北京航天自动控制研究所 马卫华等*

从平台体系架构、架构评价方法、具体工程实践等多角度出发，介绍了武器装备控制系统平台化发展的基本概念与架构定义，形成了一套基于平台化的控制系统研制模式，推动了控制系统的研制从任务驱动发展模式向提供控制系统整体解决方案的转变。

长期以来，由于导弹武器控制系统的高可靠、高标准要求，控制系统的研制一贯维持传统的定制化思路，缺乏体系化、平台化、产品化的设计理念，往往造成研制方案特点不同、体系不同、产品不同，增加了系统的研制成本和研制周期。为适应实战化和体系化作战的应用需求，导弹武器的研制单位需要具备低成本、快速研制的能力，研制的系统产品具备高可靠、标准化、可扩展的特点。因此，转变控制系统研制模式，推动系统架构从个例化、定制化向标准化、模块化、智能化的平台架构转变势在必行。

北京航天自动控制研究所创新性地提出导弹武器控制系统平台化研制思路，从平台体系架构、架构评价方法、具体工程实践等多角度出发，形成了一套基于平台化的控制系统研制模式，推动了控制系统的研制从任务驱动发展模式向自主提供快速、高效、安全、可靠、智能的控制系统整体解决方案的转变。

一、工作总体策划

平台化的控制系统研制模式项目共分为4个阶段：

第一阶段是充分调研国内外平台化发展情况。

第二阶段是针对第三代导弹武器控制系统平台化设计方案研究，建立了基于指标、需求、功能、性能等多约束条件的控制系统平台架构体系。

第三阶段是总结建立基于指标—需求—能力—实体化—选型的“五维度体系架构”设计方法，依据技术指标和功能需求建立与之相适应的技术基础和能力，通过平台化的系统架构构建，实现满足应用需求的实体化平台，以适应不同应用需求的选型需要。同时，提出控制系统体系架构基于评价要素与权重的评价方法，建立基于能力描述的战技指标体系。

第四阶段是具体工程项目实施，建立基于第三代平台架构的导弹武器新型号立项论证、方案研制的相关制度和研制流程。

二、平台化设计方案及方法

控制系统的构成要素根据其对系统的影响程度以及技术发展的背景，可划分为不同的层次：

首先是系统功能的定义。除了基础的控制功能外，是否还有其它功能，如是否包括侦察、数据采集与传输等。

其次是系统内外信息传输的方式。在确定系统功能后，这些功能组成间如何进行信息的传输是系统组织是否合理、高效的重要因素。信息传输方式又可从不同的方面进行分析，包括信号传输的物理性质、接口形式、联系形式等。

第三是功能部件的实现形式。在完成系统内外的功能分配关系及确认相互的联系方式后，具体的功能部件如何实现是系统架构的支撑条件。

根据以上层次的定义，研究所分别刻画了第一代至第四代导弹武器平台架构，形成了从系统级到单机级的系统架构设计报告、系统产品选型报告、接口规划报告、系统方案验证报告等设计成果。

1.梳理总结“五维度体系”架构设计方法

基于高度抽象体系中的关键影响因素，隐藏底层大量的细节信息，提供一种可供理解、便于管理、易于建模的描述方式的目标，研究所建立了基于指标—需求—能力—实体化—选型的“五维度体系”架构设计方法，给出了控制系统体系架构基于评价要素与权重的评价方法，建立了基于能力描述的战技指标体系，具体包含以下几个方面：

一是基于作战需求，建立作战概念模型，形成实战能力需求分析矩阵，并最终以体系结构产品形式表现出来。将作战需求分配给各个装备分系统，即分配其需要完成的任务、使命、战略目标，从而转化为具体能力需求，形成能力指标。

