航天伺服產品貨架式管理研究與實踐

◎北京精密機電控制設備研究所 余仿春 鄭湘萍 鄭繼貴 何俊 趙守軍

航天伺服產品研制沿襲了航天型號產品的研制體系，即從伺服系統、單機、單元產品到零（組）件均以型號分類進行管理，不同的型號伺服機構即便使用相同的伺服單機或單元產品，也要求按不同的產品代號分別管理。這就生產了相當數量的性能參數和技術要求相同或差異很小的“不同”產品，造成產品品種多，給生產組織和技術狀態管理增加了難度。

筆者認為，航天企業急需開展伺服產品貨架式管理研究，整合已有產品，優化產品貨架，提高產品可靠性。

一、伺服產品貨架的定義

貨架是將產品和技術按照一定的層級進行管理，以利于產品開發時共享設計成果。貨架式產品是指成熟度達到5級（含5級）以上的產品，以最小的品種規格滿足最大的使用需求。

在策劃航天伺服產品貨架方案時，考慮了以下情況：

——型號配套伺服機構作為控制系統關鍵復雜單機，其本身由單機級和單元級產品組成；

——伺服機構的組成產品已形成了完整的系列型譜；

——在滿足多種型號需求的同時，伺服組成產品的內部零（組）件具有一定的通用性；

——伺服機構作為精密機電產品，零件加工精度高、周期長，同時部分精密復雜零件在半成品狀態時具有一定的通用性；

——伺服產品設計以型號優選范圍為依據，造成選用不夠優化，增加了生產組織的難度。

因此，提出航天伺服產品貨架，共分5層，見表1。

1.基礎層

在中國運載火箭技術研究院發布的各型號用金屬材料、非金屬材料、電子元器件等優選范圍的框架內，面向伺服機構的選用需求，從優化品種的角度，形成伺服機構專用選用范圍，按基礎貨架管理。

在金屬材料方面，通過對伺服產品研制生產中各種材料的應用經驗和效果進行分析評價，北京精密機電控制設備研究所制定了所級標準——《伺服機構金屬材料選用指南》，規范了在伺服機構研制中金屬材料的選用要求、選用原則及選用范圍，包括材料的名稱、牌號、技術標準及要求，并對伺服機構使用過的近百種原材料進行精選、優化，使原材料的品種數量縮減了50%以上。這樣既便于更好地保證伺服產品的性能和可靠性，也便于原材料的集中訂貨，確保供應。

2.半成品層

將精密復雜零件用原材料事先制成一定狀態的預制件，作為半成品在伺服產品投產前加工完成入庫，在生產任務下達后，以此種預制件作為原材料投產。這樣一方面可節省數個月的生產周期，為更好地扭轉伺服產品生產短線創造條件；另一方面，以預制狀態存放可進一步釋放材料內部應力，有利于提高零件精度和穩定性，同時，可將零件的粗加工、精加工分別安排，以提高生產組織精細化水平。

半成品層的貨架式產品為毛坯預制件。研究所于2005年底發布了《零件毛坯預制件管理辦法》，規定了零件毛坯預制件的管理要求和工作程序，提出了毛坯狀態的確定原則和優先采用毛坯預制件的對象，要求毛坯預制件狀態要在對產品零件進行成組分析的基礎上，根據產品零件圖樣和工藝特點對其進行歸類，同時編制毛坯預制件清單、圖冊，明確相關批次、生產控制等管理要求。

研究所以伺服閥典型產品為牽引，形成了《伺服閥殼體預制件圖冊》，并在各型號配套伺服閥關鍵復雜零件的生產中應用且取得了良好效果，有效保證了產品的按期交付。

表1 航天伺服產品貨架層級定義

3.通用零（組）件層

針對伺服產品中大量存在的狀態相同卻因分屬不同型號而形成的圖代號不同的零（組）件、電路單元，因伺服機構的特定要求（如預防氫脆）等而形成的專用緊固件，以及型號間大量的零（組）件借用情況，研究所提出按通用零（組）件管理的思路，組建通用零（組）件貨架。

