固體火箭發動機頭部點火裝置產品化外包協同模式實踐

杜偉強、吳飛春、郭寧、宗俊珺 /上海航天動力技術研究所

隨著國家對裝備需求的提升，在配套種類和配套周期上要求更高，而目前研制模式多以型號研制為引導，在多型號并舉的情況下，占用了大量的研制資源，人員和時間成本已遠遠不能適應當前研制裝備的需求。

上海航天動力技術研究所是國內承研和生產固體火箭發動機的專業單位，在研究所研制工作中，發動機配套的點火裝置多作為整體外包產品，其中頭部點火裝置約占所有發動機點火裝置的2/3，產品種類眾多。頭部點火裝置這一款專業產品大多由國內跨集團的火工品專業單位承研和生產，為保證多快好省地提供高質價優的裝備、滿足國家所需，提出了開展單機產品化、總體與單機產品化協同推進、在不同集團公司的總體單位和專業單位間開展產品化協同推進的需求。

一、產品化外包協同模式策劃

1.頭部點火裝置簡介

頭部點火裝置是發動機的重要組成部分，位于發動機頭部，在持續輸入電流的情況下，能可靠點燃固體火箭發動機裝藥，為導彈提供飛行動力，并確保在非使用條件下產品的安全性。點火裝置一般由發火系統、能量輸出系統和結構部件等組成，典型頭部點火裝置示意圖如圖1 所示。

圖1 典型頭部點火裝置示意圖

2.產品化協同工作梳理

自2016 年起，研究所逐年梳理固體發動機配套的點火裝置產品目錄。頭部點火裝置在所內最為常用，約占所有發動機點火裝置的2/3，種類也最多，根據產品化統型要求，為了減少產品種類、提升產品研制的效益和質量，開展了基于頭部點火的點火裝置統型方向和途徑分析，從頭部點火裝置的兩大基本功能分析，將產品結構劃分成兩大組件：一部分為本體組件，其功能為安全點火連接，另外一部分為管體組件，其功能為點火能量輸出。若對其給予獨立的模塊化、系列化規劃，組合后將可以覆蓋研究所固體發動機產品的整個需求范圍。組合化、系列化優化設計的結果可保證在全部使用范圍中的產品件數最少，從而在產品成熟度的積累和產品生產線的投入上做到最優，實現多快好省地提供/ 獲取產品的目的，達到共贏的目標。

3.產品化協同工作策劃計劃

為此，結合所內產品工程建設，與承研單位以“結對子”形式在總體單位和跨集團專業單位之間協同推進開展產品化研制工作，開展以頭部點火裝置與本體組件/ 管體組件2 個層級共3 種產品的型譜建設，簽訂《頭部點火裝置產品化協同推進（“結對子”）協議》，協議中建立了由雙方單位“一把手”為組長、相關業務部門組成的“結對子”工作組，明確了人員職責及分工；雙方單位分別編制《產品型譜》，并據此建立貨架產品目錄，產品選用時將優先選用貨架目錄內產品；雙方共同梳理質量問題以提升產品的可靠性；研究所按照滾動計劃提前統籌產品需求，并向承研單位傳遞預先投產要求，專業單位積極推進頭部點火裝置產品智能化生產線建設以降低成本和提升交付能力，并根據需求，提前啟動備配投產，集中優勢資源確保產品交付。本著“雙方單位自愿，互惠互利，輔以行政力量推動”的原則，雙方開展頭部點火裝置協同工作，其中擬定的計劃見表1，由表1 可知，雙方需形成1 份協議，1 個計劃，6 份文件，2 份報告，4 份企標，1 項課題。

表1 頭部點火裝置產品化外包協同模式實踐方案計劃

二、產品化協同工作實踐

依據產品化外包協同模式策劃，研究所和承研單位積極響應產品化協同工作，雙方制定了產品化研制方案，共建產品型譜，建立貨架產品目錄，并對產品化協同成果實施保證工作， 頭部點火裝置產品化協同實踐如圖2 所示。

