通用化兩器設計規范化研究與實踐

◎北京宇航系統工程研究所 馬玉坤 馮輝 陳浩 陳勝哲 莊恒宇

通用化兩器設計規范化研究與實踐

◎北京宇航系統工程研究所 馬玉坤 馮輝 陳浩 陳勝哲 莊恒宇

開展通用化兩器設計規范化工作是產品貨架建設的重要一環。中國運載火箭技術研究院測量系統優化壓縮通用化兩器產品選型及要求，引入第三方測評進行性能測試及環境試驗考核，統一產品各項指標要求，并推出通用化兩器設計要求，建立規范型譜表，指導產品開展規范化設計。

傳感器、變換器用于物理量參數測量，是電氣系統重要配套的產品之一，被大量應用于型號發射及研制任務中。近年來，中國運載火箭技術研究院進入史無前例的型號高密度發射及研制任務階段，兩器產品面臨空前的交付與質量壓力。然而由于各型號測量需求、環境條件等差異，造成目前兩器產品種類和技術狀態繁多，給兩器產品的管理、配套等工作帶來嚴重困難，兩器產品一直是測量系統產品齊套的短線。同時，兩器產品的技術狀態協調工作量巨大，不同型號往往重復開展相同工作，工作效率低，與目前面臨的高密度發射與研制形勢任務要求不符。

北京宇航系統工程研究所大力推進兩器產品化體系建設，通過兩器型譜貨架建設工作，實現兩器產品化選型，實質性壓縮產品種類，提高經濟效益。開展通用化兩器設計規范化工作是產品貨架建設的重要一環。測量系統針對常用振動、溫度、沖擊、過載、噪聲、熱流六類產品，通過對現有產品技術狀態的詳細梳理分析，進行產品選型及壓縮，引入第三方測評廠家進行產品性能測試及環境試驗考核。在此基礎上，推出通用化兩器產品設計要求，統一產品性能指標及輸入輸出要求等，指導產品開展規范化設計。

一、主要工作內容

1.建立測量參數標準化選取表

目前，型號遙測數據測量中，環境、動力、總體參數測量要求根據各自型號特點而設計，造成當前兩器種類過多。前期，測量系統通過統計分析，梳理出常用非電量參數的基本測量要求，提供參考。在此基礎上，開展北京宇航系統工程研究所在飛在研各型號力、熱、總體、動力測量參數量程和精度規格化工作及力、熱學環境試驗統一工作。從系列化、規格化角度出發，形成通用化兩器測量參數標準化選取表，對產品測量范圍，量程精度及力、熱試驗進行統一規定，各型號參數設置可直接根據需求從標準化表格中進行選取。

2.依托第三方測評工作，編寫通用化兩器設計建造規范

產品化貨架建設需實現不同型號之間產品互用。為方便型號使用及管理，必須保障各外協單位產品性能指標一致。為了充分了解各單位產品性能及滿足產品化要求，測量系統開展兩器產品第三方測評工作，引入第三方權威測試機構對各主要配套單位傳感器產品性能進行準確客觀測評。

測評試驗中，系統嚴格按規范量程挑選參試產品，依照規范化力、熱學環境試驗要求進行試驗考核。對兩器產品基本特性指標、電氣性能指標、物理特性指標進行了全面充分的測試;第三方測評結束后，依據試驗報告進行系統方分析，重點關注傳感器實測指標與任務書、產品證明書符合性及產品對環境試驗條件承受能力。同時，根據實際需求加入新性能指標測試，對某些重要且不易測試的指標進行考核。在充分試驗基礎上，結合各外協單位工程設計能力，對通用化兩器產品性能指標進行優化設計，形成通用化兩器設計要求，指導產品規范化設計。

通用化兩器設計要求包括以下工作內容:

一是優化產品選型，壓縮產品種類。同一類兩器產品經常存在多種測量原理，如振動傳感器，存在壓電、壓阻、硅電容等原理;溫度傳感器，存在熱敏電阻、鉑電阻、熱電偶等原理;被測物分為外壁溫、內壁溫、空氣溫度等。由此可見，規格化量程下，兩器產品仍存在原理、用途多樣特點。綜合考慮產品性能、安裝要求等多方面因素，開展最優選型，選用最優測量原理產品對應測量需求。

二是規范產品代號及產品編號。系統以測量參數標準化選取表為基準，搭建振動、沖擊、過載、噪聲、溫度、熱流6類傳感器產品型譜。對產品代號及產品編號進行統一規范化要求。以振動類兩器為例，介紹振動類兩器型譜，規范化振動傳感器產品代號標識要求，見圖1。

傳感器名稱代字，見表1。

表1 傳感器名稱代字表

產品出廠編號的編制按照QJ3069-1998《產品出廠編號的編制規定》要求，產品的出廠編號一般由年代號、批次號、順序號等部分組成，一般序列號(三位數字)表示為XXX，批次號(兩位數字)表示為XX,廠家代號(兩至三位數字/字母)表示為XX。

