曹魏、張劍、田曉旸、韓威、朱長軍 /中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院

重復(fù)使用運(yùn)載器技術(shù)是世界航天大國關(guān)注的重點(diǎn)，代表了航天技術(shù)的未來發(fā)展方向，美國、歐洲等國家和地區(qū)多年來投入巨資開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，并實(shí)現(xiàn)多次飛行驗(yàn)證，太空探索技術(shù)公司發(fā)展的獵鷹—9 火箭已實(shí)現(xiàn)上百次飛行驗(yàn)證，并實(shí)現(xiàn)單枚火箭多次重復(fù)使用，極大地降低了有效載荷發(fā)射成本。發(fā)展快速、廉價、可多次重復(fù)使用的航天運(yùn)輸運(yùn)載器，是我國航天事業(yè)發(fā)展目標(biāo)之一。

某項目研制的可重復(fù)使用運(yùn)載器，集傳統(tǒng)運(yùn)載火箭技術(shù)與常規(guī)運(yùn)載器技術(shù)于一身，運(yùn)載器研制面臨技術(shù)創(chuàng)新性強(qiáng)、研究內(nèi)容多、研制難度大、經(jīng)費(fèi)緊張等情況。按照傳統(tǒng)研制方法，需要大量試驗(yàn)件進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，存在生產(chǎn)產(chǎn)品多、費(fèi)用高、研制周期長等問題。因此必須尋找創(chuàng)新性的技術(shù)途徑,才能在有限的研制經(jīng)費(fèi)條件下，高效率、高質(zhì)量完成研制工作內(nèi)容，最終實(shí)現(xiàn)研制目標(biāo)。

一、總體思路

為按時、優(yōu)質(zhì)、高效完成項目全周期研制工作，項目團(tuán)隊創(chuàng)新航天研制模式，采用精細(xì)化管理方法，優(yōu)化流程，降低成本。通過全面實(shí)行項目制管理流程，從研制到飛行試驗(yàn)開展全周期成本核算、精細(xì)化控制，實(shí)現(xiàn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)一體化；充分利用三維在線協(xié)同等先進(jìn)設(shè)計理念和手段，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計，加快產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)程，保證產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量；設(shè)計之初使工藝介入，集中討論材料選擇、工藝方法、工具工裝使用和檢驗(yàn)檢測等，從而確保產(chǎn)品設(shè)計與工藝流程、制造過程協(xié)調(diào)統(tǒng)一，提高面向產(chǎn)品的設(shè)計；貫徹簡潔化設(shè)計思想，從設(shè)計源頭加強(qiáng)成本控制，創(chuàng)新實(shí)踐、競爭擇優(yōu)，做到產(chǎn)品可靠、進(jìn)度可控、成本最優(yōu)。

二、實(shí)施方案

1.成立項目團(tuán)隊，實(shí)施項目制管理

明確以項目經(jīng)理、項目技術(shù)經(jīng)理為核心的組織管理模式，項目經(jīng)理全面負(fù)責(zé)，確保項目技術(shù)可行、經(jīng)費(fèi)和計劃協(xié)調(diào)；技術(shù)經(jīng)理對技術(shù)負(fù)責(zé)，確保方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)一體化；核心管理層之下成立項目管理辦公室，在核心管理層的領(lǐng)導(dǎo)下，由計劃經(jīng)理牽頭，負(fù)責(zé)項目經(jīng)費(fèi)、計劃、調(diào)度、質(zhì)量、安全和保密等工作實(shí)施；任命核心專業(yè)技術(shù)副經(jīng)理、主任設(shè)計師和副主任設(shè)計師，負(fù)責(zé)項目產(chǎn)品的總體方案、系統(tǒng)、單機(jī)和零件等設(shè)計工作，配合承研承制單位開展項目產(chǎn)品的研制生產(chǎn)。

