胡添元、張帥、劉冬、李林凌 /北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部

隨著衛(wèi)星技術(shù)不斷發(fā)展，對(duì)有效載荷的性能要求越來越高，導(dǎo)致有效載荷尺寸越來越大。同時(shí)，為減少衛(wèi)星本體對(duì)有效載荷的視場(chǎng)遮擋，需要一種高剛度、高可靠的大型空間展開臂，實(shí)現(xiàn)有效載荷的連接、支撐和伸展功能，在衛(wèi)星發(fā)射時(shí)與有效載荷一起收攏，衛(wèi)星入軌后展開到空間預(yù)定位置。典型展開臂與有效載荷收攏和展開狀態(tài)示意如圖1 所示。

圖1 典型展開臂與有效載荷收攏和展開狀態(tài)示意圖

近年來，由于各領(lǐng)域型號(hào)對(duì)大型空間展開臂的需求越來越迫切，經(jīng)常出現(xiàn)多個(gè)展開臂并行研制的情況。由于不同有效載荷的構(gòu)型、指向、布局、以及收攏和展開狀態(tài)等方面均存在差異，導(dǎo)致每個(gè)型號(hào)的展開臂產(chǎn)品狀態(tài)也各不相同，對(duì)項(xiàng)目并行研制管理提出了更高的要求，不同型號(hào)衛(wèi)星展開臂配置情況如表1 所示。

表1 不同型號(hào)衛(wèi)星展開臂配置情況

多項(xiàng)目并行研制與傳統(tǒng)單星產(chǎn)品研制模式不同，其研制具有如下特點(diǎn)：產(chǎn)品維度多、狀態(tài)多、種類多，展開臂的產(chǎn)品既有傳統(tǒng)加工方法（如金屬機(jī)械加工、復(fù)合材料成型），又有增材制造加工方法（如零膨脹金屬3D 打?。?；每個(gè)展開臂的地面零重力收攏、展開（時(shí)間、精度等）試驗(yàn)，以及每個(gè)展開臂環(huán)境試驗(yàn)條件都不相同；產(chǎn)品研制周期不同，但相對(duì)于傳統(tǒng)單臂研制周期又大大壓縮，一般需要一年內(nèi)完成方案設(shè)計(jì)、投產(chǎn)、測(cè)試及實(shí)物交付，甚至個(gè)別展開臂從投產(chǎn)到實(shí)物交付只有6 個(gè)月；研制隊(duì)伍資源配置有限，各生產(chǎn)單位一般是按產(chǎn)品配置隊(duì)伍，并不按型號(hào)區(qū)分，研制隊(duì)伍人員相對(duì)固定，且在短時(shí)間內(nèi)難以得到有效擴(kuò)充；利益相關(guān)方眾多，各單位對(duì)航天產(chǎn)品研制的理解程度不同，產(chǎn)品質(zhì)量難以統(tǒng)一管控。

一、全局多任務(wù)項(xiàng)目策劃

中國(guó)空間技術(shù)研究院北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部在項(xiàng)目啟動(dòng)之初從全局把握資源，開展多任務(wù)并行項(xiàng)目策劃，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量保證成功。

1.高效的團(tuán)隊(duì)管理實(shí)現(xiàn)人力資源共融

展開臂屬于典型的復(fù)雜機(jī)電類產(chǎn)品，涉及機(jī)械、電子、控制、熱控、復(fù)合材料等多學(xué)科領(lǐng)域?；谡归_臂持續(xù)穩(wěn)定的任務(wù)流，采用傳統(tǒng)按型號(hào)進(jìn)行人力資源配置的方式將會(huì)出現(xiàn)研制人員嚴(yán)重不足的局面。

通過多項(xiàng)目并行WBS 全局分析，制定人力資源計(jì)劃，確定團(tuán)隊(duì)核心人員數(shù)量與崗位配置。在傳統(tǒng)矩陣管理模式的基礎(chǔ)上增加時(shí)間維度，及時(shí)動(dòng)態(tài)更新人力資源配置，實(shí)現(xiàn)人員分時(shí)復(fù)用，以達(dá)到團(tuán)隊(duì)效率最優(yōu)。同時(shí)，針對(duì)非線性動(dòng)力學(xué)仿真、逆向測(cè)繪建模等需求迫切、但對(duì)專業(yè)廠所來講相對(duì)小眾的學(xué)科與專業(yè)，吸納引進(jìn)國(guó)內(nèi)擅長(zhǎng)該專業(yè)方向的高校團(tuán)隊(duì)，將多個(gè)專業(yè)的研制人員有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)規(guī)模持續(xù)拓展的“用戶+院所+高?！比饺藛T融合，保障人力資源配置滿足多項(xiàng)目并行需求。

2.高效的投產(chǎn)策略實(shí)現(xiàn)部件組批生產(chǎn)

