基于5M1E的組批衛(wèi)星總裝集成測試過程流水化管理

沈洪興, 劉會杰, 漆莊平

(中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院,上海 201203)

衛(wèi)星的研制技術和制造流程眾多復雜,且定制性很高,是一個大而復雜的設備系統(tǒng)[1]。目前,單件或小批量生產(chǎn)是中國衛(wèi)星總裝、集成和測試(assembly, integration and test，AIT)的開發(fā)和生產(chǎn)所采用的主要模式[2]。此模式會消耗大量的人力和時間成本,大大限制了衛(wèi)星AIT的工作能力。隨著航天產(chǎn)品民用市場的自由化和應用需求的增加,全球覆蓋組網(wǎng)衛(wèi)星的研發(fā)和生產(chǎn)將成為未來研究熱點之一[3]。因此,有限的資源給衛(wèi)星AIT生產(chǎn)調(diào)度帶來的壓力也越來越大,尤其是傳統(tǒng)的AIT綜合測試模式對處理衛(wèi)星批量生產(chǎn)要素調(diào)度提出了更高要求。

目前,中國衛(wèi)星AIT階段生產(chǎn)組織形式主要分為傳統(tǒng)單顆衛(wèi)星AIT生產(chǎn)模式和組批衛(wèi)星AIT生產(chǎn)模式[4]。其中單顆衛(wèi)星生產(chǎn)采用的是專人專地,測試設備與試驗衛(wèi)星配套使用,不具備共享與動態(tài)調(diào)整資源的功能。此類生產(chǎn)模式使得生產(chǎn)閑置期較長,嚴重時會影響到區(qū)域性統(tǒng)籌資源,從而阻礙正常生產(chǎn)工作[5]。另一種組批衛(wèi)星AIT生產(chǎn)模式主要的應用對象是北斗二號,采用了測試矩陣和雙星分組等生產(chǎn)模式,支持多顆衛(wèi)星并行生產(chǎn)的同時,使得資源可小范圍共享。但是這種生產(chǎn)模式的資源調(diào)配范圍還不夠廣泛,應對長周期下同類衛(wèi)星共享資源的研制還存在不足[6]。

國外很早就引入了先進衛(wèi)星AIT階段中的流水線式裝配生產(chǎn)模式。其中波音公司以脈動式裝配模式進行衛(wèi)星總裝生產(chǎn)工作,取得了一定的成績[7]。其生產(chǎn)線通過總裝靜置階段實現(xiàn)周期分配,是一種間歇移動裝配流水線。它的弊端在于無法應用于各個AIT階段,當交替進行的測試與裝配沖突時,無法對組批衛(wèi)星的AIT全過程進行最優(yōu)的排產(chǎn)策略設計。因此中國不適用這種單純的流水線裝配生產(chǎn)模式。

1 概念界定

1.1 組批衛(wèi)星任務島流水化

根據(jù)組批衛(wèi)星AIT研制生產(chǎn)過程的總體設計要求,在調(diào)研了先進制造領域的流水化生產(chǎn)模式后,提出了任務島流水化測試流程[8-10]。通過測試時間、測試內(nèi)容和測試地點來劃分衛(wèi)星AIT全過程的各工序,每個任務島則代表一個工序,任務島鏈貫穿整個工序,具備相同的生產(chǎn)職能。所以組批衛(wèi)星AIT流水化管理過程可看作不同類別的任務島按照一定順序串接而成的任務島鏈。同批次衛(wèi)星實施資源管理與統(tǒng)籌分配的過程即解決測試調(diào)度問題,這可以通過設計任務島流水化生產(chǎn)模型實現(xiàn)。具體化AIT過程中各時段的輸入輸出條件,明確各個任務時段的生產(chǎn)實施要素,將傳統(tǒng)的AIT過程簡化為以任務島為工作節(jié)點的流水化管理模型[11-13]。

1.2 5M1E分析法

5M1E分析法主要用于分析影響質(zhì)量的因素,包括：

人員(man)——人員的操作水平、質(zhì)量意識和技術涵養(yǎng)等。

機器(machine)——機器設備、輔助工具的精度和維護保養(yǎng)情況等。

材料(material)——材料的化學成分、物理性能和外觀質(zhì)量等。

方法(method)——產(chǎn)品的生產(chǎn)方針、工藝規(guī)范和作業(yè)指導書的完整性等。

測量(measurement)——產(chǎn)品實現(xiàn)過程中的測試方法、試驗手段、儀器設備的工作狀態(tài)和精度等。

環(huán)境(environment)——試驗現(xiàn)場的溫濕度、潔凈度、噪聲和振動等[14-16]。

從解決難點問題、管理組批生產(chǎn)的角度出發(fā),結合5M1E分析法的6個因素理順邏輯排除干擾,使組批衛(wèi)星朝高質(zhì)量的方向發(fā)展。

