我国高能激光系统工程管理创新与实践

2016-12-06 14:15:07

文/中国工程物理研究院 范国滨 张建敏

一、863计划高能激光工程的特点和管理原理

1986年3月3日,面对世界高技术的竞争与挑战,王大珩、王淦昌、陈芳允和杨家樨4位著名科学家提出《关于跟踪世界战略性高技术发展的建议》,激光技术等战略高技术被列为其中的重要组成部分。随后,国务院组织200多位著名专家学者进行深入分析和论证,批准了《高技术研究发展计划纲要》的实施,成立激光主题技术专家组(首批成立)。

1.863计划高能激光工程研究是典型的大科学研究系统工程

科学研究的任务是认识自然现象、探索物质运动的客观规律、输出知识,研究步骤、出成果的周期,甚至最终结果都存在不确定性,出现否定结果也极有可能。工程研究则是物化已有认识,将多项技术集成,得到满足某种应用需求的产品,目标和节点明确。

高能激光系统包含多个分系统,其中许多属于典型物理问题和科学问题研究范畴,各系统关键技术攻关涉及硬件工程研制、加工工艺等技术问题,研发和集成验证具有标准的工程项目特征,且系统规模大、参研单位多、技术复杂、风险性高、多学科交叉、结果具有不确定性、探索性强、研究手段和方式多样。因此,高能激光系统技术研发是典型的大科学研究系统工程。

2.863计划高能激光工程的管理体制与思路

863计划制定之初就明确了实行专家组负责制,专家组由跨部门、专业分工不同的专家组成。这些专家一部分有着深厚科学研究功底,物理概念清晰,又有着大工程研制组 织经验,善做辩证分析,善于以长远的战略眼光,指导新项目的起步和发展。另一部分是有着多年激光技术技术及应用研究经验的专家,他们对高能激光技术的困难有深刻体会,激光和光学功底深厚,能判断、分析不同技术路线优势。

专家组负责制的管理体制和架构,有利于高效利用有限资源,调动各部门和单位的积极性,形成具有优势的国家队;有利于发扬学术民主,避免发生重大决策失误。这种体制和架构比较适合高风险、高度不确定的探索项目的管理。

中物院积极组织一批战略科学家参与了863计划纲要的论证工作,对确定863计划激光技术主题的发展目标和定位作了重要贡献。中物院在武器工程研发中形成的管理模式和成功经验,在863计划激光管理团队和管理模式上发挥了重要的引导作用,是激光研制管理模式的主要来源之一。

因此,863计划激光技术研究管理具有专家组负责制和核武器工程管理的双重特点。在项目立项、技术决策、技术组织上,专家负责制的特点突出;在工程协调、质量管理和外场试验管理方面,武器工程管理的传承随处可见。

同时,根据国家对863计划的管理要求和项目发展变化,我国863计划激光技术研究逐步形成了以国家意志为统领,动态调整、自主创新、科学决策,总体上坚持大协作、单元技术上竞争择优的管理思路,并根据项目不同的工程化程度,发挥专家组和总体单位既共同管理又分工合作的管理模式。

二、863计划高能激光工程管理的探索与创新

8 63计划高能激光技术研究大致分为跟踪探索、关键技术攻关与前期技术验证实验、系统研制集成与演示试验等阶段,各阶段技术特点和研究重点不同,管理也各有特点。

1.探路攻关阶段

863计划启动之初,世界上还没有成熟的高能激光系统存在,它的技术与工程可行性问题和存在定理有待证明。如何把握正确的路线和方向,是专家组面临的重要课题。

首届专家组高度重视发展战略与总体概念研究,经过认真推敲讨论,提出了循序渐进的指导思想,确定了动态跟踪、长期打算、优先目标、突出重点的发展方针,明确了2000年前发展总目标、牵引技术发展的阶段目标构想。

整个发展战略研究中,专家组贯彻朱光亚主任“强化软科学研究,淡化工程概念”的指导思想,高度重视技术途径的论证和动态选择,着眼于关键技术和物理机制的了解和掌握,以及认识和理解强激光系统中的科学技术问题。涉及重大的技术路线或方向判断时,重视组织“红队”和“蓝队”的辩论,使技术决策尽可能建立在客观、科学和合理的基础上。

通过深入研究发展战略和总体概念,全面分析经验教训,专家组明确了发展目标和技术路线,并以此带动相关技术的快速发展,加深了对物理问题的认识,掌握了一系列关键技术,使后续工程研发进度得以提前。

2.先期技术集成实验阶段

为了对科学技术可行性做出判断,专家组在抓好总体概念研究的同时,创新性地提出采用系列先期技术集成实验进行可行性研究和验证。在单元关键技术攻关基础上,及时进行先期技术集成实验是发展本领域科学技术的有效途径,也是中国特色的创新举措,为工程集成创造了条件。

