曹魏 張劍 張聰 韓威 張璁

(中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京 100076)

0 引言

某項(xiàng)目為我院自籌資金預(yù)先研究項(xiàng)目，旨在研制一種航空航天專業(yè)融合的大型復(fù)雜運(yùn)載器，通過飛行演示驗(yàn)證試驗(yàn)獲取多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，為該領(lǐng)域工程化研究奠定技術(shù)基礎(chǔ)。該項(xiàng)目資金有限、研制周期短、配套單位多、演示驗(yàn)證需要確保成功，給項(xiàng)目隊(duì)伍按期完成運(yùn)載器研制生產(chǎn)的計(jì)劃帶來了極大困難和挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)型號計(jì)劃管理模式，受工業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)水平和管理水平等綜合因素影響，研制周期普遍較長[1]，加上近年來航天型號批產(chǎn)任務(wù)劇增，且多個(gè)重要航天型號任務(wù)接連實(shí)施，科研生產(chǎn)資源沖突嚴(yán)重，難以滿足本項(xiàng)目的研制計(jì)劃需求。影響計(jì)劃按時(shí)完成的因素很多，從項(xiàng)目自身來說主要有以下幾點(diǎn)：對項(xiàng)目特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)條件預(yù)估不足，制訂的計(jì)劃脫離實(shí)際；項(xiàng)目研制技術(shù)難度大，采用新技術(shù)過多，技術(shù)狀態(tài)迭代次數(shù)過多，面向制造的設(shè)計(jì)水平不夠；研制生產(chǎn)過程中，采用傳統(tǒng)的定點(diǎn)協(xié)調(diào)配套模式，未能充分利用社會生產(chǎn)資源；計(jì)劃管理手段有限，過程管控能力不足，科研生產(chǎn)效率偏低。

本文針對以上影響因素，從設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、協(xié)作配套、進(jìn)度管控等方面開展研究，以實(shí)現(xiàn)高效率、高效益地利用現(xiàn)有資源，確保計(jì)劃管控有效，滿足項(xiàng)目研制工作要求。

1 總體思路及實(shí)施情況

1.1 優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高面向制造的設(shè)計(jì)能力

產(chǎn)品設(shè)計(jì)直接影響運(yùn)載器研制難度、周期、經(jīng)費(fèi)等，為確保高質(zhì)量、高效率和高效益完成運(yùn)載器產(chǎn)品的研制生產(chǎn)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在研制初期就明確了產(chǎn)品化思路，制定了“首選成熟產(chǎn)品、材料和技術(shù)，盡量減少新材料、新工藝的使用和產(chǎn)品新研”的設(shè)計(jì)原則，產(chǎn)品設(shè)計(jì)簡化流程如圖1所示。以運(yùn)載火箭研制生產(chǎn)及其相關(guān)服務(wù)為主業(yè)，航天運(yùn)載器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的相關(guān)專業(yè)種類齊全，研制了多種成熟火箭型號產(chǎn)品，基于本項(xiàng)目總體參數(shù)分析情況，借鑒使用成熟產(chǎn)品和技術(shù)，減少了項(xiàng)目的研究內(nèi)容和研制經(jīng)費(fèi)，縮短了研制周期[2]。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力決定了產(chǎn)品生產(chǎn)制造、裝配等過程的難易程度、研制周期和成本，設(shè)計(jì)能力越強(qiáng)，說明已掌握的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、裝配、測試等知識和經(jīng)驗(yàn)越豐富，按計(jì)劃完成研制任務(wù)的概率越大。在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)及虛擬制造技術(shù)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠提高設(shè)計(jì)員工作效率和工作質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)處理的精準(zhǔn)性，零件的修改和設(shè)計(jì)更加方便，制造裝配更加高效，能夠極大地縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作周期[3-4]。本項(xiàng)目產(chǎn)品使用CATIA專業(yè)軟件，開展包括具體設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝在內(nèi)的全局設(shè)計(jì)工作，大大提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、效率；在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)方與生產(chǎn)方采用協(xié)同設(shè)計(jì)的模式，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初使工藝、檢驗(yàn)等介入產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，集中探討材料選擇、工藝方法、工具工裝使用和檢驗(yàn)檢測等環(huán)節(jié)有關(guān)工作，盡量選用成熟材料和工藝，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝流程、制造過程協(xié)調(diào)統(tǒng)一，減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)狀態(tài)的變更次數(shù)和新制工裝數(shù)量；在產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，根據(jù)實(shí)際情況將工裝設(shè)計(jì)、原材料采購等制造環(huán)節(jié)的工作提前到產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段實(shí)施，提高了面向制造的產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)的迭代效率，有效縮短了研制生產(chǎn)計(jì)劃周期。

