航天器總裝模塊化生產模式探討

邊玉川，謝久林，楊曉寧，馬 強

（北京衛星環境工程研究所，北京 100094）

1 引言

隨著我國航天事業的飛速發展，航天制造業迎來了跨越式發展的機遇期，航天器總裝作為航天器制造的重要環節，決定著航天器的生產能力。近些年航天器型號任務不斷增長，人力、設施、場地等各種資源愈加緊張，人員工作負荷明顯增加，部分保障資源出現能力的瓶頸問題。同時，以航天器單星（船）為生產單元的原有生產模式隨著型號任務的緩急及周期出現了較明顯的工作量波動。為此，需在對現有資源及生產模式進行細致分析的基礎上，不斷重組人力和技術資源、優化資源配置、提高航天器總裝生產模式的成熟度，保證航天器總裝研制任務的順利完成。本文通過對航天器總裝特點及航天器總裝成熟度分析，提出了航天器總裝模塊化生產模式的構想。

2 模塊化生產思想

20世紀70年代以來，隨著市場需求日趨多變，用戶越來越追求個性化，“大規模個性化生產” 模式在各個行業得到了長足發展。“大規模個性化生產”是通過柔性的生產過程和組織結構為用戶提供多樣化和個性化的產品和服務，它的基石就是模塊化的產品構造和組織構造，目標是增強企業的柔性，使企業在不需要花費太多的成本和時間、不需要引起太大的組織破裂的前提下，靈活地調整自己的生產、管理和銷售，隨時適應不斷變化的市場需求。用戶需求的多樣化和個性化是企業進行柔性管理的驅動力。快速地響應市場信號，迅速地改變產品設計并生產出用戶所需要的產品的能力是企業在激烈的市場競爭中生存和發展的關鍵。加強模塊化生產、提高專業化水平是提高企業柔性的重要途徑之一。

2.1 模塊化的含義

模塊化就是為了取得最佳效益，從系統觀點出發，研究產品/系統的構成形式，用分解和組合的方法建立模塊體系，并運用模塊組合成產品/系統的全過程[1]。模塊化不是一個孤立、靜止的事物，而是一個有目標、有組織的活動過程，其中既有生產的技術（設計和制造）過程，也有生產技術的管理（規劃、計劃、鑒定、實施、協調）過程[2]。

隨著模塊化思想的不斷發展，模塊方法已經不僅僅是產品設計的工具，而且成為一種管理科學的觀念和方法。它也是一種知識資本激勵和管理的觀念和方法，是一種現代企業產品設計、組織設計和知識管理戰略設計的方法論。由于模塊概念和方法必須以充分了解產品體系為前提，因此比較適合于成熟技術的持續開發和柔性經營，對航天制造企業生產管理具有重要意義。

2.2 模塊化和專業化

專業化分工是指將整體功能劃分為若干類別的功能單位，分別由相應的人專門從事一項或少數幾項功能單位，使得個人專項技能得以強化，組織整體績效得以提高。專業化的分工協作一方面使勞動生產者將其生產活動集中于較少的操作上，從而提高了生產的熟練程度，減少了因經常變換工作或變換生產活動中的不同操作內容而損失的時間，節約了生產的人力資源以及生產時所使用的物質生產資料；另一方面它降低了企業管理工作的復雜程度，從而提高了企業的管理效率。

相對專業化而言，模塊化是將目標產品/系統進行分解、重組成若干模塊，每個模塊從事自己所擅長的專業，產品/系統的分解和組合的技巧及運用水平影響著模塊化的優劣；而專業化是將同一產品/系統進行專業細分，或者將不同產品/系統的相同/相似專業進行重新組合，形成專業優勢。專業化是模塊化的重要手段和基礎，模塊化是專業化發展到一定程度的必然結果。

3 航天器總裝專業化建設的可行性分析

對于航天器總裝來講，其承擔任務的內容及特點決定了可以通過專業化改造，在現有資源的基礎上，將各型號并行線程打碎，將相同專業進行專業化重組，以達到提高資源利用率和勞動效率、加強技術融合、利于質量保證的目的。

3.1 航天器總裝內容

航天器總裝是航天器裝配的最后階段，包括總裝設計和總裝實施。航天器總裝實施是根據總裝設計要求，由總裝工藝技術人員和操作工人共同實施，將經過驗收合格后的所有部組件和儀器設備組裝成為航天器的過程。就目前航天器總裝實施所承擔的任務來講，大致包括以下工作內容：

