航天伺服產品平臺化架構搭建

李凌云、陳軍、劉璐、齊爽、王繼鵬 /北京精密機電控制設備研究所

航天伺服產品是控制系統的重要組成部分，具有組成復雜、研制周期長、難度大等特點，在幾十年的發展過程中出現了制造合格率低、交付短線、質量問題頻發的現象。針對上述問題，北京精密機電控制設備研究所深入開展平臺化產品體系建設并不斷完善，有力地支撐了核心產品的技術攻關、制造能力提升，助推實現了從解決短線到規模化發展的突破。

一、實施背景

1.平臺化是解決伺服產品研制痛點的必然要求

航天伺服系統涵蓋了結構、動力、傳動、控制和軟件等多個專業，技術難度大，系統復雜，配套鏈條長，生產組織難度大、成本高，主要原因是型號研制偏系統、技術，輕產品，產品體系不規范，部組件重復多、細微差別多，給質量控制、生產組織和成本控制帶來很大困難。建立各級產品貨架，是解決短線問題、提升產能、升級伺服系統供給能力的必然要求。

2.平臺化是贏得激烈競爭的必然要求

伺服技術發展迅速，行業內競爭日益激烈。研究所近年來先后進入航海、航空、石油鉆探、醫療和機器人等領域，每一個項目都需要競標，同時對技術先進性和成本控制要求高，沒有產品展示無法獲得市場認可；并且一旦競標成功，則要求快速交付產品。傳統“等、靠、要”的研制模式已經不能適應發展的需要，必須采用貨架產品研制模式，體系化、平臺化發展產品，滿足型號創新和激烈競爭的需求。

3.平臺化是高質量發展戰略的必然要求

伺服技術可以從根本上提高運動系統的能量利用效率和性能，是各行業的電動化發展、機器人廣泛應用、智能化升級的基礎技術，具有強勁的生命力。國際行業標桿企業長期堅持平臺化產品發展戰略，以產品為紐帶，實現了市場與產品、技術與產品、制造與產品的緊密結合。研究所作為產研一體單位，深入落實中國航天科技集團有限公司高質量發展戰略要求，必須要夯實平臺化產品發展基礎，取得更大突破。

二、內涵和主要做法

產品平臺研制模式是觀念和思維的轉變，其內涵為突出優先研制平臺，從一次設計一個產品到一次設計一系列產品、一次性規劃未來產品；突出模塊化設計和通用件共享，具體產品設計從一次設計全部部組件到一次設計個別部組件，其他為共享通用件；突出資源共享，具體設計從每次調動大量資源到一次只需調動少許資源。主要做法如圖1 所示，具體包括制定產品發展戰略、構建基于五層貨架的產品體系、建立獨特的產品研制模式，以提升產品研制效率和制造效率，降低成本，有力促進科研生產模式優化升級。

圖1 主要做法示意圖

1.制定平臺化產品發展戰略

（1）廣泛調研凝聚共識

對研究所內存量產品開展深度梳理和分析，對國內外產品平臺發展深入調研、分析，明確了“滿足客戶多樣化需求”的基本目標和“建設通用零組件貨架”的工作重點。通過召開交流會，統一了對產品平臺的認識，確定了系統平臺和產品平臺兩個層級，明確了包含單機產品、單元產品和通用零部組件、預制件、標準規范等配套的體系化發展架構。

（2）明確產品發展戰略

采用專家評價的方法，清晰并分步實施了平臺化產品發展戰略，形成了平臺化產品體系。明確了堅持推行平臺化的產品研制模式，堅持核心部組件自主可控、多元化市場開拓的基本原則。明確了加強自主投入的基本發展路徑，挖掘市場需求和客戶痛點，先于型號和市場開展產品創新，贏得競爭主動權。明確了頂層策劃的做法，以型譜規劃和貨架建設為核心，實現產品創新與技術創新、型號研制的有機循環，最終實現從“型號牽引”向“型號和產品雙驅動”轉變。

2.產品體系建設

（1）建立基于五層貨架的產品體系

建立“系統平臺+控制架構+貨架產品+關鍵技術”的集成化研制模式，如圖2 所示。堅持以系統平臺級產品創新和建設為牽引，完善四類系統級平臺，強化全鏈條、全要素、全流程和全壽命周期優勢資源的整合組合，實現系統級產品的快速組態研發，產品體系不斷發展壯大，培育新產品、新領域、新市場。

圖2 產品體系架構

在產品體系架構下，核心內容是全面推進五層貨架落地，貨架層級定義見表1。

表1 伺服產品貨架層級定義

（2）規劃完善系統平臺

構建新一代一體式機電系統平臺，滿足海陸空天各領域需求。建設高度集成的一體化多余度電靜壓伺服系統平臺。開拓完善“起落架”和“空間智能機構”兩個新系統平臺，建立集成及研制能力，成為新領域主要供應商。

（3）建立單機和單元產品平臺

建設并完善幾十類產品型譜。優先構建“基本型”產品，針對具體應用，局部更改形成“衍生型”，服務各個型號；產品設計堅持模塊化原則，最大化地采取通用件設計。在系列產品基礎上，培育主干產品，建設完善核心通用件關鍵機加、數字化裝配等能力，優化供應鏈布局，建設產品保證能力，大幅度降低成本、縮短訂貨交付周期，以盡可能少的規格產品貢獻盡可能大的產量份額和利潤，實現研發效益最大化。

（4）建立通用件庫

基于模塊化原則，全面開展產品通用零組件建設，大幅度減少傳統“借用件”，實現衍生型產品中的通用件率不小于90%，從設計模式上保證橫向一致。重點開展基本型通用件建設，構建完善的通用件資料包，形成完整的專業設計知識庫；建設關鍵工序能力，實現自主可控，實現全過程數據信息化采集，掌握高精密關鍵零部組件批量制造的獨特技術。

