電推進產品化科研生產管理模式最佳實踐

田立成、張彪、王小軍 /蘭州空間技術物理研究所

“十三五”以來，蘭州空間技術物理研究所將電推進產品設計與生產制造分離，電推進生產制造工作由專業的生產制造部承擔，電推進事業部的工作重心轉向電推進產品設計和測試評價。為更好地推進電推進專業化發展與規模化發展，研究所建立了型號與產品化工作相對分離的科研生產管理模式，實施型號外循環與產品外循環雙輪驅動的科研生產戰略；形成適應電推進產品化工作為核心、型號工作牽引兩者并重發展配套的規章制度、規范及流程，以滿足不同應用領域對電推進的市場需求，最終保證高成熟度的推力器產品實現穩定的高質量貨架式批生產、各級產品成熟度得到有力提升、型號總體與市場用戶能直接選用通用型譜產品，為電推進事業的健康持續快速發展奠定堅實基礎。結合電推進技術與產品中長期發展規劃，電推進產品化管理是研究所轉變發展方式、轉變產品保證管理理念、建立科研生產管理新模式的核心抓手。

本文對當前形勢與任務進行了系統的分析，基于航天產品工程理論，專項規劃系統開展電推進產品化管理，從而實現電推進的通用化、系列化和組合化，制定了電推進產品化工作目標與思路，從電推進產品型譜建設、產品成熟度提升、產品開發、產品數據包建設等方面進行了總結，為以產品管理為核心的科研生產模式成功轉型升級提供借鑒。

一、電推進產品化管理目標與思路

1.管理目標

以產品化工程理論為指導，建立并完善電推進產品化研制體系；以產品管理為核心的新型電推進科研生產模式成功轉型，形成適用于電推進事業部的電推進產品技術成熟度、制造成熟度和產品成熟度等級劃分定義標準和規范；建立適用于型號與產品化兼容的產品數據包體系和產品保證體系；形成推力器單機及關鍵核心部組件及模塊的產品型譜，分類建立不同類型電推進產品在不同研制階段產品開發通用研制技術流程和過程控制要素，使電推進產品設計與工藝有效協同，電推進產品成熟度持續提升，完成型譜電推進新產品開發與應用。

2.管理思路

（1）系統規劃、強化領導、壓實責任

研究所論證未來各領域對電推進的應用需求及電推進技術發展趨勢，全面建設電推進產品型譜，真正使電推進產品型譜引領通用產品成熟度的持續提升及通用新產品的研制開發；成立電推進產品化領導小組，由所長任組長推進電推進產品化工作；成立電推進產品化工作組，由分管產品化工作的副所長任組長具體推進落實電推進產品化工作，切實落實各級產品化工作職責。

（2）狠抓主線、型譜牽引、產品保證

電推進產品成熟度提升是產品化工作的主線，依據產品化產品成熟度提升一般理論并結合電推進產品的特點，制定適用于研究所發展的電推進產品成熟度等級劃分標準和規范，按照“聚焦提升產品成熟度，建立型號選用產品貨架，形成‘選用—開發/生產’模式”開展產品化管理，形成型號與產品端的內部市場化，最終促進產品走向外部市場。單機產品化過程中，要加強部組件和模塊化共用基礎模塊（CBB）平臺建設，電推進關鍵核心部組件和模塊識別、設計、研制試驗評價工作作為電推進產品化工作的重要方法提前開展策劃和實施，建立推力器產品化模塊與單機產品之間的市場化，滿足電推進關鍵核心部組件和模塊組合系列化的電推進產品型譜，縮短電推進新產品開發周期并降低研制成本。以電推進產品型譜規劃為產品化工作中的龍頭，牽引開展適應“型號選用—組批生產”的電推進產品化研制體系的產品數據包建設。此外，滿足型號研制與產品化的產品保證技術是產品化工作的重點，對研究所完善電推進產品化研制體系至關重要。

