电推进产品化科研生产管理模式最佳实践

田立成、张彪、王小军 /兰州空间技术物理研究所

“十三五”以来，兰州空间技术物理研究所将电推进产品设计与生产制造分离，电推进生产制造工作由专业的生产制造部承担，电推进事业部的工作重心转向电推进产品设计和测试评价。为更好地推进电推进专业化发展与规模化发展，研究所建立了型号与产品化工作相对分离的科研生产管理模式，实施型号外循环与产品外循环双轮驱动的科研生产战略；形成适应电推进产品化工作为核心、型号工作牵引两者并重发展配套的规章制度、规范及流程，以满足不同应用领域对电推进的市场需求，最终保证高成熟度的推力器产品实现稳定的高质量货架式批生产、各级产品成熟度得到有力提升、型号总体与市场用户能直接选用通用型谱产品，为电推进事业的健康持续快速发展奠定坚实基础。结合电推进技术与产品中长期发展规划，电推进产品化管理是研究所转变发展方式、转变产品保证管理理念、建立科研生产管理新模式的核心抓手。

本文对当前形势与任务进行了系统的分析，基于航天产品工程理论，专项规划系统开展电推进产品化管理，从而实现电推进的通用化、系列化和组合化，制定了电推进产品化工作目标与思路，从电推进产品型谱建设、产品成熟度提升、产品开发、产品数据包建设等方面进行了总结，为以产品管理为核心的科研生产模式成功转型升级提供借鉴。

一、电推进产品化管理目标与思路

1.管理目标

以产品化工程理论为指导，建立并完善电推进产品化研制体系；以产品管理为核心的新型电推进科研生产模式成功转型，形成适用于电推进事业部的电推进产品技术成熟度、制造成熟度和产品成熟度等级划分定义标准和规范；建立适用于型号与产品化兼容的产品数据包体系和产品保证体系；形成推力器单机及关键核心部组件及模块的产品型谱，分类建立不同类型电推进产品在不同研制阶段产品开发通用研制技术流程和过程控制要素，使电推进产品设计与工艺有效协同，电推进产品成熟度持续提升，完成型谱电推进新产品开发与应用。

2.管理思路

（1）系统规划、强化领导、压实责任

研究所论证未来各领域对电推进的应用需求及电推进技术发展趋势，全面建设电推进产品型谱，真正使电推进产品型谱引领通用产品成熟度的持续提升及通用新产品的研制开发；成立电推进产品化领导小组，由所长任组长推进电推进产品化工作；成立电推进产品化工作组，由分管产品化工作的副所长任组长具体推进落实电推进产品化工作，切实落实各级产品化工作职责。

（2）狠抓主线、型谱牵引、产品保证

电推进产品成熟度提升是产品化工作的主线，依据产品化产品成熟度提升一般理论并结合电推进产品的特点，制定适用于研究所发展的电推进产品成熟度等级划分标准和规范，按照“聚焦提升产品成熟度，建立型号选用产品货架，形成‘选用—开发/生产’模式”开展产品化管理，形成型号与产品端的内部市场化，最终促进产品走向外部市场。单机产品化过程中，要加强部组件和模块化共用基础模块（CBB）平台建设，电推进关键核心部组件和模块识别、设计、研制试验评价工作作为电推进产品化工作的重要方法提前开展策划和实施，建立推力器产品化模块与单机产品之间的市场化，满足电推进关键核心部组件和模块组合系列化的电推进产品型谱，缩短电推进新产品开发周期并降低研制成本。以电推进产品型谱规划为产品化工作中的龙头，牵引开展适应“型号选用—组批生产”的电推进产品化研制体系的产品数据包建设。此外，满足型号研制与产品化的产品保证技术是产品化工作的重点，对研究所完善电推进产品化研制体系至关重要。