(1)推進系統管閥件及直屬件的安裝，模板管路焊接配合；

(2)移植模板管路；

(3)安裝星上儀器、直屬件，粘貼導電銅箔；

(4)制作多層隔熱組件、外熱流加熱器；

(5)單機產品熱控實施；

(6)裝拆星上多層隔熱組件、外熱流組件；

(7)電纜鋪設固定，星上電纜自由端焊連固定，粘貼星上熱敏電阻及熱電偶，插拔儀器插頭；

(8)電測配合；

(9)專業測試配合，大型試驗配合；

(10)艙段對接、整星/船吊裝及轉運（運輸）；

(11)物料齊套。

3.2 航天器總裝特點

航天器總裝過程具有鮮明的特點，主要表現在：

(1)航天器總裝有型號品種多、批量小、不確定性強等特點。經常要同時承擔導航衛星、通訊衛星、遙感衛星、深空探測衛星、載人飛船等多類型平臺航天器總裝工作，且大部分平臺航天器同時在制的數量較少，而且用戶對航天器的需求具有較強的不確定性；

(2)進度要求緊，質量要求高。航天器研制大多為國家重點項目，關系到國防安全、國計民生以及我國的國際形象和信譽，所有這些都造成了航天器研制進度趨緊。航天器總裝作為航天器裝配的最后階段，進度質量要求更加嚴格。另外，航天器在軌運行的特點決定了必須在地面階段保證其高質量；

(3)單個航天器研制工作量波動較大。在航天器總裝實施主線中穿插專業測試、電測、大型試驗，時間少則幾天，多則幾十天，造成單型號任務量不夠均衡，另外由于分系統儀器到位不及時也消耗較多的總裝主線時間；

(4)工序的順序性強，工序間制約程度較高。如某平臺衛星艙段總裝，必須嚴格按照“接地實施－移植模板管路－移植電纜－安裝儀器－電測配合”的順序進行，因此，在前道工序未完成的情況下，很難正常進行下道工序；

(5)航天器總裝實施一般以平臺班組為核心的剛性生產模式為主，容易產生平臺班組間、不同時期工作量不均衡；隨著承擔航天器研制任務數量的加大，不均衡程度愈加明顯。

3.3 航天器總裝專業化建設的有利條件

(1)從航天器總裝任務內容可以看出，無論飛船還是衛星，無論何種平臺，所涉及的專業基本上是一致的，這就為航天器總裝專業化改造提供了前提條件；

(2)隨著近些年產品化建設的不斷加深，工藝成熟度水平逐漸提高。各型號平臺編制了一批技術水平穩定、通用性強的模塊化工藝；并且有意識地進行了不同型號間相同專業的技術交流，型號間相同專業取長補短，共同進步。所有這些都為航天器總裝專業化建設提供了技術保障。

4 航天器總裝生產模式成熟度分析

為了有效地對航天器模塊化進行研究，本文通過對航天器總裝生產模式進行分析，參考軟件能力成熟度模型CMM[3,4]，將航天器總裝生產模式從低到高分為5個級別，分別為初始級、可重復級、可定義級、可管理級和可優化級（如圖1所示）。

圖1 航天器總裝生產模式成熟度級別Fig.1 Classes of general assembly model maturity

將人員、工藝技術水平、組織結構、業務流程及質量保證作為評估要素，建立航天器總裝生產模式成熟度模型（如表1所示）。

表1 航天器總裝生產模式成熟度模型Table 1 Modes of spacecraft general assembly model maturity

從模型可以看出，航天器總裝現有生產模式基本處于可定義級和可管理級的級別上，需要對現有模式進行優化改造，提高現有模式的成熟度等級。

5 航天器總裝模塊化構想

根據模塊化生產思想將目標產品（星、船）總裝過程劃分成若干模塊，依據航天器總裝自身特點以及人力、技術優勢建立專業化組織，形成專業化組織所擅長模塊的生產組織模式。

根據航天器總裝研制流程，可將航天器總裝實施過程分為輔線模塊、主線模塊、生產保障模塊；根據專業可分為單機產品熱控實施模塊、熱控多層模塊、管路焊接模塊、星上熱控實施模塊、電測配合模塊、線纜專業模塊、總體裝配模塊、物流模塊。總裝實施模塊結構如圖2所示：

