航天伺服产品货架式管理研究与实践

◎北京精密机电控制设备研究所 余仿春 郑湘萍 郑继贵 何俊 赵守军

航天伺服产品研制沿袭了航天型号产品的研制体系，即从伺服系统、单机、单元产品到零（组）件均以型号分类进行管理，不同的型号伺服机构即便使用相同的伺服单机或单元产品，也要求按不同的产品代号分别管理。这就生产了相当数量的性能参数和技术要求相同或差异很小的“不同”产品，造成产品品种多，给生产组织和技术状态管理增加了难度。

笔者认为，航天企业急需开展伺服产品货架式管理研究，整合已有产品，优化产品货架，提高产品可靠性。

一、伺服产品货架的定义

货架是将产品和技术按照一定的层级进行管理，以利于产品开发时共享设计成果。货架式产品是指成熟度达到5级（含5级）以上的产品，以最小的品种规格满足最大的使用需求。

在策划航天伺服产品货架方案时，考虑了以下情况：

——型号配套伺服机构作为控制系统关键复杂单机，其本身由单机级和单元级产品组成；

——伺服机构的组成产品已形成了完整的系列型谱；

——在满足多种型号需求的同时，伺服组成产品的内部零（组）件具有一定的通用性；

——伺服机构作为精密机电产品，零件加工精度高、周期长，同时部分精密复杂零件在半成品状态时具有一定的通用性；

——伺服产品设计以型号优选范围为依据，造成选用不够优化，增加了生产组织的难度。

因此，提出航天伺服产品货架，共分5层，见表1。

1.基础层

在中国运载火箭技术研究院发布的各型号用金属材料、非金属材料、电子元器件等优选范围的框架内，面向伺服机构的选用需求，从优化品种的角度，形成伺服机构专用选用范围，按基础货架管理。

在金属材料方面，通过对伺服产品研制生产中各种材料的应用经验和效果进行分析评价，北京精密机电控制设备研究所制定了所级标准——《伺服机构金属材料选用指南》，规范了在伺服机构研制中金属材料的选用要求、选用原则及选用范围，包括材料的名称、牌号、技术标准及要求，并对伺服机构使用过的近百种原材料进行精选、优化，使原材料的品种数量缩减了50%以上。这样既便于更好地保证伺服产品的性能和可靠性，也便于原材料的集中订货，确保供应。

2.半成品层

将精密复杂零件用原材料事先制成一定状态的预制件，作为半成品在伺服产品投产前加工完成入库，在生产任务下达后，以此种预制件作为原材料投产。这样一方面可节省数个月的生产周期，为更好地扭转伺服产品生产短线创造条件；另一方面，以预制状态存放可进一步释放材料内部应力，有利于提高零件精度和稳定性，同时，可将零件的粗加工、精加工分别安排，以提高生产组织精细化水平。

半成品层的货架式产品为毛坯预制件。研究所于2005年底发布了《零件毛坯预制件管理办法》，规定了零件毛坯预制件的管理要求和工作程序，提出了毛坯状态的确定原则和优先采用毛坯预制件的对象，要求毛坯预制件状态要在对产品零件进行成组分析的基础上，根据产品零件图样和工艺特点对其进行归类，同时编制毛坯预制件清单、图册，明确相关批次、生产控制等管理要求。

研究所以伺服阀典型产品为牵引，形成了《伺服阀壳体预制件图册》，并在各型号配套伺服阀关键复杂零件的生产中应用且取得了良好效果，有效保证了产品的按期交付。

表1 航天伺服产品货架层级定义

3.通用零（组）件层

针对伺服产品中大量存在的状态相同却因分属不同型号而形成的图代号不同的零（组）件、电路单元，因伺服机构的特定要求（如预防氢脆）等而形成的专用紧固件，以及型号间大量的零（组）件借用情况，研究所提出按通用零（组）件管理的思路，组建通用零（组）件货架。

2011年，研究所制定发布了所级标准件管理要求，规定凡是有2个及以上型号共用、工艺成熟、质量稳定的通用或借用的零（组）件都要纳入所级标准件，并从所级标准件的提出、制定、使用、代号编制、技术文件管理、技术状态控制以及生产管理、质量管理、验收等方面提出了具体要求。

在伺服专用紧固件方面，研究所于2007年开展了专项工作，在完成对各型号专用紧固件分类统计的基础上，以运载火箭技术研究院标准《螺钉、螺栓、螺柱》为基础，结合伺服机构的实际需求，遵循“普遍适用、批量生产、强度可靠、优先选用”的原则，制定了《伺服机构系统用紧固件图册》，实现了统一选材标准，统一技术条件，统一组批生产，统一质量管理。该图册涵盖了研究所近20个型号伺服产品的专用紧固件，自2008年投入批产以来，明显提高了紧固件产品的标准化程度和加工质量。

4.伺服单元产品层和伺服单机产品层

针对面向型号控制系统或复杂伺服系统配套的伺服单机型谱产品，以及面向伺服机构或伺服单机产品配套的伺服单元型谱产品，研究所通过开展产品成熟度定级和提升工作，将产品成熟度达到5级（含5级）以上的相应产品纳入货架管理，组成伺服单元产品货架和伺服单机产品货架。

从2010年开始，研究所对用于伺服控制、动力和测量的伺服组成产品包括单机、单元产品进行了全面清理，制定了《伺服产品代号编制规定》，明确了伺服组成产品型谱代号编制规定，形成了伺服组成产品型谱，对原有的27类271种伺服组成产品进行优化合并后，形成优选、可选、限选的产品181种，合并淘汰90种；提出在研和待研的产品93种，总计纳入产品型谱的数量为274种。

