多载荷集成演示验证项目管理探索与实践

/北京宇航系统工程研究所

按照中国载人航天工程安排，利用我国某新一代运载火箭首飞契机，中国运载火箭技术研究院基于“远征”系列上面级平台，抓总实施了我国首次多载荷集成在轨演示验证，在轨飞行40多个小时，验证了泵压式发动机多次起动、长时间高精度自主导航控制、大机动变轨与多星部署等上百项新技术，取得了很好的效果。此项目技术新、难度大、周期短、要求高，面对前所未有的高难度和保成功、保安全的巨大压力，型号队伍充分认识到这项任务对研究院技术创新和拓展空间运输、在轨服务领域的里程碑式意义，通过运用多项目管理的先进思想，重点针对项目管理模式、工程技术方法、项目风险管控等方面的创新研制思路和方法，科学策划，狠抓落实，并克服重重困难，最终实现了任务保成功、保节点、保安全，突出展现了研究院在大工程任务中的总体抓总能力，也积累了宝贵的管理经验。

一、管理模式的探索与实践

航天系统工程管理是组织航天型号规划、计划、研制、试验、生产及人才、物资、保障条件、经费的科学体系与方法，面向型号系统从方案论证、方案设计、工程设计、工程研制到生产、测试、发射、飞行等方面进行全生命周期内的全过程管理，在组织、技术、质量、进度、经费、能力和风险等方面，对人、财、物、技术、知识与信息等多个基本要素实施有效管理。

此次抓总管理相对于以往的航天型号项目管理，在计划、进度、质量、风险等方面有诸多共性，但工作要求、内容、侧重点均有显著区别，且组织管理范围更广，资源需求更集中，项目风险更大，系统性、动态性、协调性、集成性的特点非常明显，这些新的特点和要求均需要通过采用多项目管理的思路来达到更好的效果。因为相比于单项目管理，多项目管理以多个项目的利益集合最大化为目标，除了要解决成本、质量、进度等基本问题外，还需要协调多个项目间的联系与冲突，包括项目间资源冲突、项目间信息共享等问题。

1.组织保证，流程创新

此项目是研究院在运载领域首次作为工程总体负责抓总研制，在工程项目管理方式上面临着全新的角色定位和职责要求，所以必须要有与抓总职责能够匹配、适用的管理模式，才能很好地完成这一项目。为此，研究院专题研究了新的管理模式，并进行了顶层策划。

组织层面强化组织保证，设立了首飞载荷组合体行政负责人和项目技术负责人，明确了具体职责要求。上面级按照正式型号项目各项要求，依托原有系列上面级型号队伍开展各项研制工作，制定详细研制计划，并纳入研究院A V I D M计划管理。尽管是演示验证项目，但此项目仍建立了相对独立、完整的研制队伍，以及组织协调关系框架，以确保各项研制工作的顺利推进。

项目管理层面创新研制流程，强调指挥系统在型号研制全局性、全过程谋划与全系统综合集成中的技术运筹、协调和管理作用。通过对型号全生命周期工作项目分解，详细分析现有技术、产品基础，充分考虑研制周期限制以及经费、试验能力等现实条件，实施“方案—演示验证”2个阶段，以更加突出工作特点，缩短研制流程。

其中，方案研制阶段聚焦与工程各大系统/各搭载载荷的接口确定、总体及分系统/单机的技术方案确定以及产品投产；演示验证研制阶段则侧重于产品生产、试验、状态改进、接口验证，做到了阶段虽少但路线清晰，能从传统的迭代式改进以及成熟的模式中提炼出影响方案正确、产品成熟的关键环节，合并了重复环节，从根本上缩短了周期，提高了效率。

