曹魏 張劍 張聰 韓威 張璁

(中國運載火箭技術(shù)研究院，北京 100076)

0 引言

某項目為我院自籌資金預(yù)先研究項目，旨在研制一種航空航天專業(yè)融合的大型復(fù)雜運載器，通過飛行演示驗證試驗獲取多項關(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)。該項目資金有限、研制周期短、配套單位多、演示驗證需要確保成功，給項目隊伍按期完成運載器研制生產(chǎn)的計劃帶來了極大困難和挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)型號計劃管理模式，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，且多個重要航天型號任務(wù)接連實施，科研生產(chǎn)資源沖突嚴重，難以滿足本項目的研制計劃需求。影響計劃按時完成的因素很多，從項目自身來說主要有以下幾點：對項目特點及實現(xiàn)條件預(yù)估不足，制訂的計劃脫離實際；項目研制技術(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)計水平不夠；研制生產(chǎn)過程中，采用傳統(tǒng)的定點協(xié)調(diào)配套模式，未能充分利用社會生產(chǎn)資源；計劃管理手段有限，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、試驗、協(xié)作配套、進度管控等方面開展研究，以實現(xiàn)高效率、高效益地利用現(xiàn)有資源，確保計劃管控有效，滿足項目研制工作要求。

1 總體思路及實施情況

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

產(chǎn)品設(shè)計直接影響運載器研制難度、周期、經(jīng)費等，為確保高質(zhì)量、高效率和高效益完成運載器產(chǎn)品的研制生產(chǎn)，項目團隊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)計原則，產(chǎn)品設(shè)計簡化流程如圖1所示。以運載火箭研制生產(chǎn)及其相關(guān)服務(wù)為主業(yè)，航天運載器設(shè)計和生產(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)，減少了項目的研究內(nèi)容和研制經(jīng)費，縮短了研制周期[2]。

產(chǎn)品設(shè)計能力決定了產(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)計能力越強，說明已掌握的產(chǎn)品設(shè)計、制造、裝配、測試等知識和經(jīng)驗越豐富，按計劃完成研制任務(wù)的概率越大。在設(shè)計新產(chǎn)品時，采用計算機輔助設(shè)計、并行設(shè)計及虛擬制造技術(shù)等現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，能夠提高設(shè)計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)計工作周期[3-4]。本項目產(chǎn)品使用CATIA專業(yè)軟件，開展包括具體設(shè)計、分析、模擬、組裝在內(nèi)的全局設(shè)計工作，大大提高了產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、效率；在設(shè)計過程中，設(shè)計方與生產(chǎn)方采用協(xié)同設(shè)計的模式，在產(chǎn)品設(shè)計之初使工藝、檢驗等介入產(chǎn)品設(shè)計過程，集中探討材料選擇、工藝方法、工具工裝使用和檢驗檢測等環(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)計與工藝流程、制造過程協(xié)調(diào)統(tǒng)一，減少產(chǎn)品設(shè)計狀態(tài)的變更次數(shù)和新制工裝數(shù)量；在產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)，根據(jù)實際情況將工裝設(shè)計、原材料采購等制造環(huán)節(jié)的工作提前到產(chǎn)品設(shè)計階段實施，提高了面向制造的產(chǎn)品設(shè)計質(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)計劃周期。

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

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

本項目通過與國內(nèi)專業(yè)科研院所和高校強強聯(lián)合，既增加了研制前期設(shè)計力量的投入，也進一步提升了設(shè)計方案的正確性和可靠性。通過仿真預(yù)示、數(shù)值模擬計算等，可部分替代地面試驗，實現(xiàn)設(shè)計要求和試驗流程優(yōu)化，從而精簡試驗數(shù)量和試驗件數(shù)量。

地面試驗設(shè)計要求決定了試驗件的需求數(shù)量，在試驗策劃時充分考慮多個試驗對產(chǎn)品的需求，通過簡化試驗要求、優(yōu)化試驗流程等工作，最大限度實現(xiàn)試驗件的共用。在項目研制策劃階段，針對同一架樣機交叉進行多個大型地面試驗開展分析，實現(xiàn)了將2架次樣機需要完成的5項試驗統(tǒng)籌為1架次樣機完成5項試驗，以及多個系統(tǒng)級試驗共用單機試驗件，減少了需要生產(chǎn)的樣機和單機產(chǎn)品總數(shù)，提高了計劃管理效率。根據(jù)試驗?zāi)康暮蛯嶋H需求，使用質(zhì)量質(zhì)心一致的模擬件替代真實產(chǎn)品，減少了產(chǎn)品投產(chǎn)數(shù)量，節(jié)省了經(jīng)費開支，縮短了研制生產(chǎn)周期。

