科研設計流程精細化再造的初步探索與實踐

姜歡、郭昊、王官宇、張星、陳默 /北京臨近空間飛行器系統(tǒng)工程研究所

近年來，航天產品型號任務量迅速增長，研制過程日益復雜，涉及專業(yè)種類增多，專業(yè)間的耦合度不斷加深，研制周期日趨緊迫，對傳統(tǒng)的科研生產、管理模式提出了巨大挑戰(zhàn)。針對非系統(tǒng)化的設計方式帶來的設計過程效率低、設計周期長、費用高導致難以應對新形勢下研制任務的需求問題，空間物理重點實驗室提出了開展科研設計流程的精細化再造與應用，構建科學、規(guī)范的科研設計流程體系，并將有關規(guī)章制度、標準規(guī)范落實到型號科研設計流程中，建立配套的貫穿科研全過程的流程管理制度規(guī)范體系，提升科研設計工作規(guī)范性和質量，從而提高科研設計效率與質量。

一、科研設計流程精細化再造的必要性

航天飛行器設計是一種復雜的工程。傳統(tǒng)的設計方式非系統(tǒng)化、工具軟件沒有集成、數(shù)據(jù)流不夠暢通，沒有設計規(guī)則庫和方法庫引導各個設計環(huán)節(jié)的工作，造成設計過程人工重復性勞動多、效率低、周期長、費用高，難以滿足新形勢下研制任務的需求。

在型號研制過程中，任務進行分解、下發(fā)以及各專業(yè)間與專業(yè)內部協(xié)調工作量大，存在數(shù)據(jù)傳遞不及時、跨專業(yè)的協(xié)作任務沒有固化的工作流程等問題。部分設計結果性數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)由AVIDM、TDM 系統(tǒng)進行管理，大部分設計數(shù)據(jù)存放在個人計算機中。各專業(yè)數(shù)據(jù)傳遞通過郵件、目錄共享等方式進行，數(shù)據(jù)發(fā)放與接收沒有統(tǒng)一管理。各專業(yè)由各類商業(yè)軟件和自研軟件支撐設計工作，設計人員單獨調用某項工具完成工作，工具與工具之間的數(shù)據(jù)傳遞實行人工干預，工具應用效率低。對型號研制過程中各項任務的進度、執(zhí)行情況、執(zhí)行數(shù)據(jù)等缺乏清晰全面的監(jiān)控視圖。

各專業(yè)的設計、分析過程包含規(guī)則和方法。知識中有些以自研軟件形式應用到設計中，大多以單獨各體形式存在。質量依賴于人為因素，知識傳承模式存在不確定性，周期性的質量波動、低層次重復性質量問題時有發(fā)生。為了高質量、高效率完成任務，需要不斷促進科研生產管理模式的轉型升級。

航天產品科研生產過程質量控制十分重要。制度規(guī)范是落實和強化過程控制的重要手段。我國航天事業(yè)發(fā)展形成了種類繁多、數(shù)量龐大的規(guī)章制度、技術標準等規(guī)范體系。這些制度規(guī)范一方面存在通用性有余而針對性、指導性、操作性不足的問題，另一方面存在全面性、覆蓋性不夠的問題。因此，進一步加強信息化建設，優(yōu)化研制生產流程，建立管理制度規(guī)范體系，將以往積累的經驗教訓以及有關規(guī)章制度、標準規(guī)范等有效落實到航天型號科研設計流程中，是解決問題的有效手段，而流程精細化再造是重要的前提和抓手。

