面向產品設計與制造技術的實現途徑和管理創新

◎北京宇航系統工程研究所 黃誠 王端志 盧紅立 李雄魁 張東

面向產品的設計與制造是現代航天運載火箭和導彈武器結構（彈箭體結構）設計發展的重要方向?！懊嫦虍a品”就是以產品為核心，最大限度地實現同一產品或同一系列產品在不同型號上的通用，且必須關注產品全生命周期的所有剖面?！霸O計”不單是指產品自身的設計，也指產品全生命周期的設計。面向產品的設計技術是一種集成化的技術，需要體現系統化的設計方法，在設計階段需要考慮產品的性能、質量（可靠性等）、可制造性、可裝配性、可測試性、服務和價格等因素，從而對產品進行優化設計或再設計。

一、產品化思路

彈箭體結構系統產品是指彈箭體結構系統開發、研制或生產過程形成的硬件與軟件，分為子系統（非電傳爆子系統）、單機（衛星適配器、艙段、貯箱、分離環、低沖擊分離裝置等）、組件、部件、零件等。

彈箭體結構系統產品按專業類型可分為殼段結構、貯箱結構、特殊功能結構、分離結構和火工品裝置五大類產品。產品的不同類型特點決定了其應有不同的產品化思路。

1．殼段結構類產品

殼段結構類產品可分為大結構類和小結構類產品。大結構類產品，如尾段、級間段、箱間段、儀器艙、整流罩等，因與型號產品結合緊密，配合關系復雜，在客觀上不利于實現成品狀態的通用化和系列化，故其產品化工作的重點應放在優化生產流程、工藝方面，形成通用性強的中間狀態類產品，以提高生產效率、縮短生產工期為目標。

小結構類產品，如衛星適配器、支架、口蓋、端框、爆炸螺栓盒、接頭、大梁等，因產品結構簡單、功能單一、接口明確，可對設計和工藝進行優化，以減少品種規格，形成批生產。

2．貯箱結構類產品

對于現役或在研型號的液體推進劑貯箱，由于總體結構、儀器電纜、增壓輸送系統接口等要求的約束，無論是同一型號的不同部段貯箱，還是不同型號的同一部段貯箱，其結構類型、尺寸參數、功能元件等各方面均不盡相同。因此，就目前狀況看，對于絕大部分貯箱產品難以形成整體級別的產品化單機產品，其產品化工作的重點應放在優化生產流程、工藝方面，形成通用性強的中間狀態類產品，以實現提高生產效率、縮短生產工期為目標。

3．分離結構和火工品裝置類產品

該類產品可分為子系統（非電傳爆系統）、單機、組件、部件、零件，同時又存在自主設計和外包產品2 種類型。由于各個型號的安裝部位、終端作用類型的差異造成非電傳爆系統通用性較差，不易形成子系統級通用產品，但在起爆、傳爆、輸出終端等方面均可實現較高的技術共用。

以低沖擊分離裝置、柔性分離環為代表的分離結構與火工裝置類產品由于結構較小，配合關系簡單，易于實現“三化”，可實現較高水平的產品化。對于火工裝置類產品中的外包部分，由于產品結構簡單、接口明確，應把壓縮產品種類、統一環境條件、統一驗收流程作為工作重點，并形成火工品產品優選目錄，以達到提高批生產數量、優化生產工藝流程、提高產品生產質量的目標。

二、實施途徑

基于上述討論可以認為，彈箭體結構實施面向產品設計與制造的核心有以下兩個方面。

1．建立分層次的產品共享機制

一是共享原材料。原材料是結構產品實現的根本，需要嚴格控制原材料的選用。為確保原材料選用的先進性和適應性，應對不同的產品類型規劃出相應的原材料應用劃代特征線。

二是共享零、組件。殼段結構和分離裝置的部分零件均可形成共享零件，低沖擊分離裝置具有相同承載能力的分離螺母組件可以共享，舵、翼等機構組件產品可根據尺寸和功能特點形成共享產品組件。

三是共享結構部段（裝置）。針對某一特征的部段級結構，在固化結構設計技術途徑的同時，也需要考慮技術先進性和適應性發展的需要。

共享單機級的結構部段與裝置一般出現在同一直徑的型號序列中，如CZ-5B 火箭可直接借用CZ-5 火箭的基礎級；跨直徑或主要技術特征不同的型號很難實現結構部段的單機級共享。

2．建立基于產品平臺的異步研發模式

從技術上講，實現面向產品設計與制造的途徑是建立異步研發模式，如圖1 所示。

異步研發模式是以產品平臺為基礎的一種平臺化研發模式，核心是基于產品平臺進行分層次、分時段的研發。執行異步研發模式的要點包括：提前進行平臺技術、模塊或組件、子系統的研發，并建立各層級共享產品的復用機制，最終型號產品能夠在已有平臺和成熟技術的基礎上快速研發，并保證質量。

基于產品平臺的異步研發模式對新領域重大型號研制非常關鍵，以大直徑火箭箭體結構研制為例，在型號正式立項前，需要組織重大產品關鍵技術攻關，對大直徑結構設計、制造、試驗技術進行研究，確立設計、工藝、試驗方法；在此基礎上研究確立大直徑箭體結構產品平臺；通過大直徑產品平臺的確立，建立新型原材料、結構零件、結構組件、結構部段等多層次共享產品以及新型制造平臺（立式制造與裝配平臺）和試驗平臺等通用基礎設施。

圖1 結構產品異步研發流程

三、管理創新

1．組織模式變化

北京宇航系統工程研究所落實中國運載火箭技術研究院“產品重組、流程重組、人員重組”的要點在于：在一個工程組內同時實現“技術平臺與產品平臺開發”和“平臺產品與型號產品研制”，并采用有效機制形成型號項目隊伍與產品隊伍的密切結合。

2．知識管理平臺建設

產品化工作的核心內容是基于共享，既有技術、知識層面的共享，又有產品層面的共享。為實現共享，知識管理平臺是有效的手段和工具，如圖2 所示。該平臺可以用于管理設計技術、軟件、模板、各類數據（原材料、產品、試驗等）、質量信息等。

3．數字化平臺建設

圖2 彈箭體結構知識庫與設計工具族建設思路

參考現有標準件模型庫建設數字化的虛擬產品樣機庫。典型產品（零、部、組件和單機等）均由參數驅動，不同的參數可以生成產品族中不同規格及型號的特定產品。產品信息包含質量、質心、材料、工藝、成本、制造周期、質量履歷（歸零信息、改進歷史）等。該平臺能夠實現數據共享，總體設計人員可以選用產品的輕量化模型，單機設計人員可以調用產品用于型號，仿真、分析設計人員可以從中獲得用于分析的模型。

4．信息化平臺建設

應建立自原材料起至零件、單機產品的全流程信息管控手段。原材料自進入物流系統起，其數據與物料之間通過二維碼建立聯系。物料進入制造環節后，信息傳遞、合并到零件上，零件的二維碼最終匯入單發彈、箭產品的二維碼信息。信息化平臺向產品相關人員（設計、調度、質量等）開放數據接口，可以像跟蹤快遞產品的流程一樣，實時查詢產品的流轉狀態，既有利于質量信息的追溯，又有利于進度管理。

為實現航天產品從型號定制類向產品化、市場化、成熟化發展，快速制造高質量、有競爭力的產品，彈箭體結構實施面向產品的設計已勢在必行。但產品化需要對現行航天科研生產體系進行深刻改革，甚至是根本性的變革。因此，需要不斷探索面向產品設計與制造技術的實施途徑和管理創新。▲