（3）建標貫標、建立規章、分步推進

按照“全面規劃、急用先行、持續完善”的思路推動電推進產品化管理標準建設。重點組織編制電推進產品成熟度系列標準，明確量化原理樣機、工程樣機、飛行產品等電推進產品化各研制階段的工作目標，以功能基線、分配基線和產品基線為抓手開展電推進產品技術狀態基線管理。制定電推進技術狀態基線標準，規范電推進產品化研制管理，提升電推進產品成熟度。加強系列化、通用化推力器單機及關鍵核心部組件和模塊的產品規范制定，提升電推進產品開發能力。試點提前謀劃制定《電推進技術狀態定型標準》，為電推進產品技術狀態固化、組批投產奠定理論基礎。

分步推進、逐年提升。電推進產品化工作按照全面建設階段、基本建成階段、改進完備階段分步推進。在全面建設階段，以產品管理為核心的產品化研制體系的科研生產模式成功轉型升級，全面建成電推進產品化研制體系及產品化標準制度體系，電推進產品化工作分步推進并持續完善。在基本建成階段，按照電推進產品化理念完成科研生產模式轉型，電推進產品化工作按規劃系統開展有序推進。在改進完備階段，以堅持問題導向全面總結電推進產品化存在的問題并制定措施。電推進產品化研制體系全面建成，型號與產品完全分離高效運轉，完成主流電推進產品貨架式建設，型號能根據用戶需求在貨架上靈活選用高成熟度的產品。

（4）系統抓總、平臺為基、組件先行

以電推進推力器單機產品化帶動系統產品化工作開展提升系統抓總能力，以推力器單機產品化工作為重點，制定并動態更新完善電推進產品型譜，啟動核心部組件及CBB 平臺建設，以推力器單機和核心部組件的產品化工作帶動電推進系統配套單機的研制工作，提升電推進系統抓總能力。

二、電推進產品型譜管理

開展電推進產品工程管理，首先需要開展電推進產品型譜建設。產品型譜是用最少數目的系列化產品全面滿足各領域的應用需求，將最少數量的系列化產品進行統籌梳理論證后形成電推進產品型譜。從以型號垂直管理轉向以產品管理為核心，建立與外循環型號管理相對獨立的內循環產品化研制體系，電推進產品型譜的系統性建設與全面推廣應用是產品化的首要工作。近年來，國內部分航天企業將航天產品工程和集成產品開發（IPD）理論相結合，構建了宇航產品工程型譜，基于產品型譜的平臺化建設和管理思路，探索構建了產品型譜管理和CBB 研制流程。研究所電推進產品型譜建設要素包括電推進產品型譜策劃、編制、發布、應用與維護管理等工作。

1.電推進產品型譜策劃與編制

研究所根據“十四五”電推進專業技術及產品發展規劃和電推進技術發展趨勢，完成電推進產品型譜工作的頂層策劃，完成一系列型譜產品的完整定義；完成模塊產品的型譜確定及型譜產品的完整定義。完整地梳理總結當前及未來10～15 年電推進產品在各領域的應用需求，以完成研制的電推進產品為基礎，以覆蓋電推進功率范圍進行產品的合并優化，與國內外類似電推進產品進行功能、性能的對標。通過分析國內外電推進技術發展趨勢和產品應用需求發展，滿足未來的應用需求，規劃有應用需求前景的產品，形成電推進產品型譜規劃模型。面向多型號、國內外市場，研究并確定電推進型譜產品特征參數，合并優化后編制形成電推進產品型譜報告和型譜簡表，將電推進產品按照其特征參數逐層分解的步驟建立產品樹：第一層按電推進產品的第一特征參數即電推進的類型進行劃分，第二層按照電推進產品的第二特征參數即電推力器的輸入功率進行劃分，第三層按照電推進產品的第三特征參數即對應功率的電推進產品規格進行劃分，建立電推進單機級產品樹，并根據電推進單機的需求建立核心模塊的產品型譜及產品樹。

2.電推進產品型譜發布、應用與維護

制訂《電推進產品型譜發布流程及管理要求》向研究所發布電推進產品型譜，過程中根據技術與產品發展情況動態對其進行修訂并再次發布。電推進產品設計單位根據產品型譜開展電推進產品的研制開發、產品成熟度的培育、產品定型與組批生產及更新換代等工作，在產品化研制過程中動態梳理相關技術問題，并開展技術完備性論證及實施工作，提高技術成熟度和制造成熟度，最終通過產品的在軌應用提高電推進產品成熟度，同時根據電推進技術發展趨勢和應用需求變化，及時動態更新電推進產品型譜。

