面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的實(shí)現(xiàn)途徑和管理創(chuàng)新

◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 黃誠 王端志 盧紅立 李雄魁 張東

面向產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造是現(xiàn)代航天運(yùn)載火箭和導(dǎo)彈武器結(jié)構(gòu)（彈箭體結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)發(fā)展的重要方向。“面向產(chǎn)品”就是以產(chǎn)品為核心，最大限度地實(shí)現(xiàn)同一產(chǎn)品或同一系列產(chǎn)品在不同型號上的通用，且必須關(guān)注產(chǎn)品全生命周期的所有剖面。“設(shè)計(jì)”不單是指產(chǎn)品自身的設(shè)計(jì)，也指產(chǎn)品全生命周期的設(shè)計(jì)。面向產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)是一種集成化的技術(shù)，需要體現(xiàn)系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)階段需要考慮產(chǎn)品的性能、質(zhì)量（可靠性等）、可制造性、可裝配性、可測試性、服務(wù)和價(jià)格等因素，從而對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)或再設(shè)計(jì)。

一、產(chǎn)品化思路

彈箭體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)產(chǎn)品是指彈箭體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)開發(fā)、研制或生產(chǎn)過程形成的硬件與軟件，分為子系統(tǒng)（非電傳爆子系統(tǒng)）、單機(jī)（衛(wèi)星適配器、艙段、貯箱、分離環(huán)、低沖擊分離裝置等）、組件、部件、零件等。

彈箭體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)產(chǎn)品按專業(yè)類型可分為殼段結(jié)構(gòu)、貯箱結(jié)構(gòu)、特殊功能結(jié)構(gòu)、分離結(jié)構(gòu)和火工品裝置五大類產(chǎn)品。產(chǎn)品的不同類型特點(diǎn)決定了其應(yīng)有不同的產(chǎn)品化思路。

1．殼段結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品

殼段結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品可分為大結(jié)構(gòu)類和小結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品。大結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品，如尾段、級間段、箱間段、儀器艙、整流罩等，因與型號產(chǎn)品結(jié)合緊密，配合關(guān)系復(fù)雜，在客觀上不利于實(shí)現(xiàn)成品狀態(tài)的通用化和系列化，故其產(chǎn)品化工作的重點(diǎn)應(yīng)放在優(yōu)化生產(chǎn)流程、工藝方面，形成通用性強(qiáng)的中間狀態(tài)類產(chǎn)品，以提高生產(chǎn)效率、縮短生產(chǎn)工期為目標(biāo)。

小結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品，如衛(wèi)星適配器、支架、口蓋、端框、爆炸螺栓盒、接頭、大梁等，因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、功能單一、接口明確，可對設(shè)計(jì)和工藝進(jìn)行優(yōu)化，以減少品種規(guī)格，形成批生產(chǎn)。

2．貯箱結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品

對于現(xiàn)役或在研型號的液體推進(jìn)劑貯箱，由于總體結(jié)構(gòu)、儀器電纜、增壓輸送系統(tǒng)接口等要求的約束，無論是同一型號的不同部段貯箱，還是不同型號的同一部段貯箱，其結(jié)構(gòu)類型、尺寸參數(shù)、功能元件等各方面均不盡相同。因此，就目前狀況看，對于絕大部分貯箱產(chǎn)品難以形成整體級別的產(chǎn)品化單機(jī)產(chǎn)品，其產(chǎn)品化工作的重點(diǎn)應(yīng)放在優(yōu)化生產(chǎn)流程、工藝方面，形成通用性強(qiáng)的中間狀態(tài)類產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、縮短生產(chǎn)工期為目標(biāo)。

3．分離結(jié)構(gòu)和火工品裝置類產(chǎn)品

該類產(chǎn)品可分為子系統(tǒng)（非電傳爆系統(tǒng)）、單機(jī)、組件、部件、零件，同時(shí)又存在自主設(shè)計(jì)和外包產(chǎn)品2 種類型。由于各個(gè)型號的安裝部位、終端作用類型的差異造成非電傳爆系統(tǒng)通用性較差，不易形成子系統(tǒng)級通用產(chǎn)品，但在起爆、傳爆、輸出終端等方面均可實(shí)現(xiàn)較高的技術(shù)共用。

