姿軌控動力系統產品化“結對子”工作實踐

訾振鵬等＊ /西安航天動力研究所

姿軌控動力系統型號產品多，結構組成復雜，隨著新研項目的不斷加入，發射任務數量的快速增加，在當前科研能力和人員條件下，高密集交付和高密度發射必然導致分配到每發產品上的保質量、保成功的實際能力減少，從而增加了發射保成功的風險，給總體單位和專業單位的設計、生產、試驗，以及科研、質量管理工作均帶來了極大的挑戰。因此必須實現以型號任務為中心的“任務航天”模式向型號任務與關鍵單機產品并重的“產業航天”模式轉變，從而確保高質量保成功、高效率保交付和高效益保發展。推進以總體單位任務需求分析與專業單位動力系統通用產品研制相結合的模式將大大促進產品化工作實效性的提升，在批量增加不可避免的情況下，盡量減少產品品種，降低技術狀態控制和質量保證難度，從而實現“量變”而“質不變”。

北京宇航系統工程研究所是西安航天動力研究所姿軌控動力系統研制的總體單位之一，自20 世紀70 年代雙方就開始合作研制大量的姿軌控動力系統項目。北京宇航系統工程研究所已成功實現了“兩器”、火工品的產品化，貨架產品已在型號上應用，有較豐富的實施經驗。西安航天動力研究所在北京宇航系統工程研究所的牽引下，不斷鉆研液體動力專業技術，研制典型推力品種產品，推出單組元發動機和雙組元發動機等優勢產品，與總體單位一起為運載器動力系統的發展和航天建設做出了應有的貢獻；在產品化工作方面，開展了姿軌控動力系統及組件的產品化、去型號化工作，編寫了產品化工作方案并已實施3 年，形成產品型譜優化報告。

為進一步推動姿軌控動力系統的產品化工作，北京宇航系統工程研究所和西安航天動力研究所于2018—2021 年開展了產品化“結對子”工作，協同推進姿軌控動力系統產品化工作，提升姿軌控動力系統產品系列化、標準化水平，便于后續型號的設計及生產組織，使各級人員從紛繁復雜、重復性的工作中解放出來，集中精力進行新產品、新技術、新工藝的開發，促進單位可持續發展。

一、共建姿軌控動力系統產品型譜

1.系統壓力平臺確定

通過開展姿軌控動力系統調研和系統壓力綜合分析，結合不同類型任務需求分析和后續技術發展趨勢，建立姿軌控動力系統壓力平臺。目前，西安航天動力研究所在現有的姿軌控動力系統產品的基礎上，提出了數種壓力平臺產品，兼顧產品的工作性能和工作可靠性，可適用于不同項目的需求。

通過開展姿軌控動力系統壓力平臺統一化研究，不同壓力平臺的產品型譜日漸豐富，一方面有力推動了姿軌控動力系統產品型譜化和產品化工作的進展，另一方面使姿軌控動力系統產品形成系列化，提高了研制效率，有利于產品質量的提升。

2.組件產品型譜建立

針對姿軌控動力系統八類主要組件包括推力室（單組元推力室、雙組元推力室）、壓力容器（貯箱、氣瓶）和閥門組件（電磁閥、減壓閥、電爆閥、充氣閥）的現有產品進行梳理，同時兼顧姿軌控動力系統未來的發展方向，按照不同產品的工作特點，通過選取各組件的核心參數為型譜特征參數，作為型譜產品規格序列的構建原則，對產品進行優化選型，完成了組件型譜建立工作。

通過開展組件產品型譜優選和建設工作，對已有產品進行優選，剔除部分研制時間相對較早、性能偏低的產品，并兼顧現有性能、可靠性較高的產品和后期發展需要，將現有產品種類由207 種壓縮至102 種，壓縮率達50.72%（見表1），最終形成產品型譜和優選目錄，供后續新研的姿軌控動力系統進行選擇，有效提高了研制效率。

表1 組件產品優選情況

在對上述型譜化產品的研制情況及在各個型號上的使用情況進行對比分析的基礎上，最終確定以下8 項產品作為“結對子”共建的貨架產品（見表2）。

表2 共建貨架產品清單

二、產品選用控制情況

基于姿軌控動力系統各組件型譜，新的姿軌控動力系統在研制伊始就開始進行主要組件型譜選用分析和環境適應性分析，優先選用型譜內的產品，盡可能減少新研組件的數量，降低研制工作量。通過數年的工作推進，型譜化產品在新研姿軌控動力系統的選用率不斷提升，大大推動了姿軌控動力系統產品化工作的發展。

從2018 年初至今，新論證的9 個姿軌控動力系統型號的主要組件，如推力室、閥門組件、壓力容器等，均優先選用現有型譜產品，選用率達到70%以上，僅個別組件產品需根據使用要求開展新品研制，有效降低了新研型號的試驗項目和數量，快速推動了新型號的研制，大大縮短了型號的研制時間。

同時，針對各型號開展了成熟產品的補充試驗，對成熟產品的可靠性和環境適應性進行更進一步的考核，充分擴展成熟產品的條件覆蓋性，不斷提高其成熟度水平，形成姿軌控動力系統產品貨架。

三、產品質量提升情況

近年來，隨著姿軌控動力系統各組件型譜的建立，型譜的應用促進并完善了配套組合件標準系列和品種的發展，新研姿軌控動力系統優先選用型譜內的成熟產品，最大限度地減少了新研產品和非標準品種的使用，提高標準化和系列化水平，有效提升產品的質量。2018—2021 年，雖然產品交付數量逐年上升，產品質量問題卻顯著下降（見表3）。

