航天系統工程

狹義的系統工程是指技術過程，即為了更好地實現系統目標而對系統的構成要素、組織結構、信息流動和控制機制進行分析和設計的技術；廣義的系統工程定義為組織管理複雜系統的規劃、研究、設計、製造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有系統都具有普遍意義的科學方法。航天系統工程是組織管理航天型號規劃、計畫、預研、研製、試驗、生產以及人才、物資、保障條件、經費的科學體系與方法，覆蓋了全過程、全方位，內容十分豐富。

基本介紹

• 中文名：航天系統工程
• 外文名：space systems engineering
• 屬於：一類典型的工程系統工程
• 特點：也是套用系統工程的最大受益者

簡介

20世紀40年代初，在電子系統的研製中，開始採用系統工程概念並取得了良好效果。50年代中期，在航天系統和軍事系統的研製中出現了大系統的新型設計法，為現代系統工程奠定了基礎。60年代初期，系統工程在阿波羅工程中的成功運用，標誌著系統工程作為一門科學的組織管理技術開始被人們普遍接受和推廣套用。

技術過程/總體設計

原則

航天系統工程的技術過程必須遵循的原則主要有：

(1)多方案比較、整體最佳化、科學集成；

(2)分階段實施，逐步改進；

(3)技術關鍵要先行，要充分驗證，以求儘早暴露問題；

(4)各種技術接口要儘可能標準化、簡單化；

(5)要充分運用並行工程的方法等。

主要方法

技術過程的主要方法有：

(1)需求工程；

(2)機、電、熱、力、磁、信息流設計與分析；

(3)可靠性、安全性設計；

(4)軟體工程；

(5)人因工程等。

組成

航天系統是由太空飛行器、航天運輸系統、太空飛行器發射設施、航天測控系統、用戶設備(系統)以及其他保障設備組成的完成特定航天任務的工程系統。航天系統的特點是規模龐大、技術複雜、質量可靠性要求高、耗資大、研製周期長、社會和經濟效益顯著。一些典型的航天系統,如“人造地球衛星”1號工程、阿波羅工程、美國太空梭工程等都是現代典型的大工程系統。

內涵

加強總體設計部建設，搞好總體方案設計、技術抓總與技術協調

分解一集成是系統理論的核心思想，也是系統工程的基礎。航天型號的總體設計部就是在型號總指揮與總設計師的領導下，根據型號研製任務書的要求，用系統分析的方法進行總體方案的論證與總體方案的設計，進行分系統功能、性能指標及結構的分解；在分系統論證與必要的試驗驗證基礎上再次進行系統的綜合集成，經多次疊代，求得型號整體性能的最佳化。與此同時，根據研製技術途徑，進行經費、進度、保障條件的分解與集成，經過不同層面多次疊代，形成在一定約束條件下最佳化的研製流程與實施方案。

充分發揮型號兩條指揮線的作用是航天型號工程順利實施的重要保障

航天系統工程的組織體系是型號指揮系統和型號設計師系統。單位的行政正職是型號研製的第一責任人，並由其選定型號直接責任人。型號總指揮是本型號的總負責人，由上級部門任命，對第一責任人和直接責任人負責。型號指揮系統，除各級指揮外，還包含了計畫組織指揮調度系統及相應保障職能部門的有關人員，它不受行政建制的限制，可跨建制、跨部門實施組織、協調、指揮調度。同時採用先進的計畫、調度、配置、評價與評審等技術和手段，實施動態管理，以保證全系統協調、高效運行及管理系統的最佳化。

強化以型號總體研究院為基礎的型號科研生產組織體系

航天多年來形成了以型號總體研究院為基礎，按型號配套的各專業院、所、廠，地方所、廠構成的型號科研生產配套的組織體系。一般的科研生產活動大多在院一級組織實施。1988年航空、航天兩部合併時，國務院領導充分肯定了航天型號總體研究院的地位與作用，1999年組建集團公司時，對此再次作了肯定。在新時期配套方式不斷調整變化，以及任務量大增的情況下，完善與加強這個配套體系對保持協作配套的相對穩定、保證質量與研製工作的順利進行具有重要的作用。

