基于质量管控的某新型航天飞行器产品复用探索与实践

杨薇秀、李磊、刘成国、赵明、刘天博 /北京航天长征飞行器研究所

目前，航天事业面临着“型号多、攻关难、任务重”的新常态，型号产品结构功能日益复杂，配套数量日益增多，生产周期愈来愈长，加之全面国产化的研制目标导致产品成本倍增。面对严峻形势，中国航天科技集团有限公司在第七次工作会议上提出了高质量保证成功、高效率完成任务、高效益推动航天强国建设和国防建设的“三高”发展要求，并在2021 年第一季度经济运行分析会上再次强调，“要控制好成本，要在控制成本上下功夫，把成本控制系统化、具体化，为高质量可持续发展奠定基础、铺好道路”。在此新形势下，北京航天长征飞行器研究所结合业务特点，基于质量管控办法探索实践典型产品的降本增效，对实现从“三保”到“三高”平稳过渡，助力航天事业高质量、高效率、高效益发展具有重要意义。

一、质量形势与需求分析

中国运载火箭技术研究院王小军院长指出，控制质量依靠的是“人、机、料、法、环”。其中，系统性的工程思想和科学化的管理方法是航天事业发端以来不断指引我们稳步前行的“风向标”，更是保证型号产品质量的“定心丸”。 因 此，要在肯定和继承传统质量管理方法的基础上，挖掘现有型号产品特点，提出新形势下的科学管理方法。

一方面，产品功能日臻复杂，一型产品多类状态的现象已是常态，这不仅增加了技术状态的管理难度，也进一步增加了产品的质量管控风险，与此同时，复杂的功能和多变的技术状态意味着配套单机数量、研制试验成本骤增，一旦试验失败将造成严重的经济损失；另一方面，研制周期大幅缩短，导致设计周期、试验周期、总装总测周期进一步压缩，如何在更短的交付周期内以更高质量、更低成本完成产品交付，对传统的质量管控方法提出了新挑战。另外，各项目研制阶段差异大，部分成熟项目的质量隐患长期存在，技术仍未吃透、风险仍未见底、产品可靠性仍然不高；新项目产品状态新、技术状态不固定，重复性、低层次、飞行试验成败性问题屡屡出现。因此，结合新形势下产品的特点探索出一套普适性、科学化的管理方法，提高产品的可复用性，实现产品化、通用化，对于提高产品质量、降低研制成本具有重要意义。

型号产品的复杂化、交付周期的紧迫性要求必须提升产品的复用性。一方面，复用性是通用化、产品化的基础，现有型号产品大部分存在技术状态相似的特点，不同研制阶段的产品往往只存在微小的设计改进，通过提升产品复用性可实现“一型产品、多型继承”，大大降低了研制成本和试验成本；另一方面，复用性是高质量、高效率的保障，复用产品经多个型号研制流程把关后，技术状态确定、质量风险可控、装配测试流程固化，大大降低了质量管控难度、缩短了型号研制周期。

型号产品的复杂化、交付周期的紧迫性要求必须提升产品的复用性。一方面，复用性是通用化、产品化的基础，现有型号产品大部分存在技术状态相似的特点，不同研制阶段的产品往往只存在微小的设计改进，通过提升产品复用性可实现“一型产品、多型继承”，大大降低了研制成本和试验成本；另一方面，复用性是高质量、高效率的保障，复用产品经多个型号研制流程把关后，技术状态确定、质量风险可控、装配测试流程固化，大大降低了质量管控难度、缩短了型号研制周期。

二、某新型航天飞行器产品复用的探索实践

某新项目开创了研究发展新领域，该项目应用场景决定了其配套产品数量多、结构复杂、生产周期长。项目单次使用相关产品数量达数十套，每套产品的配套电气产品数量众多，元器件采购周期长，齐套难度大、成本高。同时，飞行试验节奏较为紧凑，加之近年受疫情影响飞行试验产品齐套准备工作的难度进一步加大。为提高效率，避免浪费，对飞行试验产品进行部分复用，从而实现整体降本增效变得刻不容缓。项目组秉承从“三保”向“三高”转型发展的理念，提出了基于质量管控的航天飞行器复用方案，从设计源头、精准回收、质量复查、系统优化等几方面入手，在保障产品质量的同时缩短研制周期，降低生产成本，提高使用效率。

1.总体思路

根据项目特点，产品落地速度较低，落地过程可认为近似软着陆，产品落地冲击较小，因此内部各配套产品保持相对完好。同时，配套的电气产品为非消耗品，存在重复使用可行性。根据实际试验结果，产品落地后主体结构完整、无破坏。因此，确定产品复用总体思路是复用为主、换修结合，并不强调某一产品的整体复用，而是将关键短板或者高价值零部组件或电气产品恢复状态，整修应用在下一批飞行试验产品中，从而快速高效处理回收产品。

