陈乘新 杜占超 梁克 王国军

摘 要： 批产航天器面临高密度研制和发射的任务形势，如何优化落焊流程，高效保质完成软件落焊工作，且最大限度节省人员和设备等资源配置，成为其研制面临的新挑战。在对某系列航天器软件落焊工作总结的基础上，结合对其他航天器软件落焊工作调研成果，从确保落焊后测试验证有效、落焊效率提升、落焊工作有序进展三个方面进行了深入分析，提出了适应高密度发射批产航天器的软件优化落焊流程。优化后的落焊流程在保证落焊后软件测试验证有效性的基础上，压缩或取消了软件落焊占用的AIT时间，有效提升了批产航天器的研制效率。

关键词： 批产航天器； 高密度发射； 软件落焊； 效率提升； 流程优化； AIT时间

中图分类号： TN967?34； V57 文献标识码： A 文章编号： 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

软件落焊是航天器研制过程中的关键环节之一，该环节需要将设备返回研制单位开展软件落焊、环境试验和电性能测试等工作。随着我国航天事业的稳步发展，航天器的数量越来越多，并逐步型谱化、批产化。批产航天器具有高密度研制和发射的特点，这就需要在确保航天器研制质量的同时提高效率，软件落焊占用研制主线时间过长已不能满足紧迫的研制周期要求。如何在有限的人员组织和设备配置条件下，高效保质完成软件落焊工作，成为航天器研制面临的新挑战[1?4]。

国内外学者对软件落焊流程优化进行了大量研究。如美国学者提出的快速AIT（总装、测试与试验）流程，取消软件落焊环节，软件测试与AIT并行，测试完成后直接在AIT阶段进行参数装订[5?6]；国内李丽琼提出在软件确认测试阶段以及分系统联试阶段对软件进行充分测试，AIT阶段前完成软件落焊，个别需要最后阶段确定的装订参数，采用注入修改方式进行[7]。以上研究主要集中在取消落焊环节、修改软件落焊方式等方面，尚未形成一套基于软件研制特点将落焊效率提升、落焊后测试验证有效、落焊工作有序进展三者统筹考虑的软件落焊优化流程。

本文首先介绍了国内某批产航天器软件落焊流程及存在的问题，然后针对存在的问题提出了一套软件落焊优化流程，最后以该系列航天器批产后首发航天器和标准航天器为例给出了实施过程和效果。

1 现状及存在的问题

由于方案复杂、技术难度大、存在大量的技术攻关，造成某航天器新研产品众多、技术状态频繁更动。为确保软件落焊版本测试验证充分有效，仅产品化的软件配置项、可在线程序下载的软件配置项、反熔丝型FPGA和CPLD配置项在总装交付电测前完成上天芯片落焊；其余配置项在总装交付电测前完成上天或非上天芯片的固化、固定（点胶或绑扎，须保证可以经受振动等环境试验）工作，在大型试验后统一完成上天芯片落焊，具体流程如图1所示。

与批产后高密度研制和发射的需求相比，目前的软件落焊工作较为保守，具体体现在以下方面：

1） 落焊工作集中于航天器测试后期，占用大量AIT主线时间：仅达到产品化程度或者设计为可在线程序下载等情况的软件产品在总装交付电测前完成落焊工作，其余产品均在完成系统测试和大型试验后开展落焊工作，在综合测试流程中预留软件落焊和回归测试的时间延长了测试时间。

2） 落焊节点滞后，大型试验验证有效性不足：大型试验目的是考核航天器硬件和工艺实施状态，软件落焊节点设置在大型试验后，使更换存储芯片后的落焊设备无法经受大型试验的考核，验证充分性不足。

该航天器进入批产阶段后，技术状态趋于固化，进入高密度发射的研制模式。这就要求优化综合测试流程，以节省研制人力资源和时间资源。相应地，落焊工作也需要根据软件研制类型进行优化，以减少AIT流程中的软件落焊时间，适应高密度发射的任务需求。

2 软件落焊流程优化方案

基于该航天器批产阶段软件落焊流程优化需求，结合国外批产卫星快速AIT流程、国内批产卫星软件落焊流程的调研结果，本文从确保落焊后测试验证有效、落焊效率提升、落焊工作有序进展三个方面进行了深入分析，提出一种适应高密度发射批产航天器的软件落焊流程优化方案。

由于该航天器批产阶段可能存在重新建立状态基线或发生重大技术状态变化的航天器（以下称为首发航天器）和状态固化的航天器（以下称为标准航天器）两种情况[8]，软件落焊流程优化工作根据两种不同状态的航天器进行分析。

2.1 首发航天器软件落焊流程优化

首发航天器为状态新建的航天器，考虑方案设计、任务适应性造成软件状态确定时间较晚，以保留AIT研制流程中的软件落焊节点。从软件落焊节点前移、分批进行，分析软件特点、开展软件更改，提前策划、加强落焊过程控制，进行软件落焊影响分析、确保测试项目全面有效4个方面开展软件落焊流程优化工作。