嚴格按科研程式辦事，嚴格控制各階段的技術狀態，避免出現重大反覆

科研程式是航天科研生產歷史經驗的總結與升華，是我們對型號研製規律認識程度的反映。航天依據不同的型號，如飛彈、火箭、衛星、飛船等等，將其研製過程劃分為不同的階段，大到發展戰略目標與規劃的制定以及探索一代、預研一代、研製一代、生產一代的四步走，具體到型號研製的不同階段，每個階段都有明確的定義、任務與完成的標準，轉階段也必須有嚴格的評估與評審，評審要按行業標準執行。不按程式辦事，往往欲速則不達，所造成的教訓也是十分深刻的。嚴格執行研製程式就是為了防止趕進度、圖省錢，而不把該做的事做好、該解決的問題徹底解決，防止出現重大反覆。嚴格控制各階段的技術狀態也是如此，防止小改出大錯，防止不必要的錦上添花以及追求局部的先進而影響全局。

始終堅持質量第一的方針是實現航天系統工程目標的必然要求

航天系統工程始終將可靠性、安全性放在重要位置，始終堅持質量第一的方針。一系列強有力的質量管理措施，保證了航天產品與工作質量不斷提高，以及飛行試驗成功率的上升。由於歸零標準要求機理清楚，克服了解決問題有時“知其然而不知其所以然”的沒有吃透技術的現象，有利於技術水平的提高。

工程實例

“人造地球衛星”1號工程

蘇聯於50年代中期組織實施的第一顆人造地球衛星工程。主要包括:研製“衛星”號運載火箭,改建拜科努爾發射場,研製衛星本體和衛星攜帶的科學探測儀器，建立地面觀測網。蘇聯在1957年10月 4日成功地發射了世界上第一顆人造地球衛星──“人造地球衛星”1號，開創了人類航天的新紀元。

阿波羅工程

美國於60年代至70年代組織實施的載人登月航天工程，或稱阿波羅計畫。這一工程的目的是實現載人登月飛行和人對月球的實地考察，為載人行星飛行和探測進行技術準備。除二次世界大戰中的V－2工程和曼哈頓計畫（它們的規模要小得多），阿波羅工程是人類科學技術史上少有的大型工程系統，它的完成是世界航天史上具有劃時代意義的一項成就。

美國太空梭工程

美國於70年代初至80年代初組織實施的可重複使用的大型載人太空飛行器工程。主要包括：研製太空梭系統，建設發射場和著陸場，確定固體火箭助推器的回收方案，建設助推器的修復設施，改造和擴建測控系統。太空梭是把運載火箭、載人飛船和飛機的技術結合起來的一種新型航天運輸工具，它充分利用了現代航天和航空領域內的各種成熟的先進技術，以及現代科學技術的眾多領域的新成就。整個工程是由政府機構、工業企業和高等院校的龐大隊伍合作，運用系統工程的方法組織實施的。工程歷時約12年，於1982年結束,耗資約150多億美元。這一工程的完成為人類提供了全新的航天運輸工具，成為世界航天史上的一個重要里程碑。

特點

適應航天系統的特點形成了現代航天系統工程方法，它具有以下主要特點：

①　建立總設計師制度和總體設計機構對航天系統進行系統設計和管理。航天系統和組成它的各大系統通常都設有總設計師和總體設計機構──總體設計部。總體設計部是按航天系統總體要求組織起來的科學家、工程師的常設集體，是工程系統的總體論證和設計機構。航天系統的總體設計部是在50年代中期飛彈系統的總體設計部基礎上發展起來的，它成為航天系統工程的計畫領導人對整個航天計畫實施科學領導所必不可少的參謀機構。總體設計部在航天系統研製和管理中的重要作用，使人們確認總體設計機構的概念在現代大系統管理中的地位。

②　利用管理信息系統對航天系統進行科學的系統管理。航天管理信息系統是在50年代軍事信息系統基礎上發展起來的，由電子計算機管理的高度自動化的航天工程指揮控制系統在60年代達到了相當完善的程度，成為一種整體化管理信息系統，同時指揮著上萬人甚至幾十萬人的活動。