圖2 頭部點火裝置產品化協同實踐

1.制定產品化產品研制方案

（1）策劃形成了頭部點火裝置系列規劃方案

根據頭部點火裝置在不同發動機中的功能和性能要求，開展對點火裝置技術要求包絡的梳理，確定頭部點火裝置主要技術特征量和各層級產品的技術規格要求，規劃滿足各個接口和使用要求的頭部點火裝置全系列產品，以達到能涵蓋研究所中小型固體火箭發動機頭部點火使用要求的頭部點火裝置系列規劃目的，策劃形成了《發動機產品（點火裝置）系列規劃方案》。

（2）提出了產品化協同推進的頭部點火裝置產品化產品研制任務書

按照頭部點火裝置系列規劃方案，通過型譜設計，按本體組件/管體組件/機械解保機構/火工解保機構/發火元件等模塊化、系列化設計要求，規范系列接口、規范系列電氣原理、統一環境試驗條件等，向承研單位提出了針對頭部點火裝置產品化協同推進的《頭部點火裝置產品化產品研制任務書》。經研究所審查、承研單位會簽后作為承研單位的產品化工作輸入。

（3）開展了頭部點火裝置產品化產品方案論證

承研單位根據《頭部點火裝置產品化產品研制任務書》，結合產品研制生產實際，開展頭部點火裝置產品各層級及系列規格的技術方案論證，明確各層級、各規格產品的具體技術方案，形成了《頭部點火裝置產品化產品方案論證報告》，經雙方工作小組多輪技術交流，該技術方案報告通過了研究所組織的評審，據此作為后續型譜策劃的技術基礎。

2.共建產品型譜

按照協議策劃，研究所主導建立了頭部點火裝置產品型譜，在《固體發動機產品（點火裝置）型譜簡表（2018）》的基礎上開展了針對頭部點火裝置型譜研究工作，通過充分分析和論證以及梳理、分類和歸納，在型譜代號中增加了“功能類型”“電路類型”“輸出能力”3 個參數，將頭部點火裝置型譜參數“功能類型”和“電路類型”與本體組件型譜參數“功能類型”和“電路類型”對應；將頭部點火裝置型譜參數“自由容積”和“輸出”與管體組件型譜參數“點火藥量”對應。

承研單位主導建立了本體組件和管體組件產品型譜，按照頭部點火裝置產品化產品技術方案開展本體組件和管體組件型譜研究工作，從產品設計上統一機械接口，優化精煉輸出藥環尺寸，結合成熟產品和趨勢發展的先進產品，編制產品型譜。

通過上述型譜研究工作的實施，研究所和承研單位形成了針對頭部點火裝置、本體組件、管體組件的產品體系規模：

1）梳理形成了頭部點火裝置單機3 個大類（M50、M95、M130 機械接口），6 個功能類（單點火、電子保險、機械保險、火工保險、直列式點火、激光點火），共計279 個規格的型譜，30 個優選推薦規格，可對直徑從中小型固體火箭發動機頭部點火的使用全覆蓋，點火裝置的重要型譜參數對應組件型譜參數，選用途徑規范化；

2）梳理形成了本體組件3 個大類（M50、M95、M130 機械接口）4 個小類（點火功能、電路類型、輸出接口、輸出能量）共計93 個規格的產品型譜，23 個優選推薦規格；

3）梳理形成了管體組件4 個大類（M36、M45、M72 和M95 機械接口）1 個小類（管體材料）共計16 個規格的產品型譜，6 個優選推薦規格。

經雙方共同匯總整理后完成了《頭部點火裝置型譜簡表（2019 版）》、《本體組件型譜簡表（2019版）》和《管體組件型譜簡表（2019 版）》3 份型譜簡表編制，并在研究所和承研單位同時發布，作為開展新產品開發、產品選用、產品成熟度提升、產品定型、產品升級換代等工作的依據。

