◎北京航天長征飛行器研究所 張晨峰 蔡天驍 劉賽 李磊 黃秋霜

再入飛行器地面設(shè)備的產(chǎn)品化通用化研制模式探索與實(shí)踐

◎北京航天長征飛行器研究所 張晨峰 蔡天驍 劉賽 李磊 黃秋霜

為了實(shí)現(xiàn)再入飛行器地面設(shè)備產(chǎn)品成本控制、提升設(shè)計(jì)效率，以產(chǎn)品化通用化設(shè)計(jì)思路為指導(dǎo)，進(jìn)行再入飛行器地面設(shè)備產(chǎn)品化通用化研制模式的探索，建立典型零件產(chǎn)品化選型目錄手冊，制定典型產(chǎn)品的產(chǎn)品化標(biāo)準(zhǔn)圖樣，研制了吊具產(chǎn)品化快速設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)了多型號共用的通用化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，對推動再入飛行器地面設(shè)備從定制到設(shè)計(jì)效率提高具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

產(chǎn)品化通用化研制模式的目標(biāo)是使成本控制的理念融入到日常工作之中，以實(shí)現(xiàn)思想的轉(zhuǎn)變和理念的更新。以往研制的產(chǎn)品各型號間的技術(shù)方案產(chǎn)品化通用化差，產(chǎn)品零件種類繁多，低水平重復(fù)工作量大，由此導(dǎo)致技術(shù)狀態(tài)控制、可靠性、質(zhì)量、進(jìn)度以及人員等方面的壓力巨大。因此，無論是從滿足用戶需求還是企業(yè)自身發(fā)展的角度來講，均需要大力推進(jìn)產(chǎn)品化研制模式，堅(jiān)持走產(chǎn)品化道路，圍繞核心和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)和創(chuàng)新。

一、吊具產(chǎn)品化研制模式實(shí)踐

一是吊具產(chǎn)品化研制模式的可行性分析。

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有型號所用吊具在結(jié)構(gòu)形式上基本相似，吊具中具有相同結(jié)構(gòu)的零、組件也大量存在。經(jīng)分析在對這些具有相同結(jié)構(gòu)的零、組件進(jìn)行充分梳理、整合實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化之后，可使吊具類產(chǎn)品圖紙?jiān)O(shè)計(jì)量大幅度降低，因此對整個(gè)吊具實(shí)行產(chǎn)品化具有較高可行性和必要性。

二是吊具產(chǎn)品化研制模式分析。

筆者結(jié)合產(chǎn)品化工作思路，針對地面設(shè)備的產(chǎn)品化研制模式進(jìn)行分析討論，梳理了吊具產(chǎn)品化研制流程，見圖1。

吊具結(jié)構(gòu)產(chǎn)品樹梳理:梳理現(xiàn)有型號吊具類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式，選擇適合產(chǎn)品化結(jié)構(gòu)類型的吊具產(chǎn)品，并梳理出該型吊具的產(chǎn)品樹。

產(chǎn)品價(jià)值BB清單梳理:根據(jù)選定的吊具結(jié)構(gòu)類型，梳理出典型部件、組件與零件并進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，判定是否以及何時(shí)具備開展產(chǎn)品化工作的條件，形成分階段產(chǎn)品化的零部件目錄。

吊具零部件產(chǎn)品化整合:根據(jù)現(xiàn)有型號典型零部件的梳理目錄，按照不同載荷條件對零部件進(jìn)行整合，經(jīng)過強(qiáng)度校核后，形成了產(chǎn)品化處理后的貨架選型目錄，并指導(dǎo)新型號的設(shè)計(jì)應(yīng)用。整合形成的《再入飛行器地面機(jī)械設(shè)備吊具類典型零件產(chǎn)品化選型目錄手冊》包含了吊掛、球型墊圈、連接耳等11種零部件，每種零部件根據(jù)載荷劃分為300kg、600kg、1000kg及1000kg以上幾個(gè)區(qū)間，不同載荷對應(yīng)不同參數(shù)的零件，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)載荷范圍進(jìn)行選取。

吊具零部件標(biāo)準(zhǔn)模型庫建立:按照產(chǎn)品貨架選型目錄，通過三維/二維軟件，建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模型庫，并具備直接出圖的功能。后期設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員在模型庫中選擇相應(yīng)的零部件即可完成設(shè)計(jì)。

