3.5 系统生存周期模型应用案例

3.5.1 国内航天器研制的一般生存周期模型

航天器系统的生存周期由其系统的整体性、层次性、程序性和航天器系统对特殊环境的适应性所决定。航天器系统的生存周期，除与一般工程项目具有相同之处外，还要考虑航天器系统的特殊性。完整的航天器系统生存周期，应包括概念研究；先期技术开发；可行性论证；初步设计；详细设计；生产、装配、集成与试验；发射；在轨测试；使用维护和退役处置等阶段。在各类正式发布的技术文档中，其研制阶段不一定与这些阶段完全相同，但应该涵盖这些阶段的工作内容。

1.概念研究

概念研究的目的是根据应用需求或者技术发展机遇，探索新原理、新概念、新技术，提出符合发展战略并与能力水平相适应的新项目。

概念研究是在应用基础和应用领域进行的广泛的、小规模的预先研究活动。研究的重点是航天工程任务的目的、目标和必要性，提出对新空间项目的初步要求，进行初步风险分析。研究的结果是一系列内容广泛、关系松散的研究报告或者科技论文。对于其中一些具有重大战略意义并与现有或预期能力水平相适应的研究结果，经过企业、部门或国家的筛选，将会列入相应的中长期发展规划。

2.先期技术开发

先期技术开发是对于规划项目中尚不成熟的技术组织开展关键技术攻关，开发原理样机，演示验证技术的可行性，证明技术风险达到了可以接受的程度。

3.可行性论证

可行性论证是用户部门和研制部门共同对于符合战略发展方向的工程和项目进行深入的经济、技术可行性论证和详细的风险分析，提出新工程项目和新系统的立项建议。

可行性论证根据航天工程任务的目标，定义大系统的运行概念（OpsCon），提出对新系统的使用要求和技术指标。运行概念是对未来新系统如何使用、应用体系如何运作的大总体设计。同时，提出新项目研制进度计划、经费预算和研制保障条件。可行性研究的结果是可行性论证报告和项目建议书。运行概念和使用要求是初步设计的主要输入。

4.初步设计（方案设计）

初步设计工作首先由总体设计团队（系统工程师）进行任务分析，将使用要求转换为系统级功能、性能规范，完成总体方案设计。经过系统功能评审，建立功能基线。然后，通过对系统和分系统反复权衡分析，将系统级规范分解到分系统及主要部件，建立完整的系统和分系统设计规范，完成系统方案设计。经过初步设计评审，建立分配基线。

初步设计阶段组建项目团队，明确研制分工，制定项目管理计划、系统工程管理计划、物资保障计划，编制质量／产品保证大纲和标准化大纲。

初步设计阶段必须完成关键技术攻关工作。

5.详细设计

在初步设计与工程模型试验的基础上完成系统详细设计。经过自下而上各级的详细设计评审，建立产品基线。产品基线描述产品详细的物理功能特征、验收要求和技术数据包，包括生产规范、产品配套表、材料规范、工艺规范和图纸，以及生产所必需的所有信息。

6.生产、装配、集成与试验

根据产品基线进行正式产品的部件、分系统和系统的生产、装配、集成和试验。在飞行产品或试样产品状态下进行鉴定试验，有利于全面覆盖产品的特性。最后，完成验收试验。

7.发射

在发射场对系统和分系统进行功能、主要性能参数以及相关接口的检查、测试和复验，确认系统功能、性能和状态符合或满足设计和发射要求，完成系统发射和部署。

8.在轨测试

系统发射到达预定轨道后，按照用户要求在实际运行环境中完成功能、性能测试。成功测试之后，系统正式移交。

9.使用维护

系统在轨测试和移交之后开始投入业务运行，并获得预期应用成果和经济、社会效益。运行期间，由用户或者保障方对系统运行状态进行监控，保持系统生存周期间的安全、稳定运行。研制方根据系统运行和使用情况进行技术总结，协助处理运行故障，获得的经验和教训可用于后续研制工作的改进。

10.退役处置

系统到寿命末期或者出现不可恢复的故障时，由政府主管部门、用户、研制方和其他相关方按预定方案进行妥善的退役处置，避免对空间和地面环境产生不良影响。

3.5.2 欧空局空间项目生存周期

欧洲空间标准化合作组织（ECSS）将空间项目生存周期分为七个阶段。

1.任务分析／需求识别阶段

项目发起方、顶层客户和最终用户代表完成。其主要活动是形成详细的任务陈述，包括任务需求，预期的性能、可依赖性、安全性目标，以及任务运行的物理和运行环境的限制；提出各种可能的任务概念，开发初步技术要求规范，进行初步项目评估和风险分析。

2.可行性阶段

由顶层客户和一级供应商完成，工作报告提交给项目发起方和最终用户代表。其主要活动是根据需求详细论证可能的系统概念和运行概念，评估技术和项目的可行性；识别关键技术并提出先期开发建议；提出关键项目，详细分析风险；确定项目初步的管理计划、系统工程计划以及产品保证计划。可行性阶段后期进行初步要求评审（PRR）。

3.初步定义阶段

明确初步组织分解结构；开发关键技术，进行可靠性和安全性评估，更新风险评估；确定项目管理、工程和产品保证计划；完成初步设计。在初步定义阶段期间进行系统要求评审（SRR），建立功能基线；在初步定义阶段结束时进行初步设计评审（PDF），建立开发技术状态基线（DCB）。

4.详细定义阶段（Detailed Definition）

进行工程试验单元的生产和开发试验；完成客户—供应链上系统各层次的详细设计，定义内、外接口关系；进行关键产品和部件的生产、开发试验和预鉴定试验；更新风险评估；进行关键设计评审（CDR），建立设计基线（初步产品基线）。