圖 2 總裝實施模塊結構圖Fig.2 General assembly modularity structural pattern

各模塊負責的工作內容如下：

(1)管路焊接模塊。負責星/船推進管路焊裝前管閥件及直屬件裝配、管路焊接工作；

(2)單機產品熱控實施模塊。負責星/船單機產品首次熱控實施工作；

(3)熱控多層模塊。負責星/船用熱控多層、外熱流加熱器的機械接口設計及產品制作；

(4)星上熱控實施模塊。負責星/船上熱控多層的取樣、安裝，星上熱試驗件的安裝；

(5)電測配合模塊。負責星/船電測配合期間星上插拔等相關操作；

(6)線纜專業模塊。負責星/船上電纜鋪設、焊接工作；

(7)總體裝配模塊。負責星/船的除專業模塊外的其他星上操作，包括整星接地實施、儀器及直屬件拆裝、艙段對接、整星/船轉運及吊裝等；

(8)物流模塊。負責星/船儀器、直屬件、輔料等領料及入/出庫、齊套工作。

上述模塊化分工模式只是一個初步設想，航天器總裝模塊化過程是一個系統工程，在實際進行模塊化分工設置時，需要充分考慮現有人員結構、專業化分工程度、資源設備情況等因素，同時需建立起與其相適應的班組組織、工藝組織、檢驗組織等配套模式。因此，航天器總裝模塊化將是一個長期的過程，需要在實踐中積累經驗并逐漸成熟。目前，比較容易實現模塊化的是輔線模塊，可以在基本不產生過大組織變革的情況下，將不同航天器間的相同專業輔線進行專業化重組，將輔線工作從主線剝離出來，形成輔線專業化生產模塊。

6 模塊化試點和現實意義

通過專業化建設，建立了熱控多層制作和管焊前總裝專業模塊，經過一段時間的運行，取得了良好的效果，完成了期間所承擔各個型號的相關任務，年輕人員迅速成長；同時，在運行過程中也出現了受到設計狀態及配套建設滯后的制約。隨著專業化建設的不斷加深，模塊化將會給航天器總裝帶來以下益處：

(1)生產組織結構柔性大大增強。專業化程度越深，生產組織結構柔性就越強，因此，專業化建設必將大大增加航天器總裝生產模式的柔性，提高應對型號任務急劇增長的能力，減少生產管理成本；

(2)人員技能結構趨向于又精又專。隨著專業化建設的逐漸開展，專業化人員比重將陸續增加，這些人員將對承擔的專業化工作逐漸適應，并且通過不斷的重復實踐，熟練掌握業務技能，同時將具有足夠的精力和時間進行技術創新工作；

(3)產品保證質量和效率大幅提升。在專業化模塊生產中，質量管理對各個型號進行橫向的專業化管理，將提高過程控制能力和產品保證能力，極大地降低事故發生率；

(4)減少人力資源和生產物資浪費。由于各個生產模塊具備不同職能，人員重復勞動和對生產物資的需求重復（交叉）性也將大大降低，從而減少了各種資源的浪費；

(5)人員結構得到迅速合理配置。由于人才培養周期的縮短，可以在短時間內達到人員結構的迅速合理配置，滿足任務的需求。

7 結束語

本文結合模塊化思想和成熟度理論，對航天器總裝生產模式進行模塊化構建進行初步探討，根據專業化試點取得的經驗提出模塊化對航天器總裝的現實意義。專業化程度的提高必將對航天器生產企業產生深遠影響，而隨著專業化的不斷深入，實現航天器總裝的模塊化生產模式，提高企業管理柔性及生產模式成熟度是航天企業提高自身競爭力的重要途徑。航天器總裝生產模塊化是一個任重而道遠的過程，需要通過不斷的實踐和總結發展完善。

（References）

[1]童時中.模塊化原理設計方法與應用[M].北京: 中國標準出版社, 2000

[2]任韶清.模塊化方法與企業模塊化合作研究[D].北京航空航天大學碩士學位論文, 2001

[3]楊一平.軟件能力成熟度模型CMM方法及其應用[M].北京: 人民郵電出版社, 2001

[4]郭曉燕.總裝工藝成熟都模型的建立及應用[J].航天器環境工程, 2009, 26(6): 566-567