以低沖擊分離裝置、柔性分離環(huán)為代表的分離結(jié)構(gòu)與火工裝置類產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)較小，配合關(guān)系簡單，易于實(shí)現(xiàn)“三化”，可實(shí)現(xiàn)較高水平的產(chǎn)品化。對于火工裝置類產(chǎn)品中的外包部分，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單、接口明確，應(yīng)把壓縮產(chǎn)品種類、統(tǒng)一環(huán)境條件、統(tǒng)一驗(yàn)收流程作為工作重點(diǎn)，并形成火工品產(chǎn)品優(yōu)選目錄，以達(dá)到提高批生產(chǎn)數(shù)量、優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程、提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的目標(biāo)。

二、實(shí)施途徑

基于上述討論可以認(rèn)為，彈箭體結(jié)構(gòu)實(shí)施面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的核心有以下兩個(gè)方面。

1．建立分層次的產(chǎn)品共享機(jī)制

一是共享原材料。原材料是結(jié)構(gòu)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的根本，需要嚴(yán)格控制原材料的選用。為確保原材料選用的先進(jìn)性和適應(yīng)性，應(yīng)對不同的產(chǎn)品類型規(guī)劃出相應(yīng)的原材料應(yīng)用劃代特征線。

二是共享零、組件。殼段結(jié)構(gòu)和分離裝置的部分零件均可形成共享零件，低沖擊分離裝置具有相同承載能力的分離螺母組件可以共享，舵、翼等機(jī)構(gòu)組件產(chǎn)品可根據(jù)尺寸和功能特點(diǎn)形成共享產(chǎn)品組件。

三是共享結(jié)構(gòu)部段（裝置）。針對某一特征的部段級結(jié)構(gòu)，在固化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)途徑的同時(shí)，也需要考慮技術(shù)先進(jìn)性和適應(yīng)性發(fā)展的需要。

共享單機(jī)級的結(jié)構(gòu)部段與裝置一般出現(xiàn)在同一直徑的型號序列中，如CZ-5B 火箭可直接借用CZ-5 火箭的基礎(chǔ)級；跨直徑或主要技術(shù)特征不同的型號很難實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)部段的單機(jī)級共享。

2．建立基于產(chǎn)品平臺(tái)的異步研發(fā)模式

從技術(shù)上講，實(shí)現(xiàn)面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的途徑是建立異步研發(fā)模式，如圖1 所示。

異步研發(fā)模式是以產(chǎn)品平臺(tái)為基礎(chǔ)的一種平臺(tái)化研發(fā)模式，核心是基于產(chǎn)品平臺(tái)進(jìn)行分層次、分時(shí)段的研發(fā)。執(zhí)行異步研發(fā)模式的要點(diǎn)包括：提前進(jìn)行平臺(tái)技術(shù)、模塊或組件、子系統(tǒng)的研發(fā)，并建立各層級共享產(chǎn)品的復(fù)用機(jī)制，最終型號產(chǎn)品能夠在已有平臺(tái)和成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上快速研發(fā)，并保證質(zhì)量。

基于產(chǎn)品平臺(tái)的異步研發(fā)模式對新領(lǐng)域重大型號研制非常關(guān)鍵，以大直徑火箭箭體結(jié)構(gòu)研制為例，在型號正式立項(xiàng)前，需要組織重大產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，對大直徑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行研究，確立設(shè)計(jì)、工藝、試驗(yàn)方法；在此基礎(chǔ)上研究確立大直徑箭體結(jié)構(gòu)產(chǎn)品平臺(tái)；通過大直徑產(chǎn)品平臺(tái)的確立，建立新型原材料、結(jié)構(gòu)零件、結(jié)構(gòu)組件、結(jié)構(gòu)部段等多層次共享產(chǎn)品以及新型制造平臺(tái)（立式制造與裝配平臺(tái)）和試驗(yàn)平臺(tái)等通用基礎(chǔ)設(shè)施。