5.鉴定与生产阶段（Qualification and Production）

完成鉴定试验和相关的验证活动并进行鉴定评审，证明设计在极限条件下满足使用要求，偏离和超差可以接受；鉴定试验应考虑产品的继承性，鉴定件应当能够在设计、材料、工具和方法上代表最终产品技术状态。完成飞行硬件、软件和相关地面设备软件、硬件的制造、装配和试验，以及空间段和地面系统匹配试验；在阶段末期完成验收试验，进行验收评审和运行就绪评审（ORR）。

在鉴定评审和验收评审之后，依据批准的功能和物理特征文件，建立生产技术状态基线（PCB）。对于系列生产的产品，在功能技术状态验证（FCV）和物理技术状态验证（PCV）之后，建立生产技术状态基线。

6.应用阶段（Operations/Utilization）

包括发射、在轨验证和运行使用。发射之前进行飞行就绪评审（FRR），确认空间段和地面段，包括支持系统（如跟踪系统、通信系统和安全系统）准备就绪；临发射前进行发射就绪评审（LRR），确认运载火箭、空间段和地面段就绪，具备发射条件。在轨测试和试运行活动结束后，进行试运行结果评审（CRR），确认空间系统具备移交条件。移交后实施运行和保障活动，实现任务目标。任务结束时进行寿命末期评审（ELR），确认任务结束，所有在轨元素可以安全处置。

7.弃置阶段（Disposal）

实现弃置计划，进行任务终止评审（MCR）。

3.5.3 NASA空间项目生存周期

对于飞行和地面支持项目，NASA 生存周期将论证与实现分为下列七个阶段。

Pre-P A——概念研究（发现可行的备选概念）。

Phase A——概念和技术开发（定义项目，识别和着手必要的技术）。

Phase B——初步设计和突破技术（建立初步设计，开发必要技术）。

Phase C——正式设计和制造（完成系统设计，进行部件制造和编码）。

Phase D——系统装配、集成、试验与发射（部件集成、系统验证，运行准备和发射）。

Phase E——运行和维护（系统运行和维护）。

Phase F——退役处理（系统弃置，数据分析）。

1.概念研究阶段

通常是概念研究团队持续的、关系松散的新思路研究，目的是依据应用需求和技术机遇，提出各种符合NASA战略计划和资源能力的任务概念，以便从中选择新项目（工程）。研究的重点是明确任务的意义、目的、科学目标，论述顶层的系统要求以及运行概念，评估技术成熟度和项目风险。概念设计用于支持可行性评价。

2.概念和技术开发阶段

由一个与工程／项目相关的团队重新研究和明确任务概念，提出工程对项目的要求，保证项目列入NASA预算计划的合理性和可行性。其重点是分析任务要求、明确任务架构。经过系统和分系统反复权衡，详尽定义系统的顶层功能、性能要求、系统架构和运行概念。概念设计展现更多的工程细节，通过系统定义评审／任务定义评审（SDR/MDR）建立功能基线；同时，产生各种工程和管理计划。制定技术开发计划，开始技术开发活动；详细识别技术风险，对高风险关键领域开展仿真或者原理样机试验验证。

3.初步设计和突破技术阶段

完成技术开发和演示，降低技术风险。将顶层性能要求分配到低层系统，形成空间和地面完整的系统和分系统设计规范，完成系统初步设计，确认功能基线。经过原理样机等试验验证和从系统到低层子项的一系列初步设计评审（PDR），建立分配基线。

4.正式设计和制造阶段

制造更接近于实际硬件的工程试验单元，验证和确认系统设计可以在预定环境下实现其功能，定义、验证和实施生产工艺和控制，完成详细设计，通过从系统级到各层次的关键设计评审（CDR），建立产品基线。在硬件开始制造生产或者软件开始编码之前，每个最终产品都应当进行关键设计评审。对于批量生产，要进行生产就绪评审（PRR），保证生产计划、设施和人员就绪，以便开始生产。NASA将正式设计、制造与验证分为C和D两个阶段。C阶段进行正式设计，D阶段实现和验证最终产品。

5.系统装配、集成、试验与发射阶段

进行部件和分系统的装配、集成、验证、确认和验收试验。鉴定试验在飞行硬件设计（包括分析和试验）以后开始，以保证飞行硬件或试样（Flight/Operations or Flight-type Hardware）满足预期环境下的功能性能要求。鉴定试验一般要定义一个硬件承受的最坏负荷和环境条件范围。系统发射后，进行在轨测试，证明系统具有完成预期任务的能力。

6.运行和维护阶段

实现任务运行计划，开展维护保障活动，实现任务目标。

7.退役处理阶段

实现系统退役处置计划。任务结束可能是根据预定计划，也可能是因为一个非预期的事件，如失效。另外，新技术发展也可能使得系统继续运行不经济。

本章辨析了系统生存周期、阶段、过程等关键概念，建立了系统工程领域过程管理方面的标准体系的基础概念本体模型，明确了生存周期模型的两个属性——生存周期过程和生存周期阶段是两个相互独立的变量和正交的维度，即为某个生存周期选定的过程参考模型，特别是系统工程的技术过程，要应用于该生存周期的各个阶段。

本章分析系统生存周期的多维特征，对霍尔模型扩展抽象后得到了系统生存周期模型通用框架和实例化的示例，明确了系统维、逻辑维和认知维分别代表系统生存周期模型中系统成熟度（Readiness）、过程能力成熟度（Capability Maturity）和个体组织能力成熟度（Competency Maturity）提升的维度和方向。

本章给出了典型行业和典型领域的系统生存周期阶段模型示例，介绍了系统生存周期模型在国内外航天行业的典型应用。

本书的后续章节将基于15288标准，主要围绕系统生存周期模型通用框架的逻辑维展开系统工程四个过程组的详细内容。