基于產品化的航天科研生產流程再造

◎北京跟蹤與通信技術研究所 侯芬

中國航天標準化與產品保證研究院 李寧

基于產品化的航天科研生產流程再造

◎北京跟蹤與通信技術研究所 侯芬

中國航天標準化與產品保證研究院 李寧

隨著科學技術的進步，航天裝備研制任條日益繁重，多型號、多任條并舉和小批量生產、高密度出廠發射的特點逐步顯現。同時，用戶對航天裝備的研制周期、功能特性和質量可靠性等也提出了更高的要求，主要表現為：型號數量種類越來越多、研制周期越來越短、技術難度越來越大、質量要求越來越高、壽命要求越來越長。

為應對這種趨勢，世界各主要航天裝備制造商都開展了科研生產流程優化，以NASA、SpaceX，ESA、Alcatel等為代表的機構和企業都不同程度地開展了組織結構的扁平化以及大量成熟技術和產品的選用，以縮短研制周期和供應鏈條，提高效率。筆者基于系統工程的思想對我國傳統的科研生產流程進行了再造，提出了基于產品化的航天科研生產流程，力求對我國航天科研生產能力的提升進行有力探索。

一、傳統的科研生產流程存在的問題

我國工業技術基礎薄弱，尤其是代表高新技術的航天科技工業的研制經驗缺乏，是在“十年磨一劍”的思想指導下開展型號研制，因而型號研制數量較少。在此大背景下，我國航天裝備形成了以保證大型復雜系統研制任條成功為核心目標、適用于單一型號研制的傳統科研生產模式，在保任條、保質量、保成功方面發揮了積極的作用，培養和造就了一批思想素質好、技術水平高、經驗豐富的專家和工程技術隊伍。

傳統科研生產流程如圖1所示，其流程的高度“垂直化”在新形勢下已不利于型號研制效率和質量的提高，主要表現在以下幾個方面：

1.技術狀態更改頻繁

目前預研、研制、批生產型號多，按計劃完成任條已經成為科研生產面臨的主要問題，技術狀態控制成為影響型號任條完成的最主要因素。以某型號研制為例，共下發技術通知單356份、更改單363份、涉及零件圖紙更改3500余項，零件生產任條由首次下廠的2485項增加到5804項，且存在一個部段多次更改的情況。

造成技術狀態頻繁更改的原因主要有2個方面：一方面是生產過程中出現了工藝、物資等問題，需要被動更改設計；另一方面是前期方案設計階段的研究論證不充分，埋下的隱患在生產環節才暴露出來，設計頻繁更改打亂了位于生產環節下游的生產廠所的生產節奏，使得任條進度推遲更多地表現在生產環節。

技術狀態更改頻繁的背后反映的是設計與制造協同的問題，設計制造串行，沒有能夠充分運用信息化仿真技術開展虛擬仿真，所有的問題都是到了實物制造環節才暴露出來，導致產品研制周期延長、成本增加。

技術狀態更改頻繁還反映出型號研制的產品化程度不高，仍然是“一個型號一個狀態”、“一個型號一支隊伍” 的項目式研發模式，如果能在最大程度地基于成熟貨架式產品選用基礎上開展型號設計工作，將會大大減少新研發部分的比重、大幅縮短研制周期、減少資源占用。

2.組批生產困難

航天型號發射的數量越來越多，發射密度越來越高，航天科研生產任條已經由多型號、小批量生產向高強度、規模化的組批生產轉變。為此，航天科研生產單位需要創新思維、轉變觀念，以建立通用產品型譜和貨架式產品為目標開展跨型號組批生產模式。

圖1 傳統科研生產流程示意圖

在量身定制模式下，研制與生產沒有分離，研制為主的模式沒有根本改變，很多單機還停留在實驗室出研制品的階段，一個型號一個樣式，沒有形成產業化、產品化批量生產，其工藝穩定性、產品可靠性難以保證，產品成本和研制生產周期不能降低。而國外單機產品已實現專業化、規模化發展，德國JENA公司可同時批生產上百臺高可靠的高精度星敏感器，供世界各航天公司選購。針對跨型號組批生產的特點，需要在研制、生產、應用三大方面實施全過程管理，從市場、計劃、設計、工藝、質量、產品化、技術狀態控制、生產資源、保障條件等多個方面開展工作。