按航天產(chǎn)品質(zhì)量和研制程序要求，傳統(tǒng)產(chǎn)品投產(chǎn)需所有零部件投產(chǎn)文件集中受控分發(fā)后，生產(chǎn)單位才進(jìn)行生產(chǎn)加工。根據(jù)多任務(wù)并行研制需求，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上組織開展產(chǎn)品投產(chǎn)策劃，將產(chǎn)品分為通用部件和定制部件2 個(gè)部分進(jìn)行投產(chǎn)。

將軸承、鎖定單元、壓緊釋放裝置、臂桿等具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)接口的可重用部件定義為通用部件，實(shí)現(xiàn)通用部件可組合、可替換、去型號(hào)化，提升產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性。對(duì)通用部件進(jìn)行組批投產(chǎn)，按任務(wù)需求單獨(dú)分批交付，大大節(jié)約了研制周期。

將各型號(hào)構(gòu)型復(fù)雜、工序流轉(zhuǎn)多、協(xié)作單位多、試驗(yàn)項(xiàng)目多且具有特殊功能的部件定義為定制部件，對(duì)定制部件研制進(jìn)行提前策劃、提前設(shè)計(jì)、提前投產(chǎn)，并在研制過程中嚴(yán)格按短線產(chǎn)品進(jìn)行管理。

3.高效的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)資源共享

由于試驗(yàn)資源和場(chǎng)地資源有限，多任務(wù)并行過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)資源沖突影響產(chǎn)品進(jìn)度的情況。在項(xiàng)目啟動(dòng)之初，團(tuán)隊(duì)成員組織梳理每個(gè)展開臂試驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)行試驗(yàn)完備性分析，確保試驗(yàn)項(xiàng)目完備、試驗(yàn)流程最優(yōu)。同時(shí)，對(duì)不同任務(wù)間的試驗(yàn)流程進(jìn)行優(yōu)化組合，確保試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行不間斷、試驗(yàn)場(chǎng)地裝配不間斷、試驗(yàn)人員測(cè)試不間斷，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)資源共享，提高研制效率。

在部件環(huán)境試驗(yàn)過程中，針對(duì)不同任務(wù)需求采取試驗(yàn)條件最大覆蓋性原則，制定統(tǒng)一環(huán)境試驗(yàn)條件，并行開展關(guān)節(jié)力、熱試驗(yàn)。在裝配測(cè)試過程中，優(yōu)化展開路徑和重力卸載方式，實(shí)現(xiàn)重力卸載設(shè)備通用化，并提前協(xié)調(diào)開展不同型號(hào)間設(shè)備統(tǒng)籌，組織識(shí)別地面控制器、大慣量加載系統(tǒng)等短缺的測(cè)試設(shè)備，進(jìn)行先行投產(chǎn)。在并行裝配時(shí)，提前與協(xié)作單位協(xié)調(diào)溝通，針對(duì)經(jīng)緯儀、三坐標(biāo)測(cè)試機(jī)、裝配平臺(tái)等短缺設(shè)備以及裝配人員制定應(yīng)急預(yù)案，實(shí)現(xiàn)多個(gè)場(chǎng)地同時(shí)裝配。

二、多項(xiàng)目雙流程歸一化

在項(xiàng)目規(guī)劃（計(jì)劃）階段，總體設(shè)計(jì)部針對(duì)多個(gè)展開臂并行研制，開展技術(shù)流程和計(jì)劃流程優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高效率完成任務(wù)。由于每個(gè)展開臂的任務(wù)功能不同，研制難度不同，研制流程也有差異，難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。針對(duì)多臂并行研制現(xiàn)狀，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)組織確定了統(tǒng)一的展開臂狀態(tài)基線，基于狀態(tài)基線對(duì)不同展開臂流程進(jìn)行歸一化。典型的歸一化展開臂研制流程如圖2 所示。

在流程歸一化的基礎(chǔ)上，再根據(jù)不同的功能增加定制化流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)研制流程的統(tǒng)一管理。組織對(duì)同類型產(chǎn)品研制和試驗(yàn)環(huán)節(jié)實(shí)施流程優(yōu)化，如關(guān)節(jié)類產(chǎn)品的研制試驗(yàn)（圖2 中M6e2、M6e3 和M6e4），在同一類關(guān)節(jié)中只有第一個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行熱變形和剛度測(cè)試，如表2 所示。優(yōu)化取消同類中其他關(guān)節(jié)的熱變形和剛度測(cè)試，同時(shí)最大限度利用熱真空試驗(yàn)資源，在統(tǒng)一的試驗(yàn)條件下在同一真空罐中同時(shí)開展多根臂桿的熱試驗(yàn)。

表2 同類關(guān)節(jié)試驗(yàn)完備性及分配

圖2 典型的歸一化展開臂研制流程圖

通過上述措施，實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)多個(gè)展開臂的雙流程歸一化，使項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)可以更好地統(tǒng)一管控產(chǎn)品質(zhì)量和研制進(jìn)度。同時(shí)，在歸一化的流程環(huán)節(jié)中動(dòng)態(tài)優(yōu)化評(píng)估節(jié)點(diǎn)，減少無效活動(dòng)，提高產(chǎn)品研制效率。經(jīng)測(cè)算，通過關(guān)節(jié)試驗(yàn)優(yōu)化壓縮試驗(yàn)周期約20%，通過多根臂桿同時(shí)試驗(yàn)減少成本約10%。

