阿波罗登月计划中的现代系统工程应用

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阿波罗登月计划中的现代系统工程应用

机电狂人 2011-12

阿波罗登月计划是美国继曼哈顿计划、北极星计划之后，在大型项目研制上运用系统工程取得成功的一个实例。阿波罗计划的全部任务分别由地面、空间和登月三部分组成，是一个复杂庞大的工程计划。它不仅涉及到火箭技术、电子技术和冶金、化工等多种技术，还需要了解宇宙空间的物理环境以及月球本身的构造和形状。完成这个计划，除了要考虑每一部分间的配合与协调外，还要估算各种未知因素可能带来的种种影响。这项计划涉及到四十多万人，研制的零件有几百万件，耗资三百亿美元，历时十一年之久。这个计划的成功，关键在于整个组织管理过程采用了系统工程的方法和步骤，其实施过程如下：

(1)建立组织管理机构，明确职责分工

为了完成登月活动，首先确定所需的组织形式和管理原则。国家宇航局设立了阿波罗计划办公室主管全部工作，在该局附属的三个研究中心分别设立了阿波罗项目办公室，受该局设计办公室的领导，负责分管的任务。

计划和项目办公室的职能有：① 项目的计划和控制；② 系统工程；③ 可靠性和质量保证；④ 试验；⑤ 操作实施。并分别设立主管部门。

为适合于研究和研制工作的情况，整个管理工作分成五个方面：确定计划的基本要求，量测性能、分析和评价、控制和指导变化、动作和反馈。在整个管理过程中和五个职能部门内，经常考虑和处理的变量是工程进度、成本费用和技术性能。




(2)制订和选择方案

计划办公室成立后，首先为实现登月选择飞行方案，提供了三个备选方案：① 直接飞行，使用新型运载火箭；② 地球轨道交汇，使用土星运载火箭分别发射载人航天飞行器和液氧贮箱；③ 地球轨道交会，使土星运载火箭一次发射载人航天飞行器和登月舱。对三个方案分别在技术因素、工作进度、成本费用和研制难易度等方面权衡利弊。结果认为第三个方案能确保在最短期间内，最经济地完成阿波罗的全部目标。

(3)组织管理过程

飞行方案确定之后就开始其他的计划和管理工作。

①确定该计划的基本要求。阿波罗计划采用了“工作细分结构”的系统分析方法。把整个计划由上而下逐级分成项目、系统、分系统、任务、分任务等六个层次。这样做的优点是：可确定计划的所有分支细目及其相互关系，明确哪个部门负责什么工作；可作为绘制计划评审网络图的基础，保证所有分支细目都包括在工作进度内；可作为编制预算的基础，把预算要求、实际成本费用与具体工作成果三者联系起来。总之，它为管理人员把整个计划的进度、财务和技术三方面的要求联成一个整体提供了共同的基础。

为了明确工程进度的要求，阿波罗计划采用了计划评审技术，以形成各主承包商与政府之间的进度管理系统。

②性能监测。即按照阿波罗计划的基本要求，审查整个计划的进展情况。为了及时掌握整个计划的情况，要经常取得各职能部门的质量管理和进度的信息，在各职能部门制定了报告的具体要求，建立了“管理信息与控制系统”和一系列“设计审查及产品检查”制度。“管理信息与控制系统”将所需要的各种性能的信息绘成100张左右的图表，经过整理分析后，每月上报计划负责人，以使他能洞察全局，集中力量抓薄弱环节。在阿波罗计划的全部过程中，连续进行各种审查和检查，如初步设计审查、关键设计审查、设计检定审查、首次产品结构检查、飞行合格检定等。

③分析评价。主要工作是对性能数据进行评价并归纳出必须及时采取行动的问题，向计划负责人报告。阿波罗计划中应用了成本相关分析法等，以便保持各个工作部门相互平衡和保证完成主要目标。成本相关分析法就是分析工作进度与成本费用之间的关系，看花的钱是否得到预期工作量，绘出今后费用增长率变化的曲线，以估计完成计划所需的总费用，它可用来比较几个主要承包商完成的工作量，找出哪些环节上费用未能产生预期的工作效果。

④对系统的控制。研究计划往往会发生变化。因此必须进行系统地控制，以保证全部计划的实现。凡是影响最终产品的形式、装配、功能等的变化，都必须由规定的某一级决策机构批准。如在结构上的改变，分别由办公室的结构控制委员会批准。为了控制成本，每个季度审查各个部分的实际成本，划出超支动向，查出薄弱环节，必要时调整财务计划。阿波罗计划由于强调财务管理和成本估计


做得较好，财务支出始终保持相对稳定，平均每年实际成本比预计成本增长不到1%。

⑤保证整个管理结构在日常活动中覆行各种指令、规程、程序并为下一轮性能测量提供反馈数据资料，目的是让各级负责人明确自己的职责范围，做到事事有人负责，把实干的人选安排到合适的岗位上，并赋以权力。在日常活动中召开计划审查会，以促进管理行动的有效执行。

总之，阿波罗计划的成功是依靠所采用的管理系统和管理工具——计算机，而更主要的是采取了从整体出发并面向整个系统的综合管理方式。

系统工程最终实施结果:

“阿波罗”11号飞船登月飞行1969年7月16日由“土星”5 号火箭运载“阿波罗”11号飞船升空。第三级火箭熄火时格飞船 送至环绕地球运行的低高度停泊轨道。第三级火箭第二次点火加 速，将飞船送人地—月过渡轨道。飞船与第三级火箭分离，飞船沿 过渡轨道飞行2．5天后开始接近月球，由服务舱的主发动机减速， 使飞船进入环月轨道。宇航员N．A．阿姆斯特朗和E．E．奥尔德林 进入登月舱，驾驶登月舱与母船分离，下降至月面实现软着陆。另 一名宇航员仍留在指挥舱内，继续沿环月轨道飞行。登月宇航员 在月面上展开太阳电池阵，安设月震仪和激光反射器，采集月球岩 石和土壤样品22千克，然后驾驶 登月舱的上升级返回环月轨道， 与母船会合对接，随即抛弃登月舱，起动服务舱主发动机使飞船加 速，进入月—地过渡轨道。在接近地球时飞船进入再人走廊，抛掉 服务舱，使指挥舱的圆拱形底朝前，在强大的气动力作用下减速。 进人低空时指挥舱弹出3个降落伞，进一步降低下降速度。“阿波罗”11号飞船指挥舱于7月24日在太平洋夏威夷西南海面溅落。

“阿波罗”12-17号飞船从1969年11月至1972年12月，美国相继发射了“阿波罗”12、13、14、15、16、17号飞船，其中除“阿波 罗”13号因服务舱液氧箱爆炸中止登月任务(两名宇航员驾驶飞 船安全返回地面)外，均登月成功。

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