◎北京跟蹤與通信技術(shù)研究所 侯芬

中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品保證研究院 李寧

基于產(chǎn)品化的航天科研生產(chǎn)流程再造

◎北京跟蹤與通信技術(shù)研究所 侯芬

中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品保證研究院 李寧

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，航天裝備研制任條日益繁重，多型號(hào)、多任條并舉和小批量生產(chǎn)、高密度出廠發(fā)射的特點(diǎn)逐步顯現(xiàn)。同時(shí)，用戶對(duì)航天裝備的研制周期、功能特性和質(zhì)量可靠性等也提出了更高的要求，主要表現(xiàn)為：型號(hào)數(shù)量種類越來(lái)越多、研制周期越來(lái)越短、技術(shù)難度越來(lái)越大、質(zhì)量要求越來(lái)越高、壽命要求越來(lái)越長(zhǎng)。

為應(yīng)對(duì)這種趨勢(shì)，世界各主要航天裝備制造商都開(kāi)展了科研生產(chǎn)流程優(yōu)化，以NASA、SpaceX，ESA、Alcatel等為代表的機(jī)構(gòu)和企業(yè)都不同程度地開(kāi)展了組織結(jié)構(gòu)的扁平化以及大量成熟技術(shù)和產(chǎn)品的選用，以縮短研制周期和供應(yīng)鏈條，提高效率。筆者基于系統(tǒng)工程的思想對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)的科研生產(chǎn)流程進(jìn)行了再造，提出了基于產(chǎn)品化的航天科研生產(chǎn)流程，力求對(duì)我國(guó)航天科研生產(chǎn)能力的提升進(jìn)行有力探索。

一、傳統(tǒng)的科研生產(chǎn)流程存在的問(wèn)題

我國(guó)工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，尤其是代表高新技術(shù)的航天科技工業(yè)的研制經(jīng)驗(yàn)缺乏，是在“十年磨一劍”的思想指導(dǎo)下開(kāi)展型號(hào)研制，因而型號(hào)研制數(shù)量較少。在此大背景下，我國(guó)航天裝備形成了以保證大型復(fù)雜系統(tǒng)研制任條成功為核心目標(biāo)、適用于單一型號(hào)研制的傳統(tǒng)科研生產(chǎn)模式，在保任條、保質(zhì)量、保成功方面發(fā)揮了積極的作用，培養(yǎng)和造就了一批思想素質(zhì)好、技術(shù)水平高、經(jīng)驗(yàn)豐富的專家和工程技術(shù)隊(duì)伍。

傳統(tǒng)科研生產(chǎn)流程如圖1所示，其流程的高度“垂直化”在新形勢(shì)下已不利于型號(hào)研制效率和質(zhì)量的提高，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.技術(shù)狀態(tài)更改頻繁

目前預(yù)研、研制、批生產(chǎn)型號(hào)多，按計(jì)劃完成任條已經(jīng)成為科研生產(chǎn)面臨的主要問(wèn)題，技術(shù)狀態(tài)控制成為影響型號(hào)任條完成的最主要因素。以某型號(hào)研制為例，共下發(fā)技術(shù)通知單356份、更改單363份、涉及零件圖紙更改3500余項(xiàng)，零件生產(chǎn)任條由首次下廠的2485項(xiàng)增加到5804項(xiàng)，且存在一個(gè)部段多次更改的情況。

造成技術(shù)狀態(tài)頻繁更改的原因主要有2個(gè)方面：一方面是生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)了工藝、物資等問(wèn)題，需要被動(dòng)更改設(shè)計(jì)；另一方面是前期方案設(shè)計(jì)階段的研究論證不充分，埋下的隱患在生產(chǎn)環(huán)節(jié)才暴露出來(lái)，設(shè)計(jì)頻繁更改打亂了位于生產(chǎn)環(huán)節(jié)下游的生產(chǎn)廠所的生產(chǎn)節(jié)奏，使得任條進(jìn)度推遲更多地表現(xiàn)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

