固体火箭发动机头部点火装置产品化外包协同模式实践

杜伟强、吴飞春、郭宁、宗俊珺 /上海航天动力技术研究所

随着国家对装备需求的提升，在配套种类和配套周期上要求更高，而目前研制模式多以型号研制为引导，在多型号并举的情况下，占用了大量的研制资源，人员和时间成本已远远不能适应当前研制装备的需求。

上海航天动力技术研究所是国内承研和生产固体火箭发动机的专业单位，在研究所研制工作中，发动机配套的点火装置多作为整体外包产品，其中头部点火装置约占所有发动机点火装置的2/3，产品种类众多。头部点火装置这一款专业产品大多由国内跨集团的火工品专业单位承研和生产，为保证多快好省地提供高质价优的装备、满足国家所需，提出了开展单机产品化、总体与单机产品化协同推进、在不同集团公司的总体单位和专业单位间开展产品化协同推进的需求。

一、产品化外包协同模式策划

1.头部点火装置简介

头部点火装置是发动机的重要组成部分，位于发动机头部，在持续输入电流的情况下，能可靠点燃固体火箭发动机装药，为导弹提供飞行动力，并确保在非使用条件下产品的安全性。点火装置一般由发火系统、能量输出系统和结构部件等组成，典型头部点火装置示意图如图1 所示。

图1 典型头部点火装置示意图

2.产品化协同工作梳理

自2016 年起，研究所逐年梳理固体发动机配套的点火装置产品目录。头部点火装置在所内最为常用，约占所有发动机点火装置的2/3，种类也最多，根据产品化统型要求，为了减少产品种类、提升产品研制的效益和质量，开展了基于头部点火的点火装置统型方向和途径分析，从头部点火装置的两大基本功能分析，将产品结构划分成两大组件：一部分为本体组件，其功能为安全点火连接，另外一部分为管体组件，其功能为点火能量输出。若对其给予独立的模块化、系列化规划，组合后将可以覆盖研究所固体发动机产品的整个需求范围。组合化、系列化优化设计的结果可保证在全部使用范围中的产品件数最少，从而在产品成熟度的积累和产品生产线的投入上做到最优，实现多快好省地提供/ 获取产品的目的，达到共赢的目标。

3.产品化协同工作策划计划

为此，结合所内产品工程建设，与承研单位以“结对子”形式在总体单位和跨集团专业单位之间协同推进开展产品化研制工作，开展以头部点火装置与本体组件/ 管体组件2 个层级共3 种产品的型谱建设，签订《头部点火装置产品化协同推进（“结对子”）协议》，协议中建立了由双方单位“一把手”为组长、相关业务部门组成的“结对子”工作组，明确了人员职责及分工；双方单位分别编制《产品型谱》，并据此建立货架产品目录，产品选用时将优先选用货架目录内产品；双方共同梳理质量问题以提升产品的可靠性；研究所按照滚动计划提前统筹产品需求，并向承研单位传递预先投产要求，专业单位积极推进头部点火装置产品智能化生产线建设以降低成本和提升交付能力，并根据需求，提前启动备配投产，集中优势资源确保产品交付。本着“双方单位自愿，互惠互利，辅以行政力量推动”的原则，双方开展头部点火装置协同工作，其中拟定的计划见表1，由表1 可知，双方需形成1 份协议，1 个计划，6 份文件，2 份报告，4 份企标，1 项课题。

表1 头部点火装置产品化外包协同模式实践方案计划

二、产品化协同工作实践

依据产品化外包协同模式策划，研究所和承研单位积极响应产品化协同工作，双方制定了产品化研制方案，共建产品型谱，建立货架产品目录，并对产品化协同成果实施保证工作， 头部点火装置产品化协同实践如图2 所示。

图2 头部点火装置产品化协同实践

1.制定产品化产品研制方案

（1）策划形成了头部点火装置系列规划方案

根据头部点火装置在不同发动机中的功能和性能要求，开展对点火装置技术要求包络的梳理，确定头部点火装置主要技术特征量和各层级产品的技术规格要求，规划满足各个接口和使用要求的头部点火装置全系列产品，以达到能涵盖研究所中小型固体火箭发动机头部点火使用要求的头部点火装置系列规划目的，策划形成了《发动机产品（点火装置）系列规划方案》。

（2）提出了产品化协同推进的头部点火装置产品化产品研制任务书

按照头部点火装置系列规划方案，通过型谱设计，按本体组件/管体组件/机械解保机构/火工解保机构/发火元件等模块化、系列化设计要求，规范系列接口、规范系列电气原理、统一环境试验条件等，向承研单位提出了针对头部点火装置产品化协同推进的《头部点火装置产品化产品研制任务书》。经研究所审查、承研单位会签后作为承研单位的产品化工作输入。