初级技术集成实验是一个物理和技术目的明确的实验系列,此系列从易到难、由简入繁,能力由小到大,集成度由少到多,由基础性到系统性,目的在于及时且循序渐进的验证物理和技术的可行性,检验全过程各物理因素的影响和系统各环节的接口和匹配,验证和演示全系统的能力。

通过先期技术集成试验,验证了激光工程系统技术的可持续发展性和实际应用的可行性,有力带动了各个分系统技术水平的提高,成为发展这类新技术的一个重要阶段。

3.工程化管理模式的探索

为加强系统研制和集成,在初步取得技术突破的基础上,经过多轮研究论证,开始研制初级实验系统。作为一个集成化和工程化的实验平台,通过实验系统的研制、集成、实验,能不断促进和推动各环节关键技术的发展,解决工程研制总体集成中的科学、技术和工程问题。

该实验系统的研制,标志着高能激光技术研究进入集成化和工程化研究阶段。这是由跟踪研究到跟踪与自主创新相结合发展的重要阶段,也是基础研究、关键技术攻关逐步向工程研制和实际应用转变的里程碑。

为实施好系统工程研制,发挥行政单位的责任和作用,专家组创造性地提出在863计划框架下,实行系统样机研制的工程化管理模式,于1997年12月成立由中物院牵头、科学院等相关院所共同组成的“强激光工程中心”,建立了日常技术管理和质量保障体系。这是一个大协作、优势互补的研究机构,加强了工程管理、行政单位组织管理职能和作用,有效保障了研制工作的进展。

经过多年努力,我国第一套激光实验系统终于完成研制和总体集成,于2001年12月实现技术达标。该工程研制管理的实践和管理模式,是对技术难度大、系统高度复杂、具备高度不确定性的多学科样机研制管理的成功尝试,为后续高能激光系统的实施奠定了基础。

4.高能激光样机研制与演示验证

样机研制是研究中重要的一环,是在原理和科学可行性已得到验证、关键技术初步突破后开展的工作,集系统性的关键技术研发和集成验证为一体。通过其确认更高性能指标的系统技术和工艺可行性,解决实际应用中的技术问题,提高系统运行的可靠性、稳定性和环境适应能力,是向装备研制过渡的重要阶段。

我国在样机研制和重大技术试验(演示验证试验)项目管理上,形成了有特色的、符合大科学工程研究特点的样机管理模式,完成了多套样机研制和验证试验,取得了重大突破。

管理思路主要体现为专家组与行政单位在技术与管理职能上有机结合,高效发挥各自特长和作用,可归纳为以下几点:

(1)发挥专家技术决策和把关作用。充分发挥技术民主,确立项目定位、技术路线,针对此类项目物理、技术和工程问题同时并存的现实,成立多个技术组,共同对技术方案、技术接口和技术指标进行协调和把关,充分发挥各级专家在技术决策上的作用,有效降低技术风险,从技术上为组织实施和进度管理提供技术保证。

(2)发挥行政单位的组织实施和质量管理作用。组建行政和技术两条指挥线,以及项目管理组,创造性地开展项目制管理探索。为确保研制和演示验证任务完成,明确了总体和各分系统单位在组织实施中的职责和权利,强化对分系统单位的管理,开展了项目组管理探索。

项目管理组具体履行承担项目总体协调管理职责和日常管理职能,以及总体设计与论证、系统集成、大型试验等各阶段的组织工作。它与演示验证任务的管理体系相适应,对外接口单一,有利于与大总体、相关系统和分系统单位的协调,是一个管理效率和管理质量较高的组织协调管理机构,在相关样机研制和演示验证任务中发挥了重要作用。

(3)构建系统研制的质量和技术状态管理体系。探索跨部门、跨单位复杂大科学系统的质量和技术管理模式,围绕样机工程研制和演示验证试验的开展,会同各分系统单位在质量、标准化和技术状态管理上进行探索,建立了一套相关质量、标准化和技术状态管理的规章制度和管理体系,并在实际工作中不断补充和完善。特别是在各种试验中严把质量和技术状态关,加强出所检测和进场复核,加强阶段质量评审,有效带动和提高了全体参研人员的质量意识,大大提升了系统的质量水平,为圆满完成各项试验任务提供了保证。

样机研制的成功管理实践不仅确保了多套系统的研制集成,也为后续系统的研制管理打下了坚实基础。

三、863计划高能激光工程管理的经验与体会

1.认清国情,满足国家战略需求,选择正确的战略目标

专家组经过深入分析、论证、审慎研制、科学决策,在发展战略研究的统领下,以实际应用方向为牵引,围绕设定的研究方向开展科学研究和关键技术攻关。

2.对于多路技术路线,要突出重点、有限目标,在深入的物理概念分析和小规模并行研究后,适时择优、慎重决策、“有所为、有所不为”,做好“有所不为”的抉择

坚持求真务实的科学态度,按照科技发展的规律安排工作,采取“红队”和“蓝队”的方式换位思考,研究应对策略和部署方式,自主选择发展道路。同时,始终遵循“动态跟踪、长期打算、有限目标、突出重点”的发展方针,做到“在大方向上认识明确、坚定不移,在具体技术决策上慎重、稳妥”。