2 組批衛(wèi)星的AIT管理過程存在的難點問題

衛(wèi)星AIT過程可劃分到各類型任務島實現(xiàn)功能,但在流水車間生產(chǎn)問題中同樣要考慮裝配準備、等待和轉(zhuǎn)運等時間耗損問題。因此,應用任務島的流水化生產(chǎn)過程可進一步細分為裝配及準備、綜合測試、等待、轉(zhuǎn)運4個階段,各階段之間存在的難點問題則體現(xiàn)在任務流水化要素、調(diào)度生產(chǎn)成本控制和人力資源儲存與分配方面。

2.1 任務流水化要素

按照現(xiàn)有組批衛(wèi)星的AIT綜合測試研制生產(chǎn)要求,基于測試階段、測試功能和測試場地,共建立11類任務島,分別是聯(lián)試任務島、裝星任務島、熱真空試驗任務島、質(zhì)測及動平衡試驗任務島、振動試驗任務島、展開及光照試驗任務島、檢漏任務島、電磁兼容性(electromagnetic compatibility, EMC)試驗任務島、磁試驗任務島、老練試驗任務島和再裝配試驗任務島,如圖1所示。組批衛(wèi)星通過在任務島間流轉(zhuǎn)實現(xiàn)流水線測試,在進入每類任務島啟動測試前,應按每類任務島的準入條件要求進行檢查,當全部條件均滿足時方可啟動綜合測試。

圖1 某組衛(wèi)星AIT階段任務島組成及交接Fig.1 Composition and handover of task island in AIT phase of a group of satellites

2.2 調(diào)度生產(chǎn)成本控制

任務島流水化調(diào)度生產(chǎn)問題如下:①在任務島鏈中存在并行任務島的同時,組批衛(wèi)星依然滿足完整AIT過程任務島多個階段；②各任務島互不干涉,除異常狀態(tài)外測試將持續(xù)進行；③組批衛(wèi)星由于載荷功能的不同,同一個任務島的階段時間也存在差異；④組批衛(wèi)星運輸過程中實施減振處理,促進文明安全生產(chǎn)。

成本控制一直是AIT過程管理中的重中之重。有效的成本管控不僅能提升流水化任務管理的核心競爭力，增強其綜合實力,還有助于對AIT過程的人、財、物、管理等生產(chǎn)要素進行統(tǒng)一、合理配置。組批衛(wèi)星任務島發(fā)展模式下的成本控制更具復雜性,具體表現(xiàn)在以下2個方面:①組批衛(wèi)星保證在規(guī)模發(fā)展的過程中質(zhì)量相同,運行成本隨之增加,產(chǎn)生成本的環(huán)節(jié)也隨之增多,給AIT過程的成本控制帶來了新的難度；②為維持多型號的正常研制,生產(chǎn)要素的共享和流轉(zhuǎn)必不可少,然而由此產(chǎn)生的成本,尤其是人力資源的成本,界定起來較為困難,增添了成本核算的復雜性。

2.3 人力資源儲存與分配

AIT過程的運營離不開加工、裝配、測試、后勤、管理等相關人員,而為了最大限度地保證同質(zhì)化生產(chǎn),各個任務島所配置的各類人員的專業(yè)水平與綜合素養(yǎng)都需要達到較高水準并保持相對均衡。因此,科學合理的人力資源的儲存與分配意義重大。在組批衛(wèi)星項目發(fā)展的大背景下,如何進行合理的崗位設置、如何構建人員輪轉(zhuǎn)的長效機制、如何搭建規(guī)范化的人才培養(yǎng)平臺、如何建立具有激勵作用的績效評價體系,是亟待考慮與解決的問題。

3 基于5M1E分析法的流水化管理探索

以某型號衛(wèi)星批產(chǎn)工作為例,統(tǒng)籌4組按每組3顆星組織批次研制生產(chǎn),并且同時4組星開展工作,高度交叉并行,因此組織架構設計時兼顧了責任鏈條的清晰和流水化操作的專業(yè)化:①加強總體組建設,每組衛(wèi)星安排專人負責,并成立每組衛(wèi)星的總體小組；②加強計劃組建設,每組衛(wèi)星安排專職計劃主管負責；③加強質(zhì)量與產(chǎn)品保證工作,組建4個小組負責每組衛(wèi)星的質(zhì)量與產(chǎn)保管理工作；④加強測試隊伍建設,每組衛(wèi)星建立專門測試隊伍；⑤成立多個專項試驗隊伍負責所有衛(wèi)星的相應專項試驗；⑥成立3個總裝小組負責各組衛(wèi)星的總裝,必要時負責不同總裝工位的操作；⑦加強質(zhì)量與產(chǎn)品保證工作,組建4個小組負責每組衛(wèi)星的質(zhì)量與產(chǎn)保管理工作。具體實施組織架構如圖2所示。

圖2 批產(chǎn)衛(wèi)星組織架構Fig.2 Organization structure of batch production satellite

3.1 Method——實施流水化的管理方針

通過完善工藝和試驗方法制度,細化工藝和試驗規(guī)程及操作文件,便于加強AIT的流水化管理方針,確保操作文件有效的同時,記錄AIT過程,對工藝和試驗新技術的公關及課題預研也具有指導意義。

