一個復雜大型工程應按照系統工程進行工程管理和項目管理,伴隨著產品壽命周期的發展,開展一系列技術活動或稱“技術過程”。其中,對于一些貫穿始終的技術要求的管理和工程技術活動管理發展成為“技術管理活動”。
典型的系統工程技術過程包括:系統要求的形成_系統功能的分析與分解→功能實現的設計→從低裝配級到高裝配級的制造與集成→伴隨集成的驗證與確認→產品的交付等。典型的系統工程技術管理活動包括技術規劃、要求管理、接口管理、技術風險管理、技術狀態管理、技術數據管理、技術評估管理以及決策管理。其中,技術狀態管理是對產品各項功能、性能、接口、約束、物理等特性指標與要求(技術狀態)的管理。
通常,系統的技術狀態是隨著壽命周期發展的,從系統方案的選擇到系統要求的確定與分配、功能和性能的設計、產品的制造與集成以及到對各項要求的符合性驗證,技術狀態是逐步細化的,直到可以按照技術狀態文件的規定生產出符合系統規范要求的產品。
技術狀態管理在工程項目的系統工程和項目管理中應用,通常反映在法規、文件、標準、手冊、指南中。由于產品特點不同,技術狀態管理要求通常反映在國內外民用、軍用和航天的標準中。民用標準如GB/T 19017-2008/IS0 10007:2003《質量管理體系技術狀態管理指南》和EIA-649-B-2011《技術狀態管理標準》;軍用標準如MIL-HDBK-61A《技術狀態管理指南》和GJB 3206A-2010《技術狀態管理》;航天標準如ECSS-M-ST-40C Rev.1《技術狀態和信息管理》、NASA-STD-0005《NASA技術狀態管理標準》和QJ 3118-1999《航天產品技術狀態管理》。
本文將采用通俗語言簡述技術狀態管理的概念和內容,重點說明:①技術狀態管理的對象是系統級產品和技術狀態項目;②隨著產品壽命周期的發展,應制定一系列技術狀態文件,這些文件經過評審與批準后成為產品技術基線;③技術狀態基線主要包括功能基線、分配基線和產品基線;④功能基線和產品基線從初稿到終稿的發展需要經歷較長的時間和過程;⑤制定和執行技術狀態基線以及考核產品是否達到技術狀態基線的要求是技術狀態管理的核心。
1 技術狀態管理的概念
1.1 技術狀態及其管理
技術狀態是指產品的功能特性和物理特性。處于不同階段的技術狀態應在相應的技術狀態文件中進行規定,經過批準的文件成為技術狀態基線,最終產品應達到基線的規定。
技術狀態管理的對象是系統和技術狀態項目(CI)。CI是指關鍵的分系統級或以下裝配級產品,通常選擇關鍵、復雜或需進行關鍵技術攻關(技術不成熟)的分系統、設備、單機、組件等硬件/軟件產品作為CI。CI應盡可能地少。
技術狀態管理是在產品壽命周期內,為制定和保持/維持產品的功能特性、物理特性的管理活動,也可以說技術狀態管理是對技術狀態基線的管理活動。技術狀態管理主要包括以下活動:技術狀態管理策劃;技術狀態標識;技術狀態控制(又稱更改控制);技術狀態記實;技術狀態審核。
1.2 技術狀態基線以及演化
技術狀態基線也稱技術基線,是隨著產品壽命周期(或研制階段)的發展制定的一系列技術狀態文件,并經過評審和批準后成為產品技術基線。技術基線以文件的形式存在,表述隨產品壽命周期的推進而形成逐步遞進關系的不同技術狀態。前一個技術基線制定批準之后,將作為之后一個階段研制生產活動的基準,以及技術狀態改變判定的基準。從宏觀的“工程項目基線”角度來說,技術基線是為了產品壽命周期內性能部分活動而建立的,它是整個工程項目基線的一部分。