為保證項目研制工作高質(zhì)量高效率實(shí)行,項目確定了“嚴(yán)、慎、細(xì)、實(shí)”的團(tuán)隊文化，統(tǒng)一思想，提升凝聚力；制定項目管理的章程，使項目管理與研制目標(biāo)緊密聯(lián)系起來, 從而實(shí)現(xiàn)高效的項目管理；采用績效考核制度，鼓勵團(tuán)隊成員發(fā)揮主觀能動性，實(shí)現(xiàn)工作效率最大化；編制全周期全要素研制工作策劃，確定項目總體方案、產(chǎn)品配套、經(jīng)費(fèi)概算、研制工作計劃、質(zhì)量管理要求、地面試驗(yàn)規(guī)劃、技術(shù)風(fēng)險及應(yīng)對措施、標(biāo)準(zhǔn)化及知識產(chǎn)權(quán)等工作內(nèi)容，為型號產(chǎn)品全流程研制明確總體工作目標(biāo)。

2.協(xié)同創(chuàng)新，組建跨航空航天領(lǐng)域的集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊（IPT）

在項目產(chǎn)品設(shè)計階段，組建由總承包商、分包商、供應(yīng)商的設(shè)計、工藝、制造、試驗(yàn)等專業(yè)人員構(gòu)成的集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊，通過總體與分系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計與工藝工裝設(shè)計、產(chǎn)品生產(chǎn)與試驗(yàn)準(zhǔn)備并行的方式，快速高效完成方案設(shè)計、產(chǎn)品出圖和生產(chǎn)試驗(yàn)準(zhǔn)備等工作。在概念論證階段，通過組建總體布局與數(shù)字化裝配IPT，開展聯(lián)合攻關(guān)解決分系統(tǒng)眾多、接口關(guān)系復(fù)雜、運(yùn)載器空間緊湊、設(shè)備間干涉嚴(yán)重等問題，快速推進(jìn)方案論證；在樣機(jī)研制階段，通過組建結(jié)構(gòu)、熱防護(hù)系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計與出圖IPT，提高設(shè)計迭代效率，縮短研制周期，為產(chǎn)品研制奠定基礎(chǔ)。

（1）建立“小核心、大協(xié)作”的微團(tuán)隊，實(shí)現(xiàn)高效決策快速響應(yīng)

在IPT 內(nèi)部由核心技術(shù)人員組成集成產(chǎn)品決策組，負(fù)責(zé)產(chǎn)品設(shè)計實(shí)施過程中技術(shù)問題的協(xié)調(diào)和決策。決策組下設(shè)總體、結(jié)構(gòu)、電氣、動力等設(shè)計小組，由產(chǎn)品決策組組員擔(dān)任各個小組的負(fù)責(zé)人，成員包含產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員，進(jìn)行小組內(nèi)技術(shù)協(xié)同和計劃進(jìn)度管控，打破專業(yè)和單位“壁壘”，實(shí)現(xiàn)從宏觀到細(xì)節(jié)、由外部到內(nèi)部的跨專業(yè)跨單位接口協(xié)調(diào)。

（2）實(shí)行基于IPT 的全三維在線協(xié)同設(shè)計，提速度、降成本

建立項目級協(xié)同設(shè)計環(huán)節(jié)進(jìn)行全運(yùn)載器產(chǎn)品設(shè)計，確保三維數(shù)模的數(shù)據(jù)唯一性，通過模型質(zhì)量檢查單、三維模型檢查會簽單、工程數(shù)據(jù)發(fā)放單等，實(shí)現(xiàn)對三維數(shù)模質(zhì)量及狀態(tài)的管控?；诮y(tǒng)一的三維模型集成定義實(shí)現(xiàn)了數(shù)同源、變同知，確保三維設(shè)計模式下技術(shù)狀態(tài)變化可控，避免技術(shù)狀態(tài)不一致造成的低層次質(zhì)量問題，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計技術(shù)、質(zhì)量管理工具、全壽命周期技術(shù)狀態(tài)管控緊密結(jié)合。

（3）強(qiáng)化閉環(huán)管理，采用“紅綠燈”實(shí)現(xiàn)計劃動態(tài)反饋

根據(jù)項目研制目標(biāo)，識別里程碑節(jié)點(diǎn)并分解詳細(xì)工作計劃，采取“紅綠燈計劃控制”動態(tài)管理的方式，建立科研生產(chǎn)工作綜合協(xié)調(diào)長效機(jī)制，定期收集各項研制工作進(jìn)展情況，及時發(fā)現(xiàn)異常問題。通過設(shè)計小組內(nèi)部協(xié)調(diào)會、決策小組例會、專題會等方式，討論研制過程中出現(xiàn)的相關(guān)問題，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)資源，制定解決方案。