3.電推進產品型譜管理實踐

電推進產品團隊和型號團隊在電推進產品型譜的指導下，完成了電推進產品的研制生產和型號選用。研究所研制的某雙（多）模式離子電推進是一款適應多個領域和多個型號應用的新產品，在高軌通信衛星地球同步轉移軌道向地球靜止軌道的軌道轉移與入軌后的位置保持等任務及小天體探測主推進任務中都能發揮重要作用。開展了雙模式離子電推進雙柵極壽命數值分析并在地面開展了1：1 長壽命考核驗證試驗。在此基礎上，面向任務需求，對離子電推進的放電室磁場、三柵極組件、高精度陽極電源等進行了進一步改進優化，開發了寬功率范圍多模式離子電推進適用于小天體探測主推進任務。在微納衛星微小型電推進應用方面，2019 年長光衛星公司某衛星搭載了我所脈沖等離子體電推進，完成了國內微小型電推進系統在軌的首次飛行驗證與應用。上述實踐進一步擴充了研究所的電推進產品型譜，能夠有效滿足后續多年通信衛星、深空探測等領域對系列化電推進產品的應用需求。

三、電推進產品成熟度提升與產品開發管理

1.電推進產品成熟度等級

電推進推力器單機及核心組件模塊的產品成熟度是指度量電推進產品研制開發、組批生產、定型應用等全流程技術要素在真實應用條件下的質量穩定性的重要表征。產品成熟度重點關注電推進工程產品的可實現性、可重復性生產及可滿足各領域需求的應用程度。產品成熟度等級的標定表征了電推進產品處于不同的產品化研制階段、工程產品的實現程度及在軌飛行次數等，規劃了電推進產品研制開發、組批生產、定型應用等產品成熟度培育的方向與路線圖，為不同領域的用戶選用滿足需求的電推進產品提供參考，也為型譜推力器或電源處理單元等電推進單機產品選用提供重要依據。

2.電推進產品成熟度提升

電推進產品成熟度提升是產品化管理的主線，以提高產品成熟度提升電推進產品競爭力是市場開拓的重要前提，電推進產品設計部門是產品化產品開發與產品成熟度提升的責任單位。產品化工作通過“再設計、再分析、再驗證”機制快速提升產品成熟度。通過產品型譜規劃、產品規范制定、產品化配套制度落實、產品研制方式轉變，建立電推進產品管理為核心的新型科研生產模式。聚焦關鍵組件模塊的技術成熟度提升，具體工作流程如圖1所示。

圖1 電推進產品成熟度提升工作流程

電推進產品成熟度研究的重點是產品成熟的本質特征和內在規律。如何有效保證電推進產品高可靠、長壽命地完成在軌任務，更好地提升其可靠性與長壽命，研究所為此建立了電推進產品成熟度提升的三再迭代開發“W”模型。

“再設計、再分析、再驗證”是提升電推進產品成熟度的有力抓手，通過產品開發形成模型的第一個“V”過程，通過一輪“三再”進入到模型的第二個“V”過程，反復迭代可快速提升電推進產品的成熟度。針對電推進產品化成熟度提升與產品開發工作目標，梳理并識別影響單機及組件性能達標方面相關的關鍵技術，明確關鍵技術成熟度目標，合理劃分實現階段保證目標的順利實現。

經過電推進產品成熟度提升工作流程的優化與應用實踐，研究所電推進產品經過幾輪的“三再”成熟度持續提升，已經實現了組批小批量生產，建立了電推進產品的貨架，多個衛星平臺等型號可直接選用標準的貨架產品，關鍵組件等也已實現了滾動組批小批量生產。建立了電推進核心組件模塊的CBB 平臺貨架，系列電推進產品可直接從平臺貨架中選用核心組件，既提高了成熟電推進單機產品的生產效率，又有效控制了過程產品質量，更是對電推進新產品的開發具有重大意義。

