一种卫星系统集成成熟度的评估方法与流程

本发明涉及一种对卫星系统集成成熟度的量化方法，是对卫星系统在研制、生产及使用环节的生命周期内的合理性、完备性以及在一定功能、性能水平下质量稳定性的一种综合度量方法，为构建卫星系统研发工作的量化考核与闭环管理，持续改进提供了实现方法。

背景技术：

卫星系统一般具有探索性、先进性、复杂性、高风险性的突出特点，以及高可靠、高质量、小子样研制及一次成功的特殊要求，也使得经典质量与可靠性工程技术方法均难以充分满足卫星系统研制开发的需求。

如何解决小子样研制和高质量、高可靠要求之间的矛盾，如何把影响技术成熟的核心要素识别出来，并在系统研发和使用全过程加以控制，是卫星系统研发工作者和产品研制管理者极为关注的问题。

在传统的系统工程过程的基础之上，技术成熟度的概念、方法能够实现系统研发生产过程中的“全要素，全过程，全系统”的扩展，能够强化卫星系统工程的管理能力，从而进一步为控制风险，实现系统的高质量、高可靠要求奠定基础。

技术实现要素：

本发明的目的是针对卫星系统技术的复杂性和特殊性，为解决卫星系统高风险、小子样下的质量与可靠性保证而提供一种卫星系统集成成熟度的评估方法，以确保系统在研制、生产和使用等环节的高质量、高可靠，促进技术的快速成熟。本发明综合考虑卫星系统研发、生产和使用过程中的关键特性和关键项目，参照技术的成熟度定级准则，将影响技术成熟度的子要素识别出来，针对薄弱环节提出改进措施，并在产品实现和使用的全过程中加以控制。

为了达到上述目的，本发明包括如下技术方案：

一种卫星系统集成成熟度评估方法，其中该方法包括如下步骤：

步骤1：根据卫星系统的技术内涵和检查要点确定一个待评价系统应具备的分系统以及单机要素，构建一个卫星系统—分系统—单机三层次的评估体系。具体的卫星集成成熟度评估体系如图1所示。其中，所述待评价系统包含n个分系统，每一分系统又包含多个单机。

步骤2：使用最优最劣(best-worst)法确定各分系统的权重向量以及每一分系统中各单机的权重向量具体地，权重的确定方法包括：

步骤2.1确定分系统b1～bn的权重：通过专家组讨论，从重要性角度确定n个分系统中的最关键分系统bb和一般分系统bw；

步骤2.2利用1～9标度，请专家组确定出分系统bb相对于其他所有分系统的相对偏好程度，进而构建相对偏好向量ab＝(ab1,ab2,...,abn)，其中abi代表专家组给出的分系统bb与分系统bi的相对偏好程度，1≤i≤n；同样，确定其他所有分系统相对于分系统bw的相对偏好程度，构建相对偏好向量aw＝(a1w,a2w,...,anw)，其中，aiw代表分系统bi相对于分系统bw的相对偏好程度，1≤i≤n；

步骤2.3计算分系统权重向量：根据best-worst方法的思想，bi、bb、bw的权重应满足下列表达式：

因此，为确定分系统的权重，可构建如下数学规划：

通过求解该数学规划模型，可确定出各分系统的权重向量

步骤2.4分别确定每一分系统bi中各单机的权重向量具体方法参照步骤2.1—2.3的方法，针对每一分系统bi构建数学规划模型，通过求解数学规划模型可确定分系统bi中各单机的权重向量

综上所述，由best-worst法可以得到卫星系统中各分系统的权重，以及每一分系统中包含的各单机的权重。

步骤3：确定卫星系统技术成熟度评价等级及关键要素的里程碑事件：

本发明按照产品的设计、生产和使用的全生命周期，将卫星系统技术成熟度划分为9个等级，各等级及关键要素里程碑事件如表1所示。

表1成熟度等级关键要素的里程碑事件

步骤4：确定卫星系统技术成熟度评价等级的语义描述：

为方便专家组确定各系系统的等级，采用语义变量形式进行评估，即将表1中的各等级分别采用成熟度语义集s＝{s0,s1,...,s8}中各语义变量来描述，即si-1对应于表1中的第i等级,i＝1,2,...,9，各语义变量及其对应的等级如表1所示。

例如，若专家针对某一待评价系统的单机c11给出的成熟度评价等级为trl6，则其语义形式可描述为s5；若专家针对某一待评价系统的单机c12给出的成熟度评价等级介于trl7与trl8之间，但更偏向于trl7，则其语义形式可描述为“单机c12的成熟度介于为s6与s7之间，但更接近于s6”，具体语义形式可为集合{s6.1,s6.2,s6.3,s6.4}中的一个元素。其中，s6.1为最接近于s6的元素，s6.4为最远离s6的元素。

