基于質量管控的某新型航天飛行器產品復用探索與實踐

楊薇秀、李磊、劉成國、趙明、劉天博 /北京航天長征飛行器研究所

目前，航天事業面臨著“型號多、攻關難、任務重”的新常態，型號產品結構功能日益復雜，配套數量日益增多，生產周期愈來愈長，加之全面國產化的研制目標導致產品成本倍增。面對嚴峻形勢，中國航天科技集團有限公司在第七次工作會議上提出了高質量保證成功、高效率完成任務、高效益推動航天強國建設和國防建設的“三高”發展要求，并在2021 年第一季度經濟運行分析會上再次強調，“要控制好成本，要在控制成本上下功夫，把成本控制系統化、具體化，為高質量可持續發展奠定基礎、鋪好道路”。在此新形勢下，北京航天長征飛行器研究所結合業務特點，基于質量管控辦法探索實踐典型產品的降本增效，對實現從“三保”到“三高”平穩過渡，助力航天事業高質量、高效率、高效益發展具有重要意義。

一、質量形勢與需求分析

中國運載火箭技術研究院王小軍院長指出，控制質量依靠的是“人、機、料、法、環”。其中，系統性的工程思想和科學化的管理方法是航天事業發端以來不斷指引我們穩步前行的“風向標”，更是保證型號產品質量的“定心丸”。 因 此，要在肯定和繼承傳統質量管理方法的基礎上，挖掘現有型號產品特點，提出新形勢下的科學管理方法。

一方面，產品功能日臻復雜，一型產品多類狀態的現象已是常態，這不僅增加了技術狀態的管理難度，也進一步增加了產品的質量管控風險，與此同時，復雜的功能和多變的技術狀態意味著配套單機數量、研制試驗成本驟增，一旦試驗失敗將造成嚴重的經濟損失；另一方面，研制周期大幅縮短，導致設計周期、試驗周期、總裝總測周期進一步壓縮，如何在更短的交付周期內以更高質量、更低成本完成產品交付，對傳統的質量管控方法提出了新挑戰。另外，各項目研制階段差異大，部分成熟項目的質量隱患長期存在，技術仍未吃透、風險仍未見底、產品可靠性仍然不高；新項目產品狀態新、技術狀態不固定，重復性、低層次、飛行試驗成敗性問題屢屢出現。因此，結合新形勢下產品的特點探索出一套普適性、科學化的管理方法，提高產品的可復用性，實現產品化、通用化，對于提高產品質量、降低研制成本具有重要意義。

型號產品的復雜化、交付周期的緊迫性要求必須提升產品的復用性。一方面，復用性是通用化、產品化的基礎，現有型號產品大部分存在技術狀態相似的特點，不同研制階段的產品往往只存在微小的設計改進，通過提升產品復用性可實現“一型產品、多型繼承”，大大降低了研制成本和試驗成本；另一方面，復用性是高質量、高效率的保障，復用產品經多個型號研制流程把關后，技術狀態確定、質量風險可控、裝配測試流程固化，大大降低了質量管控難度、縮短了型號研制周期。

型號產品的復雜化、交付周期的緊迫性要求必須提升產品的復用性。一方面，復用性是通用化、產品化的基礎，現有型號產品大部分存在技術狀態相似的特點，不同研制階段的產品往往只存在微小的設計改進，通過提升產品復用性可實現“一型產品、多型繼承”，大大降低了研制成本和試驗成本；另一方面，復用性是高質量、高效率的保障，復用產品經多個型號研制流程把關后，技術狀態確定、質量風險可控、裝配測試流程固化，大大降低了質量管控難度、縮短了型號研制周期。

