集成化背景下的航天装备研发与管理模式策略研究

翟磊、郁立勇、钟英鹏、南宫自军、常新月 /中国运载火箭技术研究院

随着电子技术、信息技术、网络技术的飞速发展，未来航天装备呈现智能化、网络化、自动化的发展趋势，其设计模式也由传统的分立式单机设计向集成化设计模式转变。因此，如何建立一种适用于集成化背景下的航天装备研发与管理模式，形成可将集成化产品研发过程中的设计、工艺、质量、制造、持续改进等环节高效整合的管理体系显得越来越迫切。本文通过调研国内外集成化背景下的研发与管理模式，梳理了集成化产品在研发与管理模式下的发展脉络和发展策略，构建了适用于集成化背景下的航天装备研发与管理模式，该模式能够整体提升航天装备系统的研制效率，并降低研制成本，全面促进航天装备领域高质量发展。

一、航天装备集成化研发与管理现状及发展趋势分析

目前，国外在集成化研发设计和工作管理方面取得了显著性成果，在航天装备研制中实现了阶段式、跨越式的发展。而国内在军事科研领域可参考、成体系化的产品集成化设计及管理上研究成果较少，且研究非常分散，不利于吸收与借鉴。

在集成化研发设计方面，国外在运载火箭、卫星与高超声速武器等产品上采用总线、商业可实现（COTS）器件、标准化模块和接口实现了电气系统的集成化设计，代表了现代航天及武器装备领域发展的新高度；国内则以功能模块化、通用化、组合化的集成化设计理念逐渐崭露头角，将子系统中的电子设备集成设计，减少系统内冗余、降低成本、提高系统可靠性等诸多优点受到国内多家设计单位的青睐。

在集成化管理模式方面，国外积极推进高科技领域的研究和开发，所取得的成就得益于庞大而细致的项目规划及先进的管理思想与工作模式，典型管理模式有臭鼬模式、跨职能集成产品团队模式；国内因受原有组织架构和配套关系的约束，多数设计单位还处于在原有传统研制管理模式下开展集成化设计。

在分析航天装备集成化研发与管理现状的基础上，为建立一种适用于集成化背景下的航天装备研发与管理模式指明方向，需要进一步研究分析航天装备集成化的未来发展趋势。

一是智能化、信息化、数字化的要求。表现在航天装备某系统由单一制导控制功能向数据链信息通信、智能状态监测、数字化工程等复杂功能的综合平台转变。

在集成化管理模式方面，国外积极推进高科技领域的研究和开发，所取得的成就得益于庞大而细致的项目规划及先进的管理思想与工作模式，典型管理模式有臭鼬模式、跨职能集成产品团队模式；国内因受原有组织架构和配套关系的约束，多数设计单位还处于在原有传统研制管理模式下开展集成化设计。

二是系列化、模块化、通用化的要求。体现在依托“基本型”的集成化装备型谱系列化、基于“功能性划分”的集成化装备模块化，以及引入“定成本装备”设计理念的平台和零部件通用化设计与应用方面。

三是市场化、低成本化、快反应的要求。集成化装备面临市场化转型关键时期，建立高效的市场化运营机制和激励体制，依托“新技术、新材料、新工艺”的低成本化产品开发是提升竞争力的重要途径。

四是测试性、维修性、保障性的要求。集成化装备的测试实现、维护难易程度和维护成本直接影响装备的使用性能。根据集成化装备产品的不同类型、不同使用要求和不同制约条件对系统测试性、维修性和保障性进行设计，以提高装备的战斗性能。

二、航天装备集成化背景下研发与管理模式策略

1.集成化研发模式策略

集成化系统的重要特征是采用通用的模块、操作系统和标准的数据总线，构成一个实现信息交换和处理的整体架构。集成化设计对航天装备的发展具有重要的推动作用，具体体现在以下几个方面。

一是集成化设计满足装备信息化的发展需求。航天装备使用的信息化依赖系统一体化综合电子系统的性能提升和软硬件集成设计技术发展。航天装备集成化设计可实现多系统功能融合和设备间高速通信，为实现系统联合应用和航天装备精确可靠提供全面支持。二是集成化设计满足装备系统技术的发展方向。一体化综合集成设计是航天装备系统设计的必然趋势。集成设计可满足装备小型化、智能化、超远程、高精度等技术的发展需求，未来的装备电子系统将具有极强的可互操作性、可移植性及具有对模块和技术更新的“即插即用”能力。三是集成化设计满足系统演进规律的发展趋势。信息技术和封装组装技术的飞速发展促进系统形态由“分立系统”向“一体化系统”演进，降低系统耗能和对空间的依赖。

中国运载火箭技术研究院在国内外集成化设计现状总结分析基础之上，创新性提出两种适合航天装备未来发展的集成化研发模式。

（1）基于开放式架构的模块化集成系统

基于开放式架构的集成系统以标准总线、硬件模块化、软件构件化等为特征，可以实现系统的开放式集成设计。开放式架构具有较好的扩展性，有利于系统的维修保障。典型的基于开放式架构的集成系统如图1 所示。

图1 开放式架构集成系统示意图

（2）基于功能融合的综合集成系统

以硬件资源重复定义、软件可重构、功能深度融合等为特征，可实现系统的综合集成设计。综合集成系统有利于实现系统的小型化，有利于系统功能的深度融合。典型的基于功能融合的综合集成系统包括计算机和智能手机等。

2.集成化管理模式策略

研究院通过调研多家航天装备总体单位在集成化设计背景下的管理模式，获取了很多较先进手段。例如，将预研开发与项目研制剥离，提高预研项目的创造性和新技术应用；将设计流程进行扁平化管理，提高设计效率；产品生产引入竞争，将项目竞争压力转移至单机产品指标的竞争中，从根本上提高系统的品质和性能；地面试验进行统筹性策划，用仿真设计与试验验证相结合的方式降低研发成本，并加强过往试验数据的挖掘，进一步指导产品开发。