1） 软件落焊节点前移、分批进行。软件落焊时对存储芯片进行了更换，调试芯片更换为上天芯片。硬件状态的变化应该经受大型试验的考核，故原则上大型试验前完成全部配置项的落焊工作，将软件落焊流程中的落焊节点与大型试验节点互调，具体如图2所示。

软件根据成熟度由高变低研制类型依次分为I类软件?经历过飞行验证、Ⅱ类软件?在飞行验证软件基础上进行了装订参数的修改、Ⅲ类软件?在飞行验证软件基础上进行了少量功能的修改、Ⅳ类软件、新研或更动较大的软件。I类软件、Ⅱ/Ⅲ类软件装订自身硬件数据且不需要后续标定的在总装交付电测前完成落焊工作；Ⅱ/Ⅲ类软件装订外部硬件数据或装订自身硬件数据但需要后续标定的应具备在轨维护或在线程序下载能力，在总装交付电测前完成落焊工作，后续装订数据通过在轨维护或地面注入调整的方式进行更新；Ⅳ类软件在系统测试后大型试验前完成落焊工作，其中装订外部硬件数据或装订自身硬件数据但需要后续标定的应制定在轨维護或地面注入调整方案，后续装订数据通过在轨维护或地面注入调整的方式进行更新。

2） 分析研制特点、开展软件更改。对需装订外部硬件数据或装订自身硬件数据但需要后续标定的Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ类软件，其装订的传感器数据长时间使用可能会出现测量值的偏差，需要进行传感器的定期标定，故软件应具备在轨或地面注入调整传感器系数的能力，进行数据维护。对于与飞行方案密切相关、复杂度高等特点的Ⅳ类软件，由于其工作模式多、分支嵌套情况复杂、成熟度低，可能存在考虑不充分而导致不可预期的问题发生，同时软件的测试可能遗漏部分程序分支组合，出现隐藏的错误概率增大。故软件应具备在轨或地面注入调整程序代码的能力，进行程序维护。

3） 提前策划、加强落焊过程控制。为加强过程控制，应将软件落焊工作设置为系统级质量确认点，将确认工作划分为软件落焊前的放行、落焊中的产品实物检查以及落焊后验收控制三个阶段。

软件落焊前放行阶段对落焊前的工作开展“回想”和确认，重点检查落焊软件版本控制、技术状态更改和测试/试验覆盖性及验证情况；对软件落焊准备及落焊后测试工作进行“预想”；落焊中的产品实物检查阶段主要对对软件落焊的过程控制情况进行确认，采取现场检查过程记录和实物/照片和座谈的形式进行；落焊后验收阶段对交付产品的软件版本控制、测试项目完整性、测试数据正确性及稳定性进行核实。

4） 进行软件落焊影响分析、确保测试项目全面有效。大型试验前开展的回归测试主要检查落焊引起的硬件变化状态和软件版本的正确性，应针对Ⅳ类软件所属设备拆装所引起的硬件接口变化、在系统级测试可覆盖的软件功能进行分析，形成回归测试要求，在整器开展硬件接口覆盖、软件功能模式测试等工作，确保测试项目全面有效，提高效率。

对于通过在轨维护或地面注入方式装订数据后Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ类软件，应开展装订参数影响域分析，在整器开展装订参数注入功能、参数涉及软件对外接口测试等工作，有效减少测试工作量。

2.2 标准航天器软件落焊流程优化

航天器进行批产阶段后，软件状态固化，同一配置项仅存在装订参数区别，即软件研制类型范围缩小为I/Ⅱ类，其中需装订外部硬件数据或装订自身硬件数据但需要后续标定的Ⅱ类软件在首发航天器研制阶段已经进行了数据维护设计，具备在轨维护或地面注入调整能力。

标准航天器软件落焊流程可以在首发航天器优化方案的基础上进一步简化，取消AIT研制流程中的软件落焊节点，全部软件均在总装交付电测前完成落焊工作；Ⅱ类软件后续装订通过在轨维护或地面注入调整的方式进行，具体流程如图3所示。提前策划、加强落焊过程控制，进行软件落焊影响分析、确保测试项目覆盖到位的要求与首发航天器一致。

3 软件落焊流程优化实践

3.1 首发航天器落焊流程优化效果

某航天器为该系列航天器批产阶段首发任务航天器，若采取目前的软件落焊原则，总装交付电测前完成全器1/4设备的落焊、大型试验后完成其余3/4设备的落焊。大量设备的拆装、运输、落焊、测试试验、交付总体验收占用AIT主线时间约35天，回归测试占用AIT主线时间约14天；落焊设备最终硬件和工艺实施状态无法经受大型试验考核，降低了整体测试验证的有效性。

若采用优化后的软件落焊方案，首先对装订外部参数或者装订自身参数但需周期性标定的软件配置项进行硬件存储架构和软件设计分析，进行适应性更改，对存储器架构设计为PROM+SRAM，传感器系数一次性烧写在PROM中软件配置项，硬件上增加可擦写存储芯片如E2PROM或FLASH用来存储传感器系数，软件上更改设计调用E2PROM或FLASH上的传感器数据参与运算[8?10]；然后根据软件研制类型制定提前落焊、分类落焊要求，积极开展落焊放行工作，在总装交付电测阶段完成全器9/10台设备（所属配置项均为I/Ⅱ/Ⅲ类）的落焊工作，大型试验前完成其余1/10设备（所属配置项包括Ⅳ类）的落焊工作；最后进行软件落焊影响分析、制定回归测试要求，确保测试项目全面有效。