步骤5：专家组依据表1中语义成熟度等级及关键要素的里程碑事件确定出每一分系统中各单机的成熟度语义描述，其中，采用的成熟度语义集为s＝{s0,s1,...,s8}。

步骤6：将步骤5中确定的每一分系统中各单机的成熟度语义描述转化为二元语义形式。

该转化的具体方法如下：

δ:[0,g]→s×[-0.5,0.5)

其中，round(.)为四舍五入取整函数，g+1为trl评价等级的个数，即评价等级粒度。

步骤6.1若专家组对某一单机bi(i＝1,2,...,n)给出的语义成熟度等级确定为则其对应的二元语义形式为

例如，可将步骤4中专家给出的单机c11给出的语义等级s5转化为如下二元语义形式：

步骤6.2若专家组对某一单机bi(i＝1,2,...,n)给出的语义成熟度等级确定为介于和之间，但更偏向于则其对应的二元语义形式为其中

例如，可将步骤4中专家给出的“单机c12的成熟度介于为s6与s7之间，但更接近于s6”转化为如下二元语义形式：单机c12的成熟度越接近s6，则取值越小。

步骤7：结合步骤2中所求出的每一分系统bi中各单机的权重向量确定各待评价卫星系统在分系统bi下的二元语义的成熟度等级，其加权集成方法如下：

其中，为δ(.)转化函数，它将可将区间[0,g]的数转化为二元形式，即：

δ:[0,g]→s×[-0.5,0.5)

这里round(.)为四舍五入取整函数，g+1为语言评价集中元素的个数，即语言评价集的粒度，这里取g+1＝9。

步骤8：结合步骤2中确定的分系统的权重向量确定各待评价卫星系统的二元语义成熟度等级

如果有多个卫星系统要进行评价，则可根据求得的卫星系统的二元语义成熟度的大小进行排序。例如，假设(si,αi)和(sj,αj)为两个待评卫星系统，则其具体排序方法如下：

(1)若i＜j，则(si,αi)＜(sj,αj)；

(2)若i＝j且αi＝αj，则(si,αi)＝(sj,αj)；

(3)若i＝j且αi＜αj，则(si,αi)＜(sj,αj)；

(4)若i＝j且αi＞αj，则(si,αi)＞(sj,αj)。

最终可根据卫星系统技术成熟度的综合评价等级以及各分系统以及其单机的技术成熟度评价等级考核系统各组分研制情况，能够对评价卫星系统进行针对性的改进。

本发明的上述技术方案，本发明有如下优点：

(1)本发明的方法有利于加强技术研制开发的全过程控制和精细化管理，技术成熟的九个等级涵盖了从研发、制造到应用的全生命周期内需要重点关注和突破的项目，通过对单机进行评价，可以有效全面地反映系统的研发进展情况，实现技术风险有效控制和全过程精细化质量管理。

(2)有利于引导卫星系统集成成熟度提升的技术流程。

(3)有利于明确卫星系统成熟程度提升目标、方向和具体过程的完整路线图及其所包含的全部技术和方法的集合。

(4)有利于深化和明晰卫星系统技术的本质特征与快速成熟路径。

(5)有利于细化和量化卫星系统研发、培育、应用过程的各项工程活动，促进系统研发生产的精细化质量管理要求的落实。

通过本发明的方法可以得到卫星系统技术成熟度的综合评价等级以及各分系统的技术成熟度评价等级，从而考核系统各部分研制进程，能够对评价卫星系统的技术成熟度进行评估。本发明是一种小子样研制宇航产品实现快速成熟的成熟度量化方法，为产品研制、生产及使用等全生命周期所有技术要素的合理性、完备性，以及在一定功能、性能水平下质量稳定性的度量提供了有效途径。

附图说明

图1是卫星系统集成成熟度评估体系。

图2是卫星系统集成成熟度的评估方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种卫星系统研制的成熟度评估方法，为卫星系统的研制、生产以及使用等全生命周期所有技术要素的合理性，完备性，以及一定功能、性能以及质量稳定性的度量提供了有效的途径。下面将卫星系统进行简化以说明具体实施过程，将卫星系统分为6个分系统(本示例主要列举了卫星平台的主要分系统，实际卫星系统还包含其他分系统)，各分系统又分为不同个数的单机，如表2所示。该简化卫星系统技术成熟度评估评估过程如下。

步骤1：构建的评估体系如表2所示。其中，bi为一级评估指标，即组成该卫星系统的各分系统，i＝1,2,...,6；cij为三级评估指标，用于评价单机，即分系统bi包括的各单机，i＝1,2,...,6，j＝1,2,...,mi，这里mi表示分系统bi中单机的个数。

