航天武器装备系统产品化研制模式研究与实践

钟英鹏、常新月、南宫自军、翟磊、史若冲 /中国运载火箭技术研究院

产品化的目的是将发明、创新、研究和开发所取得的科技成果、试验品转换为质量可靠、可稳定重复生产的产品，并以通用化、模块化和系列化为内部核心，以市场需求为牵引，经成熟化应用，形成健全的货架产品体系。产品化作为近年来国内广泛采用的技术和管理创新手段，是实现航天型号由任务型向产业发展能力型转型的核心战略，也是推进航天武器装备系统向“强威慑、实战化、好保障”三个应用方向发展，以及提高研制效率和降低研制成本的关键举措，为航天武器装备系统研制模式改革和新体系建设起到重要推动作用。本文在分析航天武器装备系统产品化需求的基础上，围绕“型谱”和“货架”中心，提出了航天武器装备系统产品化研制模式，旨在推进航天武器装备系统产品化工作，牵引技术创新和管理创新，促进武器装备领域高质量、高效率、高效益发展。

一、航天武器装备系统产品化需求

1.面向应用的航天武器装备系统需求

（1）军事作战体系的需求——“实战性”

航天武器装备系统的复杂度和精细化程度导致其研制成本居高不下，极大限制了实战中装备的打击目标及各军兵种的作战模式。各军兵种以作战为主导对武器装备系统“实用”“好用”和“管用”进行定量化定义，依托产品化提高武器装备系统的实战化变得越来越迫切。

（2）战备支援保障的需求——“保障性”

战备支援保障是打赢实战的重要保障，“好保障”依赖于航天武器装备的质量、保障性与作战效能的提高。采用大量同类的、可互换的通用或标准零部件和模块，当装备出现故障时，维修人员可迅速地进行更换和修理，从而保证装备有良好的维修性，降低对技术保障人员的要求。装备快速集成、型谱化、体系化发展已成为装备适应市场化机制的必由之路。

2.面向开发的航天武器装备系统需求

（1）开发周期的需求——“快研发”

随着航天武器装备的市场化进程稳步推进，要求装备快速集成、快速验证、快速交付，而传统的以试制为主的研制模式越来越不适应市场需求，亟需通过产品研制模式创新与改进提升研制效率、缩短研制周期。

（2）开发成本的需求——“低成本”

各军兵种在竞争采购政策下出台的竞争性装备采购制度，加剧了航天武器装备领域市场的竞争态势，装备承研方的技术水平愈发趋同，影响装备综合性价比的成本要素则凸显出其对武器装备系统的重要性。在满足技术含量和作战效能的前提下，如何降低产品研制、生产、使用和维护费用，实现产品综合性价比最优则显得尤为重要。

二、航天武器装备系统产品化研制模式

在系统地梳理、分析航天武器装备系统产品化发展需求的基础上，围绕型谱和货架中心，以“建立面向基本型平台的型谱规划方法”为中心主体牵引，在“开展面向产品化设计的模块化导弹武器系统项目”“实施基于质量方法的货架产品成熟度提升路线”“形成上下协同的产品化综合推进机制”“构建面向产品结构BOM 架构的信息化数据管理平台”“研制面向发射任务的战场自主组装模块化导弹武器系统”“创建依托货架产品应用的低成本武器装备市场开发模式”六个基本点集中突破，按照“实行围绕型谱规划的武器装备系统产品货架建设流程”“建立基于并行工程的平台协同开发流程”“构建武器装备系统通用标准规范体系”三条线并行推进，面向“创新孵化基地、科研生产平台、军民产业联盟”，创新性地提出 “一个中心、六个基本点、三条发展线与全面实施”的产品化研制模式，如图1 所示。为深入推动该产品化研制模式，首先要围绕“型谱规划与货架选用”这个中心，以问题为导向找到影响产品化推进的关键环节，以“如何建设型谱、如何完善货架、如何推动型谱建设、如何管理型谱、如何应用型谱、如何推广货架”为重点开展核心技术和基础难点攻关；其次要采取技术线、管理线和标准线并行推进的产品化策略，形成有序的货架建设流程，基于并行工程的平台协同开发流程和通用标准规范体系，推出更加贴合实战化、符合市场竞争的武器产品；最终目标是形成创新孵化基地、科研生产平台和产品联盟。

