航天器軟件落焊流程簡化探討

陳乘新 杜占超 梁克 王國軍

摘 要： 批產(chǎn)航天器面臨高密度研制和發(fā)射的任務形勢，如何優(yōu)化落焊流程，高效保質(zhì)完成軟件落焊工作，且最大限度節(jié)省人員和設備等資源配置，成為其研制面臨的新挑戰(zhàn)。在對某系列航天器軟件落焊工作總結(jié)的基礎上，結(jié)合對其他航天器軟件落焊工作調(diào)研成果，從確保落焊后測試驗證有效、落焊效率提升、落焊工作有序進展三個方面進行了深入分析，提出了適應高密度發(fā)射批產(chǎn)航天器的軟件優(yōu)化落焊流程。優(yōu)化后的落焊流程在保證落焊后軟件測試驗證有效性的基礎上，壓縮或取消了軟件落焊占用的AIT時間，有效提升了批產(chǎn)航天器的研制效率。

關鍵詞： 批產(chǎn)航天器； 高密度發(fā)射； 軟件落焊； 效率提升； 流程優(yōu)化； AIT時間

中圖分類號： TN967?34； V57 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）14?0088?04

Discussion on simplification of software soldering process for spacecraft

CHEN Chengxin， DU Zhanchao， LIANG Ke， WANG Guojun

（Institute of Manned Space System Engineering， China Academy of Space Technology， Beijing 100094， China）

Abstract： The batch?produced spacecraft is facing the task situation of high?density development and launch. How to optimize the soldering process， complete the software soldering work efficiently and qualitatively， and save utmost the manpower and equipment resources， has become a new challenge facing the development of batch?produced spacecrafts. On the basis of summarization of a certain series of spacecraft software soldering work， and in combination with the research results of other spacecraft software soldering work， deep analysis is performed from three aspects of ensuring the test verification effective after soldering， soldering efficiency improved， and soldering work orderly progressed. The software optimization soldering process suitable for the high?density launch of batch?produced spacecrafts is proposed. The optimized soldering process can compress or cancel the AIT time occupied by the software soldering， and effectively promote the development efficiency of batch?produced spacecrafts on the basis of ensuring the effectiveness of software test verification after soldering.

Keywords： batch?produced spacecraft； high?density launch； software soldering； efficiency improvement； process optimization； AIT time

0 引 言

軟件落焊是航天器研制過程中的關鍵環(huán)節(jié)之一，該環(huán)節(jié)需要將設備返回研制單位開展軟件落焊、環(huán)境試驗和電性能測試等工作。隨著我國航天事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，航天器的數(shù)量越來越多，并逐步型譜化、批產(chǎn)化。批產(chǎn)航天器具有高密度研制和發(fā)射的特點，這就需要在確保航天器研制質(zhì)量的同時提高效率，軟件落焊占用研制主線時間過長已不能滿足緊迫的研制周期要求。如何在有限的人員組織和設備配置條件下，高效保質(zhì)完成軟件落焊工作，成為航天器研制面臨的新挑戰(zhàn)[1?4]。

國內(nèi)外學者對軟件落焊流程優(yōu)化進行了大量研究。如美國學者提出的快速AIT（總裝、測試與試驗）流程，取消軟件落焊環(huán)節(jié)，軟件測試與AIT并行，測試完成后直接在AIT階段進行參數(shù)裝訂[5?6]；國內(nèi)李麗瓊提出在軟件確認測試階段以及分系統(tǒng)聯(lián)試階段對軟件進行充分測試，AIT階段前完成軟件落焊，個別需要最后階段確定的裝訂參數(shù)，采用注入修改方式進行[7]。以上研究主要集中在取消落焊環(huán)節(jié)、修改軟件落焊方式等方面，尚未形成一套基于軟件研制特點將落焊效率提升、落焊后測試驗證有效、落焊工作有序進展三者統(tǒng)籌考慮的軟件落焊優(yōu)化流程。

本文首先介紹了國內(nèi)某批產(chǎn)航天器軟件落焊流程及存在的問題，然后針對存在的問題提出了一套軟件落焊優(yōu)化流程，最后以該系列航天器批產(chǎn)后首發(fā)航天器和標準航天器為例給出了實施過程和效果。

