技术领域
本发明涉及一种基于要素关系的批产卫星AIT流程生成方法，应用于卫星尤其是批产卫星研制的AIT流程设计领域。
背景技术
在卫星研制过程中，部组件产品研制完成后，需要把部组件产品进行集成、总装形成整星后，完成整星级的测试和试验，确认整星符合设计和用户要求后，对按照进入发射场的状态完成卫星出厂前的总装和测试工作，将卫星运抵发射场开展发射场的发射工作。对部组件产品进行整星的集成、总装、测试(含试验)即AIT，对应AIT的卫星研制阶段即卫星AIT阶段，对应AIT的卫星研制流程即卫星AIT流程。
卫星AIT流程中，一般需要进行各个阶段的总装、测试，并根据要求完成力学试验、热试验、磁试验、EMC试验，以及与运载、用户等系统的系统级对接等试验。国内传统的卫星AIT流程以几个大的试验项目为基准，采用传统的项目顺序固定不变，当某个项目意外中断时，或者等待该项目重启，或者忍受具备条件风险的情况下继续后续项目。
近年来，随着卫星研制数量的增加和星座系统的建设需求，出现相同或相近状态的一系列卫星按照组批方式进行研制的模式。为充分利用人员、试验场地等各种研制资源，并保证研制的进度，批产卫星研制的模式逐渐区别于单星的模式，相应的批产卫星AIT流程也与单星AIT流程有所区别。这方面国内比较典型的批产卫星研制的项目是北斗导航卫星系统。适应我国北斗全球组网的批产卫星研制，满足快速组网的工程建设需求，需要越来越短的卫星研制发射周期，最关键的就是在保证质量标准的条件下对卫星AIT流程的优化，在北斗全球组网批产卫星研制中采用了一种优化的方法，实现了单星进度优化3个月的效果，批产卫星也提前完成北斗组网计划。
发明内容
本发明解决的问题是：克服传统卫星AIT流程设计的不足，提供了一种基于要素关系的批产卫星AIT流程生成方法。本发明的方法基于卫星AIT阶段工作项目衔接的核心关系——要素间的匹配关系，在满足卫星整体项目要求的情况下，能够设计获得最优(即周期最短)的批产卫星AIT流程，并能够在执行流程的过程中实现动态优化，大大提高了批产卫星的研制进度；大大减少了项目间的人员交接次数，节约人力和设备等资源，从而降低研制成本，提高了生产资源利用率和工作效率，并可简化应用于单颗卫星的AIT流程优化。
本发明的技术解决方案是：
一种基于要素关系的批产卫星AIT流程生成方法，包括步骤如下：
1)确定多颗卫星在AIT阶段需要开展的工作内容，将工作内容逐级分解直至不可再分为止，获得不可再分解的工作项目并作为基本单元的单星AIT阶段的工作项目集合；
2)确定开展卫星AIT阶段各工作项目的核心要素，组成需要的颗粒度的AIT工作要素集；确定步骤1)所述工作项目集合中每个工作项目对应核心要素的具体内容；所述核心要素由星方面的要素、人方面的要素、机方面的要素、料方面的要素和环境方面的要素中的几个或全部组成；
3)针对每个单星，分析确定必须按先后固定顺序开展的工作项目，形成单星存在紧耦合关系的项目关系清单；其余相互间无先后固定顺序要求的工作项目作为松耦合项目；
4)对每颗单星，分别将紧耦合项目关系清单中的工作项目按先后固定顺序排列形成流程模块，同时，每个松耦合项目也作为一个流程模块，形成由各个流程模块组成的单星骨架流程；
5)将流程模块中的第一个项目作为该流程模块的输入项目，将流程模块中的最后一个项目作为该流程模块的输出项目，根据流程模块间要素关系匹配条件，遍历所有流程模块，分析两两流程模块间是否匹配；