2011年，研究所制定發布了所級標準件管理要求，規定凡是有2個及以上型號共用、工藝成熟、質量穩定的通用或借用的零（組）件都要納入所級標準件，并從所級標準件的提出、制定、使用、代號編制、技術文件管理、技術狀態控制以及生產管理、質量管理、驗收等方面提出了具體要求。

在伺服專用緊固件方面，研究所于2007年開展了專項工作，在完成對各型號專用緊固件分類統計的基礎上，以運載火箭技術研究院標準《螺釘、螺栓、螺柱》為基礎，結合伺服機構的實際需求，遵循“普遍適用、批量生產、強度可靠、優先選用”的原則，制定了《伺服機構系統用緊固件圖冊》，實現了統一選材標準，統一技術條件，統一組批生產，統一質量管理。該圖冊涵蓋了研究所近20個型號伺服產品的專用緊固件，自2008年投入批產以來，明顯提高了緊固件產品的標準化程度和加工質量。

4.伺服單元產品層和伺服單機產品層

針對面向型號控制系統或復雜伺服系統配套的伺服單機型譜產品，以及面向伺服機構或伺服單機產品配套的伺服單元型譜產品，研究所通過開展產品成熟度定級和提升工作，將產品成熟度達到5級（含5級）以上的相應產品納入貨架管理，組成伺服單元產品貨架和伺服單機產品貨架。

從2010年開始，研究所對用于伺服控制、動力和測量的伺服組成產品包括單機、單元產品進行了全面清理，制定了《伺服產品代號編制規定》，明確了伺服組成產品型譜代號編制規定，形成了伺服組成產品型譜，對原有的27類271種伺服組成產品進行優化合并后，形成優選、可選、限選的產品181種，合并淘汰90種；提出在研和待研的產品93種，總計納入產品型譜的數量為274種。

二、伺服產品貨架式管理

2011年，精密機電控制設備研究所在開展伺服組成產品型譜研究的同時，開展了伺服產品貨架式管理研究，發布了《伺服產品貨架管理要求》，規范了伺服貨架式產品的提出、選用、技術狀態控制以及生產管理、質量管理等要求。

1.貨架式產品的提出

設計師系統對現有產品進行清理，若有2個及以上型號共用、工藝成熟、質量穩定的通用或借用的零（組）件，則可提出將其申請為所標件，納入第三層貨架管理；

設計師系統在設計新產品時，若在現有產品中已有工藝成熟、質量穩定的可借用的零（組）件，則可提出將其申請為所標件，納入第三層貨架管理后選用；

產品成熟度達到5級（含5級）以上的型譜產品，納入第四層或第五層貨架管理。

2.貨架式產品的選用

成立相應所標件設計師系統負責制定所標件，通過所標件審查組審查后發布實施，納入貨架管理；每2年對伺服組成產品型譜簡表進行完善和修訂；建立“貨架數據庫”，供型號選用；設計師系統在設計新產品時應根據“貨架數據庫”信息，優先選用貨架式產品。

3.貨架式產品的技術狀態控制

伺服貨架式產品一經發布，原則上不允許更改，確需更改時，由設計師編制技術狀態更改申請報告，由研究所技術狀態控制委員會、型號主任設計師、用戶方組成的審查組進行審查，通過后方可更改，并納入型號技術狀態變化統計，同時對“貨架數據庫”進行實時更新。

4.貨架式產品的生產管理

根據型號和產品需求，適時進行組批生產，開展貨架式產品投產計劃編制、備料、投產、外協、驗收和庫房管理。貨架式產品采取批次性驗收，產品圖樣和產品規范作為驗收和交付的依據，必要時請用戶方參加。

