某運載器研制計劃管理研究與實踐

曹魏 張劍 張聰 韓威 張璁

(中國運載火箭技術研究院，北京 100076)

0 引言

某項目為我院自籌資金預先研究項目，旨在研制一種航空航天專業融合的大型復雜運載器，通過飛行演示驗證試驗獲取多項關鍵技術參數，為該領域工程化研究奠定技術基礎。該項目資金有限、研制周期短、配套單位多、演示驗證需要確保成功，給項目隊伍按期完成運載器研制生產的計劃帶來了極大困難和挑戰。

傳統型號計劃管理模式，受工業基礎、技術水平和管理水平等綜合因素影響，研制周期普遍較長[1]，加上近年來航天型號批產任務劇增，且多個重要航天型號任務接連實施，科研生產資源沖突嚴重，難以滿足本項目的研制計劃需求。影響計劃按時完成的因素很多，從項目自身來說主要有以下幾點：對項目特點及實現條件預估不足，制訂的計劃脫離實際；項目研制技術難度大，采用新技術過多，技術狀態迭代次數過多，面向制造的設計水平不夠；研制生產過程中，采用傳統的定點協調配套模式，未能充分利用社會生產資源；計劃管理手段有限，過程管控能力不足，科研生產效率偏低。

本文針對以上影響因素，從設計、試驗、協作配套、進度管控等方面開展研究，以實現高效率、高效益地利用現有資源，確保計劃管控有效，滿足項目研制工作要求。

1 總體思路及實施情況

1.1 優化產品設計，提高面向制造的設計能力

產品設計直接影響運載器研制難度、周期、經費等，為確保高質量、高效率和高效益完成運載器產品的研制生產，項目團隊在研制初期就明確了產品化思路，制定了“首選成熟產品、材料和技術，盡量減少新材料、新工藝的使用和產品新研”的設計原則，產品設計簡化流程如圖1所示。以運載火箭研制生產及其相關服務為主業，航天運載器設計和生產的相關專業種類齊全，研制了多種成熟火箭型號產品，基于本項目總體參數分析情況，借鑒使用成熟產品和技術，減少了項目的研究內容和研制經費，縮短了研制周期[2]。

產品設計能力決定了產品生產制造、裝配等過程的難易程度、研制周期和成本，設計能力越強，說明已掌握的產品設計、制造、裝配、測試等知識和經驗越豐富，按計劃完成研制任務的概率越大。在設計新產品時，采用計算機輔助設計、并行設計及虛擬制造技術等現代設計技術，能夠提高設計員工作效率和工作質量，提高數據處理的精準性，零件的修改和設計更加方便，制造裝配更加高效，能夠極大地縮短產品設計工作周期[3-4]。本項目產品使用CATIA專業軟件，開展包括具體設計、分析、模擬、組裝在內的全局設計工作，大大提高了產品設計質量、效率；在設計過程中，設計方與生產方采用協同設計的模式，在產品設計之初使工藝、檢驗等介入產品設計過程，集中探討材料選擇、工藝方法、工具工裝使用和檢驗檢測等環節有關工作，盡量選用成熟材料和工藝，確保產品設計與工藝流程、制造過程協調統一，減少產品設計狀態的變更次數和新制工裝數量；在產品設計環節，根據實際情況將工裝設計、原材料采購等制造環節的工作提前到產品設計階段實施，提高了面向制造的產品設計質量和產品技術狀態的迭代效率，有效縮短了研制生產計劃周期。

1.2 優化試驗要求，仿真與試驗結合，精簡產品配套

驗證產品設計是否正確可靠的主要方式有計算機模擬仿真、地面試驗等，計算機模擬仿真技術是利用計算機，通過建立模型進行科學實驗，具有理論性強、模擬試驗成本低等特點，并且在解決很多由極端原因引起的工程問題時具有更明顯的優勢。地面試驗驗證是航天運載器研制的重要組成部分，目的是測試或預計運載器在實際飛行過程中經歷全部環境條件下的功能和性能滿足性，是保證產品在實際應用環境中正常運行、滿足任務要求的重要手段之一。