1 現(xiàn)狀及存在的問題

由于方案復雜、技術難度大、存在大量的技術攻關，造成某航天器新研產(chǎn)品眾多、技術狀態(tài)頻繁更動。為確保軟件落焊版本測試驗證充分有效，僅產(chǎn)品化的軟件配置項、可在線程序下載的軟件配置項、反熔絲型FPGA和CPLD配置項在總裝交付電測前完成上天芯片落焊；其余配置項在總裝交付電測前完成上天或非上天芯片的固化、固定（點膠或綁扎，須保證可以經(jīng)受振動等環(huán)境試驗）工作，在大型試驗后統(tǒng)一完成上天芯片落焊，具體流程如圖1所示。

與批產(chǎn)后高密度研制和發(fā)射的需求相比，目前的軟件落焊工作較為保守，具體體現(xiàn)在以下方面：

1） 落焊工作集中于航天器測試后期，占用大量AIT主線時間：僅達到產(chǎn)品化程度或者設計為可在線程序下載等情況的軟件產(chǎn)品在總裝交付電測前完成落焊工作，其余產(chǎn)品均在完成系統(tǒng)測試和大型試驗后開展落焊工作，在綜合測試流程中預留軟件落焊和回歸測試的時間延長了測試時間。

2） 落焊節(jié)點滯后，大型試驗驗證有效性不足：大型試驗目的是考核航天器硬件和工藝實施狀態(tài)，軟件落焊節(jié)點設置在大型試驗后，使更換存儲芯片后的落焊設備無法經(jīng)受大型試驗的考核，驗證充分性不足。

該航天器進入批產(chǎn)階段后，技術狀態(tài)趨于固化，進入高密度發(fā)射的研制模式。這就要求優(yōu)化綜合測試流程，以節(jié)省研制人力資源和時間資源。相應地，落焊工作也需要根據(jù)軟件研制類型進行優(yōu)化，以減少AIT流程中的軟件落焊時間，適應高密度發(fā)射的任務需求。

2 軟件落焊流程優(yōu)化方案

基于該航天器批產(chǎn)階段軟件落焊流程優(yōu)化需求，結(jié)合國外批產(chǎn)衛(wèi)星快速AIT流程、國內(nèi)批產(chǎn)衛(wèi)星軟件落焊流程的調(diào)研結(jié)果，本文從確保落焊后測試驗證有效、落焊效率提升、落焊工作有序進展三個方面進行了深入分析，提出一種適應高密度發(fā)射批產(chǎn)航天器的軟件落焊流程優(yōu)化方案。

由于該航天器批產(chǎn)階段可能存在重新建立狀態(tài)基線或發(fā)生重大技術狀態(tài)變化的航天器（以下稱為首發(fā)航天器）和狀態(tài)固化的航天器（以下稱為標準航天器）兩種情況[8]，軟件落焊流程優(yōu)化工作根據(jù)兩種不同狀態(tài)的航天器進行分析。

2.1 首發(fā)航天器軟件落焊流程優(yōu)化

首發(fā)航天器為狀態(tài)新建的航天器，考慮方案設計、任務適應性造成軟件狀態(tài)確定時間較晚，以保留AIT研制流程中的軟件落焊節(jié)點。從軟件落焊節(jié)點前移、分批進行，分析軟件特點、開展軟件更改，提前策劃、加強落焊過程控制，進行軟件落焊影響分析、確保測試項目全面有效4個方面開展軟件落焊流程優(yōu)化工作。

1） 軟件落焊節(jié)點前移、分批進行。軟件落焊時對存儲芯片進行了更換，調(diào)試芯片更換為上天芯片。硬件狀態(tài)的變化應該經(jīng)受大型試驗的考核，故原則上大型試驗前完成全部配置項的落焊工作，將軟件落焊流程中的落焊節(jié)點與大型試驗節(jié)點互調(diào)，具體如圖2所示。