二、伺服产品货架式管理

2011年，精密机电控制设备研究所在开展伺服组成产品型谱研究的同时，开展了伺服产品货架式管理研究，发布了《伺服产品货架管理要求》，规范了伺服货架式产品的提出、选用、技术状态控制以及生产管理、质量管理等要求。

1.货架式产品的提出

设计师系统对现有产品进行清理，若有2个及以上型号共用、工艺成熟、质量稳定的通用或借用的零（组）件，则可提出将其申请为所标件，纳入第三层货架管理；

设计师系统在设计新产品时，若在现有产品中已有工艺成熟、质量稳定的可借用的零（组）件，则可提出将其申请为所标件，纳入第三层货架管理后选用；

产品成熟度达到5级（含5级）以上的型谱产品，纳入第四层或第五层货架管理。

2.货架式产品的选用

成立相应所标件设计师系统负责制定所标件，通过所标件审查组审查后发布实施，纳入货架管理；每2年对伺服组成产品型谱简表进行完善和修订；建立“货架数据库”，供型号选用；设计师系统在设计新产品时应根据“货架数据库”信息，优先选用货架式产品。

3.货架式产品的技术状态控制

伺服货架式产品一经发布，原则上不允许更改，确需更改时，由设计师编制技术状态更改申请报告，由研究所技术状态控制委员会、型号主任设计师、用户方组成的审查组进行审查，通过后方可更改，并纳入型号技术状态变化统计，同时对“货架数据库”进行实时更新。

4.货架式产品的生产管理

根据型号和产品需求，适时进行组批生产，开展货架式产品投产计划编制、备料、投产、外协、验收和库房管理。货架式产品采取批次性验收，产品图样和产品规范作为验收和交付的依据，必要时请用户方参加。

5.货架式产品的质量管理

伺服货架式产品按照研究所质量管理体系文件相关要求，制定质量控制措施，实施过程控制。

三、伺服产品货架应用实践

研究所不断推进产品化工作，深入开展了伺服产品货架式管理研究，并在CZ-5和CZ-7运载火箭配套伺服系统的研制以及CZ-3A系列运载火箭伺服机构定型工作中进行了应用。

1.CZ-5和CZ-7伺服系统设计

CZ-5助推级、CZ-7助推级和芯一级配套的摇摆YF-100液氧煤油发动机的4种伺服机构，由于安装要求不同，对伺服机构的长度和行程等参数要求也不一样。如果按传统做法，每种不同要求均需设计一套新的伺服机构直属件，这就会给产品生产和管理带来不便。

为此，研究所按照伺服货架式产品分层管理的要求，在设计之初充分贯彻产品化要求，实现最大限度地共用，对4种伺服机构进行了统筹策划，最终实现了基于货架式产品选用的优化设计。

——伺服单元产品层：在为4种伺服机构配套的25个伺服单元产品中，除反馈电位计因作动器行程不同而不同外，其余24个全部相同，通用率达96%，相关单元产品纳入货架管理。

——通用零（组）件层：将头部壳体、油箱组件、蓄能器组件由各4种统一为各1种，供4种规格的伺服机构使用。经统计，每一台伺服机构共有2191个零件（电缆、焊料等材料不计）完全相同，不同零件只有16个，通用率达99.3%，相关零（组）件纳入货架管理。

——半成品层：作动筒、活塞杆等仅有个别尺寸有差别，形成毛坯预制件，纳入半成品层货架管理。

——基础层：金属材料的选用按《伺服机构金属材料选用指南》，规范了金属材料的牌号、技术条件及热表处理等要求。

2.CZ-3A系列配套伺服机构定型

研究所在开展CZ-3A系列配套伺服机构定型工作中，以SBB-3C柱塞泵为试点。SBB-3C柱塞泵是SBB-3系列变量柱塞泵中的典型产品，对应的系列化产品包括SBB-3、SBB-3A、SBB-3C、SBB-3D、SBB-3E、SBB-3F、SBB-3G等，用于配套CZ-3A、CZ-2C、CZ-2F、CZ-5、CZ-7等多个型号伺服机构。这些产品工作原理相同，结构组成相近，大部分零件具有通用性，产品总的相似度达到90%以上。

对CZ-3A系列伺服机构配套柱塞泵的需求分析和定型工作策划贯彻了货架式管理要求，从毛坯预制件、通用零（组）件、伺服单元产品3个层次上进行了优化改进。

——伺服单元产品层：通过对SBB-3系列变量柱塞泵开展型谱研究，确定以SBB-3C-0.79、SBB-3D-0.66和SBB-3E-1.26型谱产品（SBB-3C-0.79和SBB-3D-0.66为优选产品，SBB-3E-1.26为可选产品）代替原有的SBB-3系列7种产品。

——通用零（组）件层：通过贯彻伺服产品货架式管理要求，将SBB-3C-0.79柱塞泵由原有的专用或借用零（组）件组成改进为定型状态由45个所标结构件、2个所标紧固件和7个专用件组成，相关所标件纳入货架管理。

——半成品层：SBB-3C-0.79定型状态形成了3个毛坯预制件，纳入半成品层货架管理。

——基础层：SBB-3C-0.79的定型设计中金属材料的选用按《伺服机构金属材料选用指南》，进一步规范了金属材料的牌号、技术条件及热表处理等要求。

通过推进产品化工作，开展伺服产品货架式管理的研究与应用，初步形成了伺服产品的货架式管理及要求，并取得了初步应用成果。随着货架式管理方法的深入研究与应用，必将对伺服产品的设计开发模式、生产组织形式和产品质量可靠性产生深远影响。