6)排列组合，给出所有流程模块可能的排列方案，每个方案作为一个可能解流程集，获得多个可能解流程集；即，形成包含卫星AIT阶段全部工作项目的全流程的可能解的流程集；
7)根据卫星发射时间要求确定的出厂先后顺序，以及每个工作项目对应核心要素的资源保障条件的限制要求，筛选获得满足限制要求的可能解流程集；
8)根据用户对卫星发射时间的细化限制要求和权重原则，从步骤7)筛选获得的可能解流程集中比较获得最优的可能解流程集作为批量生产流程，执行投产任务。
在执行批量生产流程中，如批量生产流程发生流程执行中断，以各卫星剩余未完成的工作项目组成新的流程模块，再次进行步骤6)～8)，获得剩余未完成项目的最优批产流程，即为批产卫星AIT流程执行过程中的动态优化。
当批产卫星数量设置为1时，即为单星AIT流程的生成方法。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1)本发明给出了实现批产卫星AIT流程生成方法的步骤，能够在满足卫星整体项目要求的情况下，获得研制周期最短的批产卫星AIT流程。
2)本发明的方法除适用于卫星开展AIT工作之前的AIT流程设计之外，还适用于执行AIT流程中的动态优化。
3)本发明的方法除了适用于批产卫星研制外，还可以将批产卫星数量设定为1，从而适用于单星研制。
附图说明
图1为本发明的基于要素关系的批产卫星AIT流程生成方法示意图。
图2为采用本发明前的单星AIT阶段流程示意图。
图3为采用本发明前的双星AIT阶段流程示意图。
图4为采用本发明后的单星骨架流程示意图。
图5为采用本发明优化后的双星AIT阶段流程示意图。
具体实施方式
本方法能够获得研制周期最短的批产卫星AIT流程；并能在执行流程过程中实现动态优化；除了适用于批产卫星外，也适用于单星研制，并能够在执行流程的过程中实现动态优化。
如图1所示为本发明的基于要素关系的批产卫星AIT流程生成方法示意图，包括步骤如下：
1)确定多颗卫星在AIT阶段需要开展的工作内容，将工作内容逐级分解直至不可再分为止，获得不可再分解的工作项目并作为基本单元的单星AIT阶段的工作项目集合；
2)确定开展卫星AIT阶段各工作项目的核心要素，组成需要的颗粒度的AIT工作要素集；确定步骤1)所述工作项目集合中每个工作项目对应核心要素的具体内容；所述核心要素由星方面的要素、人方面的要素、机方面的要素、料方面的要素和环境方面的要素中的几个或全部组成；
3)针对每个单星，分析确定必须按先后固定顺序开展的工作项目，形成单星存在紧耦合关系的项目关系清单；其余相互间无先后固定顺序要求的工作项目作为松耦合项目；
4)对每颗单星，分别将紧耦合项目关系清单中的工作项目按先后固定顺序排列形成流程模块，同时，每个松耦合项目也作为一个流程模块，形成由各个流程模块组成的单星骨架流程；
5)将流程模块中的第一个项目作为该流程模块的输入项目，将流程模块中的最后一个项目作为该流程模块的输出项目，根据流程模块间要素关系匹配条件，遍历所有流程模块，分析两两流程模块间是否匹配；
6)排列组合，给出所有流程模块可能的排列方案，每个方案作为一个可能解流程集，获得多个可能解流程集；即，形成包含卫星AIT阶段全部工作项目的全流程的可能解的流程集.