图1 航天武器装备系统产品化研制模式

1.建立面向基本型平台的型谱规划方法

产品型谱是产品工程的顶层规划和核心，规划了产品化的发展和应用方向，因此产品化设计的中心工作是型谱规划。航天武器装备系统型谱建设是一个庞大复杂的系统工程，为实现直接面向客户需求、集约系统管理和统筹产品发展的目标，应构建一个完善的系统架构，对航天武器装备系统开展技术研究与前瞻性预测，形成具有设计指导的基本型平台。依托基本型平台，面向航天武器装备系统开展产品化设计，构建由“面向生产的单机、零部件组件型谱”“面向顶层规划的总体专业统一化技术要求型谱”“面向用户实际情境应用的装备系统型谱”组成的3 层航天武器装备系统型谱架构，如图2 所示。

图2 面向基本型平台的航天武器装备系统型谱架构

基本型平台是在成熟型号基础上，在前瞻性筛选与规划下综合继承与发展，通过将组成单元进行模块化、通用化改造设计，经产品化再造手段形成。基本型平台是开展总体统一化要求设计、单机和零部组件模块化设计及装备系列化设计的依据，承担了型谱建设总输入条件的作用。

面向顶层规划的总体专业统一化技术要求型谱是在基本型平台基础上，对总体要求进行通用化、系列化设计形成的，是总体专业开展产品化设计的重点工作，在产品化研制模式中起到约束总体设计和指导分系统设计的作用。主要围绕“机电接口统一化、环境条件通用化、技术指标归集化”，从顶层统一规范武器装备的总体指标、流程、环境、接口、模型等要求，在技术要素层面开展总体专业统一化技术要求研究。重点开展武器装备系统间电气接口设计要求统一化、通用发射控制流程、环境试验条件统一（分档）研究及应用，从而提高设计重复利用率和设计效率，达到降低设计及验证成本的目的。

面向用户实际情境的装备系统型谱直接面向市场、面向用户，对统一化要求进行合理的积木组合和性能评估。为了在竞争中获得更大的优势，装备型谱必须更贴近用户，根据用户需求快速地提供个性化的产品，有针对性地提供高质量、高水平的产品。同时，结合用户需求的动态变化，当现有装备不能满足新客户需求时，需要对货架进行扩展，在反馈机制的作用下，推动总体技术要求以及单机、部组件型谱的扩展，组装形成新装备，以满足不断变化的用户需求。

面向生产的单机、零部件组件型谱是产品化最基础的工作，按功能对装备各系统进行单机、零部组件模块划分，形成型谱的基本组织模型，并对模块进行规范化约束，保障上一级产品的可扩展性，同时限制模块变更对整个组织模型的影响。此外，应对单机、零部件组件产品进行产品化再设计，从面向加工和装配2 个方面搭建最优的架构和定义通用化的接口，并随着技术发展和应用需求优化调整型谱。

2.点式集中突破

（1） 开展面向产品化设计的模块化导弹武器系统项目

开展模块化航天武器装备项目，一方面要在武器装备层面实现模块组合化设计，以导弹舱段型谱为例，按用户任务需求与装备功能需求，可分割为导引头舱模块、战斗部舱模块、控制舱模块、推力舱模块等，形成的模块化舱段应具备特定的功能，可在不同型导弹间整体替换使用；另一方面，在“微观”层面实现模块化设计，电气系统可划分为具有通用机械和电气接口的基本电气模块，结构系统可划分为各种通用模组件、通用支架、通用口盖等，软件也可划分为各种通用软件单元。

（2）实施基于质量方法的货架产品成熟度提升路线

成熟度提升的目标是提高货架产品的质量，过程中应结合质量方法，特别是航天长期积累形成的宝贵方法，根据目标成熟度，按照面向产品薄弱环节的再强化、面向产品关键特性的再把控和面向产品生产流程的再固化，有序提高货架产品成熟度。