在863计划纲要论证中,经过深入的物理分析,专家组独立自主做出了符合科学规律和适合我国国情的决策。在研究项目取舍、重点方向确立、重大技术路线选择、重大技术方向培育等方面做出了科学判断,后期发展实践不仅证明了这些抉择的正确性,也体现了其重要意义。

3.在技术路线跨越式发展的同时循序渐进,不断推进高能激光系统的发展

在单元技术和物理问题研究取得进展的基础上,首先经过基础性综合实验,作出必要的检验和判断,这是进入系统性实验的前提。由于技术复杂程度和认知程度差异,以及研究手段的不同,通过理论与实验结合和把室内实验与外场技术验证相结合,从易到难、由简入繁,由基础性到系统性,集成度由少到多,及时而循序渐进地验证物理和技术的可行性,检验全过程各物理因素的影响和系统各技术环节的协调、接口和配套,验证和演示全系统的能力。

4.高度重视物理研究,在物理问题基本清晰的前提下,开展硬件研制,确保每个工程技术项目在原理上可行

要确定正确的目标,首先要建立正确的总体概念。为此,需要做好4个层次的概念研究:物理层次、技术层次、技术集成与验证层次和体系层次,它们代表的是物理可行、技术可行、工程可行和应用可行。

在强激光领域,国内外研究项目或工程研制项目失败的教训多于成功的经验,一个重要原因就是:缺乏概念研究和可行性论证,没有打好技术基础;未能正确选择技术途径,也没有结合国情进行技术和经济综合论证,急于求成,过早地上工程。

为了避免类似失误,专家组设置了相应的专题开展基础性研究和关键技术论证,最终研究成果在整个技术发展和系统应用中发挥了重要作用。同时,光束控制技术、光源技术、测试技术等已经明确必须解决的共性技术,也得到了高度重视和发展。

5.以国家利益为重,根据技术发展,动态调整

作为兼具跟踪探索和自主创新研究的项目,适时调整和取舍研究重点和方向是必须的,且要坚持国家利益高于一切。专家组及相关承研单位和科研人员在这一点上表现出了尊重科学和国家利益至上的大局观,调整后的科研方向重点更加突出,层次更加分明,科研布局更加合理,更加符合科学规律和中国国情。

6.竞争择优与协同攻关相结合,加快关键技术突破

863计划在执行中重视运用竞争机制,本着公平、公正、公开透明的原则,选择在技术上有优势的单位来承担任务。例如:光腔腔镜镀膜和光学镜等的研制,专家组都是通过招标、比对等方式择优选择承研单位,为后来的技术发展奠定了基础,逐步打造出了国家级攻关团队。

7.高度重视科研团队文化建设,打造合作共赢的国家队

高能激光技术探索风险较高,研制队伍需要高度重视精神建设,不断增强使命感,将“民族振兴为己任”作为精神支柱,同时坚持863框架下的全国大协作,客观公正,核心团队才能巩固壮大。

8.探索高技术项目的工程监理,保证工程性研究项目的质量和顺利开展

本世纪初,国内首次启动高质量大口径非球面主镜加工,全国招标确定由国内两家优势单位按照两条技术路线分别承担研制任务。为了保证研制质量,专家组特别聘任光学加工造诣精深的资深专家作为工程监理。

项目研制过程中,工程监理多次亲临现场,对研制方案、加工工艺和验收规范进行了指导和把关,帮助两家单位圆满完成任务。重大工程项目监理制措施的成功,为“十五”后期在863计划重大项目中全面推行监理制奠定了基础。

四、按照适应新形势、新阶段的工作实际,主动持续进行管理创新,加快高能激光工程技术发展

党的十八届三中全会提出全面深化改革,对我国社会政治、军事、经济等领域改革提出了明确要求。随着技术的发展,面向应用的系统研发将逐步增加,满足市场需求的产品如“低空卫士”系统等装备研制将全面展开。该类系统各环节技术已基本突破,研制工作重心在于面向应用的设计、研制、集成和试验工作,其决定因素是市场需求和已有技术能力的支撑。

所有这些系统,都是由多个分系统构成的高度复杂的技术系统,技术、工程问题交织,仍需要行政决策和技术支撑,既要发挥行政系统的战略方向决策和资源调配作用,又要发挥技术系统在技术路线选择和技术决策上的作用,同时在实施上要兼顾计划性和可调整性,控制质量和技术状态。

“十三五”时期,我们要认真总结和回顾863计划实施以来各阶段管理的成功经验,进一步加强总体单位、各行政单位的组织管理作用,充分发挥技术专家群体的聪明才智,不断探索和完善管理模式和机制,积极推进我国高能激光技术的发展,为国家高技术事业作出更大贡献。

责编/刘荣

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