“结对子”模式加速推进航天火工品产品化实践

赵宇辉等＊ /北京宇航系统工程研究所

“十三五”以来，北京宇航系统工程研究所型号任务一直处于多型号并举、研制批生产并重、高密度发射状态，火工品作为型号关键单机产品，随着航天型号的发展，配套火工品的种类、规格和数量急剧增加，四川航天川南火工技术有限公司（简称火工技术公司）出现产能紧张，部分型号交付进度难以保障的问题日益凸显，产品质量问题也有增加的趋势，其主要原因在于“型号牵引产品发展”模式下，产品种类过多、通用性差，且产品成熟度低。因此，研究所和火工技术公司上下联动，协同解决上述问题已成为双方的迫切需求。

2017 年，航天科技集团产品化工作全面启动，大力倡导总体单位与单机研制单位上下联动、协同推进产品化工程。在航天科技集团“明确目标、注重实效、协同推进、持续完善”的指导思想下，作为第一批集团“结对子”示范项目之一，研究所和火工技术公司签订了《“结对子”协同产品化推进协议》。双方采取“结对子”模式，着力构建型号配套火工品选用目录，开展目录内产品的成熟度提升和去型号化研究，以确保产品的质量和稳定性，同时提升生产效率和降低成本；着力构建火工品型谱，开展新技术研发，实现型谱优化升级和新产品更新换代，建立并有效运行通用产品选用机制，以满足未来新型号工程化应用需求。

一、问题分析

在火工品研制过程中，按照型号牵引产品开发的模式进行。一方面，型号总体围绕各自型号单独提出研制任务书，火工技术公司根据任务书单独研制产品，在结构类似的产品中做了大量的重复性工作，造成了火工品“多品种、小批量”的局面；另一方面，由于各型号验收要求不统一，使得同一产品面向不同型号出现多种验收技术条件的现象，增加了产品的生产和质量管理难度，导致型号交付和保成功压力俱增，也影响了型号的可持续发展。

在火工品产品化实施过程中，由于各型号之间缺乏统筹指挥、顶层指导，总体单位对同类型火工装置接口、技术状态、环境条件控制能力不足，产品任务书不符合型谱规划。而专业单位型谱规划无法贴合型号要求，产品选用率不高，产品化进度缓慢。同时，由于型号应用背景不同，存在结构、性能类似的火工品研制流程重叠的现象，造成了研制任务量增加、成本浪费及产品生产、验收质量管控难度大的问题。

综上所述，由于总体单位与专业单位之间上下通道没有真正打通，对型号及产品的发展规划无法协同，缺乏总体牵引，不能实现统筹兼顾，在构建产品型谱、火工品型号选用方面进展不尽人意。研究所是型号火工品研制任务提出的主要源头单位，也是使用火工品种类、规格和数量最多的单位，火工技术公司是航天科技集团火工品的主要研制和生产协作单位，因此航天科技集团提出将研究所与火工技术公司按照“结对子”模式，“协同推进”航天火工品产品化工作。

二、工作思路

“结对子”双方作为战略合作伙伴，总体设计单位与单机研制单位形成协作共同体，使总体设计与单机研制有机结合。一方面，总体单位发挥顶层规划优势，侧重在产品种类压缩、技术状态统一、货架产品选用等方面牵引专业单位的技术和产品发展；另一方面，单机研制单位集中优势资源侧重在型谱优化、货架产品成熟度提升、产品规范制定、产品生产过程控制及质量保证等方面全力支撑总体型号发展需求。双方上下协作、迭代优化、打破壁垒、整合资源，保证了产品化工作的有序性、高效性。“结对子”工作体系见图1。在产品化工作模式中，主要按照以下思路开展工作。

图1 “结对子”工作体系图

（1）建立协同工作组织。为保证“结对子”协同产品化项目有效推进，研究所与火工技术公司双方设立了由双方“一把手”为组长、相关业务部门组成的“结对子”工作组，明确人员职责和分工，并制定了年度计划。

（2）开展产品成熟度提升。研究所完成火工技术需求分析，形成通用技术要求，火工技术公司根据研究所需求开展单机压缩、型谱制定、基本型产品开发和强化验证。

（3）控制产品选用与推广应用。研究所和火工技术公司共同优化火工品产品管理模式，将火工品由型号管理转变为单位（部/厂）管理模式，并完善火工品选用机制，推进火工品的择优选择，实现从任务书研制模式向货架选用模式转变。

（4）开展产品质量提升。研究所编制通用技术要求，整合指标体系，统一接口；火工技术公司开展产品研制，实现火工品组合化、系列化和模块化设计。同时，双方开展关键单机产品质量提升工作，推动通用分离螺母装置、通用药圈组件、通用电起爆器、通用爆炸螺栓产品开发，推动小型固体火箭质量提升。

（5）统筹规划，提高生产能力。研究所统筹各型号需求，统筹投产；火工技术公司根据型号需求，集中优势资源，启动专项投产，确保产品交付进度。火工技术公司推动自动化生产线建设，实现关键环节自动产线建设，针对生产瓶颈的小型固体火箭药柱提前启动订货及备货。

