以“技術產品化”推進航天元器件產品化研制創(chuàng)新實踐

孫璐等 /中國航天電子技術研究院

元器件是航天型號研制與生產的重要通用基礎產品，多年來其研發(fā)過程一直走型號定制路線，科研生產模式為“以型號為綱、受型號任務牽引”，由于一直缺少頂層規(guī)劃，加上多型號應用環(huán)境下用戶需求不統(tǒng)一，導致產品品種規(guī)格多樣化。伴隨著航天型號高強度研制、高密度發(fā)射的新形勢，面對縱向任務要求及橫向市場競爭的雙重壓力，在“一次任務一個狀態(tài)、一個產品一個狀態(tài)”的傳統(tǒng)科研生產模式下，一些產品研制生產單位出現了不適應的現象，主要是在產業(yè)化需求下產品設計制造與質量、多樣化與效率之間出現矛盾，造成產品研制成本增加，設計效率和生產效能降低。

近年來，中國航天電子技術研究院通過開展產品化工作，規(guī)劃產品型譜，優(yōu)化產品種類和數量，保障產品質量，縮短產品研發(fā)周期，提升產業(yè)化能力。但由于型譜建設屬于自上而下、由總到分的工作機制，對于元器件產品而言其應用效果并不突出。因此，筆者立足當前元器件產品化工作的現狀和需求，將產品化系統(tǒng)性與模塊化思想向產品研發(fā)過程延伸，提出“技術產品化”的思想，探索通用、基礎層面的產品問題解決方案。

一、元器件產品化的現狀

目前，研究院元器件產品化工作主要存在以下2 個方面的問題：

一是從產品自身技術的角度看，大多數產品成功應用于多個型號并已具備相應的技術成熟度，但是由于參加在軌飛行次數有限，按照型號單機成熟度定級標準，成熟度定級很難達到5 級以上，通過產品狀態(tài)鑒定審查后升級為貨架產品。

二是受產品配套地位的影響，產品型譜化規(guī)劃與未來市場需求融合較少，導致形成的產品型譜跟不上技術發(fā)展趨勢。逐漸地，產品化成為獨立于產品研制的另外一項工作，具體產品技術研發(fā)工作照舊，各行其是。面對現階段產品種類增多、復雜程度快速增長的新情況，不同產品類似的技術問題與錯誤反復出現、反復解決，造成產品設計周期長、技術狀態(tài)管理難度越來越大。

二、技術產品化的意義

考慮到不同產品內部往往包含相同的技術單元，應引入技術產品化思想、模塊化產品技術的設計理念，將產品成熟度的概念向技術基礎層面延伸。在系列化型譜產品的基礎上，通過聚焦產品核心技術促進技術開發(fā)先行，建立模塊化產品技術體系，基于技術知識的組合和復用，達到提升產品研發(fā)效率與質量、支撐產品化的目的。技術產品化是將產品研發(fā)過程產生的核心技術，經過充分的市場調研和需求分析，加以驗證、完善并梳理形成技術模塊，提煉通用技術模塊，建立模塊化產品技術體系，支撐產品快速設計形成滿足型號任務需求的產品全過程。

技術產品化的核心在于核心技術的模塊化，設計的過程是將產品技術從產品研發(fā)過程中分離，將產品研制過程中需要用到的復雜技術分模塊進行開發(fā)，經過論證、嚴格評審和測試，最后形成穩(wěn)定可靠、可復用的通用技術模塊。產品開發(fā)就是運用這些通用技術模塊組建產品的過程，這樣產品研發(fā)難度和風險大大降低，開發(fā)周期縮短，進度可控，研發(fā)團隊可以聚焦產品設計本身，又快又好地滿足對新產品的研發(fā)需求。

三、技術產品化的實現

1.技術內涵

開展產品技術模塊化設計，需要關注產品技術開發(fā)，將產品研發(fā)過程自上而下劃歸不同的層次，一般包括平臺層、子系統(tǒng)層和技術層，如圖1 所示。

圖1 產品技術模塊化設計思路

平臺層（頂層）作為一類產品全系列各品種的集合，由滿足不同用戶定制要求和市場應用需求的不同種類特性產品系列組合構成，反映了企業(yè)產品的技術狀態(tài)；子系統(tǒng)層（平臺產品層）一般用作模塊化設計的對象層（中間層），在該層需要對企業(yè)各規(guī)格產品進行技術狀態(tài)對比、分析、整合和優(yōu)化，建立優(yōu)選產品平臺，以此規(guī)劃、分解產品實現技術和零組件組成；技術層作為技術模塊化設計的實現層（最終層），需結合產品特點制定規(guī)則，對上一層產品各功能技術進行提煉、整合和統(tǒng)型，對復用程度高的產品技術實施獨立管理，建立通用模塊。

將技術開發(fā)從產品研發(fā)中獨立出來，有助于產品研發(fā)單位重新整合已有規(guī)格化產品，形成產品資源，清晰產品應用現狀及技術發(fā)展趨勢；同時，通過對現有產品技術狀態(tài)的優(yōu)化整合，可明確本單位產品的核心技術能力。