1.2 優(yōu)化試驗(yàn)要求，仿真與試驗(yàn)結(jié)合，精簡產(chǎn)品配套

驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否正確可靠的主要方式有計(jì)算機(jī)模擬仿真、地面試驗(yàn)等，計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)，通過建立模型進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，具有理論性強(qiáng)、模擬試驗(yàn)成本低等特點(diǎn)，并且在解決很多由極端原因引起的工程問題時(shí)具有更明顯的優(yōu)勢。地面試驗(yàn)驗(yàn)證是航天運(yùn)載器研制的重要組成部分，目的是測試或預(yù)計(jì)運(yùn)載器在實(shí)際飛行過程中經(jīng)歷全部環(huán)境條件下的功能和性能滿足性，是保證產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中正常運(yùn)行、滿足任務(wù)要求的重要手段之一。

本項(xiàng)目通過與國內(nèi)專業(yè)科研院所和高校強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，既增加了研制前期設(shè)計(jì)力量的投入，也進(jìn)一步提升了設(shè)計(jì)方案的正確性和可靠性。通過仿真預(yù)示、數(shù)值模擬計(jì)算等，可部分替代地面試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求和試驗(yàn)流程優(yōu)化，從而精簡試驗(yàn)數(shù)量和試驗(yàn)件數(shù)量。

地面試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求決定了試驗(yàn)件的需求數(shù)量，在試驗(yàn)策劃時(shí)充分考慮多個(gè)試驗(yàn)對產(chǎn)品的需求，通過簡化試驗(yàn)要求、優(yōu)化試驗(yàn)流程等工作，最大限度實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)件的共用。在項(xiàng)目研制策劃階段，針對同一架樣機(jī)交叉進(jìn)行多個(gè)大型地面試驗(yàn)開展分析，實(shí)現(xiàn)了將2架次樣機(jī)需要完成的5項(xiàng)試驗(yàn)統(tǒng)籌為1架次樣機(jī)完成5項(xiàng)試驗(yàn)，以及多個(gè)系統(tǒng)級試驗(yàn)共用單機(jī)試驗(yàn)件，減少了需要生產(chǎn)的樣機(jī)和單機(jī)產(chǎn)品總數(shù)，提高了計(jì)劃管理效率。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)際需求，使用質(zhì)量質(zhì)心一致的模擬件替代真實(shí)產(chǎn)品，減少了產(chǎn)品投產(chǎn)數(shù)量，節(jié)省了經(jīng)費(fèi)開支，縮短了研制生產(chǎn)周期。

1.3 多點(diǎn)協(xié)作，優(yōu)選產(chǎn)品配套和試驗(yàn)單位

項(xiàng)目研制生產(chǎn)任務(wù)重、周期緊，部分產(chǎn)品兼具航空產(chǎn)品特點(diǎn)，傳統(tǒng)協(xié)作單位專業(yè)能力有限，采用以院內(nèi)單位協(xié)作分工的研制模式已不能滿足項(xiàng)目跨領(lǐng)域的研制工作需求。只有創(chuàng)新協(xié)作分工模式，充分利用外部資源開展產(chǎn)品研制生產(chǎn)和試驗(yàn)，才能確保按計(jì)劃高質(zhì)量完成項(xiàng)目研制目標(biāo)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)過全面分析和整體策劃，根據(jù)產(chǎn)品研制生產(chǎn)、裝配和試驗(yàn)流程，分析關(guān)鍵短線產(chǎn)品，通過多點(diǎn)協(xié)作的方式優(yōu)化工作計(jì)劃，進(jìn)一步縮短了總工期。為確保產(chǎn)品質(zhì)量可靠，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)按專業(yè)充分調(diào)研了可承擔(dān)相關(guān)研制工作單位的技術(shù)能力、生產(chǎn)能力和質(zhì)量保證能力，以及承擔(dān)本項(xiàng)目產(chǎn)品研制工作的意愿，結(jié)合研制經(jīng)費(fèi)需求及計(jì)劃可行性，采用“關(guān)鍵產(chǎn)品專業(yè)單位配套、一般產(chǎn)品分散配套”的原則，擇優(yōu)確定了協(xié)作配套供應(yīng)商。供應(yīng)商選用流程如圖2所示。

