基于航天產品工程理論的產品化管理模式思考與實踐

劉克承、李雅娟、劉福鵬、許磊、肖強 /蘭州空間技術物理研究所

“十三五”以來，隨著以第二代衛星導航系統為標志的一系列國家重大專項的逐步實施，航天器從傳統的單一型號立項、研制到平臺通用化、單機產品化，甚至基礎產品全面實現采購制的轉變。中國空間技術研究院從2005年率先開展產品化試點，2008年中國航天科技集團有限公司以衛星公用平臺、運載火箭、關鍵通用單機為對象，圍繞產品型譜、產品成熟度、生產線建設、產品數據包等要素，開展了產品化制度體系建設、工作體系建設、標準體系建設、產品體系與卓越過程建設、產品化技術與信息基礎保障體系建設。

蘭州空間技術物理研究所依據航天科技集團、研究院和廠所專業技術發展規劃的要求，從2006年開展通用產品型譜建設，貯箱、氣瓶、二次電源等通用產品率先開展產品化實踐。筆者結合宇航產品開發與管理實踐活動，討論宇航產品工程指導產品化的具體方法和實施路線，提出明晰廠所專業技術與產品化之間的聯系，規范宇航產品開發工程活動要素的意義，以及從表征產品本征屬性的指標體系出發開展產品研發活動，為深化開展產品化實踐提供了思路。

一、新時期型號系統工程宇航產品管理面臨的問題

傳統的型號系統工程完全是由型號牽引的，由總體目標逐級分解到系統、分系統、單機，直至底層基礎產品，在單一型號或者重大研發項目中符合總體目標大于一切的訴求。但是在多型號并舉和平臺研制技術難度、復雜度提升的新形勢下，在資源不能無限擴充、研制周期壓縮而可靠性不能降低的要求下，單一依靠傳統的型號系統工程管理已不能適應航天技術快速發展的要求，應該深化航天產品工程理論，從產品本征屬性和型號需求2個維度實施產品開發管理活動。

《航天產品工程》從工程技術角度描述航天產品工程為：“對航天產品開發、生產、質量管理、產品定型和應用等過程進行優化，以滿足小子樣研制條件下產品高性能、高可靠、高質量要求的綜合性工程技術”?！逗教炱鳟a品體系術語》從產品開發程序角度定義“產品化”，是指“按可重復生產的要求對產品進行研發、研制和定型等過程的總稱”，而“產品體系”是指“將所有預研、在研及待研的產品，經過分類、建立型譜、形成定型產品的有序集合”。航天產品固然有其應用環境的特殊性，但不會脫離現代工業產品的本質屬性，傳統的型號系統工程管理在產品開發管理活動中容易產生以下主要問題：

一是模糊了工程產品開發與新技術研發的界限，將兩者不可逾越的階段混雜。

產品是技術的載體與物質表現，技術是產品的物理內涵與實現基礎。從最終工程應用角度出發，新技術研發關注的是技術成熟度，工程產品開發關注的是制造成熟度，技術成熟度與制造成熟度兩者緊密相關、不可分割，在產品開發技術流程中，兩者從時間點上介入的時機不同。

NASA在2003年頒布了《技術成熟度評估手冊》，將技術成熟度劃分為9級，其中技術成熟度達到4級的標志是形成了原理性樣機產品，技術成熟度達到8級的標志是形成了具備在真實環境下應用的飛行產品。2009年美國國防部頒布了《制造成熟度評估手冊》，將制造成熟度分成10級，其中制造成熟度達到4級的標志是“生產技術能力和生產風險在實驗室環境下已確認”，制造成熟度達到8級的標志是“具備小批量的生產能力”。

從單一型號研制來說，顯然兩者在時間維度上有一個時間差，這個時間差可能大到遠遠不能滿足型號研制周期所允許的偏差。因為技術驗證除“理論技術”本身之外，還要有“工程技術”和“產品技術”的驗證，而“理論技術”依托具體產品進行驗證是一個反復迭代的過程，需要等“理論技術”驗證確認完畢，才能確認依托的產品模型狀態，才能最終完成這個模型的“工程技術”和“產品技術”驗證。

二是過于強化宇航型號研制歷程與產品研發之間的同步管理。

《航天產品工程》中所描述的以集成應用為主的航天產品開發“V”字模型，是從單一用戶使用需求為起點，從理解并分解技術要求（分解過程）到按分解的技術要求研制單機、集成產品（集成過程），并最終完成集成驗證。通過嚴格技術狀態管理和基線管理，達到工程總目標可控的目的。

“V”字模型符合系統工程一般性研制規律，但是在工程技術基礎程度不同的型號、型號中不同層級產品工程技術基礎程度不同、裝備型的型號同時研制等情況下，不能簡單地重復“V”字模型，應該研制與采購并舉，全局驗證與局部驗證統籌策劃，實物驗證與虛擬驗證兼行。