技術基線按階段劃分至少應形成三條基線,即功能基線、分配基線和產品基線。在工程實踐中,也可以根據產品復雜程度和研制過程技術成熟度等實際情況設置更多的技術狀態控制點,即技術基線。如:系統概念(或任務目標概念)基線、研制基線(又稱為分配基線)、設計基線、建造基線、制造基線或生產基線(產品基線)、使用基線等。通常,在什么階段,制定什么基線,是根據產品研制特點確定的,但是技術基線至少包含功能基線、分配基線和產品基線。技術基線自建立時起,不斷進化、細化和成熟,并維持到產品壽命周期結束為止。
1.3 基線種類和建立時間
1.3.1 功能基線
功能基線是指“系統級產品”的功能特性及其驗證的文件,該文件通常稱為《系統規范》。在一些標準中規定,獨立研制的重大的CI基線也被列為功能基線。簡單地說,功能基線的核心是描述產品的功能,是產品設計的依據。通常制定《系統規范》并作為功能基線,這是以功能為導向的文件。功能基線還應包括任務能力和驗收準則。
功能基線需要經歷不斷成熟的過程。對于創新工程,功能基線的建立需要經過相當長的時間。通常,功能基線從探索、初稿到終稿,從簡單粗放到精細嚴謹。作者認為,《系統研制總要求》或《系統研制任務書》相當于初稿,《系統規范》相當于終稿。功能基線終稿應通過系統要求評審(SRR)和/或系統功能評審(SFR)后正式確認。
1.3.2 分配基線
分配基線是指“關鍵分系統和/或以下裝配級產品”的功能特性及其驗證的文件,分配基線文件通常稱為:××CI規范。如:××分系統規范、××設備規范、××單機規范、××組件規范。簡單地說,分配基線的核心是描述產品如何實現其功能的設計文件,是產品制造的依據。低裝配級產品的分配基線是從上一級產品功能基線分配而來,即:將系統功能基線的各項功能指標、性能指標和驗證要求分配給分系統級產品,并成為分系統級產品的分配基線。相同的道理,將分系統級產品分配基線作為功能基線再分配給組件級產品成為組件級產品的分配基線。還可以繼續向下分配,直到不必再分配為止。由于基線向下分配,產品要求中將產生一些導出要求,而導出要求依賴于設計方案,因此,有時也稱為設計要求。導出要求包括系統內部要素之間的內部接口約束條件。
分配基線應通過初步設計評審(PDR)后正式確認。
1.3.3 產品基線
產品基線是指“關鍵分系統和/或以下級產品”的所有功能特性和物理特性、聯合作戰(或使用)要求,需要進行驗收試驗的功能特性和物理特性,“關鍵分系統和/或以下級產品”進行的部署/安裝、支持、訓練和退役等測試。分配基線文件通常稱為圖樣、相關產品的詳細規范、材料規范、工藝規范、軟件規范(初始稿),以及相應功能、性能等要求的驗證計劃,形成制造、組裝和制造文件。簡單地說,產品基線的核心是描述產品如何生產制造出來的文件,是實現產品制造的文件。產品基線的演化需要經歷相當長的時間,按照用途需要經歷以下3個成熟度的產品基線:①初始產品基線,用于生產樣件、工程模型、首件產品等;②經過驗證的初始產品基線,用于小批量生產;③最終產品基線,用于大批量生產。
3個產品基線的建立時間如下:①產品基線通過關鍵設計評審(CDR)時被確認為是初始產品基線(未被驗證的);②產品基線通過功能技術狀態審核(FCA)、生產準備評審(PRR)和系統驗證評審(SRR)時被確認為是經過驗證的初始產品基線;③產品基線通過物理技術狀態審核(PCA)時被確認為是最終產品基線。
在實際工程中,衛星只經歷初始產品基線。因此,衛星的初始產品基線去掉“初始”稱為衛星的產品基線。
1.4 功能技術狀態審核(FCA)和物理技術狀態審核(PCA)