軟件根據(jù)成熟度由高變低研制類型依次分為I類軟件?經(jīng)歷過飛行驗證、Ⅱ類軟件?在飛行驗證軟件基礎上進行了裝訂參數(shù)的修改、Ⅲ類軟件?在飛行驗證軟件基礎上進行了少量功能的修改、Ⅳ類軟件、新研或更動較大的軟件。I類軟件、Ⅱ/Ⅲ類軟件裝訂自身硬件數(shù)據(jù)且不需要后續(xù)標定的在總裝交付電測前完成落焊工作；Ⅱ/Ⅲ類軟件裝訂外部硬件數(shù)據(jù)或裝訂自身硬件數(shù)據(jù)但需要后續(xù)標定的應具備在軌維護或在線程序下載能力，在總裝交付電測前完成落焊工作，后續(xù)裝訂數(shù)據(jù)通過在軌維護或地面注入調(diào)整的方式進行更新；Ⅳ類軟件在系統(tǒng)測試后大型試驗前完成落焊工作，其中裝訂外部硬件數(shù)據(jù)或裝訂自身硬件數(shù)據(jù)但需要后續(xù)標定的應制定在軌維護或地面注入調(diào)整方案，后續(xù)裝訂數(shù)據(jù)通過在軌維護或地面注入調(diào)整的方式進行更新。

2） 分析研制特點、開展軟件更改。對需裝訂外部硬件數(shù)據(jù)或裝訂自身硬件數(shù)據(jù)但需要后續(xù)標定的Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ類軟件，其裝訂的傳感器數(shù)據(jù)長時間使用可能會出現(xiàn)測量值的偏差，需要進行傳感器的定期標定，故軟件應具備在軌或地面注入調(diào)整傳感器系數(shù)的能力，進行數(shù)據(jù)維護。對于與飛行方案密切相關、復雜度高等特點的Ⅳ類軟件，由于其工作模式多、分支嵌套情況復雜、成熟度低，可能存在考慮不充分而導致不可預期的問題發(fā)生，同時軟件的測試可能遺漏部分程序分支組合，出現(xiàn)隱藏的錯誤概率增大。故軟件應具備在軌或地面注入調(diào)整程序代碼的能力，進行程序維護。

3） 提前策劃、加強落焊過程控制。為加強過程控制，應將軟件落焊工作設置為系統(tǒng)級質(zhì)量確認點，將確認工作劃分為軟件落焊前的放行、落焊中的產(chǎn)品實物檢查以及落焊后驗收控制三個階段。

軟件落焊前放行階段對落焊前的工作開展“回想”和確認，重點檢查落焊軟件版本控制、技術狀態(tài)更改和測試/試驗覆蓋性及驗證情況；對軟件落焊準備及落焊后測試工作進行“預想”；落焊中的產(chǎn)品實物檢查階段主要對對軟件落焊的過程控制情況進行確認，采取現(xiàn)場檢查過程記錄和實物/照片和座談的形式進行；落焊后驗收階段對交付產(chǎn)品的軟件版本控制、測試項目完整性、測試數(shù)據(jù)正確性及穩(wěn)定性進行核實。

4） 進行軟件落焊影響分析、確保測試項目全面有效。大型試驗前開展的回歸測試主要檢查落焊引起的硬件變化狀態(tài)和軟件版本的正確性，應針對Ⅳ類軟件所屬設備拆裝所引起的硬件接口變化、在系統(tǒng)級測試可覆蓋的軟件功能進行分析，形成回歸測試要求，在整器開展硬件接口覆蓋、軟件功能模式測試等工作，確保測試項目全面有效，提高效率。

對于通過在軌維護或地面注入方式裝訂數(shù)據(jù)后Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ類軟件，應開展裝訂參數(shù)影響域分析，在整器開展裝訂參數(shù)注入功能、參數(shù)涉及軟件對外接口測試等工作，有效減少測試工作量。

2.2 標準航天器軟件落焊流程優(yōu)化

航天器進行批產(chǎn)階段后，軟件狀態(tài)固化，同一配置項僅存在裝訂參數(shù)區(qū)別，即軟件研制類型范圍縮小為I/Ⅱ類，其中需裝訂外部硬件數(shù)據(jù)或裝訂自身硬件數(shù)據(jù)但需要后續(xù)標定的Ⅱ類軟件在首發(fā)航天器研制階段已經(jīng)進行了數(shù)據(jù)維護設計，具備在軌維護或地面注入調(diào)整能力。