三是規范基本特性及電氣性能指標。由于各型號獨立設計，兩器產品性能指標要求經常存在較大差異，例如常溫常濕環境下“絕緣電阻”指標，同一類型產品不同型號會存在“100MΩ/100VDC”、“100MΩ/50VDC”、“200MΩ/50VDC”等要求;同時，存在個別指標要求設計不合理情況，例如“輸出阻抗”指標，型號提出“≤1000Ω”要求，由于指標范圍過寬，不同廠家該指標設計值出現50～100Ω，200～300Ω，700～800Ω 情 況，雖然都滿足指標要求，但是不同廠家之間存在較大差異，與規范產品化設計思路不符。

不同性能指標要求造成日常協調工作大量增加，給設計師帶來較大負擔。以兩器第三方測評為契機，系統對振動、沖擊、過載、噪聲、溫度、熱流六大類產品進行性能指標規范化設計及優化。系統梳理產品關注指標，對差異指標進行統一規范要求。對不合理設計指標，優化設計。同時，增加個別關注指標，例如熱流傳感器，根據總體及使用要求，增加“連續工作時間”及“響應時間”測試項目。熱學類兩器規范化設計性能指標統計，見圖2。

四是規范兩器產品接口。產品接插件是產品與系統的連接接口，當前產品接插件種類各異，性能指標參差不齊。存在同一產品在不同靶場之間，由于接插件密封性差異，而不能使用的情況，為實現不同型號產品互用造成巨大阻礙;同時，接插件節點分配各異，易引起錯插或設計錯誤，帶來研制隱患。因此，測量系統開展統一接插件選型，對接插件節點分配進行規范設計。經多方調研討論，依托小型化、具有良好密封性、壓接式選型思路，確定選用某型號圓形、矩形接插件作為通用化兩器規范接插件，按照“統一規律，不同產品略有差異”的原則，進行規范化節點分配。兩器產品接口的統一，降低設計風險，提高設計效率，是實現“拿來既可用”的重要一步。

五是規范外形尺寸，統一產品著色要求。兩器產品種類繁多，外形尺寸各異，結構多樣。系統依據現有產品尺寸大小，考慮最佳安裝方式，設計可實現的最小外形尺寸作為規范化設計尺寸要求;彈箭兩器顏色種類過多不僅會增加著色材料備料的難度，而且不利于單機單位對產品技術狀態的控制，嚴重影響單機單位生產流程管理和產品化推進。系統總結各型號兩器著色及標識的調研結果，結合部分型號的著色及標識統一化規定，提煉出通用化兩器產品著色及標識統一化規定。產品著色及表面處理的統一是區分儀器電纜所屬系統及大致功能的有效手段，更是提高系統級產品化的必要前提。

六是編寫模板任務書及測試驗收表格。依據規范化兩器性能指標要求，系統編寫模板化通用兩器任務書及測試驗收表格，形成閉環文件。模板化任務書及測試驗收表格的編制，極大精簡設計流程，是通用化兩器設計規范化實踐工作的重要成果。

3.設計通用化兩器包裝箱

箭上兩器產品數量多、種類雜，產品的外形各異，導致包裝箱拆裝復雜，并且給存放、搬運也帶來了一定的困擾。因此，結合地面全塑包裝箱的設計及使用情況，以規范化傳感器最大外形尺寸包裝為依據，提出了箭上兩器產品包裝箱的設計方案。該包裝箱具有良好的強度與剛度，可確保對產品的良好保護，具有良好密封性、止動性及抗環境能力性。通用化包裝箱的推廣，實現了規范化存儲、運輸，提高了質量管控水平。

4.建立通用化兩器產品規范型譜表

依據總體測量參數標準化選取表，通過編寫通用化兩器設計要求，對兩器產品各項指標進行最優設計，在此基礎上可建立通用化兩器型譜。

通用化兩器產品規范型譜，是通用化兩器產品規范化設計的重要指導標準，更是兩器產品貨架建設的核心。外協廠家將據此要求開展全面設計，形成通用化兩器產品，搭建兩器產品貨架雛形用于型號選型。

二、應用成效

一是提高設計效率，大幅減少協調工作量。測量系統自開展通用化兩器產品設計規范化工作以來，收獲顯著。通用化兩器產品設計規范的編制，對產品性能指標進行統一規范設計，形成模板化任務書及測試驗收文件，將設計師從大量協調工作中解放，避免了重復性工作，精簡設計流程，設計效率獲得大幅提升。

二是有效控制質量問題。統一產品指標要求，便于開展批次性生產，外協單位提升生產質量控制。同時，引入第三方測評，剔除不合格產品，外協單位質量管控意識得到顯著提高，測量系統提升對單機質量管控能力，有效控制質量問題。

三是顯著節約研制成本。通過優化壓縮兩器產品種類及要求，可有效減少新研型號研制成本。以產品化貨架體系進行管理，降低產品質量管理成本。通用化產品生產可實現批次訂貨、批次試驗，對于外協廠家可大幅降低設計、生產、試驗成本。

通用化兩器設計規范化工作是兩器產品化貨架建設的重要一環，是前期產品化工作的重要體現。通過通用化產品設計、試驗、測試與評價，建造產品型譜，進行貨架產品選用，實質壓縮兩器產品種類，將設計師從大量協調工作中解放，避免了重復性工作，設計效率獲得大幅提升，減少技術協調工作量。加強兩器產品質量管控力度，為系統高效集成打下基礎。同時，實現跨型號集中訂貨、組批驗收，保障交付進度，降低成本，對型號實現降本增效具有重大意義。