本項目通過與國內專業科研院所和高校強強聯合，既增加了研制前期設計力量的投入，也進一步提升了設計方案的正確性和可靠性。通過仿真預示、數值模擬計算等，可部分替代地面試驗，實現設計要求和試驗流程優化，從而精簡試驗數量和試驗件數量。

地面試驗設計要求決定了試驗件的需求數量，在試驗策劃時充分考慮多個試驗對產品的需求，通過簡化試驗要求、優化試驗流程等工作，最大限度實現試驗件的共用。在項目研制策劃階段，針對同一架樣機交叉進行多個大型地面試驗開展分析，實現了將2架次樣機需要完成的5項試驗統籌為1架次樣機完成5項試驗，以及多個系統級試驗共用單機試驗件，減少了需要生產的樣機和單機產品總數，提高了計劃管理效率。根據試驗目的和實際需求，使用質量質心一致的模擬件替代真實產品，減少了產品投產數量，節省了經費開支，縮短了研制生產周期。

1.3 多點協作，優選產品配套和試驗單位

項目研制生產任務重、周期緊，部分產品兼具航空產品特點，傳統協作單位專業能力有限，采用以院內單位協作分工的研制模式已不能滿足項目跨領域的研制工作需求。只有創新協作分工模式，充分利用外部資源開展產品研制生產和試驗，才能確保按計劃高質量完成項目研制目標。項目團隊經過全面分析和整體策劃，根據產品研制生產、裝配和試驗流程，分析關鍵短線產品，通過多點協作的方式優化工作計劃，進一步縮短了總工期。為確保產品質量可靠，項目團隊按專業充分調研了可承擔相關研制工作單位的技術能力、生產能力和質量保證能力，以及承擔本項目產品研制工作的意愿，結合研制經費需求及計劃可行性，采用“關鍵產品專業單位配套、一般產品分散配套”的原則，擇優確定了協作配套供應商。供應商選用流程如圖2所示。

運載器由金屬框梁和復合材料蒙皮組成，產品種類和數量多，結構形式復雜，布局緊湊，從產品設計、零件生產到結構裝配，研制生產難度大，總周期長，在項目全生命周期工作策劃時已經辨識為研制過程的瓶頸短線，需要重點關注。采取以下措施確保結構產品生產質量和周期可控：

(1)設計工作方面，根據計劃要求及人力資源情況，與設計經驗豐富的航空院所合作，外協部分工作量大、非核心技術的任務，確保人力資源充足。

(2)結構產品生產方面，與結構部段生產單位明確產品交付計劃的緊迫性及完成節點，促使其采用多家單位協作并行生產結構零件以滿足計劃需求；協調結構部段生產單位調研具有豐富裝配經驗的航空單位，采用工序外協的方式，由結構部段生產單位統籌制訂裝配工藝方案，外協單位提供熟練的裝配工人，確保多個結構部段并行裝配。

1.4 近細遠粗制訂工作計劃，確保計劃系統、前瞻和合理

根據項目全生命周期研制工作要求，策劃制訂了“1+3+N”全要素工作計劃：“1”是以全生命周期研制工作目標為綱，以動力系統試車樣機、地面試驗樣機和飛行試驗樣機產品研制及大型地面試驗實施為主線工作計劃，統籌考慮三架樣機產品投產、裝配型架使用，以及多項大型地面試驗之間的地面設備和試驗件的交叉使用等情況，確保研制計劃的可實現性和指導性；“3”是以項目主線研制工作計劃實現為目標，制訂項目年度主線計劃、技術工作計劃和管理工作計劃三類專題計劃，確保研制任務實施的全面性和系統性；“N”是依據項目主線工作計劃和年度工作計劃，結合辨識的風險事項，制訂多項專題治理工作計劃，確保研制任務關鍵環節實施、瓶頸短線問題治理與整體計劃的協調性和匹配性。