二是建立体系能力指标与技战术指标之间的映射关系，完成控制系统具体指标分配。

三是依照指标分配，选择适当的武器装备，并确定评价要素。区分极大型指标、极小型指标、居中型指标、区间性指标等，最后确定评价要素的权重。

四是建模构建加权决策矩阵。计算出各种方案与最佳方案的满足程度，得到该种武器装备体系结构对体系能力需求的满足程度定量分析结果。

在上述过程中没有提到的一项过程是，需要根据体系能力划分建立武器装备体系架构，并作为开展整项工作的基础。

2.工程实践

在上述理论工作的基础上，研究所开展了基于某型号的改进型方案研制工程实践。

首先，分析总体需求：该型号改进型研制是在“快速反应、长戒备、生存能力强和综合保障好”目标指导下，以提升实战化能力为核心目标，兼顾提升突防和生存能力，充分利用先进成熟技术对其进行改进；充分继承某型号地面设备集成改进研制成果，并在此基础上进行适应性改进。控制系统的需求主要涉及生存能力、作战反应能力、发射环境适应能力和综合保障性能以及研制周期等方面，具体体现在以下几个方面：一是生存能力。要求控制系统具备快速启动或长时间热待机的能力，以及快速自定向的能力。二是良好的使用性能，包括测试有效期长、测试操作简单、使用维护方便等。这就要求控制系统组成要简单，设备要精简；可靠性要有较大提高；具有较强的测试数据处理能力和故障诊断能力等。三是研制周期短。尽可能继承既有产品和技术，提高研制效率。

综合以上研制需求，研究所在充分考虑可行性与指标满足情况的前提下，决定选择采用第三代导弹武器控制系统平台完成本次改进型研制工作，具体的工程实践包括3个层次内容：

一是系统架构的平台化推广工作。控制系统架构平台由信息感知设备（传感器）、控制设备、执行设备、能源等组成。根据不同的制导方案可增配其它传感设备，控制系统的信息传输采用高速信息传输方式。根据特点分析，第三代导弹武器控制系统平台可通过接口适应性修改推广至该型号使用。

二是系统关键单机产品化工作。根据系统架构需求进行关键单机在货架单机中的选型。以弹上产品为例，选用通用产品化产品的占74%（可进行小范围适应性修改），针对已有产品进行方案性改进的占6%，完全新研发的占20%。

三是系统方案与指标符合程度评估工作。在方案确定后，进行系统方案与指标符合程度评估工作。由于产品采用平台化架构与产品化产品，系统技术成熟度高，研制进度有保障，大幅提高了研制效率。

三、取得的成效及后续思路

在充分调研国内外平台化发展情况的基础上，研究所形成了基于第三代导弹武器控制系统的平台化设计方案，建立了基于指标、需求、功能、性能等多约束条件的控制系统平台架构体系；在总结工程经验的基础上，建立了基于能力描述的战技指标体系，给出了控制系统体系架构基于评价要素与权重的评价方法。针对某工程实例，完成了基于第三代平台架构的导弹武器新型号立项论证、方案研制工作。基于平台架构的设计方法在时间紧、任务重、人员紧张的资源条件下，确保了方案设计评审、立项决策评审一次通过，方案设计无重大反复，目前已经顺利进入工程实施阶段。

同时，研究所为适应未来5年、10年甚至更长远的技术发展要求，立足于技术发展，在大量调研技术领域发展现状、详细对标分析适配情况的基础上，从技术实现途径出发提出了适应于未来发展的第四代控制系统平台架构，并以此为指导开展背景型号预先研究以及预先研究项目申报工作，多个预研项目成功立项，部分顺利结题。

北京航天自动控制研究所从当前面临的挑战与矛盾入手，参考国内外航天航空领域的平台化发展情况，对武器装备电子系统平台化发展给出了基本的概念与架构定义，同时提出了对装备电子系统平台化发展研制模式转变的一点思考。后续可以继续指导导弹武器型号平台式发展，并推广至航天运输系统的平台化发展，建立适用于航天运输系统的平台化研制模式。

*其他作者：刘江、段然、李文婷、项宗友、卢波