根據(jù)項目研制目標(biāo)，識別里程碑節(jié)點(diǎn)并分解詳細(xì)工作計劃，采取“紅綠燈計劃控制”動態(tài)管理的方式，建立科研生產(chǎn)工作綜合協(xié)調(diào)長效機(jī)制，定期收集各項研制工作進(jìn)展情況，及時發(fā)現(xiàn)異常問題。通過設(shè)計小組內(nèi)部協(xié)調(diào)會、決策小組例會、專題會等方式，討論研制過程中出現(xiàn)的相關(guān)問題，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)資源，制定解決方案。

3.強(qiáng)基固本，貫徹簡潔化設(shè)計思想

（1）采用考慮耦合效應(yīng)的總體小回路精細(xì)化流程，確?？傮w方案閉環(huán)

項目總體設(shè)計多源參數(shù)間相互制約，面對稱運(yùn)載器氣動布局與控制能力緊密關(guān)聯(lián)，耦合效應(yīng)更加復(fù)雜。為提高設(shè)計效率、提升總體性能，在運(yùn)載器方案設(shè)計的前期階段就引入耦合的設(shè)計理念，結(jié)合耦合效應(yīng)影響，將耦合機(jī)理、失穩(wěn)判據(jù)、耦合控制融入多專業(yè)設(shè)計，提出了考慮耦合效應(yīng)的總體設(shè)計流程，快速獲得了飛行穩(wěn)定性較優(yōu)、操縱效能需求較低的運(yùn)載器總體方案，從而提升運(yùn)載器總體性能與設(shè)計質(zhì)量。

（2）采用一體化供配電技術(shù)方案，降低項目研制成本

供配電系統(tǒng)方案設(shè)計階段，打破了傳統(tǒng)的分散供配電和測發(fā)控模式與分工，全運(yùn)載器采用統(tǒng)一供配電技術(shù)和一體化測發(fā)控模式，減少器上產(chǎn)品配套和器地接口，優(yōu)化和整合地面測發(fā)控設(shè)備資源，采用通用自動化、一體化、成熟的測發(fā)控軟件架構(gòu)，降低項目成本，提高試驗(yàn)效率。

（3）制定新方法，破解無標(biāo)準(zhǔn)、不可檢難題

運(yùn)載器熱防護(hù)系統(tǒng)迎風(fēng)面、背風(fēng)面及尾端面由近2000 件防隔熱產(chǎn)品組成，通過粘接裝配在運(yùn)載器外表面，粘接質(zhì)量及可靠性直接影響飛行成敗?，F(xiàn)階段防隔熱產(chǎn)品粘接質(zhì)量評價，存在無標(biāo)準(zhǔn)、不可檢、無損檢測不成熟等技術(shù)難題。項目團(tuán)隊成立專題小組，制定防隔熱產(chǎn)品粘接工藝參數(shù)及流程優(yōu)化試驗(yàn)研究方案并實(shí)施，建立工藝參數(shù)與粘接強(qiáng)度的對應(yīng)關(guān)系，固化粘接工藝參數(shù)，開展部件粘接裝配試驗(yàn)及粘接質(zhì)量評價，驗(yàn)證粘接工藝可行性和可靠性；在此基礎(chǔ)上，制定操作工藝規(guī)程、質(zhì)量控制方法與指導(dǎo)手冊，固化粘接工藝流程及工藝保障方法，確保防隔熱產(chǎn)品粘接裝配質(zhì)量的一致性。