三、实践与效果

1.建立型谱，形成选用目录

为了改变型号根据自身特点研制、选用和验收火工品造成的“多品种、小批量”局面，简化组织生产状态，降低验收成本，缩短生产周期，提高产品批量，进而提高产品成熟度，研究所和火工技术公司开展了共建型谱工作。研究所在充分了解型号要求的情况下，形成通用技术要求；火工技术公司则在此基础上优化产品型谱，根据产品化清单结合通用技术要求形成通用产品。在共建型谱基础上，根据研究所火工品应用特点，形成了选用目录。

研究所明确了火工品系统的定义，型谱的建立工作均围绕火工品系统来展开。火工品系统是由互相关联的多个火工装置组成，含有首发元件、传火/传爆元件和终端火工装置，能够满足预定功能的系统（见图2）。研究所按照火工品系统的模式，梳理了在研、在飞和定型型号的火工品应用情况。按照“通用化、系列化、组合化”的原则，以火工装置的“最少种类”，满足系统的“最大需求”，火工品系统爆炸序列各火工元件之间的接口规格与功能等级按火工品系统接口与功能的通用性、互换性进行规划；规定优先选用成熟度高、通用性好、环境适应性强、使用频率高的产品作为货架产品，其品种和规格满足现有型号，并考虑未来型号发展。对于产品的升级，应充分继承原产品可用的成熟零、部、组件和工艺，以规避或降低技术风险。

图2 火工装置连接关系图

在“结对子”模式下，火工技术公司按照研究所制定的压缩优化方案和原则，针对15 类具体火工品进行了全面梳理和分析，充分考虑产品成熟度，对各类产品进行整合、压缩，形成了火工品型谱。

通过院属各单位通力协作，上下联动开展火工品压缩工作，中国运载火箭技术研究院火工品种类由285 种压缩到114 种，压缩率为60.0%，如表1 所示。通过这项工作，极大缩短了型号研制周期，降低了研制成本，有力支撑了型号选用。火工技术公司协同研究所，在型号火工系统方案设计时优先推荐货架火工品。研究所在研制流程中规定了火工品系统设计产品化审查，严格控制超货架目录产品的选用，统筹型号与标准环境条件，选用货架火工品时按照标准规定的通用环境条件执行考核，严格控制产品种类和数量。通过双方协同，货架产品在新研制型号中得到了充分应用，其选用率分别达到了85%以上，新研产品比例降低。

表1 中国运载火箭技术研究院火工品压缩情况表

2.通用产品研制

（1）型谱产品设计和开发

“结对子”期间，按照火工品系统连接关系，研究所联合火工技术公司开展了型谱通用产品开发，完成了基本型电起爆器为代表的首发元件，通用传爆组件为代表的传火/传爆元件，基本型分离螺母、通用药圈组件、基本型爆炸螺栓为代表的终端火工装置，完成了典型火工装置的统型设计和验证及火工品产品梳理、整合、压缩和优选，形成多种基本型产品（见图3），实现货架产品上下游接口形式统一化和通用化。按照火工品系统的组成关系，货架上的首发元件、传爆元件和终端火工装置能够直接选用，并按接口连接关系连接组成火工品系统，而无需再进行其他的接口验证试验。

图3 通用产品开发

（2）环境条件与验收技术状态统一

为了保证货架火工品跨型号选用的通用性，研究所提出统一的环境条件，为实现火工品跨型号使用奠定基础。研究所统筹分析了各个航天运载器的环境条件情况，对各型号环境试验条件进行整理和归纳，针对不同背景运载器型号等火工装置产品的使用环境和贮存特点，对火工品的检验项目和试验考核条件进行了分类处理，制定了可以满足各型号使用的统一试验条件，并规定了每类火工品的统一试验方法。该试验条件考虑了研究所火工品环境条件的通用性，综合各种航天运载器型号的环境条件，采用“基于能量等效”的试验方法，对环境条件开展合理的包络处理，确保各类火工装置产品能够在大部分型号中通用，同时避免单纯叠加环境条件造成试验量级过大的问题。

为了验证货架产品的通用环境适应性，“结对子”双方按照火工品系统的接口连接特点和火工品单机自身特点，在充分考虑试验充分性、覆盖性、有效性和经济性的基础上，按照货架火工品的爆炸序列接口规格和功能关系组成结构，完成了典型货架产品对《火工品系统研制试验要求》院标规定通用环境条件的补充鉴定试验，有力推动了中国运载火箭技术研究院火工品选用目录内相同结构产品多型号选用时环境条件的统一，消除了同一种产品面向不同型号无法同时使用的弊端。通用环境条件考核后，型号选用货架产品能够大大减少研制工作，节约研制经费，并通过较严酷的环境条件暴露产品薄弱环节，确保产品可靠性，使型号逐渐认可货架产品，有力支撑了型号研制。