（3）建标贯标、建立规章、分步推进

按照“全面规划、急用先行、持续完善”的思路推动电推进产品化管理标准建设。重点组织编制电推进产品成熟度系列标准，明确量化原理样机、工程样机、飞行产品等电推进产品化各研制阶段的工作目标，以功能基线、分配基线和产品基线为抓手开展电推进产品技术状态基线管理。制定电推进技术状态基线标准，规范电推进产品化研制管理，提升电推进产品成熟度。加强系列化、通用化推力器单机及关键核心部组件和模块的产品规范制定，提升电推进产品开发能力。试点提前谋划制定《电推进技术状态定型标准》，为电推进产品技术状态固化、组批投产奠定理论基础。

分步推进、逐年提升。电推进产品化工作按照全面建设阶段、基本建成阶段、改进完备阶段分步推进。在全面建设阶段，以产品管理为核心的产品化研制体系的科研生产模式成功转型升级，全面建成电推进产品化研制体系及产品化标准制度体系，电推进产品化工作分步推进并持续完善。在基本建成阶段，按照电推进产品化理念完成科研生产模式转型，电推进产品化工作按规划系统开展有序推进。在改进完备阶段，以坚持问题导向全面总结电推进产品化存在的问题并制定措施。电推进产品化研制体系全面建成，型号与产品完全分离高效运转，完成主流电推进产品货架式建设，型号能根据用户需求在货架上灵活选用高成熟度的产品。

（4）系统抓总、平台为基、组件先行

以电推进推力器单机产品化带动系统产品化工作开展提升系统抓总能力，以推力器单机产品化工作为重点，制定并动态更新完善电推进产品型谱，启动核心部组件及CBB 平台建设，以推力器单机和核心部组件的产品化工作带动电推进系统配套单机的研制工作，提升电推进系统抓总能力。

二、电推进产品型谱管理

开展电推进产品工程管理，首先需要开展电推进产品型谱建设。产品型谱是用最少数目的系列化产品全面满足各领域的应用需求，将最少数量的系列化产品进行统筹梳理论证后形成电推进产品型谱。从以型号垂直管理转向以产品管理为核心，建立与外循环型号管理相对独立的内循环产品化研制体系，电推进产品型谱的系统性建设与全面推广应用是产品化的首要工作。近年来，国内部分航天企业将航天产品工程和集成产品开发（IPD）理论相结合，构建了宇航产品工程型谱，基于产品型谱的平台化建设和管理思路，探索构建了产品型谱管理和CBB 研制流程。研究所电推进产品型谱建设要素包括电推进产品型谱策划、编制、发布、应用与维护管理等工作。

1.电推进产品型谱策划与编制

研究所根据“十四五”电推进专业技术及产品发展规划和电推进技术发展趋势，完成电推进产品型谱工作的顶层策划，完成一系列型谱产品的完整定义；完成模块产品的型谱确定及型谱产品的完整定义。完整地梳理总结当前及未来10～15 年电推进产品在各领域的应用需求，以完成研制的电推进产品为基础，以覆盖电推进功率范围进行产品的合并优化，与国内外类似电推进产品进行功能、性能的对标。通过分析国内外电推进技术发展趋势和产品应用需求发展，满足未来的应用需求，规划有应用需求前景的产品，形成电推进产品型谱规划模型。面向多型号、国内外市场，研究并确定电推进型谱产品特征参数，合并优化后编制形成电推进产品型谱报告和型谱简表，将电推进产品按照其特征参数逐层分解的步骤建立产品树：第一层按电推进产品的第一特征参数即电推进的类型进行划分，第二层按照电推进产品的第二特征参数即电推力器的输入功率进行划分，第三层按照电推进产品的第三特征参数即对应功率的电推进产品规格进行划分，建立电推进单机级产品树，并根据电推进单机的需求建立核心模块的产品型谱及产品树。

2.电推进产品型谱发布、应用与维护

制订《电推进产品型谱发布流程及管理要求》向研究所发布电推进产品型谱，过程中根据技术与产品发展情况动态对其进行修订并再次发布。电推进产品设计单位根据产品型谱开展电推进产品的研制开发、产品成熟度的培育、产品定型与组批生产及更新换代等工作，在产品化研制过程中动态梳理相关技术问题，并开展技术完备性论证及实施工作，提高技术成熟度和制造成熟度，最终通过产品的在轨应用提高电推进产品成熟度，同时根据电推进技术发展趋势和应用需求变化，及时动态更新电推进产品型谱。

