大型空間展開臂并行研制項目管理實踐

胡添元、張帥、劉冬、李林凌 /北京空間飛行器總體設計部

隨著衛星技術不斷發展，對有效載荷的性能要求越來越高，導致有效載荷尺寸越來越大。同時，為減少衛星本體對有效載荷的視場遮擋，需要一種高剛度、高可靠的大型空間展開臂，實現有效載荷的連接、支撐和伸展功能，在衛星發射時與有效載荷一起收攏，衛星入軌后展開到空間預定位置。典型展開臂與有效載荷收攏和展開狀態示意如圖1 所示。

圖1 典型展開臂與有效載荷收攏和展開狀態示意圖

近年來，由于各領域型號對大型空間展開臂的需求越來越迫切，經常出現多個展開臂并行研制的情況。由于不同有效載荷的構型、指向、布局、以及收攏和展開狀態等方面均存在差異，導致每個型號的展開臂產品狀態也各不相同，對項目并行研制管理提出了更高的要求，不同型號衛星展開臂配置情況如表1 所示。

表1 不同型號衛星展開臂配置情況

多項目并行研制與傳統單星產品研制模式不同，其研制具有如下特點：產品維度多、狀態多、種類多，展開臂的產品既有傳統加工方法（如金屬機械加工、復合材料成型），又有增材制造加工方法（如零膨脹金屬3D 打印）；每個展開臂的地面零重力收攏、展開（時間、精度等）試驗，以及每個展開臂環境試驗條件都不相同；產品研制周期不同，但相對于傳統單臂研制周期又大大壓縮，一般需要一年內完成方案設計、投產、測試及實物交付，甚至個別展開臂從投產到實物交付只有6 個月；研制隊伍資源配置有限，各生產單位一般是按產品配置隊伍，并不按型號區分，研制隊伍人員相對固定，且在短時間內難以得到有效擴充；利益相關方眾多，各單位對航天產品研制的理解程度不同，產品質量難以統一管控。

一、全局多任務項目策劃

中國空間技術研究院北京空間飛行器總體設計部在項目啟動之初從全局把握資源，開展多任務并行項目策劃，實現高質量保證成功。

1.高效的團隊管理實現人力資源共融

展開臂屬于典型的復雜機電類產品，涉及機械、電子、控制、熱控、復合材料等多學科領域。基于展開臂持續穩定的任務流，采用傳統按型號進行人力資源配置的方式將會出現研制人員嚴重不足的局面。

通過多項目并行WBS 全局分析，制定人力資源計劃，確定團隊核心人員數量與崗位配置。在傳統矩陣管理模式的基礎上增加時間維度，及時動態更新人力資源配置，實現人員分時復用，以達到團隊效率最優。同時，針對非線性動力學仿真、逆向測繪建模等需求迫切、但對專業廠所來講相對小眾的學科與專業，吸納引進國內擅長該專業方向的高校團隊，將多個專業的研制人員有機結合起來，實現規模持續拓展的“用戶+院所+高校”三方人員融合，保障人力資源配置滿足多項目并行需求。

2.高效的投產策略實現部件組批生產

按航天產品質量和研制程序要求，傳統產品投產需所有零部件投產文件集中受控分發后，生產單位才進行生產加工。根據多任務并行研制需求，項目團隊在方案設計的基礎上組織開展產品投產策劃，將產品分為通用部件和定制部件2 個部分進行投產。

將軸承、鎖定單元、壓緊釋放裝置、臂桿等具有穩定結構和標準接口的可重用部件定義為通用部件，實現通用部件可組合、可替換、去型號化，提升產品可靠性、穩定性。對通用部件進行組批投產，按任務需求單獨分批交付，大大節約了研制周期。

將各型號構型復雜、工序流轉多、協作單位多、試驗項目多且具有特殊功能的部件定義為定制部件，對定制部件研制進行提前策劃、提前設計、提前投產，并在研制過程中嚴格按短線產品進行管理。

3.高效的統籌協調實現試驗資源共享

由于試驗資源和場地資源有限，多任務并行過程中經常會出現資源沖突影響產品進度的情況。在項目啟動之初，團隊成員組織梳理每個展開臂試驗內容，進行試驗完備性分析，確保試驗項目完備、試驗流程最優。同時，對不同任務間的試驗流程進行優化組合，確保試驗設備運行不間斷、試驗場地裝配不間斷、試驗人員測試不間斷，實現試驗資源共享，提高研制效率。