三是吊具產(chǎn)品化研制模式驗(yàn)證。

基于形成的模型庫，結(jié)合某新型號的研制，按照產(chǎn)品化思路設(shè)計(jì)吊具產(chǎn)品。根據(jù)產(chǎn)品化分析，對可以進(jìn)行產(chǎn)品化的零件進(jìn)行分類選用，利用模型庫中的模型及二維圖紙，直接進(jìn)行選用相關(guān)零件，免去模型建立及二維圖紙轉(zhuǎn)化的工作，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。通過跟蹤后續(xù)實(shí)際生產(chǎn)使用情況，掌握了解產(chǎn)品性能驗(yàn)證情況，對選型目錄手冊進(jìn)行反饋、完善、更新。

四是吊具典型零部件產(chǎn)品化標(biāo)準(zhǔn)制定。

基于實(shí)際產(chǎn)品的驗(yàn)證結(jié)果，對吊具典型零部件選型目錄手冊進(jìn)行完善，按照產(chǎn)品化研制的要求，進(jìn)行了吊具典型零部件標(biāo)準(zhǔn)的編寫制定，將產(chǎn)品化零部件以標(biāo)準(zhǔn)的形式進(jìn)行固化，要求后續(xù)所有吊具設(shè)計(jì)過程中嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化研制模式的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。《吊具典型零部件產(chǎn)品化標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定了吊掛、球型墊圈、連接耳等11種零部件的技術(shù)規(guī)格、材料屬性、選用依據(jù)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。將標(biāo)準(zhǔn)下發(fā)到外協(xié)生產(chǎn)廠，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)載荷范圍進(jìn)行選取，無需繪制圖紙，生產(chǎn)廠根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可以完成生產(chǎn)制造相關(guān)工作。

五是吊具產(chǎn)品化快速設(shè)計(jì)軟件開發(fā)實(shí)踐。

在產(chǎn)品化研制模式實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)再入飛行器吊具的產(chǎn)品化設(shè)計(jì)，根據(jù)《再入飛行器地面機(jī)械設(shè)備吊具類典型零件產(chǎn)品化選型目錄手冊》及《吊具典型零部件產(chǎn)品化標(biāo)準(zhǔn)》，基于Creo2.0設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行二次開發(fā)，以參數(shù)化驅(qū)動、三維數(shù)字樣機(jī)快速建模的方式，輔助設(shè)計(jì)師快速完成再入飛行器吊具的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省設(shè)計(jì)成本、保障各項(xiàng)型號地面設(shè)備任務(wù)的順利完成。吊具快速設(shè)計(jì)軟件以產(chǎn)品化工作為基礎(chǔ)，將吊具零件分類為可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化系列化的零部件與自制件、標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)《吊具典型零部件產(chǎn)品化標(biāo)準(zhǔn)》內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中只要針對幾種自制件的相關(guān)尺寸進(jìn)行修改，并選取合適的產(chǎn)品化標(biāo)準(zhǔn)件及系列化零件就可以完成吊具的設(shè)計(jì)，從而提升設(shè)計(jì)效率，降低設(shè)計(jì)成本。

二、再入飛行器配氣箱通用化研制實(shí)踐

再入飛行器配氣箱是再入飛行器地面設(shè)備系統(tǒng)中的重要組成部分，它主要完成對戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)再入飛行器以及地面發(fā)射裝置等產(chǎn)品的氣密檢測、氣體置換等相關(guān)氣密工作。通用化再入飛行器配氣箱研制之前，再入飛行器配氣箱型號個(gè)性定制化嚴(yán)重，現(xiàn)有的再入飛行器和地面發(fā)射裝置的測試接口不統(tǒng)一，各類產(chǎn)品的測試接口作為產(chǎn)品的一部分，由于受各種總體和結(jié)構(gòu)尺寸要求的限制，設(shè)計(jì)出來千差萬別。另外，產(chǎn)品所需的檢測氣壓也受總體要求限制未能統(tǒng)一。這些因素都非常不利于配氣箱的檢測工作，導(dǎo)致一個(gè)型號定制一個(gè)配氣箱。

此外，現(xiàn)有再入飛行器配氣箱操作和定期標(biāo)定繁瑣，自動化程度偏低，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測和有效輸出結(jié)果，嚴(yán)重影響測試效率。隨著型號研制的逐年增多，現(xiàn)有的定制式配氣箱模式成本高、效率低，已經(jīng)不適應(yīng)型號研制要求，急需對再入飛行器配氣箱產(chǎn)品進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)和應(yīng)用，來保證一臺配氣箱適應(yīng)多種型號的測試要求。

按照再入飛行器配氣箱通用化的設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行了方案選型、優(yōu)化以及地面試驗(yàn)，設(shè)計(jì)狀態(tài)基本確定。