3.航天型號缺少鑒定和定型管理

衛星和運載火箭型號任條均要求一次成功，科研即訂購、產品即裝備、裝備即應用。由于每個型號產品均為單獨研制生產，產品子樣少，難以做到充分驗證、持續改進、不斷完善，技術準備不是十分充分。與之相比較，飛機在投入使用前要研發多架飛機，飛行數千架次，以充分驗證方案的正確性、技術的合理性及產品的可靠性。借鑒飛機研制驗證經驗，針對航天型號研制小批量的特點，需要在低一級的產品層級上做文章，提煉出可應用于多種型號的分系統級或單機級通用產品，并在通用產品層面開展充分的試驗驗證，通過強化多型號共用的通用產品來滿足航天裝備整體高質量與高密度交付的要求。

隨著科研型向應用型的轉變，航天型號產品需要借鑒其它武器裝備研制管理經驗開展定型工作。產品定型工作的欠缺既是批量小的必然結果，也是產品技術狀態難以控制的主要原因，將定型工作納入到航天產品的研制流程中，將極大提高航天產品研制的質量和效率，為滿足戰時快速響應提供有力支持。

二、流程再造

產品化思路下的航天科研生產流程如圖2所示。

圖2 型號與產品并重的科研生產新流程

與傳統的嚴格的系統分解和系統集成研制流程相比，新的科研生產流程將在型號研制過程中加強對產品的選用與評估工作，即在滿足用戶需求的前提下，在型號經濟目標的約束下分解系統要求并制定總體集成方案，按照產品化思路大量選用成熟貨架式產品，并對新研發部分進行必要的補充設計。

總體集成方案應經過評審，一方面要對型號產品化率進行審核，另一方面要對采取產品選用之后的總體方案的可靠性進行綜合評定，以滿足型號成功與經濟收益雙要求。總裝集成過程中，總體單位要對新研發產品與貨架式產品制定差異化驗證方案，確保系統級產品的可靠性。

型號與產品并重的科研生產流程的實現途徑如下:

一是制定突出產品選用要求的設計準則。設計準則應充分體現產品選用要求，包括成熟貨架式產品選用比例與條件，使設計準則成為經濟成本約束下基于貨架式產品開展型號設計的重要補充手段。同時，推進信息化條件建設，將貨架式產品自動推送至設計人員的設計桌面，實現便捷選用。

二是建立并不斷完善產品貨架。貨架建設遵從PDCA理念，開展從規劃、實施、評估、改進的全過程螺旋式上升建設，重點建立并完善產品貨架定義、產品成熟度評估標準及規范；對現有產品按照通用化、系列化逐步梳理并完善上架；針對單機產品特點建立獨立于型號隊伍的單機產品研制隊伍，建立一套符合專業發展規律的產品研制模式。

三是強化總體設計方案評審。在依據系統要求制定總體集成方案后，應組織開展評審，在傳統評審點的基礎上增加產品選用等評審要素，對型號選用產品的充分性及必要性進行把關。

三、預期成效

一是指導型號構型統一，提升產品成熟度。

通過型號統一構型工作，使相關分系統級和單機級產品狀態得到統一，減少相關單機級產品的品種，節約了生產資源及生產周期，有助于產品可靠性子樣積累，提高產品質量與可靠性，提升產品成熟度等級，為后續高強密度發射奠定基礎。

二是指導通用產品優化設計，提升產品質量和可靠性。

通過編制相關通用產品參數技術指標規格化要求、力學環境試驗條件統一要求和熱環境試驗條件統一要求，指導系統、分系統的后續工作，規范通用產品型譜編制和參加第三方測評產品的規格要求以及對產品的基本準入要求，指導通用產品第三方測評試驗工作及滿足現階段型號對通用產品的選型工作，以保證在后續型號的通用產品選型中推廣使用。

三是指導通用產品優化設計，降低通用產品種類數量。

對通用產品進行合理壓縮，除個別規格和全新研制的規格外，型號選用的產品均為貨架產品，全新研制的規格的接口規劃滿足貨架接口規劃的統一要求，試驗驗證項目滿足統一環境條件要求，以達到減少產品規格的目的。

四是指導分系統改進，促進貨架式產品選用。

通過新的科研生產流程形成分系統架構基本型以及對單機產品的需求和接口設計，規范分系統架構下各單機產品的功能、組成、接口、冗余方式、技術指標等屬性以及新型號分系統總體設計的研制模式，約束分系統總體設計自由度，促進貨架產品選用。

五是指導通用產品研制及上貨架，促進型號選用。

通過制定一系列制度文件，規范通用產品的研制過程和文件管理等內容，通過不斷完善貨架產品，促進型號選用。

通過對傳統科研生產流程的深入分析，以更好滿足當前及未來航天裝備發展形勢和任條為目標，建立了基于產品化的型號與產品并重的航天科研生產新流程，并對新流程的實施途徑和預期效果進行了分析，以成熟通用產品系統集成為特點的新流程必將為提升型號研制效率、提高產品質量貢獻力量。