三、產(chǎn)品數(shù)字化分級(jí)管控

在項(xiàng)目執(zhí)行、監(jiān)控和收尾階段，總體設(shè)計(jì)部實(shí)施產(chǎn)品數(shù)字化分級(jí)管控，實(shí)現(xiàn)高效益推動(dòng)發(fā)展。大型空間展開臂作為典型的宇航產(chǎn)品，具有質(zhì)量要求高、研制技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大的特點(diǎn)。實(shí)施產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)分級(jí)管控，通過多個(gè)型號(hào)產(chǎn)品的成功研制不斷提升產(chǎn)品成熟度，豐富展開臂產(chǎn)品庫(kù)，逐步降低研制技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，應(yīng)用數(shù)字化項(xiàng)目管理平臺(tái)，對(duì)研制流程實(shí)施全信息化管控，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量精細(xì)化管控程度，提高研制效率。

1.產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)分級(jí)管控

按《航天器產(chǎn)品鑒定管理要求》對(duì)展開臂產(chǎn)品進(jìn)行分類并建立產(chǎn)品庫(kù)，實(shí)施分級(jí)管控。其中，通用部件對(duì)應(yīng)A、B 類產(chǎn)品，產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)變化不大，重點(diǎn)抓好技術(shù)狀態(tài)基線確定以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)品保證控制，便于實(shí)施組批投產(chǎn)。

定制部件對(duì)應(yīng)C、D 類新研產(chǎn)品（如展開臂空間軸線關(guān)節(jié)，由于型號(hào)任務(wù)對(duì)空間關(guān)節(jié)構(gòu)型、熱穩(wěn)定性的特殊要求，需要對(duì)零膨脹關(guān)節(jié)制造進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)），產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)變化較大，需要組織成立專題攻關(guān)小組，指定專門產(chǎn)品負(fù)責(zé)人，在產(chǎn)品研制的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)審把關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)走查，盡可能提前發(fā)現(xiàn)和暴露問題。

按產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)建立展開臂產(chǎn)品庫(kù)，對(duì)于C、D 類產(chǎn)品，通過地面試驗(yàn)測(cè)試（2 級(jí)成熟度），經(jīng)過在軌飛行驗(yàn)證后（3 級(jí)成熟度）在產(chǎn)品庫(kù)中將逐步轉(zhuǎn)化為A、B 類產(chǎn)品，進(jìn)而提升產(chǎn)品成熟度，不斷豐富展開臂產(chǎn)品型譜，典型通用部件產(chǎn)品庫(kù)架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 典型通用部件產(chǎn)品庫(kù)架構(gòu)示意圖

2.建立數(shù)字化項(xiàng)目管理平臺(tái)

實(shí)施多任務(wù)并行研制，需要管理數(shù)百件產(chǎn)品和數(shù)千條產(chǎn)品特征，采用傳統(tǒng)方式管理難以真實(shí)可靠地反映研制狀況。運(yùn)用產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)方法，建立覆蓋設(shè)計(jì)、加工、試驗(yàn)、測(cè)試、驗(yàn)收及項(xiàng)目管理全過程的數(shù)字化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)以設(shè)計(jì)師為中心的任務(wù)自動(dòng)推送與跟蹤；通過產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵環(huán)節(jié)的自動(dòng)把關(guān)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量全閉環(huán)管理；通過產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)的分級(jí)匯總，實(shí)現(xiàn)管理數(shù)據(jù)的全透明；通過表格化產(chǎn)品數(shù)據(jù)包管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品相關(guān)文件（照片）與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)聯(lián)，并自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)化文檔和數(shù)據(jù)包。通過數(shù)字化平臺(tái)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品全周期研制流程的信息化管控，降低了管理成本，提升了研制效率。

針對(duì)大型空間站展開臂并行研制管理，總體設(shè)計(jì)部在項(xiàng)目啟動(dòng)階段進(jìn)行全局觀多任務(wù)項(xiàng)目策劃，實(shí)現(xiàn)了人力資源共融、通用部件組批投產(chǎn)和試驗(yàn)資源共享；在項(xiàng)目規(guī)劃階段，通過雙流程歸一化，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)展開臂緊湊、有序、高效研制；在項(xiàng)目執(zhí)行、監(jiān)控和收尾過程中，通過產(chǎn)品分級(jí)管理以及數(shù)字化平臺(tái)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)產(chǎn)品全周期研制的信息化管控。通過實(shí)施上述3 項(xiàng)措施，成功完成了多個(gè)領(lǐng)域型號(hào)展開臂產(chǎn)品研制，為后續(xù)型號(hào)實(shí)施并行研制管理提供了有益參考。