一是總體技術(shù)方案。

通用化再入飛行器配氣箱總體設(shè)計(jì)方案主要由配氣系統(tǒng)、控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)擁有各自的箱體，兩者獨(dú)立并通過網(wǎng)線連接。

配氣系統(tǒng)采用手動控制方式，可完成手動調(diào)壓，手動充氣，緊急停止放氣等過程，通過數(shù)字顯示儀表監(jiān)視壓力輸出?？刂婆c數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用觸摸屏一體工控機(jī)，與可編程需控制器PLC過程全部調(diào)壓過程控制，數(shù)據(jù)采集顯示功能。

二是配氣系統(tǒng)技術(shù)方案。

配氣系統(tǒng)是配氣箱的關(guān)鍵部分，決定整個(gè)系統(tǒng)方案。配氣系統(tǒng)分為4個(gè)模塊:氣源模塊、 減壓模塊、充氣模塊、安全模塊以及測量和顯示模塊，分別對各個(gè)模塊進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)接口通用化、單元多功能化、模塊可拆卸。

三是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)方案。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由壓力傳感器、計(jì)算機(jī)、顯示器、打印機(jī)、PLC等組成。計(jì)算機(jī)、PLC將壓力傳感器的壓力信號實(shí)時(shí)采集，并將采集的數(shù)據(jù)保存在計(jì)算機(jī)硬盤中。同時(shí)可將采集到的壓力數(shù)據(jù)以曲線的方式在顯示器上描述。

四是產(chǎn)品加工調(diào)試。

按照上述技術(shù)方案進(jìn)行產(chǎn)品加工和組裝，并利用氣瓶作為被測物進(jìn)行地面測試試驗(yàn)，檢驗(yàn)配氣箱的功能和操作。通用化再入飛行器配氣箱按照上述方案完成設(shè)計(jì)并組裝處實(shí)物后，進(jìn)行了多次地面測試，地面試驗(yàn)充分驗(yàn)證了該型通用化再入飛行器配氣箱方案的正確性，實(shí)現(xiàn)了通用化的目標(biāo)，滿足了多型號共用的配氣箱設(shè)計(jì)要求。

三、實(shí)踐效果及后續(xù)思路

通過對上述2種產(chǎn)品的產(chǎn)品化通用化研制設(shè)計(jì)，并將成果應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程與客戶裝備中，制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，完成產(chǎn)品化吊具快速設(shè)計(jì)軟件制作，大大的提高了設(shè)計(jì)效率、提升了產(chǎn)品使用性能，降低了成本的同時(shí)也得到了客戶的認(rèn)可。

吊具產(chǎn)品化研制應(yīng)用，由傳統(tǒng)的底層零部件堆砌式設(shè)計(jì)方法更新為產(chǎn)品化系列化設(shè)計(jì)思路，利用產(chǎn)品化資源庫，進(jìn)行模塊的組合化設(shè)計(jì)應(yīng)用，應(yīng)用效果明顯。經(jīng)型號使用驗(yàn)證，產(chǎn)品化研制模式有效提高了響應(yīng)客戶需求的速度，規(guī)范了接口標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了模塊資源的互換，有效提升了產(chǎn)品利用率。通過產(chǎn)品化研制模式的應(yīng)用，新產(chǎn)品開發(fā)周期大幅度縮減。產(chǎn)品化設(shè)計(jì)應(yīng)用帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，具有較好的應(yīng)用前景。再入飛行器配氣箱通用化研制成功后，已經(jīng)成功應(yīng)用到該型戰(zhàn)術(shù)再入飛行器的氣密檢測和置換工作中。使用過程中，不同型號再入飛行器采用通用的配氣箱進(jìn)行測試，只是針對不同的再入飛行器更換轉(zhuǎn)接頭即可完成測試任務(wù)，極大地提高了操作的便捷性和測試效率，也提升了產(chǎn)品的維修性能，很好地完成了型號測試任務(wù)，尤其是針對日常訓(xùn)練，無需每個(gè)型號單獨(dú)攜帶專門的配氣箱，而是實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用。

后續(xù)，再入飛行器相關(guān)地面設(shè)備將進(jìn)一步開展產(chǎn)品化、通用化設(shè)計(jì)，包括托架、再入飛行器包裝箱及發(fā)射箱等產(chǎn)品，最大可能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化、通用化，并將產(chǎn)品化、通用化的思路應(yīng)用到更廣泛的范圍，爭取取得更好的收益。