表3 產品質量情況統計

四、生產線建設情況

1.電磁閥生產線簡介

以姿軌控動力系統電磁閥為研究對象，驗證構建標準化、集成化、精益化、知識化生產建設模式，探索基于標準作業流程的工位制、連續流、數字化、脈動式裝配生產線建設工作，解決目前裝配環節手工作業多，生產過程數字化應用程度較低、生產效率低等問題。

通過完成8 臺（套）設備及信息化條件的實施，完成電磁閥生產、測試涉及的11 個標準作業單元建設，攻克了電磁閥檢查試驗自動化測試、檢驗模式優化及生產線物流優化等8 項關鍵技術難點，建立了電磁閥裝配精益生產線。

電磁閥裝配精益生產線從電磁閥線圈裝配至電磁閥整閥裝配并完成檢查試驗，包含電磁閥生產、測試的全部環節。經過試運行，電磁閥裝配精益生產線具有較強的產品質量保證能力，能夠生產出質量受控的產品。產線內各個人員工作內容清晰且固定，作業內容標準統一；產品的過程質量數據不再大量依靠人員記錄，改為依靠數字化手段自動記錄并判讀結果，提高了數據的自動化檢測能力，降低了數據在轉抄過程中容易出現錯誤的風險；物流配送路線與產品生產周轉路線分離，物流配送路線在外圍，生產路線在工位之間，周轉采用人機工程學，工位布局緊湊。

經過一段時間的運行，目前電磁閥裝配精益生產線的生產能力由前期的10 臺/天達到30 臺/天，80%生產過程信息實現在線數據采集；產品合格率大于99%，實現了生產能力的數倍提升，大幅提高了生產效率。

2.其余組件生產線情況

姿軌控動力系統其余組件，如推力室、機械閥、貯箱、氣瓶等均正在進行精益自動副生產線研制和建設，建成之后預計推力室產能提高8 倍、貯箱和氣瓶產能提高2 倍以上、機械閥生產能力不小于5 臺/小時；80%生產過程信息實現在線數據采集，大幅度提高了生產效率。

五、取得的成效

通過開展“結對子”工作，西安航天動力研究所開展了姿軌控動力系統壓力平臺和主要組件的型譜研究工作及貨架產品選型，并按照總體提出的通用力學環境條件完成了貨架產品力學環境試驗工作，對貨架產品的環境適應性進行了考核。通過這項工作，取得的成效主要有：

（1）開展姿軌控動力系統型號型譜建設，有效支撐型號研制。依據型號任務的針對性需求，制定了貨架產品的關鍵標識，優化和豐富了產品型譜和貨架，產品性能和可靠性得到保證，有力支撐了型號研制工作。

（2）產品成熟度提升，產品質量和效率得到提高。隨著姿軌控動力系統各組件型譜建立，有效提升了產品質量。

（3）單機或組件去型號化工作推動型號快速研制。目前，新研的姿軌控動力系統主要組件已按照產品化研制開展相關工作，實現去型號化研制；同時對成熟型譜化產品的選用率達90%以上，僅個別組件需開展新品研制及型譜產品補全工作，大大推動了型號研制的快速進行。同時，針對各型號開展了成熟產品的補充鑒定試驗，充分擴展了成熟產品的條件覆蓋性。

六、經驗體會

通過“結對子”工作，雙方進行了充分的溝通與交流，學習總體單位在產品化工作方面的實施經驗，進而推動姿軌控動力系統產品化工作的開展。主要經驗如下：

（1）建立總體和分系統聯系溝通機制，通過總體牽引固化動力系統基本需求，推動專業攻關研制難題和關鍵技術，總體需求與研制產品上下結合，推進了產品型譜研究開發。做好產品化工作頂層策劃，將產品化工作與現有型號研制工作結合，將產品化工作融入型號研制過程中，發揮頂層策劃與實際相結合的作用。

（2）為促進產品化工作落地，制定相關的程序文件、研制流程及標準，明確產品化隊伍的工作職責和要求，從制度上推進產品化工作。

（3）通過型譜化工作和“結對子”工作，優選型譜產品，壓縮品種規格，提高了產品化產品的選用率，縮短了研制周期，降低了試驗驗證等研制成本和研制風險。

（4）產品化工作與型號研制不是平行的，而是有機結合、相互促進的兩項工作。通過產品化工作對現有產品進行優選，并按照型號研制的需要補充空缺、豐富產品型譜，減少型號研制的試驗工作和研制周期。同時，依托型號研制，進一步對型譜化產品的可靠性和成熟度進行考核，不斷提高型譜化產品的成熟度水平，兩者相互促進，不斷提高和豐富姿軌控動力系統產品的研制和生產能力。

（5）產品化工作有別于型號研制工作，其重點之一就是去型號化，需要相對獨立地開展姿軌控動力系統主要組件產品的型譜研究和產品化工作。因此，成立專業的隊伍，能夠有效推動產品化工作的開展，同時產品化隊伍需要與型號研制隊伍緊密聯系，及時了解型號研制工作的需要和專業發展方向，才能夠更好地將型號研制與產品化工作結合起來。

通過總體與分系統單位開展“結對子”工作，推動姿軌控動力系統產品化工作的研究與實踐，建立滿足航天型號快速研制需求的型譜和生產體系，形成一批高可靠、通用化的姿軌控動力系統產品，并具備穩定、高效的批量生產能力。通過產品化工作的引領，優化了姿軌控動力系統的研制生產流程、縮短了研制周期、提高了研制效率、降低了研產成本，從而牽引了相關領域的產業化發展，為科研生產模式轉型奠定了基礎，滿足當前航天體系化建設、規模化應用的要求。