首先,桌面聯(lián)試、總裝及各項試驗過程中,要求每天組織召開班前會；根據(jù)需要組織召開班后會,班后會以溝通匯報問題為主。其次,AIT研制階段每組衛(wèi)星原則上每周召開一次調(diào)度會,衛(wèi)星啟動每個任務島正式工作前,需要完成準備工作檢查,以檢查會形式組織。最后,衛(wèi)星結束每個任務島全部工作后,需及時完成小結或者總結工作,以現(xiàn)場會、內(nèi)部審查會或評審會形式組織。具體會議形式如表1所示。

表1 某型號組批衛(wèi)星總結管理形式Table 1 Summary management form of a type of batch satellite

3.2 Man——人力資源動態(tài)調(diào)整

在組批衛(wèi)星的AIT過程中如遇到和操作人員相關的質(zhì)量問題時,流程化管理模式可采用崗位動態(tài)調(diào)整、專業(yè)能力考核、職業(yè)健康檢查、優(yōu)化人力配置和增強質(zhì)量責任意識的方法來解決。

按照研制流程,從產(chǎn)品齊套啟動桌面聯(lián)試開始到衛(wèi)星試驗結束,按照組批生產(chǎn)流水線管理模式,每顆星至少要完成10次以上整星流轉(zhuǎn)工作,涉及到10個任務島以上,為了提高工作效率和工作交接平滑度,明確交出方和接收方(前后項目工作組)工作界面如表2所示。

表2 某型號組批衛(wèi)星工位流轉(zhuǎn)交接界面Table 2 Interface of station transfer of a type of batch satellite

3.3 Machine——大型設備統(tǒng)一調(diào)配

對于一些力學試驗設備和空間環(huán)境模擬設備來說,需經(jīng)過設備設計、復核和定期檢驗這一過程,從而保證其機械支持產(chǎn)品的可靠性。此外,與其配套的試驗工裝在設計中也要考慮配合設備共同進行定期維護保養(yǎng)與安全性檢查,起到良好的安全防護作用。在進行電磁干擾等試驗的過程中,靜電防護與環(huán)境隔離措施也同樣重要,并應定期標檢。具體的設備配套情況如表3所示。

表3 設備配套情況Table 3 Equipment supporting conditions

3.4 Material——建立同質(zhì)量耗材集成化管理

由于每組星的載荷、星務、轉(zhuǎn)臺都不一樣,大部分工藝件的材料也存在不同,需提前確認并統(tǒng)籌管理。具體措施如下。

(1)試件工藝標準化,輔助材料和易損耗物品的存放應出入庫統(tǒng)一管理,并對其組批和有效時限進行合理區(qū)分。

(2)齊套化任務島工序流程。

(3)采購、存儲和使用低溫工質(zhì)時,確保材料質(zhì)量并具有良好的耗材治理效果。

3.5 Measurement——創(chuàng)新測試機制

當通過AIT過程檢驗發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題是由測量因素引起的時候,應當創(chuàng)新測試機制,開拓新測試方法,對測試設備進行定期標定。為達到有效的管理效果,其精度的檢測、檢漏、質(zhì)量管理方法也需要優(yōu)化。具體改進措施如下。

(1)各工位待測組批衛(wèi)星(保證每組三星狀態(tài)一致性)與測試設備置于合適位置,確保任務島鏈運轉(zhuǎn)順利。

(2)保證整星接地、供電等狀態(tài)正常,接地回路及供電良好。

(3)所有通用測試設備均已通過標校或計量,專用測試設備已通過驗收測試。

3.6 Environment——環(huán)境調(diào)整與控制

對環(huán)境進行調(diào)控的首要任務就是加強溫濕度和潔凈度的檢測,如保證清潔潔凈度,溫度為(20±5) ℃,濕度為30%～60%。根據(jù)試驗要求調(diào)整光照強度,定時清理易污染設備,防控多余物。此外,為保證文明與安全的AIT流水化管理模式環(huán)境,還應進行環(huán)境的安全性檢查,內(nèi)容如表4所示。

表4 環(huán)境安全性檢查內(nèi)容Table 4 Contents of environmental security inspection

4 結論

首先介紹了任務島流水化管理模式和5M1E管理方法,建立對組批衛(wèi)星AIT過程中影響質(zhì)量的問題識別機制,對問題發(fā)生的影響因素進行分析與識別；之后針對組批衛(wèi)星AIT特點,提出了統(tǒng)籌規(guī)劃與流水管理的工作方法；最后,提出應用串聯(lián)式任務島的5M1E模型設計,采用任務島鏈精細化分級管理,確保任務島狀態(tài)的穩(wěn)定,為AIT過程集中統(tǒng)籌規(guī)劃與流水化管理模式打下堅實的基礎。