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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.
http://www.cjmenet.com.cn/CN/10.3901/JME.2024.14.206
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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
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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。
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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。
✦
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。
✦
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。
✦
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
3
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
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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。
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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
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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：
模型取代文档，打通全周期研制链路，实现数字化协同。
扁平化、敏捷化、融合化的组织管理模式。
在线协同提升研制效率，确保跨部门高效合作。
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
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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。
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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
作 者：侯俊杰
责任编辑：杜蔚杰
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