科研設計流程精細化再造的初步探索與實踐

姜歡、郭昊、王官宇、張星、陳默 /北京臨近空間飛行器系統工程研究所

近年來，航天產品型號任務量迅速增長，研制過程日益復雜，涉及專業種類增多，專業間的耦合度不斷加深，研制周期日趨緊迫，對傳統的科研生產、管理模式提出了巨大挑戰。針對非系統化的設計方式帶來的設計過程效率低、設計周期長、費用高導致難以應對新形勢下研制任務的需求問題，空間物理重點實驗室提出了開展科研設計流程的精細化再造與應用，構建科學、規范的科研設計流程體系，并將有關規章制度、標準規范落實到型號科研設計流程中，建立配套的貫穿科研全過程的流程管理制度規范體系，提升科研設計工作規范性和質量，從而提高科研設計效率與質量。

一、科研設計流程精細化再造的必要性

航天飛行器設計是一種復雜的工程。傳統的設計方式非系統化、工具軟件沒有集成、數據流不夠暢通，沒有設計規則庫和方法庫引導各個設計環節的工作，造成設計過程人工重復性勞動多、效率低、周期長、費用高，難以滿足新形勢下研制任務的需求。

在型號研制過程中，任務進行分解、下發以及各專業間與專業內部協調工作量大，存在數據傳遞不及時、跨專業的協作任務沒有固化的工作流程等問題。部分設計結果性數據、試驗數據由AVIDM、TDM 系統進行管理，大部分設計數據存放在個人計算機中。各專業數據傳遞通過郵件、目錄共享等方式進行，數據發放與接收沒有統一管理。各專業由各類商業軟件和自研軟件支撐設計工作，設計人員單獨調用某項工具完成工作，工具與工具之間的數據傳遞實行人工干預，工具應用效率低。對型號研制過程中各項任務的進度、執行情況、執行數據等缺乏清晰全面的監控視圖。

各專業的設計、分析過程包含規則和方法。知識中有些以自研軟件形式應用到設計中，大多以單獨各體形式存在。質量依賴于人為因素，知識傳承模式存在不確定性，周期性的質量波動、低層次重復性質量問題時有發生。為了高質量、高效率完成任務，需要不斷促進科研生產管理模式的轉型升級。

航天產品科研生產過程質量控制十分重要。制度規范是落實和強化過程控制的重要手段。我國航天事業發展形成了種類繁多、數量龐大的規章制度、技術標準等規范體系。這些制度規范一方面存在通用性有余而針對性、指導性、操作性不足的問題，另一方面存在全面性、覆蓋性不夠的問題。因此，進一步加強信息化建設，優化研制生產流程，建立管理制度規范體系，將以往積累的經驗教訓以及有關規章制度、標準規范等有效落實到航天型號科研設計流程中，是解決問題的有效手段，而流程精細化再造是重要的前提和抓手。

二、科研設計流程精細化再造工作

1.總體目標與工作思路

科研流程精細化再造的總體目標是在工程研制過程中，結合科研、管理中暴露出的粗放低效問題，開展科研設計流程精細化再造工作，以精細化、規范化、定量化為目標，對設計流程進行完善、優化和再造，通過綜合運用項目管理、流程管理、資源管理、知識工程等技術，實現工程經驗模板化、工具軟件集成化、產品設計協同化、項目制度規范化，從根本上解決航天型號設計中存在的流程不優化、過程控制不量化、崗位要求不明晰等問題，以全覆蓋的流程化管理落實各項管理要求，系統建設、持續改進，不斷促進企業整體效益、工作效率提升。

針對科研設計流程精細化再造工作需求，結合實際科研任務，基于產品、過程、組織3 個維度，通過流程梳理、工作內容梳理、工作要求梳理，按照型號研制總體、分系統/專業、具體工作層層細化，分層次展開流程再造工作，并細化流程控制各項要求。

產品維度是指對航天產品構成，包含系統、分系統、單機、軟件等各類軟硬件產品，重點關注產品的功能、性能及各部分之間的邏輯關系。

過程維度是指產品全研制周期產品形成過程，重點關注設計過程的邏輯關系和影響產品設計質量的關鍵因素。

組織維度是指對各任務環節上的專業協作關系和崗位組成進行梳理，對全部流程節點上的崗位控制要求、標準規范、輸出輸出文件、設計工具要求進行梳理，提出過程控制有效性的制度規范體系建設要點，形成與崗位高度耦合的制度規范體系。

2.流程精細化再造梳理與分析

一是設計需求確認。明確用戶提出的任務總需求，需開展流程設計再造的產品、所處研制階段及參與的技術、管理部門?？蒲性O計流程一般按研制階段劃分為方案論證階段（F）、方案設計階段（M）、初樣階段（C）、試樣階段（S）和定型階段（D）。參與部門包括總體、氣動、控制、結構、防隔熱等技術部門和質量、計劃等管理部門。