（3）开展了头部点火装置产品化产品方案论证

承研单位根据《头部点火装置产品化产品研制任务书》，结合产品研制生产实际，开展头部点火装置产品各层级及系列规格的技术方案论证，明确各层级、各规格产品的具体技术方案，形成了《头部点火装置产品化产品方案论证报告》，经双方工作小组多轮技术交流，该技术方案报告通过了研究所组织的评审，据此作为后续型谱策划的技术基础。

2.共建产品型谱

按照协议策划，研究所主导建立了头部点火装置产品型谱，在《固体发动机产品（点火装置）型谱简表（2018）》的基础上开展了针对头部点火装置型谱研究工作，通过充分分析和论证以及梳理、分类和归纳，在型谱代号中增加了“功能类型”“电路类型”“输出能力”3 个参数，将头部点火装置型谱参数“功能类型”和“电路类型”与本体组件型谱参数“功能类型”和“电路类型”对应；将头部点火装置型谱参数“自由容积”和“输出”与管体组件型谱参数“点火药量”对应。

承研单位主导建立了本体组件和管体组件产品型谱，按照头部点火装置产品化产品技术方案开展本体组件和管体组件型谱研究工作，从产品设计上统一机械接口，优化精炼输出药环尺寸，结合成熟产品和趋势发展的先进产品，编制产品型谱。

通过上述型谱研究工作的实施，研究所和承研单位形成了针对头部点火装置、本体组件、管体组件的产品体系规模：

1）梳理形成了头部点火装置单机3 个大类（M50、M95、M130 机械接口），6 个功能类（单点火、电子保险、机械保险、火工保险、直列式点火、激光点火），共计279 个规格的型谱，30 个优选推荐规格，可对直径从中小型固体火箭发动机头部点火的使用全覆盖，点火装置的重要型谱参数对应组件型谱参数，选用途径规范化；

2）梳理形成了本体组件3 个大类（M50、M95、M130 机械接口）4 个小类（点火功能、电路类型、输出接口、输出能量）共计93 个规格的产品型谱，23 个优选推荐规格；

3）梳理形成了管体组件4 个大类（M36、M45、M72 和M95 机械接口）1 个小类（管体材料）共计16 个规格的产品型谱，6 个优选推荐规格。

经双方共同汇总整理后完成了《头部点火装置型谱简表（2019 版）》、《本体组件型谱简表（2019版）》和《管体组件型谱简表（2019 版）》3 份型谱简表编制，并在研究所和承研单位同时发布，作为开展新产品开发、产品选用、产品成熟度提升、产品定型、产品升级换代等工作的依据。

3.建立货架产品目录

在共建产品型谱的基础上，双方共同开展了头部点火装置产品货架目录研究工作，研究所向承研单位提出了货架目录的详细编制要求。将已完成技术鉴定、技术状态已固化（经飞行验证）并有一定先进技术的成熟产品纳入货架目录中，在进行充分分析和论证的基础上进行梳理，对产品的外部接口、具体技术指标、主要执行标准、选型建议、使用注意事项等进行了详细的说明，最终录入15 个产品，形成了双方共建的《头部点火装置货架目录（2019版）》，并在研究所和承研单位同时发布，作为产品优先选用的依据。

同时，针对目录中已完成设计技术状态鉴定的产品，进一步完善设计、工艺文件，固化产品技术状态和产品数据包，保证产品可靠和质量稳定。针对型谱中没有完成设计技术状态鉴定的产品（新研或尚未达到试样以上研制阶段），牵引承研单位结合总体研制工作开展试验验证和应用考核，完善产品技术包络，提升产品的成熟度，编制产品规范。

4.产品化协同成果实施保证

建立产品型谱和产品货架目录是为了更好地服务固体发动机研制的高效可靠选用，同时也是为了提升产品本身的质量可靠性与成熟度，扩大型谱产品的覆盖范围和发展专业产品先进技术及工程应用，从而有力促进货架产品质量稳定性和供货及时性的保持及提升。依据研究所产品化工程工作要求，策划和实施对型谱产品选用和控制模式，制定型谱产品选用管理制度，将共建的产品型谱纳入到了本单位的产品体系中，并优先以共建的产品型谱开展产品的规划和研发。在产品化协同工作落实上编制完成了《头部点火装置基本技术要求及选用》，以规范头部点火装置的研制和选用工作；编制完成了《组件产品（点火装置）研制保证要求》，以规范产品化产品研制保证；编制完成了《带火工保险头部点火装置下厂验收细则》、《带机械保险头部点火装置下厂验收细则》等典型头部点火装置下厂验收细则，从产品研制过程、生产过程、和交付过程规范产品验收，提升产品化产品研制实效。

5.实践方案计划完成情况

根据协议策划内容，头部点火装置产品化外包协同模式实践方案计划完成情况见表2，双方已经完成1 份协议、1 个计划、6 份文件、2 份报告，3份企标为持续更新状态。对标方案计划，双方均按计划和要求完成了协议工作内容，另外所内对所有点火装置形成了专门的工装研究课题，因此对于头部点火装置验收工装系列化研究项目没有形成单独的课题研究。

