面向产品设计与制造技术的实现途径和管理创新

◎北京宇航系统工程研究所 黄诚 王端志 卢红立 李雄魁 张东

面向产品的设计与制造是现代航天运载火箭和导弹武器结构（弹箭体结构）设计发展的重要方向。“面向产品”就是以产品为核心，最大限度地实现同一产品或同一系列产品在不同型号上的通用，且必须关注产品全生命周期的所有剖面。“设计”不单是指产品自身的设计，也指产品全生命周期的设计。面向产品的设计技术是一种集成化的技术，需要体现系统化的设计方法，在设计阶段需要考虑产品的性能、质量（可靠性等）、可制造性、可装配性、可测试性、服务和价格等因素，从而对产品进行优化设计或再设计。

一、产品化思路

弹箭体结构系统产品是指弹箭体结构系统开发、研制或生产过程形成的硬件与软件，分为子系统（非电传爆子系统）、单机（卫星适配器、舱段、贮箱、分离环、低冲击分离装置等）、组件、部件、零件等。

弹箭体结构系统产品按专业类型可分为壳段结构、贮箱结构、特殊功能结构、分离结构和火工品装置五大类产品。产品的不同类型特点决定了其应有不同的产品化思路。

1．壳段结构类产品

壳段结构类产品可分为大结构类和小结构类产品。大结构类产品，如尾段、级间段、箱间段、仪器舱、整流罩等，因与型号产品结合紧密，配合关系复杂，在客观上不利于实现成品状态的通用化和系列化，故其产品化工作的重点应放在优化生产流程、工艺方面，形成通用性强的中间状态类产品，以提高生产效率、缩短生产工期为目标。

小结构类产品，如卫星适配器、支架、口盖、端框、爆炸螺栓盒、接头、大梁等，因产品结构简单、功能单一、接口明确，可对设计和工艺进行优化，以减少品种规格，形成批生产。

2．贮箱结构类产品

对于现役或在研型号的液体推进剂贮箱，由于总体结构、仪器电缆、增压输送系统接口等要求的约束，无论是同一型号的不同部段贮箱，还是不同型号的同一部段贮箱，其结构类型、尺寸参数、功能元件等各方面均不尽相同。因此，就目前状况看，对于绝大部分贮箱产品难以形成整体级别的产品化单机产品，其产品化工作的重点应放在优化生产流程、工艺方面，形成通用性强的中间状态类产品，以实现提高生产效率、缩短生产工期为目标。

3．分离结构和火工品装置类产品

该类产品可分为子系统（非电传爆系统）、单机、组件、部件、零件，同时又存在自主设计和外包产品2 种类型。由于各个型号的安装部位、终端作用类型的差异造成非电传爆系统通用性较差，不易形成子系统级通用产品，但在起爆、传爆、输出终端等方面均可实现较高的技术共用。

以低冲击分离装置、柔性分离环为代表的分离结构与火工装置类产品由于结构较小，配合关系简单，易于实现“三化”，可实现较高水平的产品化。对于火工装置类产品中的外包部分，由于产品结构简单、接口明确，应把压缩产品种类、统一环境条件、统一验收流程作为工作重点，并形成火工品产品优选目录，以达到提高批生产数量、优化生产工艺流程、提高产品生产质量的目标。

二、实施途径

基于上述讨论可以认为，弹箭体结构实施面向产品设计与制造的核心有以下两个方面。

1．建立分层次的产品共享机制

一是共享原材料。原材料是结构产品实现的根本，需要严格控制原材料的选用。为确保原材料选用的先进性和适应性，应对不同的产品类型规划出相应的原材料应用划代特征线。

二是共享零、组件。壳段结构和分离装置的部分零件均可形成共享零件，低冲击分离装置具有相同承载能力的分离螺母组件可以共享，舵、翼等机构组件产品可根据尺寸和功能特点形成共享产品组件。

三是共享结构部段（装置）。针对某一特征的部段级结构，在固化结构设计技术途径的同时，也需要考虑技术先进性和适应性发展的需要。

共享单机级的结构部段与装置一般出现在同一直径的型号序列中，如CZ-5B 火箭可直接借用CZ-5 火箭的基础级；跨直径或主要技术特征不同的型号很难实现结构部段的单机级共享。

2．建立基于产品平台的异步研发模式

从技术上讲，实现面向产品设计与制造的途径是建立异步研发模式，如图1 所示。

异步研发模式是以产品平台为基础的一种平台化研发模式，核心是基于产品平台进行分层次、分时段的研发。执行异步研发模式的要点包括：提前进行平台技术、模块或组件、子系统的研发，并建立各层级共享产品的复用机制，最终型号产品能够在已有平台和成熟技术的基础上快速研发，并保证质量。

基于产品平台的异步研发模式对新领域重大型号研制非常关键，以大直径火箭箭体结构研制为例，在型号正式立项前，需要组织重大产品关键技术攻关，对大直径结构设计、制造、试验技术进行研究，确立设计、工艺、试验方法；在此基础上研究确立大直径箭体结构产品平台；通过大直径产品平台的确立，建立新型原材料、结构零件、结构组件、结构部段等多层次共享产品以及新型制造平台（立式制造与装配平台）和试验平台等通用基础设施。

图1 结构产品异步研发流程

三、管理创新

1．组织模式变化

北京宇航系统工程研究所落实中国运载火箭技术研究院“产品重组、流程重组、人员重组”的要点在于：在一个工程组内同时实现“技术平台与产品平台开发”和“平台产品与型号产品研制”，并采用有效机制形成型号项目队伍与产品队伍的密切结合。

2．知识管理平台建设

产品化工作的核心内容是基于共享，既有技术、知识层面的共享，又有产品层面的共享。为实现共享，知识管理平台是有效的手段和工具，如图2 所示。该平台可以用于管理设计技术、软件、模板、各类数据（原材料、产品、试验等）、质量信息等。

3．数字化平台建设

图2 弹箭体结构知识库与设计工具族建设思路

参考现有标准件模型库建设数字化的虚拟产品样机库。典型产品（零、部、组件和单机等）均由参数驱动，不同的参数可以生成产品族中不同规格及型号的特定产品。产品信息包含质量、质心、材料、工艺、成本、制造周期、质量履历（归零信息、改进历史）等。该平台能够实现数据共享，总体设计人员可以选用产品的轻量化模型，单机设计人员可以调用产品用于型号，仿真、分析设计人员可以从中获得用于分析的模型。

4．信息化平台建设

应建立自原材料起至零件、单机产品的全流程信息管控手段。原材料自进入物流系统起，其数据与物料之间通过二维码建立联系。物料进入制造环节后，信息传递、合并到零件上，零件的二维码最终汇入单发弹、箭产品的二维码信息。信息化平台向产品相关人员（设计、调度、质量等）开放数据接口，可以像跟踪快递产品的流程一样，实时查询产品的流转状态，既有利于质量信息的追溯，又有利于进度管理。

为实现航天产品从型号定制类向产品化、市场化、成熟化发展，快速制造高质量、有竞争力的产品，弹箭体结构实施面向产品的设计已势在必行。但产品化需要对现行航天科研生产体系进行深刻改革，甚至是根本性的变革。因此，需要不断探索面向产品设计与制造技术的实施途径和管理创新。▲