技術(shù)狀態(tài)更改頻繁的背后反映的是設(shè)計(jì)與制造協(xié)同的問(wèn)題，設(shè)計(jì)制造串行，沒(méi)有能夠充分運(yùn)用信息化仿真技術(shù)開(kāi)展虛擬仿真，所有的問(wèn)題都是到了實(shí)物制造環(huán)節(jié)才暴露出來(lái)，導(dǎo)致產(chǎn)品研制周期延長(zhǎng)、成本增加。

技術(shù)狀態(tài)更改頻繁還反映出型號(hào)研制的產(chǎn)品化程度不高，仍然是“一個(gè)型號(hào)一個(gè)狀態(tài)”、“一個(gè)型號(hào)一支隊(duì)伍” 的項(xiàng)目式研發(fā)模式，如果能在最大程度地基于成熟貨架式產(chǎn)品選用基礎(chǔ)上開(kāi)展型號(hào)設(shè)計(jì)工作，將會(huì)大大減少新研發(fā)部分的比重、大幅縮短研制周期、減少資源占用。

2.組批生產(chǎn)困難

航天型號(hào)發(fā)射的數(shù)量越來(lái)越多，發(fā)射密度越來(lái)越高，航天科研生產(chǎn)任條已經(jīng)由多型號(hào)、小批量生產(chǎn)向高強(qiáng)度、規(guī)?；慕M批生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。為此，航天科研生產(chǎn)單位需要?jiǎng)?chuàng)新思維、轉(zhuǎn)變觀念，以建立通用產(chǎn)品型譜和貨架式產(chǎn)品為目標(biāo)開(kāi)展跨型號(hào)組批生產(chǎn)模式。

圖1 傳統(tǒng)科研生產(chǎn)流程示意圖

在量身定制模式下，研制與生產(chǎn)沒(méi)有分離，研制為主的模式?jīng)]有根本改變，很多單機(jī)還停留在實(shí)驗(yàn)室出研制品的階段，一個(gè)型號(hào)一個(gè)樣式，沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)品化批量生產(chǎn)，其工藝穩(wěn)定性、產(chǎn)品可靠性難以保證，產(chǎn)品成本和研制生產(chǎn)周期不能降低。而國(guó)外單機(jī)產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展，德國(guó)JENA公司可同時(shí)批生產(chǎn)上百臺(tái)高可靠的高精度星敏感器，供世界各航天公司選購(gòu)。針對(duì)跨型號(hào)組批生產(chǎn)的特點(diǎn)，需要在研制、生產(chǎn)、應(yīng)用三大方面實(shí)施全過(guò)程管理，從市場(chǎng)、計(jì)劃、設(shè)計(jì)、工藝、質(zhì)量、產(chǎn)品化、技術(shù)狀態(tài)控制、生產(chǎn)資源、保障條件等多個(gè)方面開(kāi)展工作。

3.航天型號(hào)缺少鑒定和定型管理

衛(wèi)星和運(yùn)載火箭型號(hào)任條均要求一次成功，科研即訂購(gòu)、產(chǎn)品即裝備、裝備即應(yīng)用。由于每個(gè)型號(hào)產(chǎn)品均為單獨(dú)研制生產(chǎn)，產(chǎn)品子樣少，難以做到充分驗(yàn)證、持續(xù)改進(jìn)、不斷完善，技術(shù)準(zhǔn)備不是十分充分。與之相比較，飛機(jī)在投入使用前要研發(fā)多架飛機(jī)，飛行數(shù)千架次，以充分驗(yàn)證方案的正確性、技術(shù)的合理性及產(chǎn)品的可靠性。借鑒飛機(jī)研制驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)航天型號(hào)研制小批量的特點(diǎn)，需要在低一級(jí)的產(chǎn)品層級(jí)上做文章，提煉出可應(yīng)用于多種型號(hào)的分系統(tǒng)級(jí)或單機(jī)級(jí)通用產(chǎn)品，并在通用產(chǎn)品層面開(kāi)展充分的試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)強(qiáng)化多型號(hào)共用的通用產(chǎn)品來(lái)滿足航天裝備整體高質(zhì)量與高密度交付的要求。