7)根据卫星发射时间要求确定的出厂时间先后顺序，以及每个工作项目对应核心要素的资源保障条件的限制要求，筛选获得满足限制要求的可能解流程集；
8)根据用户对卫星发射时间的细化限制要求和权重原则，从步骤7)筛选获得的可能解流程集中比较获得最优的可能解流程集作为批量生产流程，执行投产任务。
在执行批量生产流程中，如批量生产流程发生流程执行中断，以各卫星剩余未完成的工作项目组成新的流程模块，再次进行步骤6)～8)，获得剩余未完成项目的最优批产流程，即为批产卫星AIT流程执行过程中的动态优化。
当批产卫星数量设置为1时，即为单星AIT流程的生成方法。
具体步骤如下：
(1)分解工作内容，确定单颗卫星在AIT阶段的工作项目集合。根据卫星研制需要，确定卫星在AIT阶段需要开展的工作内容，对工作内容进行逐级分解至不可再分解的项目为止，获得不可再分解的工作项目并作为基本单元的单星AIT阶段的工作项目集合。确定项目是否不可再分解的原则是：该项目的颗粒度在时间上不可再分割，及一旦项目开始，到项目结束之前不可分割或中断，如果再分割或中断，只能重新开始并完成整个项目。如整星测试工作内容可分为各个不同阶段、不同状态的测试项目，热试验工作内容一般为不可再分解项目。
(2)确定开展卫星AIT阶段各工作项目的核心要素和各工作项目核心要素的具体内容。根据确定的单颗卫星在AIT阶段的工作项目集合，确定卫星AIT阶段各项工作项目的核心要素，组成AIT工作要素集；对单颗卫星在AIT阶段的各工作项目，确定其要素的具体内容。各所述要素是指：一个项目衔接另一个项目时的匹配条件。
一般可以从“星、人、机、料、环”五个方面要素形成要素集，对应五方面要素的内容如下：
①“星”方面的要素，即该项目相关的卫星状态，是硬件状态、软件状态、整星组合状态三方面的集合。每个项目有输入状态、输出状态两种“星”方面的要素，分别对应开展该项目需要的卫星状态、开展该项目后的卫星状态。硬件状态指组成卫星需要装星齐套的对应设备；软件状态指设备中装载的对应软件；整星组合状态指卫星整体的总装状态，包括整星放置状态和各舱段状态，整星放置状态一般有水平放置、垂直放置两种状态，各舱段状态一般有平台开舱/合舱、载荷舱开舱/合舱等状态，不同卫星的整星组合状态定义和分类会根据卫星特点而不同。硬件状态、软件状态、整星组合状态三方面要素按照相互独立处理。
根据方法的颗粒度，可以在较粗的层次实现，给出组成卫星的总的硬件状态、组成卫星的总的软件状态、总的整星组合状态的集合，如硬件，软件，整星组合状态；也可以在较细的层次实现，给出各设备、各软件、总的整星组合状态的集合，如硬件1，硬件5，…，软件1，软件3，…，整星水平放置、平台开舱、载荷舱合舱；即表示硬件1和硬件5等硬件设备齐备，软件1和软件3等软件齐备，且卫星处于整星水平放置、平台开舱、载荷舱合舱的状态。其中的每一项称为一项“星”要素。
②“人”方面的要素，即开展该项目需要的人员条件，是总装人员、测试人员、试验人员、总体人员四方面的集合。总装人员、测试人员、试验人员、总体人员分别是负责总装操作的各类人员、整星测试的各类人员、整星试验的各类人员、整星总体工作的各类人员。总装人员、测试人员、试验人员、总体人员四方面要素相互独立处理。
根据方法的颗粒度，可以在较粗的层次实现，给出总的总装人员、总的测试人员、总的试验人员、总的总体人员的集合，如总装人员，测试人员，试验人员、总体人员；也可以在较细的层次实现，给出细化的四方面人员的集合，如总装钳工人员，总装电装人员，…，测试指挥，测试电源人员，…，热试验指挥，热试验控制人员，…，卫星总体人员，电源总体人员，…，即表示总装钳工人员和总装电装人员等总装人员、测试指挥和测试电源人员等测试人员，热试验指挥和热试验控制人员等试验人员、卫星总体人员和电源总体人员等总体人员齐备的状态。其中的每一项称为一项“人”要素。
③“机”方面的要素，即开展该项目需要的地面设备保障条件，是卫星的地面工装设备、地面测试设备两方面的集合。地面工装设备、地面测试设备分别是用于对卫星总装操作、整星测试的各类地面设备。地面工装设备、地面测试设备两方面要素相互独立处理。