3.电推进产品型谱管理实践

电推进产品团队和型号团队在电推进产品型谱的指导下，完成了电推进产品的研制生产和型号选用。研究所研制的某双（多）模式离子电推进是一款适应多个领域和多个型号应用的新产品，在高轨通信卫星地球同步转移轨道向地球静止轨道的轨道转移与入轨后的位置保持等任务及小天体探测主推进任务中都能发挥重要作用。开展了双模式离子电推进双栅极寿命数值分析并在地面开展了1：1 长寿命考核验证试验。在此基础上，面向任务需求，对离子电推进的放电室磁场、三栅极组件、高精度阳极电源等进行了进一步改进优化，开发了宽功率范围多模式离子电推进适用于小天体探测主推进任务。在微纳卫星微小型电推进应用方面，2019 年长光卫星公司某卫星搭载了我所脉冲等离子体电推进，完成了国内微小型电推进系统在轨的首次飞行验证与应用。上述实践进一步扩充了研究所的电推进产品型谱，能够有效满足后续多年通信卫星、深空探测等领域对系列化电推进产品的应用需求。

三、电推进产品成熟度提升与产品开发管理

1.电推进产品成熟度等级

电推进推力器单机及核心组件模块的产品成熟度是指度量电推进产品研制开发、组批生产、定型应用等全流程技术要素在真实应用条件下的质量稳定性的重要表征。产品成熟度重点关注电推进工程产品的可实现性、可重复性生产及可满足各领域需求的应用程度。产品成熟度等级的标定表征了电推进产品处于不同的产品化研制阶段、工程产品的实现程度及在轨飞行次数等，规划了电推进产品研制开发、组批生产、定型应用等产品成熟度培育的方向与路线图，为不同领域的用户选用满足需求的电推进产品提供参考，也为型谱推力器或电源处理单元等电推进单机产品选用提供重要依据。

2.电推进产品成熟度提升

电推进产品成熟度提升是产品化管理的主线，以提高产品成熟度提升电推进产品竞争力是市场开拓的重要前提，电推进产品设计部门是产品化产品开发与产品成熟度提升的责任单位。产品化工作通过“再设计、再分析、再验证”机制快速提升产品成熟度。通过产品型谱规划、产品规范制定、产品化配套制度落实、产品研制方式转变，建立电推进产品管理为核心的新型科研生产模式。聚焦关键组件模块的技术成熟度提升，具体工作流程如图1所示。

图1 电推进产品成熟度提升工作流程

电推进产品成熟度研究的重点是产品成熟的本质特征和内在规律。如何有效保证电推进产品高可靠、长寿命地完成在轨任务，更好地提升其可靠性与长寿命，研究所为此建立了电推进产品成熟度提升的三再迭代开发“W”模型。

“再设计、再分析、再验证”是提升电推进产品成熟度的有力抓手，通过产品开发形成模型的第一个“V”过程，通过一轮“三再”进入到模型的第二个“V”过程，反复迭代可快速提升电推进产品的成熟度。针对电推进产品化成熟度提升与产品开发工作目标，梳理并识别影响单机及组件性能达标方面相关的关键技术，明确关键技术成熟度目标，合理划分实现阶段保证目标的顺利实现。

经过电推进产品成熟度提升工作流程的优化与应用实践，研究所电推进产品经过几轮的“三再”成熟度持续提升，已经实现了组批小批量生产，建立了电推进产品的货架，多个卫星平台等型号可直接选用标准的货架产品，关键组件等也已实现了滚动组批小批量生产。建立了电推进核心组件模块的CBB 平台货架，系列电推进产品可直接从平台货架中选用核心组件，既提高了成熟电推进单机产品的生产效率，又有效控制了过程产品质量，更是对电推进新产品的开发具有重大意义。