隨著科研型向應(yīng)用型的轉(zhuǎn)變，航天型號(hào)產(chǎn)品需要借鑒其它武器裝備研制管理經(jīng)驗(yàn)開(kāi)展定型工作。產(chǎn)品定型工作的欠缺既是批量小的必然結(jié)果，也是產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)難以控制的主要原因，將定型工作納入到航天產(chǎn)品的研制流程中，將極大提高航天產(chǎn)品研制的質(zhì)量和效率，為滿足戰(zhàn)時(shí)快速響應(yīng)提供有力支持。

二、流程再造

產(chǎn)品化思路下的航天科研生產(chǎn)流程如圖2所示。

圖2 型號(hào)與產(chǎn)品并重的科研生產(chǎn)新流程

與傳統(tǒng)的嚴(yán)格的系統(tǒng)分解和系統(tǒng)集成研制流程相比，新的科研生產(chǎn)流程將在型號(hào)研制過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品的選用與評(píng)估工作，即在滿足用戶需求的前提下，在型號(hào)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的約束下分解系統(tǒng)要求并制定總體集成方案，按照產(chǎn)品化思路大量選用成熟貨架式產(chǎn)品，并對(duì)新研發(fā)部分進(jìn)行必要的補(bǔ)充設(shè)計(jì)。

總體集成方案應(yīng)經(jīng)過(guò)評(píng)審，一方面要對(duì)型號(hào)產(chǎn)品化率進(jìn)行審核，另一方面要對(duì)采取產(chǎn)品選用之后的總體方案的可靠性進(jìn)行綜合評(píng)定，以滿足型號(hào)成功與經(jīng)濟(jì)收益雙要求?？傃b集成過(guò)程中，總體單位要對(duì)新研發(fā)產(chǎn)品與貨架式產(chǎn)品制定差異化驗(yàn)證方案，確保系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品的可靠性。

型號(hào)與產(chǎn)品并重的科研生產(chǎn)流程的實(shí)現(xiàn)途徑如下:

一是制定突出產(chǎn)品選用要求的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則應(yīng)充分體現(xiàn)產(chǎn)品選用要求，包括成熟貨架式產(chǎn)品選用比例與條件，使設(shè)計(jì)準(zhǔn)則成為經(jīng)濟(jì)成本約束下基于貨架式產(chǎn)品開(kāi)展型號(hào)設(shè)計(jì)的重要補(bǔ)充手段。同時(shí)，推進(jìn)信息化條件建設(shè)，將貨架式產(chǎn)品自動(dòng)推送至設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)桌面，實(shí)現(xiàn)便捷選用。

二是建立并不斷完善產(chǎn)品貨架。貨架建設(shè)遵從PDCA理念，開(kāi)展從規(guī)劃、實(shí)施、評(píng)估、改進(jìn)的全過(guò)程螺旋式上升建設(shè)，重點(diǎn)建立并完善產(chǎn)品貨架定義、產(chǎn)品成熟度評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范；對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品按照通用化、系列化逐步梳理并完善上架；針對(duì)單機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)建立獨(dú)立于型號(hào)隊(duì)伍的單機(jī)產(chǎn)品研制隊(duì)伍，建立一套符合專業(yè)發(fā)展規(guī)律的產(chǎn)品研制模式。

三是強(qiáng)化總體設(shè)計(jì)方案評(píng)審。在依據(jù)系統(tǒng)要求制定總體集成方案后，應(yīng)組織開(kāi)展評(píng)審，在傳統(tǒng)評(píng)審點(diǎn)的基礎(chǔ)上增加產(chǎn)品選用等評(píng)審要素，對(duì)型號(hào)選用產(chǎn)品的充分性及必要性進(jìn)行把關(guān)。

