航天器总装模块化生产模式探讨

边玉川，谢久林，杨晓宁，马 强

（北京卫星环境工程研究所，北京 100094）

1 引言

随着我国航天事业的飞速发展，航天制造业迎来了跨越式发展的机遇期，航天器总装作为航天器制造的重要环节，决定着航天器的生产能力。近些年航天器型号任务不断增长，人力、设施、场地等各种资源愈加紧张，人员工作负荷明显增加，部分保障资源出现能力的瓶颈问题。同时，以航天器单星（船）为生产单元的原有生产模式随着型号任务的缓急及周期出现了较明显的工作量波动。为此，需在对现有资源及生产模式进行细致分析的基础上，不断重组人力和技术资源、优化资源配置、提高航天器总装生产模式的成熟度，保证航天器总装研制任务的顺利完成。本文通过对航天器总装特点及航天器总装成熟度分析，提出了航天器总装模块化生产模式的构想。

2 模块化生产思想

20世纪70年代以来，随着市场需求日趋多变，用户越来越追求个性化，“大规模个性化生产” 模式在各个行业得到了长足发展。“大规模个性化生产”是通过柔性的生产过程和组织结构为用户提供多样化和个性化的产品和服务，它的基石就是模块化的产品构造和组织构造，目标是增强企业的柔性，使企业在不需要花费太多的成本和时间、不需要引起太大的组织破裂的前提下，灵活地调整自己的生产、管理和销售，随时适应不断变化的市场需求。用户需求的多样化和个性化是企业进行柔性管理的驱动力。快速地响应市场信号，迅速地改变产品设计并生产出用户所需要的产品的能力是企业在激烈的市场竞争中生存和发展的关键。加强模块化生产、提高专业化水平是提高企业柔性的重要途径之一。

2.1 模块化的含义

模块化就是为了取得最佳效益，从系统观点出发，研究产品/系统的构成形式，用分解和组合的方法建立模块体系，并运用模块组合成产品/系统的全过程[1]。模块化不是一个孤立、静止的事物，而是一个有目标、有组织的活动过程，其中既有生产的技术（设计和制造）过程，也有生产技术的管理（规划、计划、鉴定、实施、协调）过程[2]。

随着模块化思想的不断发展，模块方法已经不仅仅是产品设计的工具，而且成为一种管理科学的观念和方法。它也是一种知识资本激励和管理的观念和方法，是一种现代企业产品设计、组织设计和知识管理战略设计的方法论。由于模块概念和方法必须以充分了解产品体系为前提，因此比较适合于成熟技术的持续开发和柔性经营，对航天制造企业生产管理具有重要意义。

2.2 模块化和专业化

专业化分工是指将整体功能划分为若干类别的功能单位，分别由相应的人专门从事一项或少数几项功能单位，使得个人专项技能得以强化，组织整体绩效得以提高。专业化的分工协作一方面使劳动生产者将其生产活动集中于较少的操作上，从而提高了生产的熟练程度，减少了因经常变换工作或变换生产活动中的不同操作内容而损失的时间，节约了生产的人力资源以及生产时所使用的物质生产资料；另一方面它降低了企业管理工作的复杂程度，从而提高了企业的管理效率。

相对专业化而言，模块化是将目标产品/系统进行分解、重组成若干模块，每个模块从事自己所擅长的专业，产品/系统的分解和组合的技巧及运用水平影响着模块化的优劣；而专业化是将同一产品/系统进行专业细分，或者将不同产品/系统的相同/相似专业进行重新组合，形成专业优势。专业化是模块化的重要手段和基础，模块化是专业化发展到一定程度的必然结果。

3 航天器总装专业化建设的可行性分析

对于航天器总装来讲，其承担任务的内容及特点决定了可以通过专业化改造，在现有资源的基础上，将各型号并行线程打碎，将相同专业进行专业化重组，以达到提高资源利用率和劳动效率、加强技术融合、利于质量保证的目的。

3.1 航天器总装内容

航天器总装是航天器装配的最后阶段，包括总装设计和总装实施。航天器总装实施是根据总装设计要求，由总装工艺技术人员和操作工人共同实施，将经过验收合格后的所有部组件和仪器设备组装成为航天器的过程。就目前航天器总装实施所承担的任务来讲，大致包括以下工作内容：