系統要求評審(SRR)、系統功能評審(SFR)、初步設計評審(PDR)、關鍵設計評審(CDR)、生產準備評審(PRR)、系統驗證評審(SRR)是型號研制中需經歷的評審。功能技術狀態審核(FCA)和物理技術狀態審核(PCA)是專門為技術狀態設置的評審。其他評審是可以用于確定基線狀態的評審,在此不進一步介紹。
功能技術狀態審核是為了驗證系統與CI是否已達到了功能技術狀態文件和分配技術狀態文件中規定的功能特性所進行的正式檢查,是對產品設計的功能和性能是否達到功能與分配基線文件要求所進行的檢查。功能技術狀態審核應在工程設計與制造研制階段結束前完成。對于大型復雜的系統和CI,每一個增量(增量是指分期或分步研制產品的每一期或每一步產品)均應進行功能技術狀態審核。
物理技術狀態審核是為了驗證產品技術狀態是否符合產品技術狀態文件規定而對產品進行的正式檢查,是對交付CI的設計與設計文件一致性的檢查,是對CI大量制造工藝的確認,也是對進行再設計的CI是否符合性能規范進行的檢查。物理技術狀態審核應經過小批量使用之后,在大批量生產之前完成。當原始生產線停產幾年之后復產時.以及當為新用戶設計生產制造同樣復雜的或更難制造的CI時,需要進行物理技術狀態審核。當研制方或使用方控制詳細生產設計時,需要進行再審核(復核)。
1.5 不同基線、不同裝配級產品、不同評審之間的關系圖
技術狀態基線、評審與產品裝配級之間的關系如圖1所示。
圖1 技術狀態基線、評審與裝配級的關系圖
圖1解讀如下:①功能基線在左上方頂層作為要求提出,評審點是系統要求評審和系統功能評審;②分配基線在左側從上向下,評審點是初步設計評審;③初始產品基線在右側從下向上,評審點是關鍵設計評審;④經過驗證的初始產品基線在右側上方,評審點是功能技術狀態評審和系統驗證評審。此外,最終產品基線在右側圖外的位置。
2 技術狀態基線文件
技術狀態基線的存在形式是技術狀態文件也稱技術基線文件。也就是說,功能基線、分配基線和產品基線是以功能基線文件、分配基線文件和產品基線文件的形式存在的。這三種技術基線文件在產品壽命周期不同階段進行編制、批準和保持,且在內容上逐級細化。
2.1 功能基線文件
功能基線文件中所描述的要求應是系統級產品應達到的要求,文件中不描述如何達到這些要求。功能基線文件數量不多,在現有文件中,有的文件屬于功能基線初稿、有的文件屬于過程稿、有的屬于終稿。
系統的功能基線文件通常從以下文件中選�。孩傺兄瓶傄�;②系統研制任務書;③總體技術方案;④系統級接口要求、接口控制文件;⑤系統級環境要求;⑥系統要求(或一組技術要求規范);⑦系統規范。
其中,“系統要求”有時分別給出以下的“技術要求規范”;系統任務要求、功能要求、接口要求、環境要求、使用要求、(綜合)后勤保障要求、物理要求、產品保證的相關要求、技術狀態要求、設計要求、驗證要求。
2.2 分配基線文件
分配基線文件中所描述的要求應是上一級系統/CI分配給本級CI的要求以及本級CI生成的要求,這些要求是應達到的要求,文件中不描述如何達到這些要求。每一個CI均應編制分配基線文件,因此分配基線文件數量較多。
分配基線文件通常從以下文件中選�。孩傺兄迫蝿諘孩诠δ芤�;③接口要求;④環境要求;⑤性能規范;⑥研制規范;⑦設計規范;⑧建造規范:⑨軟件要求規范;⑩詳細規范。
2.3 產品基線文件
產品基線文件中所描述的要求應包含CI的所有要求,應盡量詳細地描述要求,并以描述性能的方式描述要求。應從保證CI符合適用性、安全性、互換性等角度描述這些要求。最重要的是要描述如何實現這些要求。因此,產品基線文件的數量龐大。