圖1 結(jié)構(gòu)產(chǎn)品異步研發(fā)流程

三、管理創(chuàng)新

1．組織模式變化

北京宇航系統(tǒng)工程研究所落實(shí)中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院“產(chǎn)品重組、流程重組、人員重組”的要點(diǎn)在于：在一個(gè)工程組內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)“技術(shù)平臺(tái)與產(chǎn)品平臺(tái)開發(fā)”和“平臺(tái)產(chǎn)品與型號產(chǎn)品研制”，并采用有效機(jī)制形成型號項(xiàng)目隊(duì)伍與產(chǎn)品隊(duì)伍的密切結(jié)合。

2．知識(shí)管理平臺(tái)建設(shè)

產(chǎn)品化工作的核心內(nèi)容是基于共享，既有技術(shù)、知識(shí)層面的共享，又有產(chǎn)品層面的共享。為實(shí)現(xiàn)共享，知識(shí)管理平臺(tái)是有效的手段和工具，如圖2 所示。該平臺(tái)可以用于管理設(shè)計(jì)技術(shù)、軟件、模板、各類數(shù)據(jù)（原材料、產(chǎn)品、試驗(yàn)等）、質(zhì)量信息等。

3．?dāng)?shù)字化平臺(tái)建設(shè)

圖2 彈箭體結(jié)構(gòu)知識(shí)庫與設(shè)計(jì)工具族建設(shè)思路

參考現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)件模型庫建設(shè)數(shù)字化的虛擬產(chǎn)品樣機(jī)庫。典型產(chǎn)品（零、部、組件和單機(jī)等）均由參數(shù)驅(qū)動(dòng)，不同的參數(shù)可以生成產(chǎn)品族中不同規(guī)格及型號的特定產(chǎn)品。產(chǎn)品信息包含質(zhì)量、質(zhì)心、材料、工藝、成本、制造周期、質(zhì)量履歷（歸零信息、改進(jìn)歷史）等。該平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享，總體設(shè)計(jì)人員可以選用產(chǎn)品的輕量化模型，單機(jī)設(shè)計(jì)人員可以調(diào)用產(chǎn)品用于型號，仿真、分析設(shè)計(jì)人員可以從中獲得用于分析的模型。

4．信息化平臺(tái)建設(shè)

應(yīng)建立自原材料起至零件、單機(jī)產(chǎn)品的全流程信息管控手段。原材料自進(jìn)入物流系統(tǒng)起，其數(shù)據(jù)與物料之間通過二維碼建立聯(lián)系。物料進(jìn)入制造環(huán)節(jié)后，信息傳遞、合并到零件上，零件的二維碼最終匯入單發(fā)彈、箭產(chǎn)品的二維碼信息。信息化平臺(tái)向產(chǎn)品相關(guān)人員（設(shè)計(jì)、調(diào)度、質(zhì)量等）開放數(shù)據(jù)接口，可以像跟蹤快遞產(chǎn)品的流程一樣，實(shí)時(shí)查詢產(chǎn)品的流轉(zhuǎn)狀態(tài)，既有利于質(zhì)量信息的追溯，又有利于進(jìn)度管理。

為實(shí)現(xiàn)航天產(chǎn)品從型號定制類向產(chǎn)品化、市場化、成熟化發(fā)展，快速制造高質(zhì)量、有競爭力的產(chǎn)品，彈箭體結(jié)構(gòu)實(shí)施面向產(chǎn)品的設(shè)計(jì)已勢在必行。但產(chǎn)品化需要對現(xiàn)行航天科研生產(chǎn)體系進(jìn)行深刻改革，甚至是根本性的變革。因此，需要不斷探索面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的實(shí)施途徑和管理創(chuàng)新。▲