二、某新型航天飛行器產品復用的探索實踐

某新項目開創了研究發展新領域，該項目應用場景決定了其配套產品數量多、結構復雜、生產周期長。項目單次使用相關產品數量達數十套，每套產品的配套電氣產品數量眾多，元器件采購周期長，齊套難度大、成本高。同時，飛行試驗節奏較為緊湊，加之近年受疫情影響飛行試驗產品齊套準備工作的難度進一步加大。為提高效率，避免浪費，對飛行試驗產品進行部分復用，從而實現整體降本增效變得刻不容緩。項目組秉承從“三?！毕颉叭摺鞭D型發展的理念，提出了基于質量管控的航天飛行器復用方案，從設計源頭、精準回收、質量復查、系統優化等幾方面入手，在保障產品質量的同時縮短研制周期，降低生產成本，提高使用效率。

1.總體思路

根據項目特點，產品落地速度較低，落地過程可認為近似軟著陸，產品落地沖擊較小，因此內部各配套產品保持相對完好。同時，配套的電氣產品為非消耗品，存在重復使用可行性。根據實際試驗結果，產品落地后主體結構完整、無破壞。因此，確定產品復用總體思路是復用為主、換修結合，并不強調某一產品的整體復用，而是將關鍵短板或者高價值零部組件或電氣產品恢復狀態，整修應用在下一批飛行試驗產品中，從而快速高效處理回收產品。

2.實施方案

從設計源頭、精準回收、質量復查、系統優化4 個方面入手，全面細化管理流程，嚴格把控產品質量，全面提升產品復用效率。某新型航天飛行器產品復用管理流程如圖1 所示。

圖1 某新型航天飛行器產品復用管理流程圖

（1）從設計源頭保障產品復用可能

為實現復用可能性，項目方案設計時首先應充分考慮通用化與產品化的需求，裝置主要結構件、重要單機（尤其是電氣產品）及火工品等產品均采用通用設計，實現在本項目通用的同時在后續項目中可以直接繼承使用，保障了復用后的零部件能夠靈活搭配組合，極大地方便了后續產品的組裝，同時通用化的零件同樣采用通用的工裝與工藝，進一步節省了安裝費用和周期。其次，根據項目自身的任務需求，借鑒無人機、航天太空艙等成熟的回收技術，進行減速傘技術優化，減少產品著陸沖擊，保障產品穩定著陸，保障了產品內部大量產品的有效復用。

（2）精準定位回收降低產品復用成本

為實現產品復用，首先需要進行產品回收，由于需要復用的產品分布面積較大，著陸場地地形復雜，給產品復用造成巨大挑戰。本項目通過方案設計與成本計算，在保障性能指標的前提下延長飛行試驗產品中定位組件的工作時間，實現落地位置信息回傳，精確定位產品地面位置，實際工作誤差不大于10m。然后，根據精準定位信息，采用人車協同模式實現大規模產品的盡數回收，極大地提高了現場搜尋效率，節約了大量人力物力成本，降低了產品復用成本，保障了產品復用的優越性。

（3）嚴格質量審查保障產品復用質量

為保障復用產品質量，將產品設計與驗收過程進行重新梳理，充分結合試驗環境條件與考核技術指標，提前辨識復用技術難點和風險點，針對不同產品提出不同的質量管理流程和辦法。

重要電氣產品。對于重要電氣產品和單機，回收后進行清理及復檢復測，復檢復測的內容包含功能性能檢測和元器件檢測，根據復檢復測提出返修方案，組織召開返修評審會，由總體、設計單位、生產單位內部專家及軍事代表進行質量把關；生產單位根據返修方案進行零部件更換，進行性能指標測試；補充驗收級和鑒定級環境試驗；返修產品驗收，按常規流程完成總裝和總測工作。

結構件。對復用結構件進行復檢復測，無損壞零件允許復用，非重要結構件允許整修使用。

一次性配套產品。在保障進度的條件下對配套產品直接進行替換。

（4）優化系統流程降低產品復用風險

為保障產品性能，滿足試驗考核指標和各項技術條件，本項目提前識別技術風險，優化系統方案，制定預案處理方法，全面保障產品的可靠性與穩定性。首先，根據研制背景，實現產品布局優化設計，在滿足某技術指標條件下，確保在復用產品失效情況下不影響整體試驗結果；其次，優化工作時序，提高復用產品工作條件，通過驗收評審結果和理論仿真合理調配復用比例，保證復用產品在測試過程中出現問題時不影響測試流程與試驗結果。