1.5 全要素隊伍管理，項目主管和設計全面介入，兩總專題推進

在傳統型號研制過程中，由于計劃、經費、質量等關鍵因素歸屬不同部門管理，部門墻的存在容易造成完成研制任務和跨部門協調效率不高，從而造成多個型號在工程研制階段進度推遲的現象[5]。項目制管理能夠較好地解決上述問題，計劃、進度、經費、質量等要素管理者均為項目辦人員，要素之間由計劃經理統籌協調；管理上通過項目辦，技術上通過總體，實現管理和技術點對點溝通，進一步加強團隊溝通協作。針對外協單位研制生產計劃落實情況，一是通過合同要求對計劃實現進行約束和檢查確認；二是采用“誰的產品誰負責”的方式，要求總體或分系統主管設計負責全程跟蹤了解產品研制和試驗進展，關鍵節點下廠跟產跟試，發現計劃偏離情況及時匯報，通過專題協調或項目兩總專題推進的方式，確保研制任務按計劃實施。

1.6 加強調度協調和信息化手段管理，實時優化、高效管控

根據項目全生命周期策劃，首先，制訂年度工作計劃，按月度分配到相關承研承制單位，主要包括設計文件、產品備料和生產、地面試驗、工裝設備以及重點短線等計劃，然后由各單位分解為內控的研制生產或試驗詳細工作計劃。總體和各系統定期收集研制工作信息，點對點解決有關問題，按周編制工作總結，每周項目工作例會討論并制定應對措施和工作計劃，確保計劃執行落地、研制工作有效推進[6]。

為強化對研制工作進展的掌控和資源調度，精細化項目工作內容、需求資源、責任單位、配合單位、責任人、工作計劃等信息，通過Project等專業軟件編制了項目工作計劃網絡圖[7]，同時通過計劃協同管理系統給院屬單位下達工作計劃，加強計劃完成情況考核；安排項目主管和設計跟產收集研制生產實際進度，編制研制工作進展跟蹤甘特圖，動態更新每項工作的完成進度、完成百分比等信息，使項目團隊全面了解項目整體工作進展，以及關鍵路徑工作情況和偏差，及時評估項目整體進度，優化流程和統籌協調資源。

2 實施效果

通過產品化的設計方式，全運載器使用成熟產品300余種，僅使用了1種新材料，全部采用現有成熟工藝進行產品制造，大大減少了產品研制工作內容和工作量；通過設計工藝協同，采用專業設計軟件，通過面向制造等現代設計方式，減少了產品設計工作的迭代次數，提高了產品可制造性，縮短了產品設計周期約9個月；通過優化試驗設計要求、精細化試驗工作流程，減少了1架次地面試驗樣機及100余套系統級產品的生產配套；通過多點協作配套，借用外部力量增加了科研生產資源，實現了結構產品并行生產和裝配，減少兩架次結構產品裝配實際時間約10個月；通過全員參與研制過程計劃管理，采用信息化手段管控，加強對研制生產過程的監督檢查，研制問題、資源緊缺情況等得到及時解決。采用上述措施，本項目運載器研制計劃得到了高效管控，設計、生產和試驗等工作高質量、高效率和高效益實施，為項目后續研制工作奠定了基礎。

3 結語

隨著航天型號任務數量的持續增長，科研生產資源緊缺情況會更加嚴重。為確保項目按要求完成研制，項目團隊在申報項目時應充分考慮計劃與生產資源的匹配性，辨識風險，預留一定的進度余量；在設計產品時應加強對成熟產品、成熟技術的應用，充分考慮國家工業基礎，不要片面追求創新；在研制生產時，主抓核心業務，充分利用高校、科研院所及民營企業等社會資源完成非核心任務；在管理方面應縮短流程、精簡管理，采用信息化系統等手段提高精細化管理水平，實現對研制過程的精準管控。