2.內容與步驟

一是優(yōu)化產品品種，建立優(yōu)選系列產品平臺。實施產品技術模塊化分解，前提是整合產品技術狀態(tài)，優(yōu)化產品品種，建立優(yōu)選系列產品平臺，主要分為4 個步驟。

首先，充分調研當前及未來一段時間（不少于10 年）型號任務對該類產品的主要技術要求（功能性能、物理特性、性能指標、環(huán)境適應性、接口及使用時間等），預估產品的需求數量和技術參數指標；其次，對已研制的成熟產品進行狀態(tài)梳理，分析產品的類型、主要技術指標、研制及應用情況，初步確定主要技術指標相同或相近的產品；再次，與國內外同類產品進行對標分析，對比產品在功能、性能指標上的異同，綜合市場需求最大限度地合并規(guī)格重復或相近的產品，淘汰已無應用需求的產品；最后，針對產品主要功能和性能，選擇最能代表產品固有能力的主要參數作為產品特征參數（一般為3 個以上，根據重要程度進行排序），對照產品需求，結合產品特征參數對現有產品規(guī)格進行對比、分析，合并互相可以取代的產品，確定成熟及待開發(fā)產品，建立優(yōu)選系列產品平臺。

二是分離產品技術，分解同類產品技術要素。在優(yōu)選產品平臺的基礎上，將產品研發(fā)過程中的技術要素單獨提取出來，通過系統(tǒng)提煉，規(guī)劃各系列產品實現技術要求（包括用戶需求），解析產品技術參數指標，開展同類產品功能性能及技術要素分解，建立一般技術、特殊技術及專用技術。

其中，一般技術為構成產品的必須功能，即組合產品中必須包括的技術要素；特殊技術是構成產品的可能功能，是否需要視產品使用環(huán)境的具體情況而定的技術要素；專用技術是配套某個型號任務的選項，可與其他2 類模塊組合使用，構成滿足用戶需求的個性化產品技術要素。由此可見，通過提取產品研制過程技術要素，能夠弱化產品開發(fā)設計與制造串行帶來的影響，同時基于優(yōu)選產品平臺分離產品技術，在后續(xù)產品設計工作中將大大減少新研發(fā)部分的比重，縮短研制周期，減少資源占用。

三是提煉共性技術，構建模塊化產品技術體系。分解產品技術，提煉可靠、可復用的通用技術的最終目的是構建模塊化產品技術體系。對于研制生產單位而言，由于現有產品的技術狀態(tài)相對用戶需求而言比較明確，通用技術模塊的分析和提取可以從產品的一般、特殊及專用技術要素進行，對應設計、制造、裝配等環(huán)節(jié)解析出成熟度高而且可通用化、系列化的共用零部件和實現技術，區(qū)分不同應用將其模塊化，為同類產品設計借鑒積累原始數據。

新產品技術模塊的建立不同于已有產品。首先，在最初的產品方案設計階段要預測分析市場需求、產品技術變化趨勢，識別已有產品成熟技術模塊并統(tǒng)籌開展新產品模塊化設計規(guī)劃；其次，通過內化產品功能和結構需求，比對借鑒同類產品實現技術，策劃制定本產品技術實現途徑；第三，對于已有技術，主要是將技術路線、技術特性以及產品層級、設計規(guī)則等信息作為產品設計開發(fā)應用和改型的依據；第四，若無相應技術，則按已有產品技術解析步驟分解新產品技術，隨著產品成熟度的不斷提升，配套型號任務達到一定數量且技術具備一定通用性時再模塊化其設計要素；第五，將技術知識添加到通用技術模塊庫中，不斷豐富該類產品技術體系。以此循環(huán)往復，最終產品的研發(fā)就是在運用、完善和維護模塊化產品技術體系的過程，形成基于用戶需求的產品快速設計框架。

四是圖、表、碼“三位一體”，表述產品技術內涵。技術模塊的內涵即產品的設計知識，由于設計知識來源比較廣泛，涉及到產品實現的各個環(huán)節(jié)，因此為了更加清晰地展示產品設計過程信息，可將其分成3 個不同的層級。

最外層（表現層）為設計過程知識，控制設計過程分解、設計任務的規(guī)劃和子過程知識的復用；中間層（求解層）為設計規(guī)則與決策，包括各子過程設計方案的評價和決策、設計方案的修改、信息反饋等；最內層（內涵層）為通用設計知識層，包括產品設計原理、設計實例與技術文檔等。

面向產品設計過程，將每個過程分解成若干子過程，剝離與過程對應的技術模塊。采取圖、表、碼“三位一體”的方式對各模塊內包含的設計知識進行表述，分別指設計簡圖、通用技術模塊分解表、知識單元編碼，說明產品設計應用的環(huán)境和條件、產品涉及關鍵技術情況以及設計要求、技術說明以及應用型號等其他信息。