（3）形成上下协同的综合推进机制

依托航天传统的“总体—分系统—单机”工作模式，兼顾新生的“总体—单机”工作模式，以上下游单位“结对子”协同推进产品化为手段，建立“自上而下”“自下而上”和“上下协同”的产品化综合推进机制，并根据产品化发展阶段按3 种工作机制特点有所侧重，其中“自上而下”模式适合产品化初期阶段，方便集中优势资源，牵引发展规模；“上下协同”模式适合产品化成长阶段，上下游相互适应，牵引共建规模；“自下而上”模式适合产品化成熟阶段，整合单元形成产品规模。

（4）构建面向产品结构BOM 架构的信息化数据管理平台

航天型号管理中典型的“人盯、人催、人查”特点，极大地限制了型号研制的周期和效率。在产品化工作推进的同时，依托产品全寿命周期管理（PLM）软件，定义通用产品结构、产品组成模块、模块变型、模块变型与配置选项之间的关联关系，根据产品配置自动生成产品EBOM。通过开展产品化信息管理平台的建设，推进模块化构型管理新模式，构建产品结构视图，打通“总体—分系统—单机”间技术壁垒与管理壁垒，实现设计、工艺、生产、保障等人员同平台工作，推进武器系统全生命周期的精细化构型管理。

（5）研制面向发射任务的自主组装模块化导弹武器系统

根据航天武器装备发射任务需求（目标轨道、打击目标等）的输入，加载任务参数，通过运行智能化软件，提供一种最优的导弹武器组装方案，调配货架内不同性能和种类的功能模块，在总装现场利用导弹自主装配系统对导弹进行快速裁剪、扩充与灵活组合。在作战需求和设计要求的输入下，由智能化系统开展总体小回路论证；根据形成的总体论证报告，开展依托成熟产品的模块化设计，该设计内容应与产品型谱建设要求相匹配；根据导弹模块化产品的设计种类，打造出可通过更换不同操作卡爪实现抓取、安装、拆卸等系列功能的部段自主装配机器人，以及适应不同直径舱段的智能化舱段对接装配平台。

（6）创建依托货架产品应用的低成本武器装备市场开发模式

以市场为导向，以效率效益为目标，构建适应市场竞争的项目运营模式；实施领域管理、项目管理、合同制管理；推行技术经济一体化，落实技术经济责任制；建立市场准入与退出竞争机制，实施竞争性采购机制，实现多定点的优化供应链体系以有效提高产品性能、降低产品成本，提高承研承制单位的响应能力、履约意识和技术进步，解决制约生产力发展的人、财、物等资源紧张问题，提高市场开发能力和快速反应能力，大力提升航天武器装备领域的竞争力。

3.线形并行推进

（1） 实行围绕型谱规划的武器装备系统产品货架建设流程

航天武器装备系统技术工作采取技术牵引进步、创新牵引发展的思路，将定制品改造为可重复制造的通用产品，实现“降种类增数量，降状态提质量，降成本提能力”。围绕型谱规划，以货架建设为目标，全局系列规划技术路线，形成产品货架建设流程（见图3）。产品货架建设流程具体包含技术要求型谱建设、产品重组与新产品开发、产品型谱建设、成熟度定级与提升等工作内容，其中技术要求型谱的扩展依赖于对新技术、新需求的把握和已有型号中技术要求的补充，并通过产品重组和新产品开发2 个渠道指导产品型谱建设，经过成熟度定级与提升，最终构建起可直接批量生产和设计选用的产品货架，支撑型号的研制和武器装备系统产品联盟的组建。