運(yùn)載器由金屬框梁和復(fù)合材料蒙皮組成，產(chǎn)品種類和數(shù)量多，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，布局緊湊，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、零件生產(chǎn)到結(jié)構(gòu)裝配，研制生產(chǎn)難度大，總周期長，在項(xiàng)目全生命周期工作策劃時(shí)已經(jīng)辨識為研制過程的瓶頸短線，需要重點(diǎn)關(guān)注。采取以下措施確保結(jié)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和周期可控：

(1)設(shè)計(jì)工作方面，根據(jù)計(jì)劃要求及人力資源情況，與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富的航空院所合作，外協(xié)部分工作量大、非核心技術(shù)的任務(wù)，確保人力資源充足。

(2)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)方面，與結(jié)構(gòu)部段生產(chǎn)單位明確產(chǎn)品交付計(jì)劃的緊迫性及完成節(jié)點(diǎn)，促使其采用多家單位協(xié)作并行生產(chǎn)結(jié)構(gòu)零件以滿足計(jì)劃需求；協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)部段生產(chǎn)單位調(diào)研具有豐富裝配經(jīng)驗(yàn)的航空單位，采用工序外協(xié)的方式，由結(jié)構(gòu)部段生產(chǎn)單位統(tǒng)籌制訂裝配工藝方案，外協(xié)單位提供熟練的裝配工人，確保多個(gè)結(jié)構(gòu)部段并行裝配。

1.4 近細(xì)遠(yuǎn)粗制訂工作計(jì)劃，確保計(jì)劃系統(tǒng)、前瞻和合理

根據(jù)項(xiàng)目全生命周期研制工作要求，策劃制訂了“1+3+N”全要素工作計(jì)劃：“1”是以全生命周期研制工作目標(biāo)為綱，以動力系統(tǒng)試車樣機(jī)、地面試驗(yàn)樣機(jī)和飛行試驗(yàn)樣機(jī)產(chǎn)品研制及大型地面試驗(yàn)實(shí)施為主線工作計(jì)劃，統(tǒng)籌考慮三架樣機(jī)產(chǎn)品投產(chǎn)、裝配型架使用，以及多項(xiàng)大型地面試驗(yàn)之間的地面設(shè)備和試驗(yàn)件的交叉使用等情況，確保研制計(jì)劃的可實(shí)現(xiàn)性和指導(dǎo)性；“3”是以項(xiàng)目主線研制工作計(jì)劃實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)，制訂項(xiàng)目年度主線計(jì)劃、技術(shù)工作計(jì)劃和管理工作計(jì)劃三類專題計(jì)劃，確保研制任務(wù)實(shí)施的全面性和系統(tǒng)性；“N”是依據(jù)項(xiàng)目主線工作計(jì)劃和年度工作計(jì)劃，結(jié)合辨識的風(fēng)險(xiǎn)事項(xiàng)，制訂多項(xiàng)專題治理工作計(jì)劃，確保研制任務(wù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)施、瓶頸短線問題治理與整體計(jì)劃的協(xié)調(diào)性和匹配性。

1.5 全要素隊(duì)伍管理，項(xiàng)目主管和設(shè)計(jì)全面介入，兩總專題推進(jìn)

在傳統(tǒng)型號研制過程中，由于計(jì)劃、經(jīng)費(fèi)、質(zhì)量等關(guān)鍵因素歸屬不同部門管理，部門墻的存在容易造成完成研制任務(wù)和跨部門協(xié)調(diào)效率不高，從而造成多個(gè)型號在工程研制階段進(jìn)度推遲的現(xiàn)象[5]。項(xiàng)目制管理能夠較好地解決上述問題，計(jì)劃、進(jìn)度、經(jīng)費(fèi)、質(zhì)量等要素管理者均為項(xiàng)目辦人員，要素之間由計(jì)劃經(jīng)理統(tǒng)籌協(xié)調(diào)；管理上通過項(xiàng)目辦，技術(shù)上通過總體，實(shí)現(xiàn)管理和技術(shù)點(diǎn)對點(diǎn)溝通，進(jìn)一步加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)溝通協(xié)作。針對外協(xié)單位研制生產(chǎn)計(jì)劃落實(shí)情況，一是通過合同要求對計(jì)劃實(shí)現(xiàn)進(jìn)行約束和檢查確認(rèn)；二是采用“誰的產(chǎn)品誰負(fù)責(zé)”的方式，要求總體或分系統(tǒng)主管設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)全程跟蹤了解產(chǎn)品研制和試驗(yàn)進(jìn)展，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)下廠跟產(chǎn)跟試，發(fā)現(xiàn)計(jì)劃偏離情況及時(shí)匯報(bào)，通過專題協(xié)調(diào)或項(xiàng)目兩總專題推進(jìn)的方式，確保研制任務(wù)按計(jì)劃實(shí)施。