3.實踐過程

項目組于2020 年先后實現2次復用產品的飛行試驗，第1 次試驗時復用產品占總產品比例大于30%，第2 次試驗時復用產品占總產品比例大于40%，2 次飛行試驗均取得圓滿成功，均能滿足飛行試驗考核目的。具體過程如下：

（1）針對該型號產品復用計劃開展方案改進設計，進行產品結構、接口梳理，明確改進方案，進行方案評審與價格評估，全面實現產品的通用化設計；

（2）通過仿真試驗與地面試驗優化了傘降方式，進一步保障產品落地的可靠性；

（3）進行定位組件軟件地面設計與定位時序設計，并開展相關的“天—地”聯調試驗，保證了產品位置信息的可靠回傳；

（4）完成產品首次飛行試驗,飛行試驗結束后，開展了精準定位與回收，實現了飛行試驗產品的盡數回收；

（5）開展回收產品的檢測與相關技術交底會，并開展返修方案設計；

（6）完成返修方案評審；

（7）生產單位根據返修方案進行零部件更換，進行性能指標測試及鑒定級環境試驗；

（8）完成返修產品驗收；

（9）根據產品飛行試驗需求開展產品安裝布局設計，并完成相關評審；

（10）開展測試流程優化評審，明確復用產品測試預案；

（11）安裝復用產品的飛行試驗取得圓滿成功，且飛行試驗產品（含所有復用產品）再次盡數回收；

（12）進行飛行試驗產品與復用產品檢測，所有產品（含復用產品）仍具備可再次復用條件；

基于質量管控的某新型航天飛行器產品的復用方案是在該類型產品上的首次探索和應用，開創了該類型飛行試驗產品再利用的先河，在保障產品質量、滿足飛行試驗考核指標的同時極大縮短了產品研制周期和生產成本，提高了產品的使用效率。復用過程中，實現了多項技術的創新，推動了產品的進步和發展，是將降本增效理念與實際相結合的大膽嘗試，為其他項目產品的復用提供了思路與方案。

（13）開展第2 次復用產品飛行試驗，取得圓滿成功和產品的再次回收；

（14）進行產品檢測，同樣具備復用條件；

（15）根據飛行試驗數據結果，進一步進行產品復用，繼續推廣于后續試驗中。

三、實踐效果

基于質量管控的某新型航天飛行器產品的復用方案是在該類型產品上的首次探索和應用，開創了該類型飛行試驗產品再利用的先河，在保障產品質量、滿足飛行試驗考核指標的同時極大縮短了產品研制周期和生產成本，提高了產品的使用效率。復用過程中，實現了多項技術的創新，推動了產品的進步和發展，是將降本增效理念與實際相結合的大膽嘗試，為其他項目產品的復用提供了思路與方案。

1.管理成果

該方案從設計源頭、回收過程、復檢過程、系統流程4 個方面全方位進行技術和質量把控，從設計源頭實現產品、工藝、工裝的通用化設計，保障產品復用可能；從精準回收實現產品的快速、大規模回收，降低產品復用成本；采用“因材施案”手段，針對不同產品采用不同的質量管理方法，在保障復用產品質量的同時全面提高管控效率；提前進行風險識別，從系統優化全面降低產品復用風險，保障了產品復用的可能性與有效性，該方案的精細化管理流程和理念也為其他產品的復用提供了思路與方案，為進一步推動產品復用、提高產品質量提供了科學有效的管理經驗。