2.借力产品化，突出抓新研

组合体充分发挥研究院产品化工作成果，依托“远征”系列上面级技术和产品基础，充分继承已有研制成果和飞行子样，实现了技术共用和产品共用，其中上面级箭上产品化率达到了97%以上，不但大幅降低了型号研制难度、缩短了周期、节约了经费及人力资源、规避了风险，而且使型号队伍能够集中精力围绕以动力系统多次启动、长时间自主导航、智能型信息控制、K a频段天基测控为代表的新技术和关键技术开展工作，成功实现了各项新技术的突破和相关新产品的研制。

3.统筹抓体系，重点抓受控

组合体各载荷研制单位虽然都采用ISO 9001及GJB9001的管理体系，但其研制管理要求不尽相同，且各具特色。面对抓总管理中存在的大量跨体系协调事项，首先在尊重各自管理模式的基础上要坚守统筹管理原则，明确体系边界，做到组合体与载荷间文件传递只到接口层面，载荷间文件、要求协同必须通过总体，确保文件受控，以及不跨单位、跨体系进行工作确认，进而避免各载荷“设计—工艺—生产—检验”流程不匹配现象和管理不闭环现象的发生。

针对组合体普遍存在的多个载荷产品联合操作环节出现多类没有以前经验可以借鉴或经验已明显不适用的管理问题，上面级型号在管理上不拘泥于原有经验，而是多层面分析产品间配合关系特点、操作职责分工、工作流程耦合程度等情况，细化操作职责、配合职责、检查确认职责、交接时机等，做到了明确联合操作职责，使得协同工作有条不紊。

此外，各载荷研制模式区别很大，如何选择合适的时机有效地把控接口控制、安全性设计及验证等总体关注的关键环节，需要针对每个载荷的研制模式和工作节奏来跟踪和分析。总体组织梳理了各载荷每个研制阶段的工作要点，并结合已往型号研制经验有的放矢地制定质量工作要求，围绕关注重点抓住关键环节，以关键节点控制、接口控制、方案确定、技术状态管控、安全性评估、环境适应性分析为重点进行全过程质量管控和过程监督，以确保方案合理、产品技术状态正确、质量受控、飞行安全。

4.管理扁平化，工作并行化

为了提高效率，根据需要开展扁平化管理，型号项目办公室会同分系统单位一起直接负责单机生产单位甚至零部件外协单位，在型号总体、型号项目办公室、承研承制单位、二次外协单位之间建立了指标及节点充分交底、进展情况直接沟通、出现问题共同会商的密切合作关系，确保了在型号高强密度生产和试验工作中没有出现因参试产品齐套拖延、资源保障滞后而引起的进度延期问题。

针对研制中各项试验占用周期长、不确定性多、管控难度大的特点，型号队伍在经费少、周期短、要求高的条件下，创新思路，狠抓过程管控，对大型地面试验的组织管理采取了型号项目办公室主管调度员+总体现场工程师+承试单位试验负责人“三人组”的模式，并重点抓住前期协调、过程把控、人员物资产品保障等关键环节，确保了进度。

周期短是此项目的最大挑战之一。为此，型号队伍以老一辈航天人的奉献精神和工程经验为指引，以高频率协同、快节奏设计的工作方式快速攻克数项难关。在时间短、任务重的情况下，指挥系统会同设计师系统并行工作，以技术为保障，向管理要时间，通过采用设计出图与物资备料、设计与工艺准备、工艺审查与生产准备、生产与试验、测试与迭代改进、研制与靶场准备6个交叉作业，以及组合体试验与上面级试验、上面级分系统测试与组合体内部/外部接口验证2种融合，对占用周期最多的生产和试验环节实施优化安排，做到精确控制进度，最终在27个月内完成了研制、生产、试验、测试、靶场工作、飞行演示验证等型号生命周期内全部工作，创造了多项目管理的成功案例。