3.电推进新产品开发

电推进推力器单机及核心组件模块新产品开发的核心是：基于新技术研制开发电推进新产品，从而持续提升技术成熟度，从关键技术攻关的角度开展验证的充分性。新技术应用的完备性是指技术指标的实现程度，如电推进放电室环型会切磁场带来的等离子体放电良好的均匀性对产品的推进功能与推力、比冲性能及可靠性稳定性的影响，体现为产品的关键技术元素特征。验证的充分性是指在电推进产品真实的使用环境下对所采用新技术后的环境适应性的验证，如电推进抗力学减震新技术必须要通过鉴定级力学环境试验验证，重点考核在等效真实环境条件下采用的新技术耐受真实环境的能力。提升电推进产品成熟度的关键是提升技术成熟度，因此需要解决关键技术问题，不断提升对技术问题机理的认识。

四、电推进产品数据包建设管理

1.电推进产品数据包建设

电推进产品数据包是指电推进推力器、电源处理单元等单机产品和多种核心组件模块产品的设计、生产、试验全生命周期技术活动量化控制结果的数据表达。电推进产品数据包建设是电推进产品化研制体系建设的重要手段和工具，产品数据包既是电推进产品实现过程和实现结果的客观记录，也是电推进产品成熟度认定最重要的依据，通过产品数据包建设逐步实现对电推进产品全过程的精细化管理，实现电推进产品管理由粗放的定性管理逐步向精细化的定量管理转变，逐步实现电推进技术、产品、管理等方面成熟度的不断提升。在电推进产品化研制体系建设过程中，开展兼容型号与产品化工作要求的产品数据包策划尤为重要，真正做到电推进产品化为型号研制提供强有力支撑。型号外循环作为产品化研制内循环的用户，把外部用户的技术要求及型号数据包要求转化为产品化研制体系中的产品数据包建设要求。

2.电推进产品数据包络分析应用

重点围绕电推进产品设计、工艺、过程控制三类关键特性进行产品数据包策划。产品数据包建设的核心是电推进产品的关键特性数据。结合研究所已建成的电子数据包系统实现全过程信息数据的有效采集，完成相关数据在不同阶段的持续积累和比对利用，采用“以产品设计特性分析为核心，以面向产品生产的特性分析为抓手”的产品保证方法，识别电推进单机产品和核心组件模块的三类关键特性，组成电推进产品数据包的主要内容。对某离子电推进产品，重点关注电推进产品关键特性的多次实测数据积累情况和多次地面测试与飞行实测数据比对分析情况，建立完整的电推进产品成功数据包络线，以持续提升电推进产品生产的一致性。

3.电推进产品数据包验收

在研究所进行电推进产品验收时，型号端作为产品端的用户，要对产品端提交的电推进产品数据包的完整性、正确性和可追溯性进行检查，对不符合要求的产品数据包要予以拒收。验收时，组成电推进产品测试组和产品数据包审查组，对型号端提出的电推进产品的功能、性能、环境试验等是否符合型号要求进行全面的验收，最终型号端对电推进产品及数据包进行型号化后交付最终用户，并在产品交付后由型号端提供电推进产品的售后服务。

五、结束语

电推进产品化是以产品管理为核心的科研生产模式转型的有力抓手，建立电推进产品化研制体系是推动航天企业高质量发展的有效途径，重点是通用电推进单机及部组件的产品化货架建设与通用化、系列化、组合化建设。建立了电推进产品型谱及产品树，有力地引领了电推进技术的发展与产品的升级换代，为型号直接选用电推进产品服务各领域应用市场开拓奠定了坚实的产品基础，满足了各领域的应用需求。形成了“聚焦提升产品成熟度，建立型号选用产品货架，形成‘选用—开发/生产’管理模式”的电推进产品化发展思路，建立了三再迭代开发“W”模型，电推进产品成熟度得到持续提升，建成了兼容型号与产品化工作要求的电推进产品数据包。建成电推进产品货架及核心模块CBB 平台，成熟电推进单机产品及核心组件模块实现了组批小批量生产，建立了型号选用并验收产品与产品研制满足并服务型号的市场架构，电推进产品化研制生产模式成功转型，为以产品管理为核心的整个科研生产模式转型升级提供借鉴。