二、科研設計流程精細化再造工作

1.總體目標與工作思路

科研流程精細化再造的總體目標是在工程研制過程中，結合科研、管理中暴露出的粗放低效問題，開展科研設計流程精細化再造工作，以精細化、規(guī)范化、定量化為目標，對設計流程進行完善、優(yōu)化和再造，通過綜合運用項目管理、流程管理、資源管理、知識工程等技術，實現(xiàn)工程經驗模板化、工具軟件集成化、產品設計協(xié)同化、項目制度規(guī)范化，從根本上解決航天型號設計中存在的流程不優(yōu)化、過程控制不量化、崗位要求不明晰等問題，以全覆蓋的流程化管理落實各項管理要求，系統(tǒng)建設、持續(xù)改進，不斷促進企業(yè)整體效益、工作效率提升。

針對科研設計流程精細化再造工作需求，結合實際科研任務，基于產品、過程、組織3 個維度，通過流程梳理、工作內容梳理、工作要求梳理，按照型號研制總體、分系統(tǒng)/專業(yè)、具體工作層層細化，分層次展開流程再造工作，并細化流程控制各項要求。

產品維度是指對航天產品構成，包含系統(tǒng)、分系統(tǒng)、單機、軟件等各類軟硬件產品，重點關注產品的功能、性能及各部分之間的邏輯關系。

過程維度是指產品全研制周期產品形成過程，重點關注設計過程的邏輯關系和影響產品設計質量的關鍵因素。

組織維度是指對各任務環(huán)節(jié)上的專業(yè)協(xié)作關系和崗位組成進行梳理，對全部流程節(jié)點上的崗位控制要求、標準規(guī)范、輸出輸出文件、設計工具要求進行梳理，提出過程控制有效性的制度規(guī)范體系建設要點，形成與崗位高度耦合的制度規(guī)范體系。

2.流程精細化再造梳理與分析

一是設計需求確認。明確用戶提出的任務總需求，需開展流程設計再造的產品、所處研制階段及參與的技術、管理部門。科研設計流程一般按研制階段劃分為方案論證階段（F）、方案設計階段（M）、初樣階段（C）、試樣階段（S）和定型階段（D）。參與部門包括總體、氣動、控制、結構、防隔熱等技術部門和質量、計劃等管理部門。

二是1 級流程討論梳理與確認。1 級流程根據(jù)型號實際研制過程，概括描述型號某一研制階段涉及所有技術、管理部門全部工作的流程，用于體現(xiàn)各部門間的接口關系。工作內容由總體專業(yè)根據(jù)設計需求，梳理完成1 級流程。梳理過程中，總體設計應充分溝通協(xié)調各技術、管理部門，參考其相關意見進行編制。梳理完成后，總體專業(yè)室需組織主任設計師、工程組組長及主管設計等對流程開展審核、修訂及確認。

三是2、3 級流程管理要素梳理。2 級流程是在

1 級流程基礎上，描述某一技術、管理部門在型號某一研制階段全部研制工作的流程，用于體現(xiàn)各技術、管理部門內部閉環(huán)關系。3 級流程是在2 級流程基礎上，描述某一技術、管理部門在型號某一研制階段某一項具體工作的流程，用于體現(xiàn)各技術、管理部門具體工作過程。3 級流程為最底層流程，視工作的復雜程度由各技術、管理部門自行劃分。

管理要素包括用于指導開展設計、管理工作的作業(yè)指導書、標準、規(guī)范、質量案例等指導性文件，各技術、管理部門輸出文件，各技術、管理部門使用的工具軟件，各技術、管理部門的崗位角色。其中，指導書、標準、規(guī)范、輸出文件等需整理模板。

四是2、3 級流程討論梳理。各技術、管理部門基于管理要素梳理的輸出文件等工作內容，繪制各自2、3 級流程。梳理過程中，主管設計應充分溝通協(xié)調上下游技術、管理部門，參考其輸入輸出接口關系意見進行編制，并明確設計活動所需要的管理要素。梳理完成后，各技術、管理部門組織主任設計師、工程組組長及主管設計等各自流程開展審核、修訂及確認。

