运载火箭测试发射工艺流程逆流程研究

郑玉航，熊 鹏，孙 鹏，夏朝辉

(中国人民解放军火箭军工程大学，西安 710025)



【装备理论与装备技术】

运载火箭测试发射工艺流程逆流程研究

郑玉航，熊 鹏，孙 鹏，夏朝辉

(中国人民解放军火箭军工程大学，西安 710025)

针对运载火箭在测试发射任务中由于发射任务变更或发生故障所导致的运载火箭状态变更和逆向活动处理的问题，结合运载火箭测试发射工艺流程，提出了逆流程的概念和内涵，描述了基本逆流程的信息流向；说明了运载火箭测试发射工艺流程逆流程设计所遵循的一般原则；重点研究了运载火箭测试发射逆流程设计所使用的模块化设计方法、流程优先矩阵法、主关键路径等逆流程设计方法。

运载火箭;测试发射;逆流程

运载火箭系统是一个复杂系统，它是由若干相互联系，相互依存，相互作用的分系统结合而成、具有特定功能的有机整体。测试发射工艺流程是运载火箭工程研究的一项重大关键课题。测试发射工艺流程是指在从航天器进入发射场至火箭发射升空之前这段时间内，包括各系统参加发射任务的物流方向(或工艺路线)、关键技术状态、主要的工作项目及先后次序、实施场所、宏观时间安排及品质安全控制关键节点等内容的总体技术方案。它对发射场系统的总体布局、设施设备的技术方案和任务的具体实施起着决定性作用，规范着各大系统在发射场的全部技术准备和发射活动[1]。

1 逆流程构建必要性分析

运载火箭测试发射流程一般分为5个阶段：技术阵地单元测试阶段；技术阵地转场撤收阶段；发射阵地匹配测试(分系统测试、系统匹配检查)阶段；总检查阶段；加注发射阶段。运载火箭测试发射工艺流程大多只考虑了完成测试发射各阶段所需各项活动，以及基于测试发射各项活动所构架的使用流程，如图1所示。

图1 测试发射工艺流程网络

对运载火箭测试发射工艺流程进行的研究考虑更多的是测试发射流程的设计和优化。史建伟，蔡远文等为提高发射效率、缩短测试时间、优化测试流程应用HTCPN(层次赋时着色Petri网)建立了测试发射过程模型[2]；董学军，陈英武等提出了基于混合粒子群的航天器发射工艺流程优化方法[3]。通过分析相关文献，现有测试发射工艺流程仅考虑了测试发射的正向流程，并未对运载火箭出现故障或者由于任务变化所引起的逆向活动进行分析研究，而对运载火箭相关部件和系统的分离工作，易增加操作使用时间消耗，并对操作使用过程人力、物力资源的损耗和运载火箭本身品质造成不必要的影响。

针对运载火箭发生故障所进行的相关研究多是故障诊断相关理论和技术方面的研究，黄敏超等针对液体火箭发动机(LRE)的故障检测和隔离提出了基于模糊神经网络的方法[4]；黄强等根据液体火箭发动机传感器故障特性，提出了能够有效提高发动机故障检测方法的数据恢复算法[5]；张翔提出基于聚类分析的故障程度评估方法对运载火箭发动机稳态过程的故障进行检测与评估[6]。这些文献并没有提到在运载火箭遇到故障时，通过何种逆向活动对火箭进行处理，也没有对故障诊断过程时间消耗和资源浪费进行分析。

对测试发射工艺流程进行相关研究的同时，也应当对逆向流程进行研究和改进。对逆向流程进行管理，是目前测试发射工艺流程亟需解决的关键问题之一。要解决这个问题，需引入逆流程管理的思想，以适应运载火箭发生故障或任务变更所开展的逆向处理活动及对逆向处理活动进行的分析和相关研究。

2 逆流程概念和内涵

2.1 流程基本概念

Hammer认为流程是把一个或多个输入转化为对顾客有价值的输出活动；Davenport则认为流程是利用企业的资源达到预定目标的一些逻辑相关活动；Kaplan将业务流程定义为一系列相互关联的活动、决策、信息流和物流的组合； ISO9000规范将业务流程定义为一组将输入转化为输出的相互关联或相互作用的活动。

流程管理是一种以规范化的构造端到端的卓越业务流程为中心，以持续提高组织业务绩效为目的的系统化方法，包括流程分析、流程建模与再设计、资源分配、时间安排、流程品质与效率测评和流程优化等[7]。