二、工程技术方法的探索与实践

组合体研制相比研究院以往运载型号，在设计、试验、生产上有许多新特点和新要求。设计上要充分考虑各载荷的力、热、电气、电磁、分离等要求；试验考核需按传统试验项目要求，具备容纳组合体的大型振动试验台、大型热真空试验舱和大型微波暗室等试验条件；生产方面要有能够满足组合体垂直装配、垂直测试的高跨度十万级洁净厂房及质量特性测量设备。对此，上面级型号队伍充分识别组合体研制风险，创新设计思路和验证方法，在现有研保条件下做到了设计指标闭环。

1.充分利用仿真手段，节省资源保周期

型号在论证首飞方案之初，即根据研制进度紧张、研制经费有限的客观条件限制，在充分借用其他上面级型号现有产品和试验成果的基础上，依据所用产品的技术成熟度对需要采取试验方式验证或数字化仿真方式分析的项目进行科学策划，组建了计算机辅助分析仿真团队，通过充分利用数字化仿真手段最大程度节省研制保障资源，缩短研制周期，确保首飞成功及计划节点的要求。

组合体通过计算机辅助分析辅助试验和仿真分析手段，获取了更多试验工况下的参数。先后完成了数字化热平衡试验、数字化模态试验、新研结构数字化静力试验、数字化发射场合练、分离仿真分析和弹道制导姿控联合飞行仿真等共计6项试验，并通过大量的仿真分析验证了热控设计、模态设计、结构承载能力、发射场工作流程、分离及弹道制导姿控设计的正确性，实现了传统研制模式中只有通过大型地面试验才能达到的目标。

2.创新试验思路，确保指标闭环

试验充分性与测试覆盖性是航天型号研制必须要确保的工作准则，但受限于项目经费、研制周期、参试产品等客观条件，部分试验难以开展。型号队伍根据技术成熟度和设计裕度情况对研制试验进行了有针对性的设置，在研制之初开展了大型试验策划，并经过了评审，在经分析不会增加飞行风险的基础上取消了结构静力试验、系统级热平衡试验等试验项目；同时，对可能存在风险的项目投入足够的关注，如针对返回舱再入开展多轮仿真并开展独立评估、针对Ka相控阵天线开展了多轮测控对接试验等，以确保在缩减研制流程、减少试验项目的情况下做到风险可控。型号队伍基于以往丰富的技术和经验积累，分析试验所要解决的主要问题，创新思路，确保设计闭环。设计指标闭环验证模式创新项目见表1。

表1 设计指标闭环验证模式创新项目

3.专家现场技术把关，识别风险快速改进

组合体研制过程中，新研产品往往具有技术方案新、充分考核难、迭代改进机会少的特点，所以如何降低风险、快速成熟成为一个难题。为此，型号队伍创新思路，采取“专家会诊”的新模式，邀请中国空间技术研究院、北京宇航系统工程研究所等多家单位的领域内专家多次到生产现场、装配现场、测试现场等技术阵地，与设计师队伍一起对方案、接口、使用环境、技术条件等进行核对确认，对可能存在的风险进行充分识别。然后，设计师针对改进意见及风险因素快速改进方案，型号项目办公室同步研究可供实施的时机并作出工作安排，并与承研承制单位共抓落实。通过多轮的专家现场技术把关，对新研单机等的快速成熟起到了很好的作用。

三、项目风险管控的探索与实践

此项目是研究院在运载领域首次担任工程总体，从技术和管理2个方面履行总体单位的抓总职责。通过工程实践，在质量和风险管控方面形成了有上面级特色的管理特点，既确保了型号任务的圆满成功，也能为后续类似任务的开展起到一定的指导、规范作用。

1.广泛借鉴经验，明确纲领要求

为更好地开展空间环境适应性的设计和验证，自项目立项以来，一直积极参考借鉴航天器的研制经验。在研制初期，型号队伍针对热学环境试验的开展、边界条件的设置等，多次到热控专业研究所开展调研、交流，参考了卫星研制队伍的试验方法、条件设置等宝贵经验。型号队伍就热控实施与中国空间技术研究院、上海航天技术研究院“神舟”飞船设计团队进行了深入交流，聘请了热控专家对上面级热控设计方案、产品安装方案等进行把关，并对上面级热学环境模型进行复核复算。型号首飞前，为深入、客观地开展试验充分性分析，研制队伍针对上面级与低轨、高轨卫星的试验项目开展了比对分析和影响分析，为型号出厂提供了数据支撑。