4.源頭控制，精簡設(shè)計要求，精簡產(chǎn)品配套

針對模態(tài)、靜力、實(shí)物模裝等大型地面試驗(yàn)，在滿足試驗(yàn)充分性和測試覆蓋性的前提下，通過試驗(yàn)?zāi)M仿真分析，精簡設(shè)計要求，精細(xì)化試驗(yàn)方案設(shè)計，實(shí)現(xiàn)工況最少化、流程最優(yōu)化，將原計劃6 項力學(xué)類地面試驗(yàn)使用的2 架地面試驗(yàn)樣機(jī)減少為1 架，在滿足整體計劃的前提下，探索建立一條該類運(yùn)載器力學(xué)類試驗(yàn)新方法，節(jié)約大量研制經(jīng)費(fèi)。

針對部組件級地面試驗(yàn)，在試驗(yàn)設(shè)計之初統(tǒng)籌兼顧多項試驗(yàn)接口和測量需求，通過仿真預(yù)示、模擬分析等手段分析試驗(yàn)件損傷情況，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)先安排試驗(yàn)把握性強(qiáng)、環(huán)境條件較好的試驗(yàn)，靠后安排損傷風(fēng)險高的試驗(yàn)，確保一件試驗(yàn)件能夠參加預(yù)設(shè)的所有項目，且不影響試驗(yàn)結(jié)果。針對某熱防護(hù)產(chǎn)品需要開展燃?xì)饬黠L(fēng)洞考核試驗(yàn)、噪聲試驗(yàn)、振動試驗(yàn)需求，根據(jù)三個試驗(yàn)具體要求，從考核充分性、覆蓋性出發(fā)，通過仿真分析等手段，最終得出按照噪聲、振動、風(fēng)洞順序開展試驗(yàn)方案。

5.選用成熟貨架產(chǎn)品，替代定制化生產(chǎn)

項目的研制經(jīng)費(fèi)和周期緊張，而新產(chǎn)品研制周期長、成本高，使用過多的新產(chǎn)品無法滿足項目進(jìn)度和經(jīng)費(fèi)要求。選用成熟貨架產(chǎn)品是縮短研制周期、降低項目成本的有效途徑之一。項目團(tuán)隊按專業(yè)全面分析產(chǎn)品研制需求，充分調(diào)研市場上成熟產(chǎn)品，通過對產(chǎn)品功能和性能分析，最終形成貨架采購產(chǎn)品清單。

本項目研制的運(yùn)載器，多數(shù)系統(tǒng)功能和性能與傳統(tǒng)火箭產(chǎn)品一致，在設(shè)計之初就確定了借用其他型號專用產(chǎn)品的思路。根據(jù)產(chǎn)品功能和性能需求分析，明確了可借用的專用產(chǎn)品狀態(tài)。通過與生產(chǎn)單位協(xié)商，制定了借用產(chǎn)品與其他型號產(chǎn)品組批生產(chǎn)的方案，節(jié)省了產(chǎn)品新研帶來的周期和經(jīng)費(fèi)問題，也減少了單獨(dú)組批生產(chǎn)帶來的成本。

6.競爭擇優(yōu)，招標(biāo)采購降低成本

為保證飛行試驗(yàn)過程中發(fā)動機(jī)的正常工作，項目團(tuán)隊需開展地面加注、供配氣系統(tǒng)的研制并完成相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，參照其他型號工程經(jīng)驗(yàn)，需要三套地面加注供氣設(shè)備，以滿足項目全周期使用需求。

項目團(tuán)隊采用可靠性高、安全性高、維修性好、經(jīng)濟(jì)性好的設(shè)計原則，貫徹通用化、系列化、組合化的“三化”設(shè)計思想，針對一套地面加注供氣設(shè)備在不同地點(diǎn)多次使用的需求，創(chuàng)新性地提出了基于模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計思路，通過招標(biāo)方式從多家單位中優(yōu)選滿足設(shè)計要求、成本最低的廠家，研制一種移動式撬裝裝置，具備整撬轉(zhuǎn)移、就地固定、外線連接、集中使用的功能，實(shí)現(xiàn)一套地面設(shè)備兼顧不同地面多次使用的需求。