③　採用系統仿真技術對航天系統進行系統分析和評價。從航天系統的初始概念設計到系統研製和使用，不同型式的仿真得到了廣泛套用，以實現事前的工程分析、可靠性分析和技術經濟綜合評價等。例如，在阿波羅工程中套用電子計算機進行各種仿真，確保了各項試驗研究準確地按期完成,終於在1969年7月16日通過“阿波羅”11號飛船把 3名太空人送到月球並安全返回地面。

在航天系統工程的實踐中，還進一步完善和發展了計畫協調技術(PERT)、質量控制技術等。

中國航天系統工程方法

中國航天系統產品主要是指運載火箭、人造衛星、載人飛船和飛彈武器系統，也稱為航天型號。系統工程方法的作用是把需求演化成為現實的航天系統產品。一個航天型號的研究、設計、開發、生產是一個複雜的組織管理過程，必須考慮到從概念研究到部署使用全壽命周期活動的要求；必須綜合集成多種學科和專業技術，包括一些必須事先攻莢的前沿技術；必須組織成千上萬科技人員和管理人員在十幾年的研製過程中協同工作；同時，必須保持在整個研製過程中技術、經費和進度的協調進展。系統工程方法是組織管理這些航天型號系統研製工作的唯一選擇。

50年來，在航天事業的實踐中，形成與發展了我國航天系統工程的理念、體系與方法，保障了我國航天事業健康、持續地發展，同時也為我國管理科學積累了新鮮經驗。

20世紀40年代，國際上提出並開展了一般系統理論與研究，二戰以後一系列重大的國防與航天計畫有力地推動了系統工程理論與方法的研究和套用，阿波羅登月工程是其典範。50年前，我國在航天事業創建之初就十分關注系統工程理論的研究，在實踐中形成與發展了具有中國特色的航天系統工程的體系與方法。錢學森先生在國防部第五研究院建院後不久，就組建了型號總體設計部，這就是我國航天系統工程的開端。70年代，他又花了很多精力從事系統工程的推廣套用和系統學的理論研究。錢老曾指出，系統工程是組織管理“系統”的規劃、研究、製造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有“系統”都具有普遍意義的科學方法。而這種方法是通過規章制度、組織體系，將相關的資源有效地集成起來，在一定的約束條件下來實現系統預定的目標。在我國航天事業發展50年的歷程中，無論是預先研究、型號研製，還是各項管理工作，都始終貫穿著系統工程的理念、體系與方法。

早在老五院建院初期，根據聶總的指示，在《關於自然科學研究機構當前工作的十四條意見(草案)》(“科研十四條”)的基礎上，著手研究制定了《國防部第五研究院暫行工作條例(草案)》，之後用了一年的時間試行並廣泛地徵求意見。特別是在1962年3月我國自行研製的第一枚近程飛彈飛行試驗失敗後，認真總結了經驗與教訓，加深了對型號研製規律的認識，在此基礎上進一步修訂了《暫行工作條例》，並於1962年11月8日正式頒布實行。按這個條例的規定，型號總體設計部、型號兩條指揮線的體制已基本形成，研製程式也已基本確定。這個條例體現了航天系統工程的基本理念、體系與科學方法，奠定了航天系統工程的基礎構架，對航天事業初期的建設與發展起到了重大作用。

我國航天系統工程在實踐中形成並不斷發展，國內外系統工程的研究與實踐也不斷取得新的進展，因此我們仍需學習與總結，不斷創新與發展。當前，任務繁重，在市場經濟條件下如何加強經濟管理、風險管理，多型號並舉要求新的管理理論與方法，將會創造出更豐富的新的經驗。同時，要努力推進項目管理，系統工程與項目管理有共同的源頭，兩者互動發展。在“72條”中就曾提出要積極推進項目管理的試點，在“80條”中又指出，有條件的型號實行項目管理，幾年來已有很大的進展，並取得了一定的經驗，應不斷總結、完善、提高。

我國航天系統工程在錢老的倡導下，50年來，經過幾代航天人的實踐、創新、積累，形成了比較清晰的理念、比較完善的體系和比較科學的方法，保證與促進了中國航天事業的健康發展，這是我們寶貴的財富。時代在前進，技術在進步，我們應不斷總結，不斷創新，實現航天系統工程新的跨越，為新世紀航天事業的健康發展提供有力的保障。