表2各卫星分系统及其单机的权重

步骤2：使用最优最劣(best-worst)法确定分系统与分系统中各单机的权重。

步骤2.1先确定分系统b1～b6权重：通过专家讨论确定六个分系统中的最关键分系统和一般分系统。

步骤2.2利用1～9标度进行专家打分，确定分系统(b2)相比于其他分系统的相对偏好程度，构建相对偏好向量：ab＝(4,1,5,3,2,2)。同理，确定其他所有分系统相比于分系统(b3)的相对偏好程度，构建相对偏好aw＝(3,5,1,2,4,4)。

步骤2.3结合公式(1)～(2)构建如下数学规划模型：

miny

通过采用lingo软件求解上述规划，可以得到分系统的权重向量为

步骤2.4确定每一分系统bi中各单机cij的权重，具体计算过程参照步骤2.1—2.3。b1～b6中各单机的权重向量分别为：

综上可以得到卫星系统-分系统-单机三层次的分系统及每一分系统中各单机的权重。

步骤3：确定卫星系统技术成熟度评价等级及关键要素的里程碑事件：按照产品的设计、生产和使用的全生命周期，将成熟度划分为9个等级，各等级以及关键要素的里程碑事件如表1所示。

步骤4：确定卫星系统技术成熟度评价等级的语义描述。对应于表1中的九个等级，这里采用的成熟度语义集为：s＝{s0,s1,...,s8}。

步骤5：现对某待评价卫星系统做技术成熟度等级进行综合评价。专家组基于试验和现场评估对某卫星系统，对每一分系统中单机的成熟度等级进行评价。为方便描述，均采用语义描述形式sβ(β∈[0,8])，具体评价结果如表3所示。

步骤6：将步骤5中确定的的关于单机cij的技术成熟度评价等级的语义描述sβ(β∈[0,8])转化为二元语义的表示形式：其中，对每一分系统中各单机的语义评价对应的二元语义形式如表3所示。

表3待评价卫星系统各分系统中单机技术成熟度评价

步骤7：结合步骤2中所求出的每一分系统中各单机cij的权重，根据式(5)确定各待评价卫星系统在分系统bi下的二元语义的成熟度等级。

(s¹,α¹)＝δ(δ^-(6,-0.2)*0.25+δ^-(8,-0.3)*0.43+δ^-(6,0.3)*0.32)＝δ(6.8)＝(s7,-0.2)；

(s²,α²)＝δ(δ^-(7,-0.2)*0.17+δ^-(6,-0.5)*0.26+δ^-(6,0.2)*0.35+δ^-(7,0.4)*0.22)＝δ(6.4)＝(s6,0.4)；

(s³,α³)＝δ(δ^-(5,-0.2)*0.35+δ^-(6,-0.2)*0.27+δ^-(8,-0.5)*0.38)＝δ(6.1)＝(s6,0.1)；

(s⁴,α⁴)＝δ(δ^-(6,-0.4)*0.43+δ^-(7,-0.5)*0.57)＝δ(6.1)＝(s6,0.1)；

(s⁵,α⁵)＝δ(δ^-(7,0)*0.23+δ^-(5,0.3)*0.39+δ^-(7,0.3)*0.38)＝δ(6.5)＝(s7,-0.5)；

(s⁶,α⁶)＝δ(δ^-(5,0.2)*0.47+δ^-(6,0)*0.53)＝δ(5.6)＝(s6,-0.4)。

步骤8：结合分系统权重向量(步骤2中确定)，根据式(7)可以确定待评价卫星系统的综合二元语义成熟度等级：

(s*,α*)

＝δ(δ^-(7,-0.2)*0.1+δ^-(6,0.4)*0.28+δ^-(6,0.1)*0.05+δ^-(6,0.1)*0.11+

δ^-(7,-0.5)*0.24+δ^-(6,-0.4)*0.22)

＝δ(6.24)

＝(s6,0.24)

因此该待评估的卫星系统技术成熟度的综合评价等级比trl7稍高，工作环境下完成系统原型验证与trl8实际系统通过技术试验和验证完成质量检测之间，且靠近trl7。通过汇总可以得到各分系统的成熟等级如表4所示。

表4卫星系统与各级分系统的成熟度等级汇总表

根据本发明的方法可以发现，该待评价卫星系统的成熟度评价等级综合评价等级为6.24介于trl7与trl8且靠近trl7，说明该系统的研制进展程度居于工作环境下完成系统原型验证实际系统通过技术试验和验证完成质量检测之间，能够较为客观真实地反映了系统的开发和研制进展情况，并且可以根据各分系统的技术成熟度隶属等级确定该系统在研制过程中的薄弱环节，如b1结构与机构分系统的评价等级介于trl7与trl8之间，表明该系统基本完成工作环境下的性能验证，逐步开始质量检测并集成到实际系统当中。该发明能够充分有利于卫星系统技术成熟度的快速提升。