7.精益管理，提質(zhì)增效

（1）分級管理，提高項目團(tuán)隊主動能動性

項目團(tuán)隊實(shí)施“兩總”負(fù)責(zé)制，為縮短管理環(huán)節(jié)，提高管理效率，按專業(yè)設(shè)置負(fù)責(zé)人，實(shí)施績效激勵制度，全權(quán)負(fù)責(zé)相關(guān)業(yè)務(wù)技術(shù)、計劃和進(jìn)度管理，對上，各負(fù)責(zé)人在關(guān)鍵問題和重大節(jié)點(diǎn)向項目領(lǐng)導(dǎo)作專題匯報；對下，各負(fù)責(zé)人牽頭組織技術(shù)協(xié)調(diào)、問題決策和進(jìn)度掌控。

（2）加強(qiáng)過程管控，設(shè)計深入一線跟產(chǎn)跟試

由于產(chǎn)品配套和試驗(yàn)單位多、分布廣，項目團(tuán)隊提出“眼見為實(shí)提能力、現(xiàn)場跟產(chǎn)督進(jìn)度”的工作要求。各專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計員不限形式定期了解產(chǎn)品研制生產(chǎn)情況，定期赴生產(chǎn)現(xiàn)場，學(xué)習(xí)了解產(chǎn)品生產(chǎn)和試驗(yàn)過程，協(xié)調(diào)解決問題，向上報送進(jìn)展情況及存在的問題。

（3）精細(xì)化靶場流程，加強(qiáng)過程管控

運(yùn)載器系統(tǒng)組成復(fù)雜，任務(wù)剖面創(chuàng)新性強(qiáng)，通過精細(xì)化流程設(shè)計與時序動作的分析確認(rèn)，確保事件鏈完整、動作鏈精準(zhǔn)、時序動作執(zhí)行到位。

以提升靶場發(fā)射任務(wù)質(zhì)量管控水平，確保圓滿完成任務(wù)為目標(biāo)，通過事件鏈和動作鏈分析，從過程、崗位和資源3 個維度，完成靶場工作精細(xì)化流程設(shè)計，各專業(yè)、各單位按分工負(fù)責(zé)，將靶場工作從計劃、質(zhì)量、調(diào)度等方面細(xì)化，形成了靶場詳細(xì)工作計劃、隊員入場工作計劃、各崗位作業(yè)指導(dǎo)書等文件，用于指導(dǎo)發(fā)射場具體工作。

大量發(fā)射實(shí)踐證明，基于C-PAD 的靶場流程精細(xì)化管理可以加強(qiáng)靶場現(xiàn)場工作信息化管理和過程管控，是靶場現(xiàn)場精細(xì)化管理工作的有效手段。試驗(yàn)隊采用基于C-PAD 的靶場管理模式，使用C-PAD 作為介質(zhì)指導(dǎo)操作、記錄數(shù)據(jù)和簽字確認(rèn)，定時上傳數(shù)據(jù)，生成報表供相關(guān)人員分析和審閱。通過C-PAD靶場管理模式，進(jìn)一步規(guī)范試驗(yàn)隊靶場現(xiàn)場管理，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場文件電子化，過程數(shù)據(jù)及時錄入和快速查詢，極大地提高了工作效率。

三、實(shí)施效果

按照上述方法，項目團(tuán)隊實(shí)現(xiàn)了面向成本最優(yōu)的精細(xì)化管理，使用有限的研制經(jīng)費(fèi)按項目工作計劃攻克了七大類關(guān)鍵技術(shù)，完成了兩架樣機(jī)的研制，通過了以靜力試驗(yàn)為代表的大型地面試驗(yàn)和系統(tǒng)級試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了靶場器上產(chǎn)品零故障，取得了使用同一架樣機(jī)完成兩次飛行試驗(yàn)任務(wù)的圓滿成功，為航天運(yùn)輸系統(tǒng)由一次性跨越到重復(fù)使用奠定堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

經(jīng)過面向成本最優(yōu)周期最短的精細(xì)化管理體系探索與實(shí)踐，項目團(tuán)隊建立并實(shí)施以技術(shù)經(jīng)濟(jì)一體化為導(dǎo)向的精益管理流程，探索實(shí)踐一種集成化產(chǎn)品開發(fā)管理辦法和制度，顯著縮短了產(chǎn)品研制周期，降低了研制成本，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，取得了顯著成果，該成果可推廣應(yīng)用到周期緊、經(jīng)費(fèi)有限的同類項目研制。