例如，某型號要經歷完整的模樣、電性、鑒定和正樣的研制階段，但是某分系統屬于非首次研制，不必經歷完整的研制階段?；蛘吣硢螜C屬于成熟通用產品，但由于要配套首次研制的分系統，可以考慮選用具有同樣功能的工業產品，在滿足分系統功能的基礎上縮短研制周期，以降低研制成本。

三是對面向產品本征屬性和用戶需求屬性之間的對立統一關系缺乏清晰的認識。

產品最初來源于需求，尤其是宇航產品，但最終將不僅僅依存于需求而是以自我為主引導需求。研制類的宇航產品強調客戶需求屬性，通用產品強調產品本征屬性，但是兩者并非是完全對立、非此即彼或者完全相互兼容的關系。

用戶也許對使用的分析不到位，可能所提出的使用需求并不能完全涵蓋最終產品經歷的使用環境，這就需要產品開發者從產品本征屬性角度提示用戶，以便指導用戶很好地使用產品；產品開發者或許對產品本征屬性的分析不夠深入，可能設計時未能關注由于用戶使用反制產品應有的特性，這就需要用戶從使用的客觀環境角度提示開發者產品所應具有的本征屬性，以便全面設計產品。

單機層面的設計是基于元器件等基礎產品進行的，對基礎產品的反制要求相對會少一些，會基于基礎產品的本征屬性開展產品設計，進而實現單機產品的用戶需求；但是產品的層級越高，越強調本級產品的使用屬性，而忽視了下級產品的本征屬性，甚至反制要求會超出下級產品的本征屬性范疇，導致基礎產品不基礎、本征屬性不固化，無法形成貨架產品。

四是不重視航天產品固有的商業屬性。

航天產品的特殊性在于，外太空環境的不同使得外太空的探索研究應用有別于地面環境。與傳統工業相比，產品規模很小且交付周期長。由于其不可維修的特性，使得對產品固有的可靠性要求高。同樣，鑒于其不可維修的特性，系統冗余是提升可靠性必不可少的要求之一。

不能忽視航天產品不脫離一般產品的商業屬性，即航天產品也要考慮占有率、周轉率、合同履約、成本、利潤等。應該結合商業要素統籌關注和權衡包括可靠性、維修性、保障性、安全性、測試性以及環境適用性在內的“六性”，以及商業模式下契約的嚴肅性，即產品按期交付、合同款按月兌付。另外，隨著宇航裝備性及小批量特點的出現，產品批次之間的一致性、成品率（過程）等也要引入到產品管理過程中。

五是忽視了組織發展與個人發展之間相輔相成、相得益彰的紐帶關系。

組織的發展離不開個體的貢獻，產品研發既依賴于組織提供的平臺，也依賴個體智慧的發揮。產品開發研制成功的標志是輸出一系列文件、圖紙、數據、量化的工藝參數、工序、流程等，以及存在于設計師、制造者腦海中的經驗。

成熟的設計師、制造者要充分利用組織平臺提供的實驗室、計算平臺、仿真平臺、標準、規范、準則、指南、調研文獻、規定、要求等硬件及軟件資源，組織不但要不斷加強硬件設施的投入，也要不斷積累、總結智力成果，形成便捷利用的共享資源，提高從業人員的業務素質，不因人員的新老交替、流動而影響組織的業務水平。

同時，應規范技術創新活動和產品開發活動。技術創新活動要在充分調研的基礎上，借鑒和倚重組織發展歷史的積淀與傳承；工程產品開發要有規范化的開發流程、開發策略和開發成果判據，即圍繞組織產品型譜規劃建設，做到“事事有依據、事事按依據”。

二、面向產品管理的產品化工作實踐

1.專業化分工是面向產品管理的基礎

依據研究所專業技術發展規劃，從技術維度和產品維度2個方面進行分析，以與產品相近的專業技術支撐為劃分原則，并盡量以學科類別為依據；以與產品相關性緊密程度為劃分共性技術的原則；以技術、產品、資源最優配置為原則建立產品分類的統屬關系。以研究所為例，將其產品歸納定義為6大類，主要相關產品的專業技術見表1。

表1 單機（部組件）產品專業技術

以專業技術劃分產品分類的意義是：一是明晰專業技術與產品之間的關系，按產品特性分類，可以使歸攏產品背后支撐的專業技術資源有依據，而集中專業技術資源是專業化設計、精細化設計的前提，也是產品化道路的先決與必備條件；二是從技術維度明晰“通用產品”和“定制產品”的同一性，梳理出設計的公共要素是凝練出通用規范的前提，是達到“通用產品”標準化（產品級）、“定制產品”也有標準化內涵（設計、功能模塊）的前提；三是按照專業劃分產品，是產品統類的基礎，也是形成系列產品的基礎；四是統一命名規則是體現產品系統性、系列化及產品之間統屬關系的要求，最低也能標示產品正規化、規格化，也是規劃產品型譜的要求。