基于ARIS 軟件，可以方便高效地開展科研設計流程精細化再造。

3.基于精細化再造流程的科研設計及管理

基于精細化再造后的科研流程，結合所內數(shù)字工程建設，建立數(shù)字化協(xié)同設計系統(tǒng)，實現(xiàn)任務管理、流程分解、流程管理、流程監(jiān)控、在線協(xié)同設計等功能。在設計需求下達后，總體設計人員利用任務管理模塊，以存儲在任務流程模板庫中的流程模板為依據(jù)（也可自行設計流程模板），應用流程管理模塊進行任務WBS 分解并分發(fā)任務至各專業(yè)設計人員。

各專業(yè)設計人員登錄系統(tǒng)獲取設計任務，在輸入條件（上游任務已完成，輸入數(shù)據(jù)已完備、時間條件滿足）都具備的情況下，啟動設計流程，以統(tǒng)一的專業(yè)模型為核心，調用設計結果數(shù)據(jù)、任務之間的流程協(xié)作過程記錄及數(shù)據(jù)版本匹配關系，確保設計結果可記錄、數(shù)據(jù)關系可追溯、版本匹配可驗證，并提供輕量化三維模型和云圖、曲線、報告等多種查看方式，實現(xiàn)對設計方案的全數(shù)字化展示。

各專業(yè)設計人員在完成任務后將設計結果提交至數(shù)據(jù)中心的設計結果數(shù)據(jù)中心，支持對各專業(yè)設計結果數(shù)據(jù)按不同維度進行分類目錄的維護，建立多專業(yè)基于設計方案的關系數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)信息進行有效組織。

專業(yè)工具池為設計人員提供多層次、多功能的設計工具，具備針對相關專業(yè)的方案設計功能，大幅提高方案設計的效率和效果。通過開放數(shù)據(jù)中間件接口，打通各專業(yè)設計工具與數(shù)據(jù)資源中心的數(shù)據(jù)關聯(lián)，有效解決分布式異構數(shù)據(jù)的存儲、管理，實現(xiàn)設計過程中的數(shù)據(jù)共享與一致性管理。

協(xié)同設計管理系統(tǒng)監(jiān)測設計結果庫中的變動，自動完成任務狀態(tài)變更并更新流程，將任務、流程更新情況推送至相關任務工作人員的工作臺面中，形成工作時長歷史記錄。當完整流程中的全部節(jié)點均完成后，視為一次完整的流程迭代。

三、應用效果與后續(xù)工作

通過科研設計流程精細化再造，固化形成了所級流程設計規(guī)范，初步搭建了以流程為核心、與崗位高度耦合、多體系協(xié)調的流程體系，實現(xiàn)了1級流程到系統(tǒng)、2 級流程到崗位、3 級流程到任務。將專業(yè)崗位文件接口關系、輸出文件、數(shù)據(jù)項、設計工具、作業(yè)指導書等管理要素與科研流程緊密結合。通過推進數(shù)字化協(xié)同設計系統(tǒng)建設支持和固化流程再造成果應用，科研生產質量、效率和效益指標得到有效提升。

目前已完成方案論證階段和方案設計階段科研設計流程，并在所內某型號方案論證協(xié)同設計團隊中開展應用，有效地解決了多專業(yè)多學科緊耦合、參研單位多、涉及領域廣等設計難題，高效地完成了總體和分系統(tǒng)的任務分解、參數(shù)傳遞及設計數(shù)據(jù)的集中管理，實現(xiàn)了科研設計流程與科研管理的有機融合，提升設計效率30%以上，有效地提升了總體設計能力及科研管理能力并轉化為所內核心能力。后續(xù)，將繼續(xù)梳理再造其它階段科研設計流程，并根據(jù)項目實例化應用中發(fā)現(xiàn)的問題開展已梳理流程的優(yōu)化，形成“流程設計——執(zhí)行——執(zhí)行審計——流程優(yōu)化改進——再執(zhí)行”管理鏈條，協(xié)同設計管理，實現(xiàn)全覆蓋的流程化管理。