根据方法的颗粒度，可以在较粗的层次实现，给出总的总装人员、总的测试人员、总的试验人员、总的总体人员的集合，如地面工装设备，地面测试设备；也可以在较细的层次实现，给出细化的两方面地面设备的集合，如地面支架车，太阳翼展开支架，…，总控测试设备，电源测试设备，…；即表示地面支架车和太阳翼展开支架等地面工装设备、总控测试设备和电源测试设备等地面测试设备齐备的状态。其中的每一项称为一项“机”要素。
④“料”，即开展该项目需要的辅助物料条件，尤其是稀缺的物料资源条件，是紧固件、支架、辅材三方面物料的集合。紧固件、支架、辅材分别是用于紧固、支撑、其它辅助操作的各类辅助物料。紧固件、支架、辅材三方面要素相互独立处理。
根据方法的颗粒度，可以在较粗的层次实现，给出总的紧固件、总的支架、总的辅材的集合，如紧固件、支架、辅材；也可以在较细的层次实现，给出细化的三方面辅助物料的集合，如螺钉，垫片，…，相机支架，电池支架，…，尼龙扎带，硅橡胶，…；即表示螺钉和垫片等紧固件、相机支架和电池支架等支架、尼龙扎带和硅橡胶等辅材齐备的状态。其中的每一项称为一项“料”要素。
⑤“环”，即开展该项目需要的环境条件，是卫星总装或测试需要的地面环境条件的集合，通常环境条件包括电测工位、噪声试验间，随机振动力学试验间，热真空罐，EMC试验间，检漏间等；特殊情况下在外场试验时可能将天气、地质等外部条件纳入。
根据方法的颗粒度，可以在较粗的层次实现，给出总的环境条件的集合，如环境条件；也可以在较细的层次实现，给出细化的环境条件的集合，如测试试验工位，温度；即表示测试试验工位、环境温度两方面的环境条件状态。其中的每一项称为一项“环”要素。
AIT工作要素集可以采用粗颗粒度的方法，表示为{硬件，软件，整星组合状态}；{硬件，软件，整星组合状态}；{总装人员，测试人员，试验人员，总体人员}，{地面工装设备，地面测试设备}，{紧固件，支架，辅材}，{环境条件}，或进一步细化表示。其中先后两次出现的“{硬件，软件，整星组合状态}”分别对应输入状态、输出状态两种状态的“星”方面要素。
采用粗颗粒度的方法，直接用“星、人、机、料、环”五个方面的要素组成AIT工作要素集，则后续求解单星或批产卫星最优流程的复杂度低，但精细化不够，细节可能被忽略而影响实际流程执行；采用细颗粒度的方法，可以将这五个方面要素细化成要素子集后组成AIT工作要素集，则后续求解单星或批产卫星最优流程的细节周到，但复杂度高。可以根据卫星型号优化的程度要求，选择对应颗粒度的AIT工作要素集。
在确定AIT工作要素集的基础上，确定各项目的要素的具体内容。如某项的要素表示为：{蓄电池组，卫星水平放置}；{蓄电池组，应答机，卫星水平放置}；{总装电装人员}，{整星支架车}，{螺钉，垫片}，{电测工位}，即表示该项目需要蓄电池组装星条件、卫星水平放置下开展，完成后蓄电池组、应答机均装星、卫星水平放置；需要总装电装人员操作，需要整星支架车设备，需要螺钉、垫片两种辅材，在电测工位实施。
(3)确定单星紧耦合项目关系清单。按照卫星研制的标准、规范、特定工作要求，分析明确必须先后衔接开展的项目，其项目间的关系即为紧耦合项目关系，给出其清单。其它项目即为松耦合的项目。
(4)建立单星骨架流程。即将紧耦合项目关系清单中涉及的项目按照紧耦合项目关系，相同项目进行合并，建立各项目组成的流程模块，各松耦合的项目也作为一个流程模块看待，形成各流程模块组成的单星骨架流程。所述骨架流程是指由各流程模块组成的松散的流程。骨架流程不一定衔接全部项目，即流程模块间不一定衔接，在下面两个步骤中调整获得衔接全部项目的流程。
(5)获得骨架流程中各流程模块间基于要素关系的匹配情况。按照如下方法判定两个流程模块间的要素关系是否匹配：
①将流程模块中的第一个项目、最后一个项目分别作为该流程模块的输入项目、输出项目。
②分析两个流程模块间是否匹配。如果一个流程模块B的输入项目与另一个流程模块A的输出项目满足如下的匹配条件，则认为流程模块B匹配流程模块A：