3.建立貨架產品目錄

在共建產品型譜的基礎上，雙方共同開展了頭部點火裝置產品貨架目錄研究工作，研究所向承研單位提出了貨架目錄的詳細編制要求。將已完成技術鑒定、技術狀態已固化（經飛行驗證）并有一定先進技術的成熟產品納入貨架目錄中，在進行充分分析和論證的基礎上進行梳理，對產品的外部接口、具體技術指標、主要執行標準、選型建議、使用注意事項等進行了詳細的說明，最終錄入15 個產品，形成了雙方共建的《頭部點火裝置貨架目錄（2019版）》，并在研究所和承研單位同時發布，作為產品優先選用的依據。

同時，針對目錄中已完成設計技術狀態鑒定的產品，進一步完善設計、工藝文件，固化產品技術狀態和產品數據包，保證產品可靠和質量穩定。針對型譜中沒有完成設計技術狀態鑒定的產品（新研或尚未達到試樣以上研制階段），牽引承研單位結合總體研制工作開展試驗驗證和應用考核，完善產品技術包絡，提升產品的成熟度，編制產品規范。

4.產品化協同成果實施保證

建立產品型譜和產品貨架目錄是為了更好地服務固體發動機研制的高效可靠選用，同時也是為了提升產品本身的質量可靠性與成熟度，擴大型譜產品的覆蓋范圍和發展專業產品先進技術及工程應用，從而有力促進貨架產品質量穩定性和供貨及時性的保持及提升。依據研究所產品化工程工作要求，策劃和實施對型譜產品選用和控制模式，制定型譜產品選用管理制度，將共建的產品型譜納入到了本單位的產品體系中，并優先以共建的產品型譜開展產品的規劃和研發。在產品化協同工作落實上編制完成了《頭部點火裝置基本技術要求及選用》，以規范頭部點火裝置的研制和選用工作；編制完成了《組件產品（點火裝置）研制保證要求》，以規范產品化產品研制保證；編制完成了《帶火工保險頭部點火裝置下廠驗收細則》、《帶機械保險頭部點火裝置下廠驗收細則》等典型頭部點火裝置下廠驗收細則，從產品研制過程、生產過程、和交付過程規范產品驗收，提升產品化產品研制實效。

5.實踐方案計劃完成情況

根據協議策劃內容，頭部點火裝置產品化外包協同模式實踐方案計劃完成情況見表2，雙方已經完成1 份協議、1 個計劃、6 份文件、2 份報告，3份企標為持續更新狀態。對標方案計劃，雙方均按計劃和要求完成了協議工作內容，另外所內對所有點火裝置形成了專門的工裝研究課題，因此對于頭部點火裝置驗收工裝系列化研究項目沒有形成單獨的課題研究。

表2 頭部點火裝置產品化外包協同模式實踐方案計劃完成情況

三、產品化協同工作效果分析

1.建立了與跨集團專業單位開展產品化工作的工作流程

以規劃為主線推進：立足研究所點火裝置小總體，通過規劃頭部點火裝置產品型譜，指導并促進專業外包單位新產品有序開發；同時，結合產品標準體系建設，建立符合研究所特色和技術發展的頭部點火裝置產品體系，強化專業技術引領作用，服務型號產品選用和快速集成開發。

以應用為主線推進：加強專業產品化工作與型號應用的緊密結合，通過供需雙方協同合作方式，建立發動機總體與專業配套單位的對接機制，促進發動機總體單位牽引作用和配套單位能動作用發揮，促進頭部點火裝置系列化、組合化、通用化發展。推薦的跨集團產品化協同工作流程如圖3 所示。