3.新型火工技术研发

结合“结对子”工作，双方围绕半导体桥、薄膜电桥起爆技术，开展了研究和应用工作。半导体桥能够将起爆时间控制在1ms 以内，确保火工品起爆一致性；而薄膜电桥采用镀膜技术，能够进一步提高电火工品发火一致性和安全性，达到1.5A、2.25W、5min 不发火。在双方共同努力下，实现了部分型号电火工品升级换代。

为了进一步推动航天火工技术的发展，“结对子”双方重点开展了激光火工技术、爆炸箔起爆技术为代表的第三代火工技术研究。研究所开展了两种先进起爆技术的适应性对比论证工作，对两种技术的发展技术路线和必要性开展了充分论证。

针对激光火工品起爆技术，总体单位重点设计了系统方案，解决了检测方法中遇到的难题，实现了低能量检测、高能量起爆的光路设计；火工技术公司重点攻克了BNCP 合成技术、光纤芯径选择和结构设计等，完成了设计验证试验和设计鉴定试验；双方合作完成了系统演示验证试验、分离试验和电池激活试验等大型地面试验，并成功参加了某型号飞行试验。

针对爆炸箔起爆技术，总体单位重点开展了集成爆炸箔系统的系统方案设计，开展了控制策略研究。火工技术公司根据集成爆炸箔起爆装置的需求背景，按照“三化”设计思路，开展了集成爆炸箔起爆器结构设计，完成了原理样机研制，并进行了演示验证试验，功能和性能满足要求。第三代起爆装置如图4 所示。

图4 第三代起爆装置

“结对子”前，航天火工品一直延续“型号牵引产品发展”的定制路线，火工品标准体系建设相对滞后，使火工品的标准化设计水平较低，不同型号、不同任务书提出单位对产品提出的技术指标不统一、功能要求不统一、接口规格不统一及环境条件和验收要求不统一，造就了大量结构相似、功能相近的个性化产品，形成了品种、规格、数量急剧膨胀的局面，这些产品在型号研制过程中做了大量重复研制工作，无形中降低了产品的设计质量和生产质量，增加了产品质量控制难度。

4.标准规范制定

“结对子”前，航天火工品一直延续“型号牵引产品发展”的定制路线，火工品标准体系建设相对滞后，使火工品的标准化设计水平较低，不同型号、不同任务书提出单位对产品提出的技术指标不统一、功能要求不统一、接口规格不统一及环境条件和验收要求不统一，造就了大量结构相似、功能相近的个性化产品，形成了品种、规格、数量急剧膨胀的局面，这些产品在型号研制过程中做了大量重复研制工作，无形中降低了产品的设计质量和生产质量，增加了产品质量控制难度。

通过“结对子”工作，双方联合开展了标准制定工作，制定了包括通用技术要求、通用产品规范及设计规范等在内的70 多项标准，对规范火工品系统方案设计、新产品研制，提高产品质量与可靠性具有重要指导作用。同时，在总结和借鉴的基础上，结合我国国情和航天科技集团型号研制的实际情况，“结对子”双方联合集团内部单位，编制了比较系统、全面的航天火工品系统研制8项标准，形成了包括总则、术语、研制程序、设计要求、检验与试验、可靠性、安全性和贮存寿命的系列标准体系，涵盖火工品系统研制全流程，以指导航天火工品系统与火工装置设计、研制、试验和产品验收，为实现集团内火工品研制规范化奠定基础。

5.产品成熟度与质量提升

通过“结对子”，完成了多型产品成熟度升级认定，扩大了型号选用范围。双方火工领域相关质量问题得到有效控制：2016—2020 年，火工技术公司质量问题逐年递减，质量问题从65个降低至26 个，质量问题数量减少了60%。其中，火工技术公司与研究所型号相关的质量问题维持在个位数，2016—2020 年平均重大质量问题数量为4 个/年，相对于2014 年最高峰9 个/年，质量问题数量减少了55.6%。而研究所自身与火工相关质量问题则持续走低，2016—2020 年平均为1.4 个/年。2016—2020 年质量问题统计如图5 所示。

图5 质量问题统计

6.降低生产成本，提升交付能力

通过“结对子”推进产品化工作，火工品零部组件实现了标准化设计，简化了从原材料采购到产品生产、检验、试验的流程，在降低生产成本的同时，提高了产品生产效率，在较大批量的生产加工过程中，进一步提高了产品一致性与可靠性。

在“结对子”期间，火工技术公司建成了导爆索生产线、非电导爆索下制及装配自动化生产线、小型固体火箭装配数字化生产线和非电起爆器装配数字化生产线，相应产品生产能力均大幅提升，生产成本明显降低，质量一致性得到了提升，保障了型号应用需求。

通过“结对子”产品化工作，北京宇航系统工程研究所与四川航天川南火工技术有限公司上下协作，迭代优化、打破壁垒、整合资源，在共建产品型谱、通用产品开发、建设选用目录、新型火工技术研究、标准规范制定、产品成熟度提升、自动化生产线建设等方面取得了阶段性成果，有效推进了航天火工品产品化进程。后续，将进一步推动型号选用、压缩产品数量、提高零部组件标准化率，将航天科技集团产品化工程落到实处。