在学习借鉴飞行器研制规律的基础上，结合上面级及组合体研制、试验、飞行等过程中的任务特点，研究院制定了组合体质量管理要求和组合体各载荷质量管理要求，明确了任务的质量管理目标和各阶段的工作重点，并根据任务目标对参与任务的各载荷、各单位有针对性地提出不同的质量管理要求，这在研究院的质量管理历史上尚属首次。

2.管控抓重点，注重环境与安全

演示验证任务不能影响火箭首飞，所以安全性是对此项目最重要的要求之一，其开展情况和实施质量将直接关系到任务的实施与成败。在任务开展之初就明确划分了任务的安全性优先级，即火箭首飞任务保证＞上面级演示验证任务保证＞返回舱演示验证任务保证＞其余各载荷演示验证任务保证。型号总体周密地策划了安全性工作，依据型号研制阶段，安全性工作按照危险源识别→安全性设计评估→安全性验证评估→安全性验收→安全性整体评估的顺序开展。型号成立了专门的安全性专家组，对安全性工作的完成情况进行把关，针对安全性工作的每个阶段制定了任务目标，设计报告模板，开展现场检查，并对每个载荷的安全性工作进行逐一评审，做到严格把关，不留遗漏。通过全过程的安全性工作，切实保证了搭载任务的顺利完成。

3.一步一分析，预案作充分

组合体飞行时间长达40多个小时，期间需要7次变轨，是我国运载史上飞行时间最长、飞行时序最复杂的任务之一。在研制阶段，为了摸透上面级的飞行时序、确保每个动作都能按照既定设计圆满完成，型号队伍按照组合体的飞行时序、飞行动作开展了“一步一分析”的飞行事件链分析，分析每一个动作所需要发出的指令、涉及的相关产品、产品质量状态、验证情况等。通过多轮分析、讨论，对飞行事件相关要素识别正确，且均采取了有效的可靠性措施，满足了飞行任务要求。

通过飞行事件链分析，梳理并识别出任务主要的难点，并对“载荷分离”“飞控预案”“制导方案”等3项关键技术进行了独立评估。同时，上面级对各系统的20多项关键技术、关键产品组织开展了复核复算。通过独立评估，型号对关重技术和产品进行了再回顾、再反思，提前发现问题并得到及时解决。

4.多维度风险分析，剖析国外故障案例

针对组合体首飞任务，并围绕影响首飞任务成功的4个方面（技术风险、产品风险、操作风险、管理风险）开展了风险分析与识别，建立了风险树，利用风险树分析方法对型号进行自上而下的清理，全面识别各系统的风险点，形成了自上而下的系统纵向维度；结合型号出厂质量管控工作，并综合运用各种线索形成横线维度，对纵向和横线交叉区域的重点部分进行再次识别，以确保风险项目彻底识别到位。

在此基础上，型号队伍组织收集了20世纪50年代至今美国、俄罗斯、欧洲等国家和地区的上面级在轨飞行故障案例100多个，按系统和故障模式对问题进行了分析，重点对涉及动力、分离、控制的问题进行了重点剖析。通过多维度风险分析与国外上面级故障案例剖析相结合，型号队伍从多角度深刻辨识了风险，并及时完成了风险的分析与控制工作。

中国运载火箭技术研究院上面级型号队伍通过开展对航天型号多项目管理的探索和实践工作，打赢了这场首次抓总的攻坚战，在飞行演示验证圆满成功的同时实现了“任务抓总、流程优化、资源集约”等多项可以固化的管理创新，得到了上级领导的高度评价和对型号后续应用的支持。