通过借鉴总结，为实现组织优化、设计高效、管理渠道通畅、质量控制有效、计划调度清晰，产品批产能力强，生产周期短，产品成本低，维护保障好，综合作战效能高等目标，提出适合航天装备未来集成化设计发展的管理模式建议。

（1）适应技术开发的快速研发管理模式

通过建立在同一协同设计平台上的联合研制模式设计团队，提高系统的高度融合设计，减少系统间接口关系及信息不对等，做到上下游无缝连接，缩短研制周期。以航天装备项目研制为主导，以设计需求为导向，整合项目管理人员，建立新型管理体系、引入市场竞争机制，由设计师系统参与选择，择优录取。建立信息化管理平台，规范化管理人员、设计、流程，缩短设计、管理链条，做到扁平化管理，建立规范化设计和统一数据源，避免因组织壁垒导致的技术不一致。加强项目和技术的快速决策，新产品的正确决策和快速开发决定了企业在竞争中的成败，通过与竞争产品的比对分析，确定差异化竞争策略，确立竞争优势。采用产品化的研发思路，产品开发策略发生本质变化，由“以项目为核心”过渡为“初步形成产品平台和技术平台”，再发展到“以平台为核心的快速开发”，策略变化的目的是建立系列化产品，以满足不同项目和市场的需求，充分运用有限研发资源创造最大价值的战略目标。

技术开发研制流程（见图2）与传统设计模式不同，采用项目制的开发与管理制度。由航天装备总体单位发布技术需求，总体专业与分系统组建项目研发团队，开展技术方案策划和项目实施。项目的验证和方案修改由项目负责人全权掌控，当技术得到验证后，进行成果固化和技术转化。

图2 技术开发研制流程

（2）适应项目应用的全流程、精细化管控模式

实施满足企业持续发展的精细化产品战略管理，在项目研制的全生命周期内，针对不同阶段的设备制定差异化的管理策略，根据不同产品的战略定位，分别确定其开发优先等级和设计精度等级，从而实现优化资源组合和合理应用资源。建立基于信息化、数字化管理的精细化研发体系，打造面向研发全过程的协同产品开发管理平台，支撑产品系列化、模块化开发战略，提高总体对全系统的把控能力，提升产品研发知识的重用能力。加强质量问题报送、闭环处置管理及设计变更管理，在工程设计中建立质量问题反馈途径、形式和机制，对设计、工艺、制造、售后服务各阶段反馈的质量问题进行全过程闭环处置管理，对设计更改及闭环更改过程进行实时动态监控，并实时动态统计设计更改的贯彻落实情况。建立多定点的产品研制和清晰的责任分工制度，为提高总体性能指标，在分系统中引入竞争机制，从项目管理角度严格控制总体、分系统、单机三层单位，严格杜绝分系统再次向下分包设计单位，明确区分总体指标、分系统集成化产品设计、器件生产三个工作。

航天装备项目应用的全流程、精细化研制流程仍沿用传统的初样、试样、定型阶段，淡化可行性论证阶段和方案阶段，可根据技术开发而形成的成果，快速进入初样研制。

通过集成化背景下的航天装备研发与管理模式的研究与实践，虽然在某航天装备项目实践应用中取得了很大成效，但在模式的推广应用方面还存在一定的差距和不足，与装备项目研制深度融合不够，后续要继续开展集成化背景下的航天装备产品化工作模式探索和实践，对实践经验进行提炼、总结，固化工作方法、工作流程和管理制度，以期在更多的航天装备项目中进行推广应用，从而构建以通用产品、标准架构选用为基础的项目系统集成研制模式，实现产品与项目双驱动科研生产模式的转型升级。

三、实践应用

适应技术开发的快速研发模式不再单独隶属于某一航天装备项目，可以实现各航天装备项目之间技术通用，同时技术主线与项目主线并行的模式也不会影响成熟装备项目的研制，同时可以提供更多创新性、颠覆性的新技术，实现技术和产品的多元化。而适应项目应用的全流程、精细化管理模式，可根据技术开发而形成的成果，快速进入初样研制，缩短研制周期，全流程清晰的责任分工也有助于质量管控。

在该集成化研发与管理模式的成果指导下，某航天装备项目采用适应技术开发的快速研制模式，实现了总体、电气、结构、控制、软件等多专业集成优化与融合，将项目方案论证到飞行试验的研制周期压缩了近1 年，联合研制团队可实现高效的管理，有效打破利益壁垒，大大节约了管理和开发成本，相比同类项目实现了直接成本缩小30%。研制开发的开放式架构集成系统改变了传统单机研制模式，产品的体积和重量压缩超过50%，大大提高了装备综合性能。

此外，通过推动装备系统级型谱的系列化建设和单机级产品的模块化发展，形成了多项高集成化设计，推动研制模式转型，实现低成本、通用化、快速研制，固化管理模式与体系，为国家提供“好用”“管用”“实用”的优质产品。

通过集成化背景下的航天装备研发与管理模式的研究与实践，虽然在某航天装备项目实践应用中取得了很大成效，但在模式的推广应用方面还存在一定的差距和不足，与装备项目研制深度融合不够，后续要继续开展集成化背景下的航天装备产品化工作模式探索和实践，对实践经验进行提炼、总结，固化工作方法、工作流程和管理制度，以期在更多的航天装备项目中进行推广应用，从而构建以通用产品、标准架构选用为基础的项目系统集成研制模式，实现产品与项目双驱动科研生产模式的转型升级。