1.6 加強(qiáng)調(diào)度協(xié)調(diào)和信息化手段管理，實(shí)時(shí)優(yōu)化、高效管控

根據(jù)項(xiàng)目全生命周期策劃，首先，制訂年度工作計(jì)劃，按月度分配到相關(guān)承研承制單位，主要包括設(shè)計(jì)文件、產(chǎn)品備料和生產(chǎn)、地面試驗(yàn)、工裝設(shè)備以及重點(diǎn)短線等計(jì)劃，然后由各單位分解為內(nèi)控的研制生產(chǎn)或試驗(yàn)詳細(xì)工作計(jì)劃?？傮w和各系統(tǒng)定期收集研制工作信息，點(diǎn)對點(diǎn)解決有關(guān)問題，按周編制工作總結(jié)，每周項(xiàng)目工作例會討論并制定應(yīng)對措施和工作計(jì)劃，確保計(jì)劃執(zhí)行落地、研制工作有效推進(jìn)[6]。

為強(qiáng)化對研制工作進(jìn)展的掌控和資源調(diào)度，精細(xì)化項(xiàng)目工作內(nèi)容、需求資源、責(zé)任單位、配合單位、責(zé)任人、工作計(jì)劃等信息，通過Project等專業(yè)軟件編制了項(xiàng)目工作計(jì)劃網(wǎng)絡(luò)圖[7]，同時(shí)通過計(jì)劃協(xié)同管理系統(tǒng)給院屬單位下達(dá)工作計(jì)劃，加強(qiáng)計(jì)劃完成情況考核；安排項(xiàng)目主管和設(shè)計(jì)跟產(chǎn)收集研制生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)度，編制研制工作進(jìn)展跟蹤甘特圖，動態(tài)更新每項(xiàng)工作的完成進(jìn)度、完成百分比等信息，使項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)全面了解項(xiàng)目整體工作進(jìn)展，以及關(guān)鍵路徑工作情況和偏差，及時(shí)評估項(xiàng)目整體進(jìn)度，優(yōu)化流程和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)資源。

2 實(shí)施效果

通過產(chǎn)品化的設(shè)計(jì)方式，全運(yùn)載器使用成熟產(chǎn)品300余種，僅使用了1種新材料，全部采用現(xiàn)有成熟工藝進(jìn)行產(chǎn)品制造，大大減少了產(chǎn)品研制工作內(nèi)容和工作量；通過設(shè)計(jì)工藝協(xié)同，采用專業(yè)設(shè)計(jì)軟件，通過面向制造等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方式，減少了產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作的迭代次數(shù)，提高了產(chǎn)品可制造性，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期約9個(gè)月；通過優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求、精細(xì)化試驗(yàn)工作流程，減少了1架次地面試驗(yàn)樣機(jī)及100余套系統(tǒng)級產(chǎn)品的生產(chǎn)配套；通過多點(diǎn)協(xié)作配套，借用外部力量增加了科研生產(chǎn)資源，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)產(chǎn)品并行生產(chǎn)和裝配，減少兩架次結(jié)構(gòu)產(chǎn)品裝配實(shí)際時(shí)間約10個(gè)月；通過全員參與研制過程計(jì)劃管理，采用信息化手段管控，加強(qiáng)對研制生產(chǎn)過程的監(jiān)督檢查，研制問題、資源緊缺情況等得到及時(shí)解決。采用上述措施，本項(xiàng)目運(yùn)載器研制計(jì)劃得到了高效管控，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和試驗(yàn)等工作高質(zhì)量、高效率和高效益實(shí)施，為項(xiàng)目后續(xù)研制工作奠定了基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

隨著航天型號任務(wù)數(shù)量的持續(xù)增長，科研生產(chǎn)資源緊缺情況會更加嚴(yán)重。為確保項(xiàng)目按要求完成研制，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在申報(bào)項(xiàng)目時(shí)應(yīng)充分考慮計(jì)劃與生產(chǎn)資源的匹配性，辨識風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)留一定的進(jìn)度余量；在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對成熟產(chǎn)品、成熟技術(shù)的應(yīng)用，充分考慮國家工業(yè)基礎(chǔ)，不要片面追求創(chuàng)新；在研制生產(chǎn)時(shí)，主抓核心業(yè)務(wù)，充分利用高校、科研院所及民營企業(yè)等社會資源完成非核心任務(wù)；在管理方面應(yīng)縮短流程、精簡管理，采用信息化系統(tǒng)等手段提高精細(xì)化管理水平，實(shí)現(xiàn)對研制過程的精準(zhǔn)管控。