a.流程模块B的输入项目的输入状态、流程模块A的输出项目的输出状态的所有“星”要素项的状态完全相同。
b.流程模块A输出项目完成并释放人力资源后，流程模块B的输入项目的的所有“人”要素项可以满足项目需求，即开展流程模块B输入项目的人力资源可以保证。
c.流程模块A输出项目完成并释放地面设备资源后，流程模块B的输入项目的所有“机”要素项可以满足项目需求，即开展流程模块B输入项目的地面设备资源可以保证。
d.流程模块A输出项目完成后，流程模块B的输入项目的所有“料”要素项可以满足项目需求，即开展流程模块B输入项目的材料资源充足。
e.流程模块A输出项目完成并释放环境资源后，流程模块B的输入项目的所有“环”要素项可以满足项目需求，即开展流程模块B输入项目的环境资源可以保证。
(6)计算获得单星可能解的流程集。根据骨架流程中各流程模块间基于要素关系的匹配情况，人工或利用计算机分析，排列给出所有流程模块排列的所有方案，形成包含卫星AIT阶段全部工作项目的全流程的方案组合，即可能解的流程集。如流程模块B匹配流程模块A，则可以在AIT流程中将流程模块B紧邻排列在流程模块A后。利用计算机分析时，可以将两个流程模块间匹配、不匹配的情况分别用值1、0表示，以支持计算机软件算法。
在计算机分析资源不具备，或人工分析工作量大的情况下，也可以采取简化方式获得相对较优的可能解的流程集，简化方式一般包括：
①传统顺序法。按传统的顺序，将松耦合项目排入骨架流程中。
②简单对换法。针对少量、主要的松耦合项目，进行人工工作量可接受的简单的兑换项目顺序的调整。
③它星要素借用法。借用批产其它星的要素资源，优先满足该目标卫星的AIT工作，即调换改变批产卫星不同卫星的要素资源保障条件。
(7)比较获得目标范围的批产卫星最优流程。根据卫星发射时间要求的出厂时间先后顺序，以及“星”的关键资源保障条件(如某关键国产化单机无法在10月之前交付装星)、“人”的关键资源保障条件(如同一人员无法同时开展两颗卫星的工作)、“机”的关键资源保障条件(如只有一辆支架车)、“料”的关键资源保障条件(如硅橡胶在10月之后才能到位)、“环”的资源保障条件(如热真空罐在5月～12月用于其它宇航型号而不可用于本型号)等资源保障条件的限制要求，将批产各卫星可能解的流程集进行组合，获得满足限制条件的各星流程的组合，即批产卫星可能解的流程集。根据用户对批产卫星首发发射时间、收官发射时间、是否按阶段分批发射和批次发射时间的限制要求，按照用户给出的权重原则，从批产卫星可能解的流程集比较获得最优的批产流程。
当卫星数量为1时，直接比较该卫星的多个可能流程的周期，最短周期的流程即是单颗卫星的最优流程。
(8)在执行最优批产流程过程中，如顺利将完成批产卫星AIT工作，如发生某个项目问题引起流程中断，以各卫星剩余未完成的项目作为新的流程设计目标范围(即工作项目集合)，根据对中断项目的处置策略(与其它项目调整、暂停等策略)，重新计算获得剩余项目的可能的流程集，比较获得剩余项目的最优批产流程，并执行新的最优批产流程，实现批产流程执行过程中的动态优化。
实施例
以某批产卫星型号项目为例，为提高批产研制进度，对优化前的单星、双星流程，基于要素关系的批产卫星AIT流程生成方法，识别可以优化的流程环节，形成了优化后的新的双星研制流程，开展了一系列流程优措施，大幅提高了研制效率：
(1)图2所示为优化前的单星流程，图3所示为优化前的双星流程。单星流程的工作内容包括卫星部装、舱段总装、卫星总装有线测试、卫星总装无线测试、整星力学试验、与运载对接、整星热试验、综合对接、出厂前总装测试、出厂总装，分解工作内容，确定单颗卫星在AIT阶段的工作项目集合：卫星部装、与运载对接、综合对接不可再分解，舱段总装分为平台总装、载荷舱总装、三舱对接，卫星总装有线测试分为单机交付、软件落焊、平台总装、平台测试、载荷舱总装、载荷舱测试、B状态测试，卫星总装无线测试/EMC试验分为无线状态总装、C状态测试/EMC试验、无线状态后总装，整星力学试验分为无线状态总装、振动试验及噪声试验、无线状态后总装，热试验分为星表热试验改造、舱内热试验改造、热真空试验、热试验后总装，出厂前总装电测分解为出厂前总装、出厂前电测。