表2 头部点火装置产品化外包协同模式实践方案计划完成情况

三、产品化协同工作效果分析

1.建立了与跨集团专业单位开展产品化工作的工作流程

以规划为主线推进：立足研究所点火装置小总体，通过规划头部点火装置产品型谱，指导并促进专业外包单位新产品有序开发；同时，结合产品标准体系建设，建立符合研究所特色和技术发展的头部点火装置产品体系，强化专业技术引领作用，服务型号产品选用和快速集成开发。

以应用为主线推进：加强专业产品化工作与型号应用的紧密结合，通过供需双方协同合作方式，建立发动机总体与专业配套单位的对接机制，促进发动机总体单位牵引作用和配套单位能动作用发挥，促进头部点火装置系列化、组合化、通用化发展。推荐的跨集团产品化协同工作流程如图3 所示。

图3 产品化协同工作流程图

2.培育了与跨集团专业单位开展产品化工作的技术基础

作为总体单位，与跨集团专业单位协同推进产品化工作，共同培育产品化工作的技术基础。产品设计开发阶段均积极贯彻“系列化、组合化、通用化”设计理念；通过型谱研究，产品技术状态整合压缩，产品基本实现按规格研制；产品内部普遍采用标准接口和设计架构，外部接口标准化也得到加强；总体单位形成了单机产品型谱，而且专业单位形成了部组件的型谱；专业单位形成了货架产品目录，进一步保障了产品可靠和质量稳定。

3.建立了与跨集团专业单位开展产品化工作的研制模式

作为专业单位采取部组件（模块）通用化、系列化设计，实施通用模块型谱建设和选用，实现部组件产品的研制、生产与型号研制分离，并通过产品模块化、组合化的快速集成开发满足不同型号的要求。作为总体单位通过统一技术要求和单机产品通用化设计，型号可直接选用订货，实现型谱化整件产品的研制、生产、验收、交付全过程与型号研制分离。在与跨集团专业单位的研制模式中，双方针对标准化要求采用的模式为：选用的产品优先序列从高到低分别为货架目录产品、产品型谱产品、组件型谱内组件组成的点火装置产品及新研产品，产生唯一型谱代号，承研单位据此申请唯一的厂方代号或者国家代号并成为总体单位设计文件中代号，与型谱代号相对应，以此满足双方的标准化通用化要求。

4.跨集团产品化外包协同模式实践工作成效

研究所与该承研单位对接的现有型号和预研项目点火装置的选用均依据产品化协同工作模式实践成果进行，工作实践和取得的成效如下：

1）某型点火装置内置火工保险机构作为型谱标准模块直接运用到另外一个型号用点火装置中，实现快速集成开发，大大减少了产品研制周期，减少了研制成本工作。

2）某预研型号用点火装置直接选用某型型号产品头部点火装置型谱产品，最终发动机成功点火，实现了型谱化整件产品的研制、生产、验收、交付全过程与型号研制分离，大大地缩短了发动机重要组件产品的研制周期。

四、跨集团工作启示

头部点火装置产品化产品研制工作是由两家跨集团企业之间的结对子工作，跨集团产品化协同工作模式实践得出以下启示：

1）产品化协同的各方要有合作基础：以“结对子”形式作为产品化协同推进的新型合作关系，要求合作双方在产品化推进的必要性和迫切性上达成共识。

2）产品化协同推进针对的是同类产品数量多、规格繁杂的产品。

3）产品化协同的实施要有明确的目标和形式：合作双方应明确实施中的各方目标、落实的措施、完成的形式，确保各项工作得到同步推进、充足资源保障、利益共享。

4）产品化协同的推进要求要以总体单位为主：总体单位从顶层规划着手，引导、推动配套单位产品化工作。

由于两个跨集团企业有不同的管理模式和执行标准，虽然双方签订的协议内容翔实、责任明确，但在落实中仍存在研制工作进度、具体工作内容、合作方式等调整造成的完成节点拖延和推动困难等问题。头部点火装置的总体单位还需细化各型型谱产品的研制要求，以提升型谱产品的成熟度。头部点火装置的专业单位需加强型谱产品的设计优化，同时虽然选用已逐步在新研型号中进行，但是选用以后型号需要的图样设计、工艺文件配套等还未能跟上总体需求和整体节奏。

点火装置产品化外包协同是一项基础性、长期性、全局性的工作，同时也是一项创新性和探索性的工作。通过几年的产品化工作实践，头部点火装置产品的产品化工作流程逐渐明晰，产品应用范围连续性强。总结经验，展望未来，研究所产品化协同需要做的工作还很多，难度还很大，按照产品化总体部署，不断创新、不断改进，产品化协同工作能为更快适应需求转型、应对“高质量、高效率和高效益”支撑航天型号选用研制和产品交付做出更大贡献。