图3 航天武器装备系统产品货架建设流程

（2） 建立基于并行工程的平台协同开发流程

产品化管理线采取“技术开发——产品开发（型号研制）——型号应用”的发展策略，建立基于型号研制、产品开发及技术开发并行的平台协同开发流程，如图4 所示。

图4 基于并行工程的平台协同开发流程

在该流程中，产品开发可采用自筹或依托型号（路径A）的方式，实施产品化流程，源于潜在的用户需求和自身核心技术的驱动，根据产品型谱规划，将通用单机、部组件产品研发从型号研制流程中剥离出来，先于型号开展产品开发。而当单一用户明确提出某个定制项目的需求不能按通用产品开发时，执行型号产品定制项目开发，型号产品成熟度达到一定级别，可通过路径C 进入产品货架。根据型号产品研制和通用产品开发需求（路径B、E），技术开发流程面向技术预研和应用技术开展关键技术规划和攻关。型号研制和产品开发在完成一轮或多轮研发、形成相对固定的产品后，开展可靠性增长、成熟度提升工作，具备一定条件纳入产品货架，成为货架产品，并通过选型应用提高型号研制中产品化产品的应用比例，降低研制成本。技术开发和产品开发形成共用的系统架构、子系统、模块/组件、关键技术，以系列化模块产品为拓展的应用模式，不断扩充货架产品的种类。将型号研制、产品开发及技术开发形成的产品项目进行平台化集成，分别在路径D、F、G 的共同推动下，建立产品平台系列化发展、成熟度有序提升的产品平台管理模式，实现货架产品的快速选用与组合，大幅压缩型号研制进度和开发成本，最终形成“技术开发推动产品开发（型号研制），产品开发（型号研制）带动技术开发”的产品化良性循环机制。

（3）构建武器装备系统通用标准规范体系

在货架建设的基础上，以创新性和先验性项目为依托，采取“统筹规划、总结经验、共性提炼、形成标准”的模式，对产品化工作进行深入分析、逐级归纳以及系统总结，建立起可用于不同弹径、不同平台、不同成本要求的、涵盖技术和管理的武器装备系统通用标准体系（见图5），并将标准应用于产品的研制、生产和应用中，形成完整的技术链、产业链和价值链，实现不断替代和升级。

图5 航天武器装备系统通用标准体系

4.全面更迭发展

全面实行武器装备系统产品化管理，实现产品化工作的顶层策划、总体设计、型谱建设、货架建设，形成系列标准和规范，带动全局发展。围绕“产品重组、流程重组、人员重组”，在产品化全面更迭发展中支撑实现3 个目标，即建成“颠覆性技术的创新孵化基地”“两化深度融合的科研生产平台”及“军民高度融合的武器装备产业联盟”，持续推进型谱与货架的完善，完善产品管理，全面推进产品化工作，建成与型号科研生产体系协调匹配的产品化科研生产体系，促进科研生产模式转型。

三、实践应用

基于型谱规划与货架建设，开展航天武器装备系统产品化研制模式研究，形成了清晰的产品化研制流程和管理经验，并在某战术武器演示验证飞行试验项目研制过程中进行了实践应用。该项目采用结构电气一体化设计思想，开展了通用性、可重构性、集成性的模块化开放式架构设计，有力促进了型号研制与产品化的融合设计与管理，解决了弹上电气系统通用化、系列化、组合化、标准化以及低成本、易维护等问题，实现了单机模块化、电气系统无缆化、集成化，相比同类导弹弹上电气系统减重50%，直接成本降低50%，外形体积缩小50%，有效提升了研制效率、降低了产品成本。此外，通过全面贯彻实施基于型谱规划与货架建设的产品化研制模式，形成了涵盖产品型谱、产品货架、新产品开发、产品成熟度提升等一系列产品化成果，达到了优化型号产品研制模式的目的，推进了通用产品研发模式应用与产品化工作，确保高质量、高效率、高效益地研制出更加贴合实战化、符合市场竞争的航天武器装备产品。

通过航天武器装备系统产品化研制模式的研究与实践，取得了一系列阶段性成果，但仍然存在一些弊端和不足，为应对严峻的航天型号任务形势，后续需进一步推进产品化研制模式在航天型号的应用，围绕型谱规划与货架建设，建立以通用产品和标准架构选用为基础的型号系统集成研制模式，实现向型号与产品双驱动科研生产新模式的转型。