特别的是，可基于ECRS方法在覆盖卫星AIT总目标的情况下，获得整个项目在不同阶段的项目分解结果。
(2)根据以上单颗卫星在AIT阶段的工作项目集合，确定AIT工作要素集和各项目的要素的具体内容，本实施例对{星，人，机，料，环}五方面要素，为降低本发明描述的复杂度，只对“星”要素的“硬件状态”、“环”要素细化，对应AIT工作要素集示意表示为{平台单机，载荷舱单机，星表热控部件，星表大型部件}，软件状态，整星组合状态}；{平台单机，载荷舱单机，星表热控部件，星表大型部件}，软件状态，整星组合状态}；{总装人员，测试人员，试验人员，总体人员}；{地面工装设备，地面测试设备}；{紧固件，支架，辅材}；{测试试验工位，外部无线干扰}。
(3)按照卫星研制标准、规范、特定工作要求，确定以下项目间存在紧耦合项目关系：软件落焊、单机交付；卫星部装/单机交付、载荷舱总装/平台总装；载荷舱总装/平台总装、三舱对接；舱内热试验改装/星表热试验改装、热试验、热试验后总装；无线测试试验前总装、C状态测试/EMC试验；无线测试试验前总装，振动试验及噪声试验、与运载对接。所述“载荷舱总装/平台总装、三舱对接”表示载荷舱总装、平台总装并行开展，然后紧密衔接三舱对接，其它表述类似。
可见，热真空试验、振动试验及噪声试验没有严格的先后关系，C状态测试/EMC试验、振动试验及噪声试验都需要无线状态总装、无线状态后总装，未优化前的流程没有更好地调整松耦合项目与其它项目间的衔接关系。
(4)按照紧耦合项目关系清单建立各项目组成的流程模块，各松耦合的项目也作为一个流程模块看待，建立各流程模块组成的单星骨架流程如图4所示，其中流程模块包括开始流程模块、结束流程模块、其它流程模块，其它流程模块包括无线流程模块(无线测试试验前总装至无线测试试验前总装的流程模块)、热试验流程模块(星表热试验改装、舱内热试验改装至热试验后改装的流程模块)、综合对接流程模块。
(5)获得骨架流程中各流程模块间基于要素关系的匹配情况，如表1所示为表中第一列各流程模块匹配第一行各流程模块的情况，“1”表示匹配，“0”表示不匹配，以用于计算机分析。如，无线流程模块不匹配开始流程模块(无线流程模块的卫星状态需要安排太阳翼，与开始流程模块输出状态“星”方面要素的未安装太阳翼状态不同)，而热试验模块可以匹配开始流程模块(因为各方面要素匹配)。
表1各流程模块间基于要素关系的匹配情况示例
注：表中，“1”表示匹配，“0”表示不匹配，以用于计算机分析。
(6)计算获得单星可能解的流程集。在流程模块数量少、复杂度小的情况下，可以人工给出各流程模块的排列组合，即可能解的流程集，有{开始流程模块、综合对接模块、热试验模块、无线流程模块、结束流程模块}，以及{开始流程模块、热试验模块、综合对接模块、无线流程模块、结束流程模块}共2个解。这两个解比较进度无差异，因此均是单星的最优流程。
(7)比较获得双星的批产卫星最优流程。命名为M1、M2的两颗卫星要求同时启动AIT工作、同时出厂发射，单星流程为解A({开始流程模块、综合对接模块、热试验模块、无线流程模块、结束流程模块})，或解B({开始流程模块、热试验模块、综合对接模块、无线流程模块、结束流程模块})这两个解，则组合得到双星卫星可能解的流程集，有三个解，分别为AA、BB、AB(与BA实际效果一致，与BA作为同一解)，即两颗星均使用流程A，均使用流程B，分别使用流程A、流程B三种组合流程。根据用户尽快完成研制的要求，两颗星选择不一样的流程，以避免相同流程模块的资源冲突，保证并行研制进度。在实际工程中，由于两颗星共用热真空罐，对流程A、流程B批产流程中热试验相关的部分进行局部优化，将热真空试验合并，将两颗星的综合对接、星表热试验改装、舱内热试验改装进行交叉。最终得到的双星批产卫星最优流程如图5所示。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。