5.貨架式產品的質量管理

伺服貨架式產品按照研究所質量管理體系文件相關要求，制定質量控制措施，實施過程控制。

三、伺服產品貨架應用實踐

研究所不斷推進產品化工作，深入開展了伺服產品貨架式管理研究，并在CZ-5和CZ-7運載火箭配套伺服系統的研制以及CZ-3A系列運載火箭伺服機構定型工作中進行了應用。

1.CZ-5和CZ-7伺服系統設計

CZ-5助推級、CZ-7助推級和芯一級配套的搖擺YF-100液氧煤油發動機的4種伺服機構，由于安裝要求不同，對伺服機構的長度和行程等參數要求也不一樣。如果按傳統做法，每種不同要求均需設計一套新的伺服機構直屬件，這就會給產品生產和管理帶來不便。

為此，研究所按照伺服貨架式產品分層管理的要求，在設計之初充分貫徹產品化要求，實現最大限度地共用，對4種伺服機構進行了統籌策劃，最終實現了基于貨架式產品選用的優化設計。

——伺服單元產品層：在為4種伺服機構配套的25個伺服單元產品中，除反饋電位計因作動器行程不同而不同外，其余24個全部相同，通用率達96%，相關單元產品納入貨架管理。

——通用零（組）件層：將頭部殼體、油箱組件、蓄能器組件由各4種統一為各1種，供4種規格的伺服機構使用。經統計，每一臺伺服機構共有2191個零件（電纜、焊料等材料不計）完全相同，不同零件只有16個，通用率達99.3%，相關零（組）件納入貨架管理。

——半成品層：作動筒、活塞桿等僅有個別尺寸有差別，形成毛坯預制件，納入半成品層貨架管理。

——基礎層：金屬材料的選用按《伺服機構金屬材料選用指南》，規范了金屬材料的牌號、技術條件及熱表處理等要求。

2.CZ-3A系列配套伺服機構定型

研究所在開展CZ-3A系列配套伺服機構定型工作中，以SBB-3C柱塞泵為試點。SBB-3C柱塞泵是SBB-3系列變量柱塞泵中的典型產品，對應的系列化產品包括SBB-3、SBB-3A、SBB-3C、SBB-3D、SBB-3E、SBB-3F、SBB-3G等，用于配套CZ-3A、CZ-2C、CZ-2F、CZ-5、CZ-7等多個型號伺服機構。這些產品工作原理相同，結構組成相近，大部分零件具有通用性，產品總的相似度達到90%以上。

對CZ-3A系列伺服機構配套柱塞泵的需求分析和定型工作策劃貫徹了貨架式管理要求，從毛坯預制件、通用零（組）件、伺服單元產品3個層次上進行了優化改進。

——伺服單元產品層：通過對SBB-3系列變量柱塞泵開展型譜研究，確定以SBB-3C-0.79、SBB-3D-0.66和SBB-3E-1.26型譜產品（SBB-3C-0.79和SBB-3D-0.66為優選產品，SBB-3E-1.26為可選產品）代替原有的SBB-3系列7種產品。

——通用零（組）件層：通過貫徹伺服產品貨架式管理要求，將SBB-3C-0.79柱塞泵由原有的專用或借用零（組）件組成改進為定型狀態由45個所標結構件、2個所標緊固件和7個專用件組成，相關所標件納入貨架管理。

——半成品層：SBB-3C-0.79定型狀態形成了3個毛坯預制件，納入半成品層貨架管理。

——基礎層：SBB-3C-0.79的定型設計中金屬材料的選用按《伺服機構金屬材料選用指南》，進一步規范了金屬材料的牌號、技術條件及熱表處理等要求。

通過推進產品化工作，開展伺服產品貨架式管理的研究與應用，初步形成了伺服產品的貨架式管理及要求，并取得了初步應用成果。隨著貨架式管理方法的深入研究與應用，必將對伺服產品的設計開發模式、生產組織形式和產品質量可靠性產生深遠影響。