因此，根据流程管理的定义和内涵，结合运载火箭测试发射的特点以及测试发射工艺流程的定义，提出适用于运载火箭测试发射逆流程的定义及管理思想。

2.2 运载火箭逆流程定义

逆流程是用来规定导弹、航天器和运载器等航天产品在进入发射场参加发射时，发生故障或者任务发生变更而开展的逆向活动。包含了逆向物流方向(或工艺路线)、关键的技术状态、主要工作项目及场所、各系统间及单个项目间的相互关系和先后次序、时间安排及品质安全控制关键节点。从整个流程定义的角度来看，逆流程属于测试发射工艺流程的一部分。

逆流程管理是以规范化的构造导弹、航天器和运载器等航天产品测试发射逆向流程为核心，以持续提高逆向流程效率、降低逆向流程资源损耗为目的，是一种针对测试发射逆向流程的系统化的持续性方法。按照“流”的连续性、通畅、简捷原则对故障诊断和任务变更过程中的各个活动和环节进行紧密连接、贯通、有机组合或集成，使之安全性能得到提升、效率得到提高。

2.3 逆流程构建时机

导弹、航天器以及运载器等航天产品构建逆流程的时机主要有以下两种，以运载火箭为例：一是运载火箭在测试发射过程中遭遇故障，需对其进行逆向处置，涉及到部件或分系统的分离，并对相关故障部件或分系统进行故障诊断和排除。二是运载火箭任务发生变更，其中任务变更主要受环境因素影响，任务不能立即进行执行，需要进行相应任务延后或取消，这就需要对运载火箭进行逆向处置，即对相应部件进行分离并使其返回原贮存区域。

2.4 基本逆流程

通过对运载火箭测试发射工艺流程的分析，以下三个区域需要进行逆流程处置，即技术区、转运转载区和发射区。逆流程处置划分的阶段为技术阵地单元测试阶段；技术阵地转场撤收阶段；发射阵地匹配测试阶段(分系统测试、系统匹配检查)；总检查阶段；加注发射阶段。

结合运载火箭逆流程构建的时机和测试发射工艺流程，得到如图2所示的包含逆流程的测试发射流程网络图。

图2 含逆流程的测试发射流程网络

3 逆流程构建的一般原则

运载火箭系统的复杂性，使得运载火箭系统逆流程的建立影响因素多，涉及面广。建立逆流程必须遵循以下原则：

1) 安全性原则

运载火箭逆流程设计，其上各类仪器设备较多，甚至某部件已经出现故障，因此，要考虑安全，必须首先考虑运载火箭各分系统的完好性和可靠性，满足产品品质要求，减少不必要损耗；在出现故障时，保证各分系统的安全可靠，也有利于查找并排除故障。

2) 可操作原则

运载火箭测试发射逆向流程是运载火箭发射场的一项具体工作，在进行逆流程设计的同时必须考虑发射场实际环境和保障人员的具体实际，确保在保障人员的操作下，能够使得运载火箭逆向活动顺利完成。

3) 系统性原则

系统性原则也可以称为整体性原则，逆流程应能全面反映逆向过程的一系列活动。以实现运载火箭使命任务为着眼点，从运载火箭本身特性、运载火箭系统和外部环境等方面出发。在建立逆流程时，要求将整个逆向过程视为一个整体，协调运载火箭各分系统及各辅助系统在逆向活动中的相互关系，以及在逆向过程不同阶段的相互联系，使运载火箭测试发射逆流程完整、平衡、衔接紧密，保证所建立逆流程的全面性和可信度。

运载火箭发射任务需要发射场提供组织资源、人力资源、技术资源、勤务保障资源、场地资源、地面辅助设备资源等。逆流程每一项活动的逆向流动均需要利用不同的资源来实现，因此在逆流程的设计过程中需要考虑各种资源约束情况，降低资源消耗。

5) 时限性原则

逆流程设计的目标之一就是在保证产品品质的基础上，合理安排测试发射活动中各逆向活动，尽可能缩短所需时间，这就要求逆流程设计的效率得到提高，在尽可能少的时间内完成逆流程各项活动。在设计时要考虑每项活动所需最长时间和最短时间，找出耗时最短的关键路径，同时留有充分的余量时间，使得在逆向处理过程中遇到干扰，有进行调整的余地。