三、預(yù)期成效

一是指導(dǎo)型號(hào)構(gòu)型統(tǒng)一，提升產(chǎn)品成熟度。

通過(guò)型號(hào)統(tǒng)一構(gòu)型工作，使相關(guān)分系統(tǒng)級(jí)和單機(jī)級(jí)產(chǎn)品狀態(tài)得到統(tǒng)一，減少相關(guān)單機(jī)級(jí)產(chǎn)品的品種，節(jié)約了生產(chǎn)資源及生產(chǎn)周期，有助于產(chǎn)品可靠性子樣積累，提高產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性，提升產(chǎn)品成熟度等級(jí)，為后續(xù)高強(qiáng)密度發(fā)射奠定基礎(chǔ)。

二是指導(dǎo)通用產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

通過(guò)編制相關(guān)通用產(chǎn)品參數(shù)技術(shù)指標(biāo)規(guī)格化要求、力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)條件統(tǒng)一要求和熱環(huán)境試驗(yàn)條件統(tǒng)一要求，指導(dǎo)系統(tǒng)、分系統(tǒng)的后續(xù)工作，規(guī)范通用產(chǎn)品型譜編制和參加第三方測(cè)評(píng)產(chǎn)品的規(guī)格要求以及對(duì)產(chǎn)品的基本準(zhǔn)入要求，指導(dǎo)通用產(chǎn)品第三方測(cè)評(píng)試驗(yàn)工作及滿足現(xiàn)階段型號(hào)對(duì)通用產(chǎn)品的選型工作，以保證在后續(xù)型號(hào)的通用產(chǎn)品選型中推廣使用。

三是指導(dǎo)通用產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低通用產(chǎn)品種類數(shù)量。

對(duì)通用產(chǎn)品進(jìn)行合理壓縮，除個(gè)別規(guī)格和全新研制的規(guī)格外，型號(hào)選用的產(chǎn)品均為貨架產(chǎn)品，全新研制的規(guī)格的接口規(guī)劃滿足貨架接口規(guī)劃的統(tǒng)一要求，試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目滿足統(tǒng)一環(huán)境條件要求，以達(dá)到減少產(chǎn)品規(guī)格的目的。

四是指導(dǎo)分系統(tǒng)改進(jìn)，促進(jìn)貨架式產(chǎn)品選用。

通過(guò)新的科研生產(chǎn)流程形成分系統(tǒng)架構(gòu)基本型以及對(duì)單機(jī)產(chǎn)品的需求和接口設(shè)計(jì)，規(guī)范分系統(tǒng)架構(gòu)下各單機(jī)產(chǎn)品的功能、組成、接口、冗余方式、技術(shù)指標(biāo)等屬性以及新型號(hào)分系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的研制模式，約束分系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)自由度，促進(jìn)貨架產(chǎn)品選用。

五是指導(dǎo)通用產(chǎn)品研制及上貨架，促進(jìn)型號(hào)選用。

通過(guò)制定一系列制度文件，規(guī)范通用產(chǎn)品的研制過(guò)程和文件管理等內(nèi)容，通過(guò)不斷完善貨架產(chǎn)品，促進(jìn)型號(hào)選用。

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)科研生產(chǎn)流程的深入分析，以更好滿足當(dāng)前及未來(lái)航天裝備發(fā)展形勢(shì)和任條為目標(biāo)，建立了基于產(chǎn)品化的型號(hào)與產(chǎn)品并重的航天科研生產(chǎn)新流程，并對(duì)新流程的實(shí)施途徑和預(yù)期效果進(jìn)行了分析，以成熟通用產(chǎn)品系統(tǒng)集成為特點(diǎn)的新流程必將為提升型號(hào)研制效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量貢獻(xiàn)力量。