產品基線文件主要包括:①產品詳細規范、產品技術條件;②軟件規范;③材料規范、材料技術條件:④工藝規范、工藝技術條件、工藝規程;⑤工程圖(包括零件圖、裝配圖、安裝圖、電原理圖等)。
3 技術狀態管理
3.1 技術狀態管理的目的
技術狀態管理的目的是:①保證在文件中規定明確的產品技術基線要求,并使設計、生產、試驗和使用的產品符合這些要求;②當某個技術狀態項目的技術基線需要更改時,應不影響其它相關產品,如果確實影響了其它相關產品時,受到影響技術狀態項目的技術基線應相應調整更改,保證更改時不產生不良后果,使最終產品的技術狀態符合技術狀態文件的規定,或者是保持協調一致,確保更改得到控制。因此,技術狀態管理的核心是技術狀態的建立和維護。而技術狀態管理的目的是確定產品壽命周期中各個階段中的技術狀態基線,以保證產品研制過程中的每一步均符合相應的技術狀態基線。當某個裝配級的產品技術狀態基線發生改變時,應加以控制,使其不影響其他產品的技術狀態。當更改影響到其他產品時,應對受影響的產品進行相應和協調的更改控制,使改變后的產品符合最終的產品技術要求。
3.2 技術狀態管理的過程
a)輸入。每個產品壽命周期階段(研制階段)需要輸入:技術狀態管理計劃;技術狀態信息(任務需求、系統要求與分解、各種約束條件、系統設計、系統建造、系統試驗、系統使用、系統維護等);需要進行技術狀態管理的系統和CI;提出的技術基線更改請求。
b)過程活動。每個產品壽命周期階段(研制階段)進行的技術狀態管理包括5個步驟:技術狀態策劃:技術狀態標識;技術狀態控制;技術狀態紀實:技術狀態驗證與審核。
c)輸出。每個產品壽命周期階段(研制階段)輸出如下:建立技術基線;評審并批準技術基線:經批準的基線更改:技術狀態現狀報告;技術狀態審核報告。
3.3 技術狀態管理的步驟
步驟一:技術狀態管理策劃。技術狀態管理計劃必須回答以下問題:承研方和用戶(或政府)需要控制哪些基線,需要哪些數據,何時進行控制。
步驟二:技術狀態標識。技術狀態標識的活動是:確定CI;編制系統和CI的技術狀態文件;評審并批準這些文件并成為技術狀態基線。
步驟三:技術狀態控制(更改控制)。更改控制是技術基線建立后,對提出的更改建議(含工程更改、偏離和超差)進行的論證、評定、協調、審批、實施和驗證的活動。應該強調的是:在完成系統級關鍵設計評審后,應保證初始產品基線的更改控制在1級技術狀態更改之內(美軍標中規定)。
步驟四:技術狀態紀實。技術狀態紀實是在產品壽命周期內,對產品的技術狀態信息、建議的更改狀況和已批準更改的實施情況進行的正式記錄和報告。
步驟五:技術狀態審核和驗證。技術狀態審核是為確定系統和CI與技術狀態文件的一致程度所進行的正式檢查。檢查通常以填表的形式進行,如:回答應該做的試驗做了沒有,結果是否有效,應該編寫的《規范》編寫了沒有,試驗程序是否經過評審并得到批準,各項審查是否已經進行,等等。技術狀態審核分為功能技術狀態審核(FCA)和物理技術狀態審核(PCA)。
在技術狀態管理實踐中,特別需要關心以下問題:①確定哪些產品為技術狀態管理的對象;如除系統外.還需要確定哪些風險高的以及關鍵技術攻關分系統、單機,設備或組件作為管理對象;②確定建立哪些技術基線,何時開始何時結束.編寫哪些技術基線文件,經過什么評審后技術基線文件成為后續工程執行的技術基線:③確定技術基線文件清單、編寫單位和完成時間;④確定編寫基線文件的模板。
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