五是實施技術知識管理，支撐產品化實現及應用。為了更有效地驗證、固化和應用產品技術知識，需要對產品研制各環(huán)節(jié)建立的共性技術進行統(tǒng)一管理。通過組織專家分組界定通用技術，并對產品技術模塊知識進行嚴格論證、嚴格評審和測試，固化形成產品技術一覽表。另外，強化制度機制保障，可以利用績效管理等牽引技術模塊的使用與積累，將技術模塊的覆蓋率作為產品研發(fā)的重要考核指標，并強調在立項審查時就開始把原有技術模塊的選用率作為新產品評價的重要指標，從而在制度上梳理并充分利用已有技術資源概念，系統(tǒng)支撐產品化工作。按照知識獲取（來源）—分類—儲存—使用的流程對設計知識進行管理，模型如圖2 所示。

3.實現過程

圖2 技術知識管理模型

利用技術模塊化支撐產品化，改善了原先產品一對一配套型號由于飛行次數少導致產品成熟度無法得到有效驗證，不能適應新形勢下型號任務的需要的模式。通過規(guī)劃產品技術狀態(tài)，提煉出通用技術知識應用于多個產品、多個型號，以提升產品化能力，如圖3 所示。

三、設計方法應用與實踐

2018 年研究院通過開展專項研究，選取杭州航天電子技術有限公司的分離脫落連接器產品為試點，實踐技術產品化思想，應用產品技術模塊化設計方法，梳理了某型號電連接器全系列產品特征參數，開展產品品種優(yōu)化、提煉共性技術模塊、技術知識表達等多項研究應用工作。

1.建立產品優(yōu)選平臺

通過對該型號電連接器300余種規(guī)格進行匯總，以外形結構區(qū)分不同種類產品，完成對產品的連接結構、插合方式、分離方式、外形大小、接觸件芯數等主要技術狀態(tài)的梳理。按功能特點、應用工程、主要用途統(tǒng)計分析了37 個系列產品的型號應用、技術發(fā)展趨勢及國內外宇航、武器系統(tǒng)的使用情況，確立了6 個優(yōu)選、9 個特殊結構產品系列，覆蓋同類結構已有產品和規(guī)劃產品，產品總系列數壓縮至15 個，建立分離脫落產品優(yōu)選平臺。基于產品核心技術梳理，將現有37 個系列103 個規(guī)格的產品壓縮至73 個成熟度較高、接口匹配良好的優(yōu)選產品，壓縮率達到70.9%。

2.提煉產品通用技術

結合該型號產品特點，從產品功能（設計技術）、實現過程（工藝檢測技術）2 個方面進行功能單元拆解，分析產品應用的核心技術，提煉出共性技術，形成3 個 層 次，24 小 類、102 種產品通用技術，構建了模塊化產品技術體系。

3.固化技術知識，制修訂產品設計標準

為了便于102 項技術模塊的選用，公司研究設計了技術模塊知識卡，內容包括技術模塊的編碼、分類表、簡圖、技術說明、成熟度等信息。技術模塊知識通過圖、表、碼“三位一體”結合方式進行表達，展示單個技術模塊實現功能的技術途徑、技術分類屬性和應用情況等關鍵信息。在獲取的技術知識基礎上，對原有分離脫落產品設計規(guī)范進行整合，同時結合產品的特殊應用環(huán)境增加耐高溫系列產品、高真空系列產品等共計6 份設計選用規(guī)范、8 份零組件選用規(guī)范、40 份工藝選用規(guī)范，優(yōu)化了該類產品標準體系。

4.借鑒已有成熟產品技術，支撐產品成熟度提升并促進新品快速研發(fā)

將現有產品關鍵技術應用于新產品的總體方案設計和部分電氣性能設計過程，將原有的方案設計工作轉化為選擇設計的過程，提升了產品方案設計的效率和產品的成熟度。該元器件某型新品研制過程通過分析技術，采用上述提煉的關鍵技術數據庫，借鑒已有產品成熟技術，產品方案設計時間壓縮了40%，同時有效提升了方案設計的可靠性，減少了設計問題，提升了新研產品的技術成熟度。

5.提升產品研制生產能力

2015 年該型號產品的生產周期為125～153 天，通過零組件的型譜化研究以及產品組件化生產模式的推廣，2018 年分離脫落產品的生產周期為55～86 天，達到了生產周期小于4 個月的目標，保障了多型號不同技術狀態(tài)產品快速研發(fā)及應用需求。

杭州航天電子技術有限公司通過開展產品技術模塊化設計，利用技術線組合產品線能夠有效促進產品及技術成熟，縮短研發(fā)周期，提高研發(fā)效率。在此基礎上，進一步開展技術知識的管理，形成保持企業(yè)持久創(chuàng)新能力的模塊化產品技術體系，一方面促進新產品快速開發(fā)，另一方面為產品研制生產單位提供了認識以及不斷改進產品技術，提升產品質量的機會。在這種模式下，用戶可以將自身需求融入產品架構中，定制出符合型號應用需求的產品，研制生產單位通過分析用戶需求、產品發(fā)展趨勢孵化出新的產品和用戶選項模塊，從而形成一種良性的產品循環(huán)。