二是1 級流程討論梳理與確認。1 級流程根據型號實際研制過程，概括描述型號某一研制階段涉及所有技術、管理部門全部工作的流程，用于體現各部門間的接口關系。工作內容由總體專業根據設計需求，梳理完成1 級流程。梳理過程中，總體設計應充分溝通協調各技術、管理部門，參考其相關意見進行編制。梳理完成后，總體專業室需組織主任設計師、工程組組長及主管設計等對流程開展審核、修訂及確認。

三是2、3 級流程管理要素梳理。2 級流程是在

1 級流程基礎上，描述某一技術、管理部門在型號某一研制階段全部研制工作的流程，用于體現各技術、管理部門內部閉環關系。3 級流程是在2 級流程基礎上，描述某一技術、管理部門在型號某一研制階段某一項具體工作的流程，用于體現各技術、管理部門具體工作過程。3 級流程為最底層流程，視工作的復雜程度由各技術、管理部門自行劃分。

管理要素包括用于指導開展設計、管理工作的作業指導書、標準、規范、質量案例等指導性文件，各技術、管理部門輸出文件，各技術、管理部門使用的工具軟件，各技術、管理部門的崗位角色。其中，指導書、標準、規范、輸出文件等需整理模板。

四是2、3 級流程討論梳理。各技術、管理部門基于管理要素梳理的輸出文件等工作內容，繪制各自2、3 級流程。梳理過程中，主管設計應充分溝通協調上下游技術、管理部門，參考其輸入輸出接口關系意見進行編制，并明確設計活動所需要的管理要素。梳理完成后，各技術、管理部門組織主任設計師、工程組組長及主管設計等各自流程開展審核、修訂及確認。

基于ARIS 軟件，可以方便高效地開展科研設計流程精細化再造。

3.基于精細化再造流程的科研設計及管理

基于精細化再造后的科研流程，結合所內數字工程建設，建立數字化協同設計系統，實現任務管理、流程分解、流程管理、流程監控、在線協同設計等功能。在設計需求下達后，總體設計人員利用任務管理模塊，以存儲在任務流程模板庫中的流程模板為依據（也可自行設計流程模板），應用流程管理模塊進行任務WBS 分解并分發任務至各專業設計人員。

各專業設計人員登錄系統獲取設計任務，在輸入條件（上游任務已完成，輸入數據已完備、時間條件滿足）都具備的情況下，啟動設計流程，以統一的專業模型為核心，調用設計結果數據、任務之間的流程協作過程記錄及數據版本匹配關系，確保設計結果可記錄、數據關系可追溯、版本匹配可驗證，并提供輕量化三維模型和云圖、曲線、報告等多種查看方式，實現對設計方案的全數字化展示。

各專業設計人員在完成任務后將設計結果提交至數據中心的設計結果數據中心，支持對各專業設計結果數據按不同維度進行分類目錄的維護，建立多專業基于設計方案的關系數據庫，對數據信息進行有效組織。

專業工具池為設計人員提供多層次、多功能的設計工具，具備針對相關專業的方案設計功能，大幅提高方案設計的效率和效果。通過開放數據中間件接口，打通各專業設計工具與數據資源中心的數據關聯，有效解決分布式異構數據的存儲、管理，實現設計過程中的數據共享與一致性管理。

協同設計管理系統監測設計結果庫中的變動，自動完成任務狀態變更并更新流程，將任務、流程更新情況推送至相關任務工作人員的工作臺面中，形成工作時長歷史記錄。當完整流程中的全部節點均完成后，視為一次完整的流程迭代。

三、應用效果與后續工作

通過科研設計流程精細化再造，固化形成了所級流程設計規范，初步搭建了以流程為核心、與崗位高度耦合、多體系協調的流程體系，實現了1級流程到系統、2 級流程到崗位、3 級流程到任務。將專業崗位文件接口關系、輸出文件、數據項、設計工具、作業指導書等管理要素與科研流程緊密結合。通過推進數字化協同設計系統建設支持和固化流程再造成果應用，科研生產質量、效率和效益指標得到有效提升。

目前已完成方案論證階段和方案設計階段科研設計流程，并在所內某型號方案論證協同設計團隊中開展應用，有效地解決了多專業多學科緊耦合、參研單位多、涉及領域廣等設計難題，高效地完成了總體和分系統的任務分解、參數傳遞及設計數據的集中管理，實現了科研設計流程與科研管理的有機融合，提升設計效率30%以上，有效地提升了總體設計能力及科研管理能力并轉化為所內核心能力。后續，將繼續梳理再造其它階段科研設計流程，并根據項目實例化應用中發現的問題開展已梳理流程的優化，形成“流程設計——執行——執行審計——流程優化改進——再執行”管理鏈條，協同設計管理，實現全覆蓋的流程化管理。