在部件環境試驗過程中，針對不同任務需求采取試驗條件最大覆蓋性原則，制定統一環境試驗條件，并行開展關節力、熱試驗。在裝配測試過程中，優化展開路徑和重力卸載方式，實現重力卸載設備通用化，并提前協調開展不同型號間設備統籌，組織識別地面控制器、大慣量加載系統等短缺的測試設備，進行先行投產。在并行裝配時，提前與協作單位協調溝通，針對經緯儀、三坐標測試機、裝配平臺等短缺設備以及裝配人員制定應急預案，實現多個場地同時裝配。

二、多項目雙流程歸一化

在項目規劃（計劃）階段，總體設計部針對多個展開臂并行研制，開展技術流程和計劃流程優化，實現高效率完成任務。由于每個展開臂的任務功能不同，研制難度不同，研制流程也有差異，難以實現統一管理。針對多臂并行研制現狀，項目團隊組織確定了統一的展開臂狀態基線，基于狀態基線對不同展開臂流程進行歸一化。典型的歸一化展開臂研制流程如圖2 所示。

在流程歸一化的基礎上，再根據不同的功能增加定制化流程，實現對研制流程的統一管理。組織對同類型產品研制和試驗環節實施流程優化，如關節類產品的研制試驗（圖2 中M6e2、M6e3 和M6e4），在同一類關節中只有第一個關節進行熱變形和剛度測試，如表2 所示。優化取消同類中其他關節的熱變形和剛度測試，同時最大限度利用熱真空試驗資源，在統一的試驗條件下在同一真空罐中同時開展多根臂桿的熱試驗。

表2 同類關節試驗完備性及分配

圖2 典型的歸一化展開臂研制流程圖

通過上述措施，實現不同型號多個展開臂的雙流程歸一化，使項目管理團隊可以更好地統一管控產品質量和研制進度。同時，在歸一化的流程環節中動態優化評估節點，減少無效活動，提高產品研制效率。經測算，通過關節試驗優化壓縮試驗周期約20%，通過多根臂桿同時試驗減少成本約10%。

三、產品數字化分級管控

在項目執行、監控和收尾階段，總體設計部實施產品數字化分級管控，實現高效益推動發展。大型空間展開臂作為典型的宇航產品，具有質量要求高、研制技術風險大的特點。實施產品技術狀態分級管控，通過多個型號產品的成功研制不斷提升產品成熟度，豐富展開臂產品庫，逐步降低研制技術風險。同時，應用數字化項目管理平臺，對研制流程實施全信息化管控，不斷提升產品質量精細化管控程度，提高研制效率。

1.產品技術狀態分級管控

按《航天器產品鑒定管理要求》對展開臂產品進行分類并建立產品庫，實施分級管控。其中，通用部件對應A、B 類產品，產品技術狀態變化不大，重點抓好技術狀態基線確定以及生產過程中產品保證控制，便于實施組批投產。

定制部件對應C、D 類新研產品（如展開臂空間軸線關節，由于型號任務對空間關節構型、熱穩定性的特殊要求，需要對零膨脹關節制造進行關鍵技術攻關），產品技術狀態變化較大，需要組織成立專題攻關小組，指定專門產品負責人，在產品研制的關鍵節點進行評審把關和現場走查，盡可能提前發現和暴露問題。

按產品技術狀態建立展開臂產品庫，對于C、D 類產品，通過地面試驗測試（2 級成熟度），經過在軌飛行驗證后（3 級成熟度）在產品庫中將逐步轉化為A、B 類產品，進而提升產品成熟度，不斷豐富展開臂產品型譜，典型通用部件產品庫架構如圖3 所示。

圖3 典型通用部件產品庫架構示意圖

2.建立數字化項目管理平臺

實施多任務并行研制，需要管理數百件產品和數千條產品特征，采用傳統方式管理難以真實可靠地反映研制狀況。運用產品生命周期評價方法，建立覆蓋設計、加工、試驗、測試、驗收及項目管理全過程的數字化管理平臺，實現以設計師為中心的任務自動推送與跟蹤；通過產品質量關鍵環節的自動把關，實現產品質量全閉環管理；通過產品技術狀態數據的分級匯總，實現管理數據的全透明；通過表格化產品數據包管理，實現產品相關文件（照片）與數據庫系統自動關聯，并自動生成結構化文檔和數據包。通過數字化平臺的應用，實現對整個產品全周期研制流程的信息化管控，降低了管理成本，提升了研制效率。

針對大型空間站展開臂并行研制管理，總體設計部在項目啟動階段進行全局觀多任務項目策劃，實現了人力資源共融、通用部件組批投產和試驗資源共享；在項目規劃階段，通過雙流程歸一化，實現了多個展開臂緊湊、有序、高效研制；在項目執行、監控和收尾過程中，通過產品分級管理以及數字化平臺的應用，實現了整個產品全周期研制的信息化管控。通過實施上述3 項措施，成功完成了多個領域型號展開臂產品研制，為后續型號實施并行研制管理提供了有益參考。