3.電推進新產品開發

電推進推力器單機及核心組件模塊新產品開發的核心是：基于新技術研制開發電推進新產品，從而持續提升技術成熟度，從關鍵技術攻關的角度開展驗證的充分性。新技術應用的完備性是指技術指標的實現程度，如電推進放電室環型會切磁場帶來的等離子體放電良好的均勻性對產品的推進功能與推力、比沖性能及可靠性穩定性的影響，體現為產品的關鍵技術元素特征。驗證的充分性是指在電推進產品真實的使用環境下對所采用新技術后的環境適應性的驗證，如電推進抗力學減震新技術必須要通過鑒定級力學環境試驗驗證，重點考核在等效真實環境條件下采用的新技術耐受真實環境的能力。提升電推進產品成熟度的關鍵是提升技術成熟度，因此需要解決關鍵技術問題，不斷提升對技術問題機理的認識。

四、電推進產品數據包建設管理

1.電推進產品數據包建設

電推進產品數據包是指電推進推力器、電源處理單元等單機產品和多種核心組件模塊產品的設計、生產、試驗全生命周期技術活動量化控制結果的數據表達。電推進產品數據包建設是電推進產品化研制體系建設的重要手段和工具，產品數據包既是電推進產品實現過程和實現結果的客觀記錄，也是電推進產品成熟度認定最重要的依據，通過產品數據包建設逐步實現對電推進產品全過程的精細化管理，實現電推進產品管理由粗放的定性管理逐步向精細化的定量管理轉變，逐步實現電推進技術、產品、管理等方面成熟度的不斷提升。在電推進產品化研制體系建設過程中，開展兼容型號與產品化工作要求的產品數據包策劃尤為重要，真正做到電推進產品化為型號研制提供強有力支撐。型號外循環作為產品化研制內循環的用戶，把外部用戶的技術要求及型號數據包要求轉化為產品化研制體系中的產品數據包建設要求。

2.電推進產品數據包絡分析應用

重點圍繞電推進產品設計、工藝、過程控制三類關鍵特性進行產品數據包策劃。產品數據包建設的核心是電推進產品的關鍵特性數據。結合研究所已建成的電子數據包系統實現全過程信息數據的有效采集，完成相關數據在不同階段的持續積累和比對利用，采用“以產品設計特性分析為核心，以面向產品生產的特性分析為抓手”的產品保證方法，識別電推進單機產品和核心組件模塊的三類關鍵特性，組成電推進產品數據包的主要內容。對某離子電推進產品，重點關注電推進產品關鍵特性的多次實測數據積累情況和多次地面測試與飛行實測數據比對分析情況，建立完整的電推進產品成功數據包絡線，以持續提升電推進產品生產的一致性。

3.電推進產品數據包驗收

在研究所進行電推進產品驗收時，型號端作為產品端的用戶，要對產品端提交的電推進產品數據包的完整性、正確性和可追溯性進行檢查，對不符合要求的產品數據包要予以拒收。驗收時，組成電推進產品測試組和產品數據包審查組，對型號端提出的電推進產品的功能、性能、環境試驗等是否符合型號要求進行全面的驗收，最終型號端對電推進產品及數據包進行型號化后交付最終用戶，并在產品交付后由型號端提供電推進產品的售后服務。

五、結束語

電推進產品化是以產品管理為核心的科研生產模式轉型的有力抓手，建立電推進產品化研制體系是推動航天企業高質量發展的有效途徑，重點是通用電推進單機及部組件的產品化貨架建設與通用化、系列化、組合化建設。建立了電推進產品型譜及產品樹，有力地引領了電推進技術的發展與產品的升級換代，為型號直接選用電推進產品服務各領域應用市場開拓奠定了堅實的產品基礎，滿足了各領域的應用需求。形成了“聚焦提升產品成熟度，建立型號選用產品貨架，形成‘選用—開發/生產’管理模式”的電推進產品化發展思路，建立了三再迭代開發“W”模型，電推進產品成熟度得到持續提升，建成了兼容型號與產品化工作要求的電推進產品數據包。建成電推進產品貨架及核心模塊CBB 平臺，成熟電推進單機產品及核心組件模塊實現了組批小批量生產，建立了型號選用并驗收產品與產品研制滿足并服務型號的市場架構，電推進產品化研制生產模式成功轉型，為以產品管理為核心的整個科研生產模式轉型升級提供借鑒。