標準航天器軟件落焊流程可以在首發(fā)航天器優(yōu)化方案的基礎上進一步簡化，取消AIT研制流程中的軟件落焊節(jié)點，全部軟件均在總裝交付電測前完成落焊工作；Ⅱ類軟件后續(xù)裝訂通過在軌維護或地面注入調(diào)整的方式進行，具體流程如圖3所示。提前策劃、加強落焊過程控制，進行軟件落焊影響分析、確保測試項目覆蓋到位的要求與首發(fā)航天器一致。

3 軟件落焊流程優(yōu)化實踐

3.1 首發(fā)航天器落焊流程優(yōu)化效果

某航天器為該系列航天器批產(chǎn)階段首發(fā)任務航天器，若采取目前的軟件落焊原則，總裝交付電測前完成全器1/4設備的落焊、大型試驗后完成其余3/4設備的落焊。大量設備的拆裝、運輸、落焊、測試試驗、交付總體驗收占用AIT主線時間約35天，回歸測試占用AIT主線時間約14天；落焊設備最終硬件和工藝實施狀態(tài)無法經(jīng)受大型試驗考核，降低了整體測試驗證的有效性。

若采用優(yōu)化后的軟件落焊方案，首先對裝訂外部參數(shù)或者裝訂自身參數(shù)但需周期性標定的軟件配置項進行硬件存儲架構和軟件設計分析，進行適應性更改，對存儲器架構設計為PROM+SRAM，傳感器系數(shù)一次性燒寫在PROM中軟件配置項，硬件上增加可擦寫存儲芯片如E2PROM或FLASH用來存儲傳感器系數(shù)，軟件上更改設計調(diào)用E2PROM或FLASH上的傳感器數(shù)據(jù)參與運算[8?10]；然后根據(jù)軟件研制類型制定提前落焊、分類落焊要求，積極開展落焊放行工作，在總裝交付電測階段完成全器9/10臺設備（所屬配置項均為I/Ⅱ/Ⅲ類）的落焊工作，大型試驗前完成其余1/10設備（所屬配置項包括Ⅳ類）的落焊工作；最后進行軟件落焊影響分析、制定回歸測試要求，確保測試項目全面有效。

相較于目前的航天器落焊流程，優(yōu)化后的落焊節(jié)點由大型試驗后提至大型試驗前，確保設備最終硬件和工藝狀態(tài)可以經(jīng)受大型試驗的考核，提高了整器測試驗證的有效性；落焊節(jié)點落焊設備由占全器設備的[34]減少至[110]，減少了設備整器拆裝、交付總體驗收所需的時間，經(jīng)估算相應落焊時間減少到約13天；同時由于落焊階段拆裝設備較少，對落焊引起的變化硬件狀態(tài)和軟件參數(shù)裝訂正確性回歸測試工作量也大幅降低，經(jīng)估算相應測試時間減少到約4天。與目前落焊流程相比，效率提升效果如表1所示。

3.2 標準航天器落焊流程優(yōu)化效果

標準航天器采用優(yōu)化后的落焊流程，在總裝交付電測階段完成全部軟件的落焊工作，取消了軟件落焊及回歸測試節(jié)點，軟件參數(shù)裝訂后僅需要進行注入?yún)?shù)正確性測試和正常模飛測試，不再進行分系統(tǒng)檢查和匹配等測試工作，大大減少回歸測試工作量，經(jīng)估算相應測試時間減少到約2天。與目前落焊流程相比，效率提升效果如表2所示。

4 結(jié) 語

某航天器即將進入批產(chǎn)和高密度發(fā)射的研制模式，亟需優(yōu)化軟件落焊的流程，以節(jié)省研制人力資源和時間資源。本文基于該系列航天器批產(chǎn)階段高密度發(fā)射的任務需求，立足落焊工作實踐經(jīng)驗，結(jié)合國內(nèi)外的調(diào)研情況，按照軟件落焊節(jié)點前移、分批進行，分析研制特點、開展軟件更改，提前策劃、加強落焊過程控制，進行軟件落焊影響分析、確保測試項目全面有效的4個原則，提出了軟件落焊優(yōu)化流程，并以批產(chǎn)階段首發(fā)航天器和標準航天器為例進行了優(yōu)化效果評價，優(yōu)化后的落焊工作方案在保證大型試驗有效性的基礎上，大幅壓縮了軟件落焊、回歸測試占用的AIT時間，有效提升了工作效率和效果。

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