(1)推进系统管阀件及直属件的安装，模板管路焊接配合；

(2)移植模板管路；

(3)安装星上仪器、直属件，粘贴导电铜箔；

(4)制作多层隔热组件、外热流加热器；

(5)单机产品热控实施；

(6)装拆星上多层隔热组件、外热流组件；

(7)电缆铺设固定，星上电缆自由端焊连固定，粘贴星上热敏电阻及热电偶，插拔仪器插头；

(8)电测配合；

(9)专业测试配合，大型试验配合；

(10)舱段对接、整星/船吊装及转运（运输）；

(11)物料齐套。

3.2 航天器总装特点

航天器总装过程具有鲜明的特点，主要表现在：

(1)航天器总装有型号品种多、批量小、不确定性强等特点。经常要同时承担导航卫星、通讯卫星、遥感卫星、深空探测卫星、载人飞船等多类型平台航天器总装工作，且大部分平台航天器同时在制的数量较少，而且用户对航天器的需求具有较强的不确定性；

(2)进度要求紧，质量要求高。航天器研制大多为国家重点项目，关系到国防安全、国计民生以及我国的国际形象和信誉，所有这些都造成了航天器研制进度趋紧。航天器总装作为航天器装配的最后阶段，进度质量要求更加严格。另外，航天器在轨运行的特点决定了必须在地面阶段保证其高质量；

(3)单个航天器研制工作量波动较大。在航天器总装实施主线中穿插专业测试、电测、大型试验，时间少则几天，多则几十天，造成单型号任务量不够均衡，另外由于分系统仪器到位不及时也消耗较多的总装主线时间；

(4)工序的顺序性强，工序间制约程度较高。如某平台卫星舱段总装，必须严格按照“接地实施－移植模板管路－移植电缆－安装仪器－电测配合”的顺序进行，因此，在前道工序未完成的情况下，很难正常进行下道工序；

(5)航天器总装实施一般以平台班组为核心的刚性生产模式为主，容易产生平台班组间、不同时期工作量不均衡；随着承担航天器研制任务数量的加大，不均衡程度愈加明显。

3.3 航天器总装专业化建设的有利条件

(1)从航天器总装任务内容可以看出，无论飞船还是卫星，无论何种平台，所涉及的专业基本上是一致的，这就为航天器总装专业化改造提供了前提条件；

(2)随着近些年产品化建设的不断加深，工艺成熟度水平逐渐提高。各型号平台编制了一批技术水平稳定、通用性强的模块化工艺；并且有意识地进行了不同型号间相同专业的技术交流，型号间相同专业取长补短，共同进步。所有这些都为航天器总装专业化建设提供了技术保障。

4 航天器总装生产模式成熟度分析

为了有效地对航天器模块化进行研究，本文通过对航天器总装生产模式进行分析，参考软件能力成熟度模型CMM[3,4]，将航天器总装生产模式从低到高分为5个级别，分别为初始级、可重复级、可定义级、可管理级和可优化级（如图1所示）。

图1 航天器总装生产模式成熟度级别Fig.1 Classes of general assembly model maturity

将人员、工艺技术水平、组织结构、业务流程及质量保证作为评估要素，建立航天器总装生产模式成熟度模型（如表1所示）。

表1 航天器总装生产模式成熟度模型Table 1 Modes of spacecraft general assembly model maturity

从模型可以看出，航天器总装现有生产模式基本处于可定义级和可管理级的级别上，需要对现有模式进行优化改造，提高现有模式的成熟度等级。

5 航天器总装模块化构想

根据模块化生产思想将目标产品（星、船）总装过程划分成若干模块，依据航天器总装自身特点以及人力、技术优势建立专业化组织，形成专业化组织所擅长模块的生产组织模式。

根据航天器总装研制流程，可将航天器总装实施过程分为辅线模块、主线模块、生产保障模块；根据专业可分为单机产品热控实施模块、热控多层模块、管路焊接模块、星上热控实施模块、电测配合模块、线缆专业模块、总体装配模块、物流模块。总装实施模块结构如图2所示：