1.3 多點協(xié)作，優(yōu)選產(chǎn)品配套和試驗單位

項目研制生產(chǎn)任務(wù)重、周期緊，部分產(chǎn)品兼具航空產(chǎn)品特點，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，才能確保按計劃高質(zhì)量完成項目研制目標(biāo)。項目團隊經(jīng)過全面分析和整體策劃，根據(jù)產(chǎn)品研制生產(chǎn)、裝配和試驗流程，分析關(guān)鍵短線產(chǎn)品，通過多點協(xié)作的方式優(yōu)化工作計劃，進一步縮短了總工期。為確保產(chǎn)品質(zhì)量可靠，項目團隊按專業(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)本項目產(chǎn)品研制工作的意愿，結(jié)合研制經(jīng)費需求及計劃可行性，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、零件生產(chǎn)到結(jié)構(gòu)裝配，研制生產(chǎn)難度大，總周期長，在項目全生命周期工作策劃時已經(jīng)辨識為研制過程的瓶頸短線，需要重點關(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)計工作方面，根據(jù)計劃要求及人力資源情況，與設(shè)計經(jīng)驗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)品交付計劃的緊迫性及完成節(jié)點，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，確保多個結(jié)構(gòu)部段并行裝配。

1.4 近細遠粗制訂工作計劃，確保計劃系統(tǒng)、前瞻和合理

根據(jù)項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、地面試驗樣機和飛行試驗樣機產(chǎn)品研制及大型地面試驗實施為主線工作計劃，統(tǒng)籌考慮三架樣機產(chǎn)品投產(chǎn)、裝配型架使用，以及多項大型地面試驗之間的地面設(shè)備和試驗件的交叉使用等情況，確保研制計劃的可實現(xiàn)性和指導(dǎo)性；“3”是以項目主線研制工作計劃實現(xiàn)為目標(biāo)，制訂項目年度主線計劃、技術(shù)工作計劃和管理工作計劃三類專題計劃，確保研制任務(wù)實施的全面性和系統(tǒng)性；“N”是依據(jù)項目主線工作計劃和年度工作計劃，結(jié)合辨識的風(fēng)險事項，制訂多項專題治理工作計劃，確保研制任務(wù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)實施、瓶頸短線問題治理與整體計劃的協(xié)調(diào)性和匹配性。

1.5 全要素隊伍管理，項目主管和設(shè)計全面介入，兩總專題推進

在傳統(tǒng)型號研制過程中，由于計劃、經(jīng)費、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，從而造成多個型號在工程研制階段進度推遲的現(xiàn)象[5]。項目制管理能夠較好地解決上述問題，計劃、進度、經(jīng)費、質(zhì)量等要素管理者均為項目辦人員，要素之間由計劃經(jīng)理統(tǒng)籌協(xié)調(diào)；管理上通過項目辦，技術(shù)上通過總體，實現(xiàn)管理和技術(shù)點對點溝通，進一步加強團隊溝通協(xié)作。針對外協(xié)單位研制生產(chǎn)計劃落實情況，一是通過合同要求對計劃實現(xiàn)進行約束和檢查確認；二是采用“誰的產(chǎn)品誰負責(zé)”的方式，要求總體或分系統(tǒng)主管設(shè)計負責(zé)全程跟蹤了解產(chǎn)品研制和試驗進展，關(guān)鍵節(jié)點下廠跟產(chǎn)跟試，發(fā)現(xiàn)計劃偏離情況及時匯報，通過專題協(xié)調(diào)或項目兩總專題推進的方式，確保研制任務(wù)按計劃實施。

1.6 加強調(diào)度協(xié)調(diào)和信息化手段管理，實時優(yōu)化、高效管控

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

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

2 實施效果

通過產(chǎn)品化的設(shè)計方式，全運載器使用成熟產(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)計工藝協(xié)同，采用專業(yè)設(shè)計軟件，通過面向制造等現(xiàn)代設(shè)計方式，減少了產(chǎn)品設(shè)計工作的迭代次數(shù)，提高了產(chǎn)品可制造性，縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期約9個月；通過優(yōu)化試驗設(shè)計要求、精細化試驗工作流程，減少了1架次地面試驗樣機及100余套系統(tǒng)級產(chǎn)品的生產(chǎn)配套；通過多點協(xié)作配套，借用外部力量增加了科研生產(chǎn)資源，實現(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)品裝配實際時間約10個月；通過全員參與研制過程計劃管理，采用信息化手段管控，加強對研制生產(chǎn)過程的監(jiān)督檢查，研制問題、資源緊缺情況等得到及時解決。采用上述措施，本項目運載器研制計劃得到了高效管控，設(shè)計、生產(chǎn)和試驗等工作高質(zhì)量、高效率和高效益實施，為項目后續(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重。為確保項目按要求完成研制，項目團隊在申報項目時應(yīng)充分考慮計劃與生產(chǎn)資源的匹配性，辨識風(fēng)險，預(yù)留一定的進度余量；在設(shè)計產(chǎn)品時應(yīng)加強對成熟產(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，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)等手段提高精細化管理水平，實現(xiàn)對研制過程的精準(zhǔn)管控。