2.实施方案

从设计源头、精准回收、质量复查、系统优化4 个方面入手，全面细化管理流程，严格把控产品质量，全面提升产品复用效率。某新型航天飞行器产品复用管理流程如图1 所示。

图1 某新型航天飞行器产品复用管理流程图

（1）从设计源头保障产品复用可能

为实现复用可能性，项目方案设计时首先应充分考虑通用化与产品化的需求，装置主要结构件、重要单机（尤其是电气产品）及火工品等产品均采用通用设计，实现在本项目通用的同时在后续项目中可以直接继承使用，保障了复用后的零部件能够灵活搭配组合，极大地方便了后续产品的组装，同时通用化的零件同样采用通用的工装与工艺，进一步节省了安装费用和周期。其次，根据项目自身的任务需求，借鉴无人机、航天太空舱等成熟的回收技术，进行减速伞技术优化，减少产品着陆冲击，保障产品稳定着陆，保障了产品内部大量产品的有效复用。

（2）精准定位回收降低产品复用成本

为实现产品复用，首先需要进行产品回收，由于需要复用的产品分布面积较大，着陆场地地形复杂，给产品复用造成巨大挑战。本项目通过方案设计与成本计算，在保障性能指标的前提下延长飞行试验产品中定位组件的工作时间，实现落地位置信息回传，精确定位产品地面位置，实际工作误差不大于10m。然后，根据精准定位信息，采用人车协同模式实现大规模产品的尽数回收，极大地提高了现场搜寻效率，节约了大量人力物力成本，降低了产品复用成本，保障了产品复用的优越性。

（3）严格质量审查保障产品复用质量

为保障复用产品质量，将产品设计与验收过程进行重新梳理，充分结合试验环境条件与考核技术指标，提前辨识复用技术难点和风险点，针对不同产品提出不同的质量管理流程和办法。

重要电气产品。对于重要电气产品和单机，回收后进行清理及复检复测，复检复测的内容包含功能性能检测和元器件检测，根据复检复测提出返修方案，组织召开返修评审会，由总体、设计单位、生产单位内部专家及军事代表进行质量把关；生产单位根据返修方案进行零部件更换，进行性能指标测试；补充验收级和鉴定级环境试验；返修产品验收，按常规流程完成总装和总测工作。

结构件。对复用结构件进行复检复测，无损坏零件允许复用，非重要结构件允许整修使用。

一次性配套产品。在保障进度的条件下对配套产品直接进行替换。

（4）优化系统流程降低产品复用风险

为保障产品性能，满足试验考核指标和各项技术条件，本项目提前识别技术风险，优化系统方案，制定预案处理方法，全面保障产品的可靠性与稳定性。首先，根据研制背景，实现产品布局优化设计，在满足某技术指标条件下，确保在复用产品失效情况下不影响整体试验结果；其次，优化工作时序，提高复用产品工作条件，通过验收评审结果和理论仿真合理调配复用比例，保证复用产品在测试过程中出现问题时不影响测试流程与试验结果。

3.实践过程

项目组于2020 年先后实现2次复用产品的飞行试验，第1 次试验时复用产品占总产品比例大于30%，第2 次试验时复用产品占总产品比例大于40%，2 次飞行试验均取得圆满成功，均能满足飞行试验考核目的。具体过程如下：

（1）针对该型号产品复用计划开展方案改进设计，进行产品结构、接口梳理，明确改进方案，进行方案评审与价格评估，全面实现产品的通用化设计；

（2）通过仿真试验与地面试验优化了伞降方式，进一步保障产品落地的可靠性；

（3）进行定位组件软件地面设计与定位时序设计，并开展相关的“天—地”联调试验，保证了产品位置信息的可靠回传；

（4）完成产品首次飞行试验,飞行试验结束后，开展了精准定位与回收，实现了飞行试验产品的尽数回收；

（5）开展回收产品的检测与相关技术交底会，并开展返修方案设计；

（6）完成返修方案评审；

（7）生产单位根据返修方案进行零部件更换，进行性能指标测试及鉴定级环境试验；

（8）完成返修产品验收；

（9）根据产品飞行试验需求开展产品安装布局设计，并完成相关评审；

（10）开展测试流程优化评审，明确复用产品测试预案；

（11）安装复用产品的飞行试验取得圆满成功，且飞行试验产品（含所有复用产品）再次尽数回收；

（12）进行飞行试验产品与复用产品检测，所有产品（含复用产品）仍具备可再次复用条件；

基于质量管控的某新型航天飞行器产品的复用方案是在该类型产品上的首次探索和应用，开创了该类型飞行试验产品再利用的先河，在保障产品质量、满足飞行试验考核指标的同时极大缩短了产品研制周期和生产成本，提高了产品的使用效率。复用过程中，实现了多项技术的创新，推动了产品的进步和发展，是将降本增效理念与实际相结合的大胆尝试，为其他项目产品的复用提供了思路与方案。