相较于目前的航天器落焊流程，优化后的落焊节点由大型试验后提至大型试验前，确保设备最终硬件和工艺状态可以经受大型试验的考核，提高了整器测试验证的有效性；落焊节点落焊设备由占全器设备的[34]减少至[110]，减少了设备整器拆装、交付总体验收所需的时间，经估算相应落焊时间减少到约13天；同时由于落焊阶段拆装设备较少，对落焊引起的变化硬件状态和软件参数装订正确性回归测试工作量也大幅降低，经估算相应测试时间减少到约4天。与目前落焊流程相比，效率提升效果如表1所示。

3.2 标准航天器落焊流程优化效果

标准航天器采用优化后的落焊流程，在总装交付电测阶段完成全部软件的落焊工作，取消了软件落焊及回归测试节点，软件参数装订后仅需要进行注入参数正确性测试和正常模飞测试，不再进行分系统检查和匹配等测试工作，大大减少回归测试工作量，经估算相应测试时间减少到约2天。与目前落焊流程相比，效率提升效果如表2所示。

4 结 语

某航天器即将进入批产和高密度发射的研制模式，亟需优化软件落焊的流程，以节省研制人力资源和时间资源。本文基于该系列航天器批产阶段高密度发射的任务需求，立足落焊工作实践经验，结合国内外的调研情况，按照软件落焊节点前移、分批进行，分析研制特点、开展软件更改，提前策划、加强落焊过程控制，进行软件落焊影响分析、确保测试项目全面有效的4个原则，提出了软件落焊优化流程，并以批产阶段首发航天器和标准航天器为例进行了优化效果评价，优化后的落焊工作方案在保证大型试验有效性的基础上，大幅压缩了软件落焊、回归测试占用的AIT时间，有效提升了工作效率和效果。

参考文献

[1] 郭坚，李林，王君娜.软件能力成熟度模型在航天器软件研制中的应用研究[J].航天器工程，2014，23（6）：75?79.

GUO Jian， LI Lin， WANG Junna. Research on CMM application in spacecraft software development [J]. Spacecraft engineering， 2014， 23（6）： 75?79.

[2] 刘正高.航天型号软件产品保证总体策划[J].质量与可靠性，2005（6）：29?31.

LIU Zhenggao. Overall planning of aerospace software product assurance [J]. Quality and reliability， 2005（6）： 29?31.

[3] 石柱.航天型号软件工程化十年回顾与展望[J].航天控制，2006，24（4）：66?72.

SHI Zhu. Aerospace software engineering practice： the past ten years and the future [J]. Aerospace control， 2006， 24（4）： 66?72.

[4] 薛四新，贾郭军.软件项目管理[M].北京：机械工业出版社，2004.

XUE Sixin， JIA Guojun. Project management for software [M]. Beijing： China Machine Press， 2004.

[5] 黄志澄.美国“太空快速响应”计划[J].国际太空，2006（10）：14?17.

HUANG Zhicheng. "Space rapid response" plan of USA [J]. Space international， 2006（10）： 14?17.

[6] 王景泉.美国加速“作战快速响应太空”计划：开拓战术卫星发展的新方向[J].国际太空，2007（2）：8?14.

WANG Jingquan. USA ORS plan： new directions in the development of tactical satellites [J]. Space international， 2007（2）： 8?14.

[7] 李丽琼，曾春平，吕高见.小卫星AIT流程简化探讨[J].航天器工程，2015，24（1）：120?125.

LI Liqiong， ZENG Chunping， L? Gaojian. Discussion on AIT flow minimization for small satellites [J]. Spacecraft engineering， 2015， 24（1）： 120?125.

[8] 中国航天标准化与产品保证研究院.QJA_30A?2013 航天型号软件工程化要求[S].北京：中国标准出版社，2013：6?7.

China Academy of Aerospace Standardization and Product Assurance. QJA_30A?2013 Engineering requirement of aerospace software [S]. Beijing： Standards Press of China， 2013： 6?7.

[9] 李磊霞，王宇，林宝军，等.基于宏定义动态链接的模块化星载软件升级方法研究[J].空间科学学报，2010，30（2）：180?184.

LI Leixia， WANG Yu， LIN Baojun， et al. Research of software updating for micro?satellite in the orbit based on dynamic link with macros [J]. Chinese journal of space science， 2010， 30（2）： 180?184.

[10] 孙亚萍，张慧熙.一种新型DSP软件在线升级方法的研究与实现[J].微型机与应用，2010，29（5）：72?74.

SUN Yaping， ZHANG Huixi. Research and realization of a novel DSP software upgrading method [J]. Microcomputer & its applications， 2010， 29（5）： 72?74.