2.構建產品指標體系是面向產品管理的前提

結合行業標準，從產品壽命剖面梳理出功能要求、性能指標要求、使用要求及對外接口要求，這是構建產品型譜、形成產品規范、規范產品功能開發的依據，重點解決面向型號應用同一產品的指標體系不統一、不完整、不規范，而導致產品從開發階段就缺乏通用性的現實問題，或因設計要素考慮不充分而導致產品健壯性不足等問題。

指標體系包括從本征屬性、使用屬性、行業屬性（三者可能有交疊，沒有嚴格意義上的界限劃分）等維度的功能、性能的定義。其中，本征屬性側重于從產品自身特征角度定義，主要依據《航天器產品特性分類和管理要求》《航天器單機產品特性分類分析實施指南》開展并形成；使用屬性和行業屬性側重于從宇航應用角度定義，主要依據《院長三號令》《建造規范》《環境規范》等。

根據《航天器單機產品指標確定要求》，單機指標以滿足任務要求為最終目標，該指標是系統/分系統內部相互協調、進行系統分解和綜合后的結果，從單機指標設計受各種約束條件限制的角度，將指標體系分為功能與性能指標、使用約束指標、接口指標和其他指標。

從指標關注角度將其分為Ⅰ類指標（用戶驗收）和Ⅱ類指標（自驗收），其中Ⅱ類指標原則上應覆蓋Ⅰ類指標。

3.建立標準產品開發、制造、驗證程序是面向產品管理的抓手

《宇航通用單機產品研制程序》緊緊圍繞宇航任務研制的總體需求，以航天系統工程論的基本思想為指導，總結和規定宇航通用單機產品研制程序的一般流程，標示各研制階段的任務、研制依據、主要工作內容及要求、完成標志等，并提出宇航通用單機產品研制各階段中的具體工作應執行相關標準。從指標體系角度考慮，產品開發過程的所有活動事項均離不開對指標體系實現、考核、驗證、維護的要求，以此為輸入規范產品開發活動是面向產品管理的重要抓手。緊緊圍繞指標體系實現、考核、驗證、維護，按照專業技術所確定的產品類別，建立每一類產品的標準設計程序、標準作業程序和標準驗證程序，可以體現組織在產品開發平臺上的成熟度。產品分類、指標體系與標準開發程序的關系如圖1所示

標準設計程序（SDP）?；诋a品設計開發技術流程，但又有別于技術流程，從時間概念上是型號技術流程的子集，從內容概念上超越一般型號技術流程。

產品化標準設計程序重點強調，要明確產品設計程序中應有的全部設計環節和相互之間的迭代、嵌套關系及不可漏項，并明確每個設計環節所應遵循的設計標準、設計與工作規范、設計指南、仿真工具、設計檢查要求和復核復算項目等，實現“做事有依據”；每個環節的輸出是什么，諸如設計與分析報告、復核復算結論、檢查表單、驗收證明、評審證明材料等，實現“做事留記錄”。

在形成某一類（種）產品標準設計程序的基礎上，比較多種產品的SDP，從中梳理歸納出公用要素，如統一版本的軟件、通用的元器件和材料參數數據庫、通用仿真模型、通用設計與驗證方法、評價與判據標準等，將其在所級層面打破部門壁壘，借助領域學術帶頭人、產品首席、技能專家以當年編纂《三號令》的模式形成各種形式的智力成果，并通過文本、電子版本、庫文件等形式進行固化和統一管理。

圖1 產品分類、指標體系與標準開發程序的關系

標準作業程序（SOP）。面向產品制造過程，以標準操作步驟和細化、量化的要求規范人、機、料、法、環、測、信（6M1E）等生產要素。

以形成產品生產流程圖為前提，在生產流程圖中明確產品上下線的確認及生產線上所有的裝配、調試、測試、檢驗等操作工序，明確各工序的作業要求，以及6M1E在其中的配置和管理情況。

標準驗證程序（SVP）。面向產品驗證過程，包括設計指標的驗證、制造控制要求的驗證、使用關鍵特性的驗證，驗證方法包括復核復算、仿真驗證、調試、測試、試驗以及過程控制等，類似于元器件的質量一致性檢驗，但內涵又遠超質量一致性檢驗，是包括指標體系所有項目、過程所有風險項目在內的驗證。

針對產品設計與實現環節分析出的關鍵特性，以及從任務剖面分析出產品經歷的所有使用工況、工作模式、環境條件等，確定驗證項目、時機和方法。對于技術狀態更改、歸零、偏離/超差、關鍵項目、不可測試項目、單點等6個風險要素存在交集的，重點開展驗證程序設計，解決由于驗證策劃不充分，驗證項目不全面、不充分導致產品存在設計缺陷和質量隱患。標準驗證程序既有一般性的通用環節，也有根據具體產品特性設計的特殊環節，兩者結合形成該類產品自己的驗證程序并予以固化，指導與本類產品特性一致的后續產品的開發驗證。 ▲（責任編輯 任樹芳）