（13）开展第2 次复用产品飞行试验，取得圆满成功和产品的再次回收；

（14）进行产品检测，同样具备复用条件；

（15）根据飞行试验数据结果，进一步进行产品复用，继续推广于后续试验中。

三、实践效果

基于质量管控的某新型航天飞行器产品的复用方案是在该类型产品上的首次探索和应用，开创了该类型飞行试验产品再利用的先河，在保障产品质量、满足飞行试验考核指标的同时极大缩短了产品研制周期和生产成本，提高了产品的使用效率。复用过程中，实现了多项技术的创新，推动了产品的进步和发展，是将降本增效理念与实际相结合的大胆尝试，为其他项目产品的复用提供了思路与方案。

1.管理成果

该方案从设计源头、回收过程、复检过程、系统流程4 个方面全方位进行技术和质量把控，从设计源头实现产品、工艺、工装的通用化设计，保障产品复用可能；从精准回收实现产品的快速、大规模回收，降低产品复用成本；采用“因材施案”手段，针对不同产品采用不同的质量管理方法，在保障复用产品质量的同时全面提高管控效率；提前进行风险识别，从系统优化全面降低产品复用风险，保障了产品复用的可能性与有效性，该方案的精细化管理流程和理念也为其他产品的复用提供了思路与方案，为进一步推动产品复用、提高产品质量提供了科学有效的管理经验。

2.技术成果

本项目依托某新型航天飞行器，在产品复用过程中牵引了多项技术改进与提高，具体如下：

（1）产品软着陆技术。首次实现某类型产品软着陆，极大地降低了产品着陆冲击，保护了内部配套产品，为产品复用提供了基础；

（2）精准定位回收技术。通过搭载小型化、高精度定位组件，使得某类型产品的大区域点对点回收成为可能，成功解决“看不见，找不着”的回收难题，极大地节省了人力物力；

（3）重要电气产品复用技术。针对电气产品复检复测，提供最优返修方案，保证复飞可靠性，创新的管理方式使得产品齐套周期大大缩短，齐套成本大幅降低；

（4）产品零部组件通用化设计。开展多种类载荷通用接口设计，使得零件、工装、组装工艺通用化，为复用、混装、组合使用打下基础，扫除了产品间障碍。

这些技术进一步推动了产品的技术发展，为多个项目的快速移植和运用奠定了基础。

3.经济效益

该复用方案目前完成了2 次飞行试验考核，第1 次飞行试验产品的复用比例大于30%，第2次飞行试验产品的复用比例大于40%。复用比例持续提高，大大降低了研制成本和生产周期，为产品的研制和发展提供了方案。精准回收的产品，不仅在飞行试验上进行了运用，还在多种地面试验进行了利用，极大地提高了产品的效能。

（1）电气单机复用效益

复用产品成本分析。本项目累计需求A、B、C 产品每类数十套，这些产品的元器件采购周期均在半年以上，生产周期约3个月，复用节省的时间成本难以计算。

实际复用情况分析。产品A 复用共计10 台次以上，产品B 复 用 近20 台 次，产 品C 复用超过30 台次，直接节省共计971 万。

（2）结构件复用效益

对于典型结构件D、E、F、G，累计复用40 余次，节省约21.6万元。

（3）精准回收经济效益

传统回收成本分析。产品分布总面积约上千平方千米，着陆环境无建筑道路，物资补给困难。理想情况下，每辆车一天搜寻面积不到100km2，拉网排查至少需要4 辆车约10 天时间，直接用车成本6 万元，每车除司机外需搭配2 名搜寻人员，人力成本约5 万元，管理及保障成本约5.7万元。

精准回收成本分析。通过精准回收将大范围拉网式排查优化为点对点回收，只需2 辆车2 天即可完成工作，耗费约1.7 万元，单次试验直接节省成本15.44 万元，4 次累计节省约61.76 万元。

四、后续发展

第一，建立航天飞行器复用方案智能评估系统，在研制过程中注重数据积累，持续完成关键技术改进，进一步完善和优化复用流程。减少人为参与，建立完善的智能化复用评估系统，以大数据作为复用方案的有效支持，针对客户需求和飞行试验任务需求，快速实现最优复用方案，以技术驱动带动产品发展，在降低成本的基础上全面提高产品效能。

第二，持续加强复用技术的推广应用，本项目复用方案涉及的软着陆技术、精准定位回收技术及通用化设计技术等均具备改进和推广应用的空间，可根据不同项目的研制特点进行结合和运用。可以依托典型项目应用经验，全方位辐射多种项目产品，实现项目产品研制流程全覆盖、生命周期全阶段管理。同时，结合各项目特点制定专属产品复用方案，针对成熟项目，快速形成标准化、通用化、系统化、应用性强的复用方案；针对新研项目，在通用化方案基础上，结合反馈闭环机制，实现产品复用方案持续更新改进。

第三，加强沟通交流，传递型号产品复用及工程化应用管理典型成功案例，同时借鉴他人质量管理经验，共同探索适用性更广、规范性更强的标准化产品复用方案，以便建立体系化的科学管理流程，全方位提升航天产品质量，全流程降低研制成本，系统化提升型号产品研制效率，助力航天科技集团“高质量、高效率、高效益”的发展目标，推动新时代航天事业发展。