圖3 產品化協同工作流程圖

2.培育了與跨集團專業單位開展產品化工作的技術基礎

作為總體單位，與跨集團專業單位協同推進產品化工作，共同培育產品化工作的技術基礎。產品設計開發階段均積極貫徹“系列化、組合化、通用化”設計理念；通過型譜研究，產品技術狀態整合壓縮，產品基本實現按規格研制；產品內部普遍采用標準接口和設計架構，外部接口標準化也得到加強；總體單位形成了單機產品型譜，而且專業單位形成了部組件的型譜；專業單位形成了貨架產品目錄，進一步保障了產品可靠和質量穩定。

3.建立了與跨集團專業單位開展產品化工作的研制模式

作為專業單位采取部組件（模塊）通用化、系列化設計，實施通用模塊型譜建設和選用，實現部組件產品的研制、生產與型號研制分離，并通過產品模塊化、組合化的快速集成開發滿足不同型號的要求。作為總體單位通過統一技術要求和單機產品通用化設計，型號可直接選用訂貨，實現型譜化整件產品的研制、生產、驗收、交付全過程與型號研制分離。在與跨集團專業單位的研制模式中，雙方針對標準化要求采用的模式為：選用的產品優先序列從高到低分別為貨架目錄產品、產品型譜產品、組件型譜內組件組成的點火裝置產品及新研產品，產生唯一型譜代號，承研單位據此申請唯一的廠方代號或者國家代號并成為總體單位設計文件中代號，與型譜代號相對應，以此滿足雙方的標準化通用化要求。

4.跨集團產品化外包協同模式實踐工作成效

研究所與該承研單位對接的現有型號和預研項目點火裝置的選用均依據產品化協同工作模式實踐成果進行，工作實踐和取得的成效如下：

1）某型點火裝置內置火工保險機構作為型譜標準模塊直接運用到另外一個型號用點火裝置中，實現快速集成開發，大大減少了產品研制周期，減少了研制成本工作。

2）某預研型號用點火裝置直接選用某型型號產品頭部點火裝置型譜產品，最終發動機成功點火，實現了型譜化整件產品的研制、生產、驗收、交付全過程與型號研制分離，大大地縮短了發動機重要組件產品的研制周期。

四、跨集團工作啟示

頭部點火裝置產品化產品研制工作是由兩家跨集團企業之間的結對子工作，跨集團產品化協同工作模式實踐得出以下啟示：

1）產品化協同的各方要有合作基礎：以“結對子”形式作為產品化協同推進的新型合作關系，要求合作雙方在產品化推進的必要性和迫切性上達成共識。

2）產品化協同推進針對的是同類產品數量多、規格繁雜的產品。

3）產品化協同的實施要有明確的目標和形式：合作雙方應明確實施中的各方目標、落實的措施、完成的形式，確保各項工作得到同步推進、充足資源保障、利益共享。

4）產品化協同的推進要求要以總體單位為主：總體單位從頂層規劃著手，引導、推動配套單位產品化工作。

由于兩個跨集團企業有不同的管理模式和執行標準，雖然雙方簽訂的協議內容翔實、責任明確，但在落實中仍存在研制工作進度、具體工作內容、合作方式等調整造成的完成節點拖延和推動困難等問題。頭部點火裝置的總體單位還需細化各型型譜產品的研制要求，以提升型譜產品的成熟度。頭部點火裝置的專業單位需加強型譜產品的設計優化，同時雖然選用已逐步在新研型號中進行，但是選用以后型號需要的圖樣設計、工藝文件配套等還未能跟上總體需求和整體節奏。

點火裝置產品化外包協同是一項基礎性、長期性、全局性的工作，同時也是一項創新性和探索性的工作。通過幾年的產品化工作實踐，頭部點火裝置產品的產品化工作流程逐漸明晰，產品應用范圍連續性強?？偨Y經驗，展望未來，研究所產品化協同需要做的工作還很多，難度還很大，按照產品化總體部署，不斷創新、不斷改進，產品化協同工作能為更快適應需求轉型、應對“高質量、高效率和高效益”支撐航天型號選用研制和產品交付做出更大貢獻。