4 逆流程设计方法

运载火箭测试发射逆流程是以测试发射活动中的逆向活动为主要研究对象，而测试发射逆向活动面向多个分系统并行工作，场地分散。因此，在逆流程设计时采用整体思维方式，对逆流程进行科学有效的规划，识别出流程的运行关键节点，避免逆流程设计全面开展时失去方向及目标。在运载火箭测试发射逆流程的设计中，主要采用模块化设计方法、流程优先矩阵法、主关键路径等方法进行逆流程设计。

4.1 模块化设计方法

模块化是为了取得系统最佳效益，从系统观点出发，研究系统(或产品)的构成形式，用分解和组合的方法，建立模块化体系，并运用模块组合成系统(或产品)的全过程。

针对运载火箭测试发射逆向活动模块化的问题，将直接组成为逆流程不同阶段的基础逆向活动(火箭各部件分离、检测、转场、推进剂退液、发射异常等)进行分解，并建立模块化逆流程体系。同时，将逆流程所需的各项保障活动根据任务不同也相应的进行模块化划分，作为逆流程的保障支持流程，测试发射逆流程分阶段模块化如图3所示。

毕竟，即便是模拟摄影也是把世界分割为矩形的二维照片，源于电磁波谱在瞬间里的片断——离散的片断。每一个片段，即照片，从事物的表象上攫取了一段记录，但那不过是冰山一角，其背后是一个复杂的、变幻的、多层次的物质体系与概念系统。[1]191里奇用一段隽永的文字描述当下数码—量子世界的不确定性，更多地把目光投向不确定的未来。他说：

图3 测试发射逆流程分阶段模块化图

按照上述方法对整体逆向活动进行模块化处理后，再对各阶段逆向活动开展更细化的模块化处理。例如，对总检查过程中出现故障时所开展的逆流程进行模块化处理，需要对运载火箭各分系统进行检查，包括控制系统、遥测系统、外安系统、动力系统、地面保障系统等分系统流程，具体到每个工作项目，如图4所示。

模块化流程设计方法的实质是对流程的分解组合，测试发射逆流程的设计是一个自下而上的过程，首先对底层各分系统逆流程进行设计，通过不断组合形成上一级逆流程，从而设计出整个运载火箭测试发射逆流程。

图4 测试发射逆流模块图

4.2 流程优先矩阵(The Process Prioritization matrix)

根据测试发射逆向活动开展的情况，以及各阶段逆向工作流程对整体逆流程重要性的影响，通过对相关流程进行分析识别，按照以下步骤进行操作：

1) 根据运载火箭测试发射逆流程，按照模块化设计方法对各阶段的逆流程进行梳理，建立明确的逆流程运作体系。

2) 依据测试发射逆向活动的情况，选取对整体逆流程产生影响的相关因素指标作为逆流程关键成功因子(Critical Success Factors，简称CSF)。然后将逆流程分为与CSF直接相关的流程(Directly Related，用D表示)、间接相关的流程(Indirectly Related，用I表示)和不相关的流程(Unrelated，用U表示)。而后令D为3，I为2，U为1，将相应的D、I、U填入矩阵中表示为Qij。矩阵的“行”表示流程，“列”表示关键成功因子。

3) 测试发射逆流程关键成功因子主要包含产品性能、系统性能、本系统影响、整体流程影响等方面。而后对逆流程产生影响的相关因素进行识别，并按照关键因子打分评价。表1为部分逆流程相关因素的评价结果。

表1 流程影响因素重要性分析示意表

4) 按照评价结果，将所有逆流程相关因素关键因子值填写到逆流程优先矩阵中，每一行的总量反映了该相关因素对于运载火箭测试发射逆流程的重要性程度，如表2所示。

表2 流程优先矩阵

4.3 主关键路径法

关键活动是运载火箭测试发射逆向活动的决定性因素，主关键路径是运载火箭测试发射逆向流程的主线，贯穿测试发射逆向活动的整个过程。

主关键路径的设计，必须把握运载火箭逆向活动的核心要素，满足运载火箭逆向活动的品质要求。把握核心要素，是指在设计逆向流程时，分清直接作用于运载火箭的活动和为测试发射逆向活动提供支持保障的活动。运载火箭测试发射逆向活动具有横向连贯性，因此在逆流程设计过程中不能缺失关键活动环节。