图 2 总装实施模块结构图Fig.2 General assembly modularity structural pattern

各模块负责的工作内容如下：

(1)管路焊接模块。负责星/船推进管路焊装前管阀件及直属件装配、管路焊接工作；

(2)单机产品热控实施模块。负责星/船单机产品首次热控实施工作；

(3)热控多层模块。负责星/船用热控多层、外热流加热器的机械接口设计及产品制作；

(4)星上热控实施模块。负责星/船上热控多层的取样、安装，星上热试验件的安装；

(5)电测配合模块。负责星/船电测配合期间星上插拔等相关操作；

(6)线缆专业模块。负责星/船上电缆铺设、焊接工作；

(7)总体装配模块。负责星/船的除专业模块外的其他星上操作，包括整星接地实施、仪器及直属件拆装、舱段对接、整星/船转运及吊装等；

(8)物流模块。负责星/船仪器、直属件、辅料等领料及入/出库、齐套工作。

上述模块化分工模式只是一个初步设想，航天器总装模块化过程是一个系统工程，在实际进行模块化分工设置时，需要充分考虑现有人员结构、专业化分工程度、资源设备情况等因素，同时需建立起与其相适应的班组组织、工艺组织、检验组织等配套模式。因此，航天器总装模块化将是一个长期的过程，需要在实践中积累经验并逐渐成熟。目前，比较容易实现模块化的是辅线模块，可以在基本不产生过大组织变革的情况下，将不同航天器间的相同专业辅线进行专业化重组，将辅线工作从主线剥离出来，形成辅线专业化生产模块。

6 模块化试点和现实意义

通过专业化建设，建立了热控多层制作和管焊前总装专业模块，经过一段时间的运行，取得了良好的效果，完成了期间所承担各个型号的相关任务，年轻人员迅速成长；同时，在运行过程中也出现了受到设计状态及配套建设滞后的制约。随着专业化建设的不断加深，模块化将会给航天器总装带来以下益处：

(1)生产组织结构柔性大大增强。专业化程度越深，生产组织结构柔性就越强，因此，专业化建设必将大大增加航天器总装生产模式的柔性，提高应对型号任务急剧增长的能力，减少生产管理成本；

(2)人员技能结构趋向于又精又专。随着专业化建设的逐渐开展，专业化人员比重将陆续增加，这些人员将对承担的专业化工作逐渐适应，并且通过不断的重复实践，熟练掌握业务技能，同时将具有足够的精力和时间进行技术创新工作；

(3)产品保证质量和效率大幅提升。在专业化模块生产中，质量管理对各个型号进行横向的专业化管理，将提高过程控制能力和产品保证能力，极大地降低事故发生率；

(4)减少人力资源和生产物资浪费。由于各个生产模块具备不同职能，人员重复劳动和对生产物资的需求重复（交叉）性也将大大降低，从而减少了各种资源的浪费；

(5)人员结构得到迅速合理配置。由于人才培养周期的缩短，可以在短时间内达到人员结构的迅速合理配置，满足任务的需求。

7 结束语

本文结合模块化思想和成熟度理论，对航天器总装生产模式进行模块化构建进行初步探讨，根据专业化试点取得的经验提出模块化对航天器总装的现实意义。专业化程度的提高必将对航天器生产企业产生深远影响，而随着专业化的不断深入，实现航天器总装的模块化生产模式，提高企业管理柔性及生产模式成熟度是航天企业提高自身竞争力的重要途径。航天器总装生产模块化是一个任重而道远的过程，需要通过不断的实践和总结发展完善。

（References）

[1]童时中.模块化原理设计方法与应用[M].北京: 中国标准出版社, 2000

[2]任韶清.模块化方法与企业模块化合作研究[D].北京航空航天大学硕士学位论文, 2001

[3]杨一平.软件能力成熟度模型CMM方法及其应用[M].北京: 人民邮电出版社, 2001

[4]郭晓燕.总装工艺成熟都模型的建立及应用[J].航天器环境工程, 2009, 26(6): 566-567