中国航天科技集团王国庆院士团队：数字时代的航天系统工程丨JME封面文章

引用论文

王国庆, 熊焕, 侯俊杰. 数字时代的航天系统工程[J]. 机械工程学报, 2024, 60(14): 206-214.

WANG Guoqing, XIONG Huan, HOU Junjie. China Aerospace Systems Engineering Method in the Digital Age[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2024, 60(14): 206-214.

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航天系统工程方法围绕型号研制总体最优目标，对型号产品研制全过程和涉及的管理要素进行全方位的科学组织管理，是支撑我国航天事业成功的重要法宝。进入数字时代，面对航天强国建设和高质量发展的新要求、新挑战，必需深入研究构建数字时代航天系统工程理论方法体系。中国航天科技集团王国庆院士团队在对航天系统工程的形成、发展和基本方法论述的基础上，提出数字时代航天系统工程的概念、特征和总体框架，对其转型变革进行系统分析总结。在新一代信息技术的赋能下，航天系统工程将实现以模型取代文档成为技术状态控制和质量管理的重要载体，以高效的在线协同实现研制和管理效率提升，以数据驱动实现精细化管控和科学决策，组织管理趋向于扁平化、融合化、敏捷化和协同化。在组织管理、使能工具、研制模式、质量管理、决策方式、供应链管理等方面将发生深刻变革。以上理论方法体系的提出，结合航天重大任务探索实践，为型号工程管理水平和科研生产能力提升提供理论方法支撑 。

本文作为《机械工程学报》2024年第14期的封面文章发表，期望相关工作为数字时代的航天系统工程技术发展提供参考 。

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行业现状

中国航天事业自1956年创建以来，从无到有、从小到大、从弱到强，取得了包括“两弹一星”、载人航天、月球探测和火星探测等一系列辉煌成就。这些成就的取得，得益于总结形成的一套有效的航天系统工程方法，保障了航天事业的发展，同时也推动了系统工程方法的完善和发展。进入新时代，我国开启了建设航天强国的新征程，航天型号工程的任务愈加复杂，要求也更高。随着新一代信息技术与航天科技深度融合，航天系统工程方法正在发生深刻的变革。

当前，围绕型号科研生产和管理数字化的探索，已为任务完成提供有力支持。在数字时代背景下，如何进一步发展航天系统工程方法成为新挑战。学术和工程领域对数字时代的航天系统工程缺乏深入研究，尚未形成完整的理论体系。因此，本文将在分析航天系统工程的形成、发展及基本方法的基础上，系统总结数字时代航天系统工程的内涵、框架和方法，以提升工程实践管理和科研生产能力。