主关键路径的设计在模块化设计和优先矩阵设计的基础上进行，将重要程度高，关联性强的流程作为关键活动流程。

测试发射工艺流程关键逆流程的设计安照下列步骤进行：

1) 确定关键时间节点

关键时间节点是整个逆流程的阶段划分，如图5所示，根据运载火箭测试发射工艺流程及运载火箭的性能特点，将逆流程分为发射区测试、综合检查、分系统测试和单元测试四个阶段，其中共设置射前异常、火箭推进剂泄出、垂直转运、星箭分离、各分系统分离和产品出场等六个关键节点。

图5 运载火箭测试发射逆流程关键节点示意图

2) 选择主关键路径

在运载火箭测试发射逆向活动中，多个分系统并行开展工作，因此要选择相关活动所需时间长、重要性高的分系统流程作为主关键路径，从而构建运载火箭测试发射逆流程的整体框架，根据各分系统在不同阶段、不同任务中工作内容不同，主关键路径的选择也不完全相同。

3) 核心逆流程绘制

根据设置的关键时间节点和主关键路径的选择，绘制出核心逆流程。在核心逆流程的基础上，梳理所有的辅助活动、重要活动以及制约活动，按照规定的时间节点及其相互制约进行有序融合，最终设计出运载火箭测试发射逆流程，如图6所示。

图6 运载火箭测试发射逆流程

5 结束语

运载火箭测试发射是一项系统、复杂的工作，在此过程中任务发生变更或者装备出现故障时，能够采用合适规范的逆流程进行处理，对于装备、人员和场地的安全，以及效率的提高和资源的利用均具有重要意义。本文提出了逆流程概念和内涵，以及建立逆流程的基本原则，研究了逆流程设计方法，即模块化设计方法，流程优先矩阵法和主关键路径法，最后依据这三种方法绘制了运载火箭测试发射逆流程简图。本文提出的逆流程管理思想和设计方法也可推广至其他航天产品的流程设计研究中去，对于装备、人员和场地的安全具有重要意义。

[1] 崔吉俊.航天发射试验工程[M].中国宇航出版社,2010.

[2] 史建伟,蔡远文,崔晓阳.基于HTCPN的测试发射过程建模与仿真[C]//第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集.北京：出版单位不详，2011.

[3] 董学军,陈英武,邢立宁.基于混合离子群策略的航天器发射工艺流程优化方法[J].系统工程,2011,29(2):110-117.

[4] MIN CHAO HUANG,BAO YU XING.LRE Fault Detection Based on Fuzzy Direction Neural Network[J].Applied Mechanics and Materials,2015,727:880-883.

[5] 黄强,刘洪刚,吴建军.液体火箭发动机传感器故障检测与数据恢复算法研究[J].航天控制,2012,30(4):73-76.

[6] 张翔,徐洪平,安雪岩,等.基于聚类分析的液体火箭发动机稳态过程故障程度评估方法[J].导弹与航天运载技术,2015(4):24-26.

[7] 赵卫东.流程管理[M].北京:知识产权出版社,2007.

(责任编辑 周江川)

Research on Rocket Inverse Process of Test and Launch Process

ZHENG Yu-hang, XIONG Peng, SUN Peng, XIA Zhao-hui

(Rocket Force University of Engineering of PLA, Xi’an 710025, China)

Considering rocket state change and reverse activity caused by test and launch task change or malfunctions, combined with rocket test and launch process, the concept and connotation of inverse process were proposed, and the basic inverse process information flow were described. The common principles of the inverse process design for rocket test and launch process were explained. Some inverse process designing methods for rocket test and launch, such as Modular Design Method, Process Prioritization Matrix and Primary Critical Path were researched in detail. Finally, the inverse flow of test and launch of rocket was obtained.

rocket; test and launch; inverse process

2016-05-19；

2016-06-20

郑玉航(1974—)，男，硕士，副教授，主要从事武器装备自动测试及故障诊断研究；

熊鹏(1992—)，男，硕士研究生，主要从事武器装备自动测试及故障诊断研究；

10.11809/scbgxb2016.10.011

郑玉航，熊鹏，孙鹏，等.运载火箭测试发射工艺流程逆流程研究[J].兵器装备工程学报，2016(10):51-55.

format:ZHENG Yu-hang, XIONG Peng, SUN Peng, et al.Research on Rocket Inverse Process of Test and Launch Process[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(10):51-55.

TJ7;V554

A

2096-2304(2016)10-0051-05

孙鹏(1973—)，男，硕士，副教授，主要从事进控制理论研究；

夏朝辉(1976—)，男，硕士，副教授，主要从事导弹控制、测试，及精确制导与仿真研究。