2.技術成果

本項目依托某新型航天飛行器，在產品復用過程中牽引了多項技術改進與提高，具體如下：

（1）產品軟著陸技術。首次實現某類型產品軟著陸，極大地降低了產品著陸沖擊，保護了內部配套產品，為產品復用提供了基礎；

（2）精準定位回收技術。通過搭載小型化、高精度定位組件，使得某類型產品的大區域點對點回收成為可能，成功解決“看不見，找不著”的回收難題，極大地節省了人力物力；

（3）重要電氣產品復用技術。針對電氣產品復檢復測，提供最優返修方案，保證復飛可靠性，創新的管理方式使得產品齊套周期大大縮短，齊套成本大幅降低；

（4）產品零部組件通用化設計。開展多種類載荷通用接口設計，使得零件、工裝、組裝工藝通用化，為復用、混裝、組合使用打下基礎，掃除了產品間障礙。

這些技術進一步推動了產品的技術發展，為多個項目的快速移植和運用奠定了基礎。

3.經濟效益

該復用方案目前完成了2 次飛行試驗考核，第1 次飛行試驗產品的復用比例大于30%，第2次飛行試驗產品的復用比例大于40%。復用比例持續提高，大大降低了研制成本和生產周期，為產品的研制和發展提供了方案。精準回收的產品，不僅在飛行試驗上進行了運用，還在多種地面試驗進行了利用，極大地提高了產品的效能。

（1）電氣單機復用效益

復用產品成本分析。本項目累計需求A、B、C 產品每類數十套，這些產品的元器件采購周期均在半年以上，生產周期約3個月，復用節省的時間成本難以計算。

實際復用情況分析。產品A 復用共計10 臺次以上，產品B 復 用 近20 臺 次，產 品C 復用超過30 臺次，直接節省共計971 萬。

（2）結構件復用效益

對于典型結構件D、E、F、G，累計復用40 余次，節省約21.6萬元。

（3）精準回收經濟效益

傳統回收成本分析。產品分布總面積約上千平方千米，著陸環境無建筑道路，物資補給困難。理想情況下，每輛車一天搜尋面積不到100km2，拉網排查至少需要4 輛車約10 天時間，直接用車成本6 萬元，每車除司機外需搭配2 名搜尋人員，人力成本約5 萬元，管理及保障成本約5.7萬元。

精準回收成本分析。通過精準回收將大范圍拉網式排查優化為點對點回收，只需2 輛車2 天即可完成工作，耗費約1.7 萬元，單次試驗直接節省成本15.44 萬元，4 次累計節省約61.76 萬元。

四、后續發展

第一，建立航天飛行器復用方案智能評估系統，在研制過程中注重數據積累，持續完成關鍵技術改進，進一步完善和優化復用流程。減少人為參與，建立完善的智能化復用評估系統，以大數據作為復用方案的有效支持，針對客戶需求和飛行試驗任務需求，快速實現最優復用方案，以技術驅動帶動產品發展，在降低成本的基礎上全面提高產品效能。

第二，持續加強復用技術的推廣應用，本項目復用方案涉及的軟著陸技術、精準定位回收技術及通用化設計技術等均具備改進和推廣應用的空間，可根據不同項目的研制特點進行結合和運用。可以依托典型項目應用經驗，全方位輻射多種項目產品，實現項目產品研制流程全覆蓋、生命周期全階段管理。同時，結合各項目特點制定專屬產品復用方案，針對成熟項目，快速形成標準化、通用化、系統化、應用性強的復用方案；針對新研項目，在通用化方案基礎上，結合反饋閉環機制，實現產品復用方案持續更新改進。

第三，加強溝通交流，傳遞型號產品復用及工程化應用管理典型成功案例，同時借鑒他人質量管理經驗，共同探索適用性更廣、規范性更強的標準化產品復用方案，以便建立體系化的科學管理流程，全方位提升航天產品質量，全流程降低研制成本，系統化提升型號產品研制效率，助力航天科技集團“高質量、高效率、高效益”的發展目標，推動新時代航天事業發展。