（5）全面推進預制件制造模式

推廣預制件的投產模式，推動制造模式向高端、集約、數字化等方向變革。在產品和通用件基本型建設的基礎上，按照“主體通用、局部定制”的原則，形成“一對多”的預制件系列，固化設計和工藝參數及流程，形成完整的預制件資料包，建立穩定的供應商體系，建設核心零件的預制件選用貨架和實物貨架，建設和持續提升智能制造能力，大幅度縮短制造周期。

（6）深入推進標準規范體系建設

將基礎層從原來的材料和元器件選用范圍擴大到從設計到工藝、制造和服務全流程、全要素的產品標準和規范，具體包括設計標準、工藝標準、產品標準、供應鏈控制標準和外場服務標準，用標準約束過程，用標準規范行為，用標準保證產品質量。

3.產品研制管理

（1）建立自主投入新品開發流程

建立先于型號和市場的新品研發自主投入研制模式，在產品發展規劃框架下開展產品創新工作，快速推動新品研制所內立項，為未來型號應用降低技術和進度風險。新品開發以工程樣機為最低目標，并行開展供應鏈建設，嚴格落實自主可控要求，開展限價設計、模塊化設計及所標通用件設計，嚴控成本，為后續型號選用降低風險。

（2）建立產品貨架建設流程和機制

明確了以“貨架建設”模式統籌產品成熟度提升的做法，貨架建設包括“新品研制”“三化深入”“三再工作”三方面內容。

通過新品研制，解決有較好技術基礎和產品基礎的新規格產品研制問題；針對現有多型號產品統型和產品平臺建設需求，開展模塊化、標準化和通用化的“三化”工作，構建基于型譜化部組件產品和直屬通用件的基本型建設，最大可能地壓縮規格數量，做實做好五層貨架；推進“三再”工作，即開展航天傳統的再設計、再分析、再試驗的設計、工藝和流程優化，提升產品成熟度。

（3）推進預制件和組批生產模式

在貨架建設的基礎上，推進產品型科研生產模式，加大預制件生產和組批生產推廣力度，充分發揮智能生產線的制造效能、提升產品交付任務的能力。

區別于傳統“以型號為主導”的垂直模式，對通用產品采取“通用件、去型號化”的產品管理模式，明確通用產品的組批生產相關要求，預制件生產模式如圖3 所示。

圖3 預制件生產模式

（4）建立以產品為中心的組織體系

建立產品需求、產品管理、供應鏈和產品保證的專門機構，在管理層面突出產品維度。改變傳統型號一統到底的模式，充分貫徹產品管理思想，落實貨架產品生產及產保工作模式。將貨架產品納入制造體系和供應鏈體系管理，實現產品和型號管理并重。更加關注外部市場和用戶需求，形成快速響應機制，在工業領域取得更多突破。

（5）加強產品隊伍建設

按系統平臺設置產品總設計師，統籌負責平臺及其下屬產品的發展規劃、貨架建設和技術狀態責任；設置產品副總設計師，負責支撐平臺的專業及領域發展規劃和貨架建設；做實產品主任和副主任設計師的崗位責任和考核體系，負責基本型產品及其衍生系列產品的發展規劃、“三化”“三再”和技術責任。產品隊伍框架如圖4 所示。

圖4 產品隊伍框架示意圖

三、實施效果

1.有效提高了新品研制效率，提升了產品成熟度

2020 年起，加大自主投入，開展了數十項新品研發項目，新建幾百項通用件，有力支撐了型號研制、市場競爭和產品成熟度提升。

在新型高可靠電靜壓伺服系統被型號選用之前，提前規劃了伺服電機泵新產品型譜，同時建立液壓泵和電機通用件庫，完成了多個批次共數千件的投產。在此基礎上，應市場需求，開發了伺服電機泵新產品，一次性通過了地面試驗考核，有力支撐了國家重點項目、橫向領域市場和民用市場的快速研制。

2.顯著縮短了產品制造周期，降低了生產成本

2020 年以來，完成了大量零件的組批投產；燃氣液壓伺服和電液伺服生產周期縮短25%，機電伺服生產周期縮短33%。

以運載火箭配套伺服機構和伺服控制器單機產品為例，在多個型號之間開展組批生產，生產周期相較分批并行生產縮短約40%。以液壓泵、電機、驅動器、過濾器、溢流閥、電位計、自封接頭等單元為例，組批投產萬余臺，節約成本達千萬元。以機電伺服機構復雜殼體為例，采用預制件生產模式后，從投產算起生產周期縮短50%。

3.有力促進了科研生產模式優化升級

建立了基于全壽命周期方法和理念的產品研制體系，初步形成了型號和產品雙驅動的科研生產模式，具備了面向更廣闊市場的研發能力。

通過建立新品開發、貨架建設和型號研制的流程體系，明確了幾十類主要產品平臺發展內容，完成了幾十類產品型譜代號修訂，完成了《通用零組件管理規定》等十余項管理制度，形成了新品研制、貨架產品選用、產品化率計算等制度和報告模板，完善了貫穿產品全生命周期的研制流程，基本形成了“基本型研發為主、衍生型研制為輔”的型號產品研制模式。

2020 年以來，新研項目均落實了新研制模式要求，在正式立項前完成了新品開發，設計選用的核心部組件產品均經歷了前期驗證，基本消除了新項目中全新產品研制帶來的風險。產品生產已納入制造體系和供應鏈體系，已對研究所內單元級產品和所外多家供應商十余類產品開展數十余次組織型驗收，充分發揮了產保作用。