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航天系统工程理论与实践

产生背景

• 航天工程复杂性、高风险性和开放性特点催生了科学、高效的组织管理系统方法。

• 中国航天系统工程由钱学森等先驱者在长期实践中总结形成，具有中国特色，确保了航天事业的持续健康发展。

国外进展

• 阿波罗计划的成功推动了美国系统工程方法的发展，霍尔三维结构模式的提出提供了先进的思想方法。

• 基于模型的系统工程（MBSE）和数字工程战略的引入，实现了从文档到数字模型的转变，大幅提升了系统分析、优化和验证能力。

我国航天系统工程方法的形成与发展

• 从初创时期的“两条指挥线”管理理念到成熟的理论体系，我国航天系统工程经历了持续完善。

• 从“东方红一号”到载人航天、探月探火，航天系统工程提供了全面的技术支持和组织保障。

概念内涵

• 航天系统工程是一种覆盖全周期、全要素的管理优化科学体系。

• 强调技术管理与行政管理两条线的协同作用，全面涵盖计划、质量、风险、物资等管理领域。

基本方法

• 强化总体设计部作用：通过多次迭代和综合集成优化系统性能。

• 两条指挥线组织管理体系：设计师系统与行政指挥系统协同确保任务实施。

• 技术状态严格控制：基线管理与技术评审保障研制流程受控。

• 质量管理体系：采用“双五条标准”与“五条原则”确保质量问题归零。

• 构建开放融合的大协作体系：依托全国协作与国际合作，形成高效协作网络。

图1 航天系统工程 1.0 的主要内涵

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航天系统工程发展的新需求

航天系统工程面临航天强国建设带来的新挑战

• 当前我国正处于从航天大国向航天强国迈进的关键阶段，重大工程任务（如载人空间站、探月工程、小行星探测等）要求任务密集、周期短、质量高。

• 新一代载人运载火箭、重型运载火箭、下一代北斗系统等提出更高标准，需将航天强国建设与数字中国、网络强国建设相结合。

• 加速技术与管理变革，推进数字航天建设，实现从“跟跑”到“并跑”乃至“领跑”的跨越。

航天系统工程需要满足高质量发展提出的新要求

• 航天系统工程需适应高质量发展，从“保成功、保交付、保增长”向高质量转型。

• 面对任务复杂性及高质量、短周期、低成本的要求，需提升风险控制能力。

• 通过理念、方法、技术和工具的创新，推进科研生产与管理模式变革，全面实现质量、效率、动力三大变革，推动航天系统工程的高质量发展。

航天系统工程需要注入数字时代发展的新动能

• 全球科技革命和产业变革深化，数据作为关键生产要素的价值凸显，驱动各领域数字化、智能化升级。

• 航天系统工程需深度融合新一代信息技术，通过数字技术赋能，优化科研生产和管理模式，实现系统工程方法的全面数字化转型。

• 借助数字技术的新质生产力，加速传统航天产业向数字化、网络化、智能化方向转型升级，提升整体创新能力。

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数字时代的航天系统工程

概念、特征与总体框架

• 概念：航天系统工程2.0是将新一代信息技术与型号科研生产及管理深度融合，形成的组织管理航天型号规划论证、研发设计、生产制造、试验测试、服务保障全过程，以及计划、质量、风险、物资、经费、人才、协作、保障条件等全要素，以达到系统既定目标、实现整体最优的科学体系与方法。

• 特征：

1. 模型取代文档，打通全周期研制链路，实现数字化协同。

2. 扁平化、敏捷化、融合化的组织管理模式。

3. 在线协同提升研制效率，确保跨部门高效合作。

4. 数据驱动实现精细化管理与科学决策。

总体框架：

• “一个孪生”：以数字孪生为核心的全周期研制迭代。

• “两条指挥线”：从文档到数据驱动的技术协调和管理。

• “三全并举”：覆盖全周期、全要素、全链条的管理模式。

• “四层推进”：从模型数据、平台工具、可信环境到基础支撑的全面推进。

图2 航天系统工程 2.0 的总体框架

转型变革

• 组织变革：采用集成产品开发（IPD）模式，打破传统界限，形成动态网络化组织。

• 工具变革：构建统一数字化平台，提升技术和行政协作效率。

• 研制模式变革：通过大规模仿真验证确保“设计即正确”，提前开展虚拟试验，指导、取代实物试验。

• 质量管理变革：建立数字化精益质量管理体系，从“事后检验”向“事前预防”转型。

• 决策方式变革：基于大数据的分析预测，实现管理决策的精准化。

• 供应链管理变革：构建协同高效的供应链数字化网络，优化采购和供应商管理。

探索实践

• 数字火箭：

• • 通过IPD模式和三维数字样机技术，实现组织与研制模式的全面变革。

  • 借助数字化工具减少设计反复次数，显著提升技术状态管理与研制效率。

  • 首次实现数字试验对全箭动特性获取，刷新最短研制周期记录，实现高质量首飞。

• 数字空间站：

• • 建立“数字孪生体”，实时同步监控和状态预测，保障空间站在轨运营。

  • 构建“三站协同”体系，集成数字空间站、地面测试站和在轨空间站，实现虚实映射。

  • 在关键任务（如舱段转位、航天员出舱等）中，通过数字仿真提供高效支持。

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结论与展望

习近平总书记指出，“时代是思想之母，实践是理论之源”。“理论的生命力在于不断创新。”在新时代新征程强国建设的伟大实践中，我们提出了航天系统工程 2.0 的概念、方法和总体框架，旨在促进组织变革、流程变革、方法变革，提升工程实践的管理水平和科研生产能力，为支撑航天强国和世界一流企业集团建设、实现高质量发展贡献力量。

作者及团队介绍

王国庆， 中国工程院院士，现任中国航天科技集团有限公司首席信息官（CIO），长期致力于火箭装备金属结构制造技术研究与工程应用工作，在运载火箭及氢氧发动机制造等方面取得了系统性、开创性成果，为我国多型火箭装备研制及批产做出重要贡献。获国家科技进步特等奖1项、二等奖2项。出版专著1部，发表论文71篇，获发明专利59项。入选国家“万人计划”科技创新领军人才，获何梁何利科技进步奖、英国ＴＷＩ布鲁克奖。

熊焕， 研究员，现任中国航天科技集团有限公司信息中心副主任，主要研究方向为系统工程、产品数字化研制等，曾任中国运载火箭研究院总体设计部型号数字化副总设计师等职务。

侯俊杰， 工学博士，研究员，现任中国航天系统与科学工程研究院CIO。长期从事基于PLM的数字化设计与集成、制造执行系统集成、智能制造、基于模型的系统工程等技术研究及在军工装备研制中的应用。主持负责或主要参与并承担国家科技部、国防科工局国防基础科研、民用航天等各类项目累计30余项，累计发表文章60多篇，曾获得航天贡献奖、国防科技进步奖、航天科技集团公司技术创新先进个人等荣誉称号。

作 者：侯俊杰

责任编辑：杜蔚杰

责任校对：张 强

审 核：张 强

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