基于公用构建模块的产品化实践_刘克承.pdf

2022年第12期109航天工业管理Research and Practice of Single-unit/Module Productization单机级/模块产品化研究与实践基于公用构建模块的产品化实践刘克承、李雅娟、许磊、肖强/兰州空间技术物理研究所摘要：“十三五”以来，随着以二代导航为标志的一系列国家重大专项的逐步实施，航天领域出现了从传统的单一型号立项、研制到平台通用化、单机产品化、基础产品逐步实现采购制的转变。自顶向下的系统分解研制模式和自底向上的集成产品开发模式并不完全对立，产品化是在宇航产品工程理论基础上结合新时期宇航任务“三高”新要求的产品研制模式升级。基于公用构建模块CBB的产品研发与产品库管理是新时期产品化工作的一条重要途径，对于宇航小子样、高可靠产品的获得，以及系列化、型谱化兼顾定制需求是有益的探索。本文解析公用构建模块CBB的内涵，从提升效率与可靠性角度指出CBB不仅限于传统意义上的物理模块，而是从产品实现过程（包括设计、制造、验证）中梳理出来的面向集成设计开发活动中的“一个个标准素材和动作”这一外延定义，并结合产品开发实践示例给出了应用效果。关键词：产品化；公用构建模块CBB；产品研发产品库管理航天企业与经济运行中的其他企业没有本质上的不同，通过资源的配置与管理获得最大的效益回报。中国航天科技集团有限公司充分识别这一企业属性，在提供小子样、高可靠宇航产品过程中不断探索宇航产品开发的新模式。2008 年航天科技集团发布关于开展宇航产品型谱建设工作的通知，2011 年成立航天标准化与产品保证研究院，2012 年成立宇航产品成熟度评价中心，2017 年宇航产品成熟度评价中心更名为航天产品化工程研究中心，在宇航和武器两大领域开展去型号化工作，2019 年发布集团公司新时期产品化工作总体方案，提出2020 年新立项型号产品化率平均不低于 80%，各单2022年第12期110航天工业管理Research and Practice of Single-unit/Module Productization单机级/模块产品化研究与实践位系统/分系统、单机、部组件产品型谱化率不低于 80%的近期目标，2025 年拟建成完整的适应航天型号发展的产品化工作制度体系、工作体系、标准体系，实现型号与产品两轮驱动发展，2030 年期望全面建成与世界一流航天企业集团相适应的产品化工作管理模式并常态化运行，航天产品化工作管理模式随技术进步持续完善并高效运行。产品型谱的建设，既是产品规格化、系列化、延伸化的表达，同时也是建立了产品族群的概念，以及明晰了产品依托的技术发展脉络。宇航产品小子样的本质属性虽然没有改变，但是通过历年来产品交付数量的不断积累，以及产品型谱建设引出的产品族群的概念，从中可以提炼出能够复用的功能模块，对这些功能模块加以归纳整理、状态固化确认、建立产品库，从而使产品开发模式有了可以依靠的产品开发平台。一、新时期宇航产品开发的新特征基于航天科技集团第七次工作会提出的“三高”发展要求，出台了新时期产品化工作总体方案，以产品化为思想指导、方法工具，以产品化标准体系、工作体系和制度体系构成的产品化管理体系实现从型号管理向产品管理工作方式的转变；深化以产品型谱建设、产品成熟度提升与评价和产品货架建设与动态管理构成的航天一流产品体系和卓越过程建设，实现产品从面向单一（型号）应用向关注产品本征属性的开发模式转变；以航天产品化信息基础体系建设为突破口实现数字化转型。1强调专业化分工按照产品设计过程所涉及的专业技术，打破历史产品部门的樊笼，以专业技术整合为基础，使得技术属性相同或相近的产品集中由具有专业技术的工程人员开发。专业化分工是面向产品管理的基础，厘清专业技术与产品之间的关系，按产品特性分类，可以使归拢产品背后支撑的专业技术资源有了依据，而集中专业技术资源是专业化设计、精细化设计的前提，也是产品化道路的先决与必备条件。从技术维度厘清通用产品和定制产品的同一性，梳理出设计的公共要素，是凝练出通用规范的前提，是达到通用产品标准化（产品级）、定制产品也有标准化内涵（设计、功能模块）的前提。2回归产品自身属性从本征属性、使用属性和行业属性 3 个方面全面定义产品。本征属性是从产品自身属性对其功能和性能的描述，是该产品有别于其它产品的本身特征。使用属性是从使用方对产品使用需求角度对其功能和性能的描述。行业属性是从宇航应用角度对产品功能和性能的描述，是该产品使用属性的延伸。产品最初是来源需求，尤其是宇航产品，但是终将不仅仅依存于需求而是以自我为主引导需求。研制类的宇航产品着重强调客户需求属性，通用产品着重强调产品本征属性，但是两者并非完全对立、非此即彼或者完全相互兼容的关系。外在需求与物之本性是有机而不可分割的整体，产品开发的目标包含市场需求和产品自我发展需求 2个部分，以专业技术发展规划和上级宇航任务战略发展规划为基础，梳理共性产品技术，面向产品本身属性进行开发，以产品引导需求。3数字化和智能制造欧美发达国家将信息技术与智能制造技术的融合作为提升企业核心竞争力的手段，国家提出“数字中国”战略规划、“新基建”战略部署，对企业数字化转型升级提出新要求。为达成建设一流宇航企业目标，提高企业的国际竞争力，利用信息化平台从产品全生命周期管理平台建设、一体化管控平台建设、协同设计仿真平台建设、自动化单元建设和基础网络建设等 5 个方面入手，实现以数字模型驱动产品研制，实现产品设计仿真、生产制造、试验验证同平台协同；实现需求、设计、协同仿真、制造等科研生产全流程数字化贯通，覆盖计划、质量、物资、成本、资源等全要素管控是新时期产品研发管理的迅捷之路。4产品开发平台的建设与应用专业化分工是产品开发的资源保障，回归产品自身属性是产品开发商业化的要求，数字化和2022年第12期111航天工业管理Research and Practice of Single-unit/Module Productization单机级/模块产品化研究与实践智能制造是产品开发高效便捷的技术基础，宇航产品开发最终将落足于集成产品开发平台的建设与应用。产品是在某个特定历史条件下、某个设计团队应用当下的技术积累、工程经验和所能获得资源实现的“时代产物”，既有主观方面的原因，也有客观方面的原因。而产品开发平台的建设与应用可以大大提高产品开发的效率，也是组织成熟度的体现。新时期宇航产品开发是以航天产品工程理论为基础，以产业化标准产品开发程序为借鉴，规范产品的开发过程；以产业化的思维方式解决短时期宇航产品小子样，但是长期积累可以形成足够样本空间的面向产品管理模式的转变。借鉴武器装备批量产品研制的成功经验，在宇航产品研制中引入批产和装备的概念，从集团标准宇航单机产品成熟度定级规定的升级换版就可以看出这一变化（见表 1）。其中，状态鉴定是针对完成性能试验的装备，综合评定是否符合立项批复和研制要求明确的主要战术技术指标的活动（Q/QJA 53A-2019）；列装定型是在状态鉴定和作战试验结论的基础上，对装备是否符合立项批复、研制要求明确的装备战术技术性能、作战效能、保障效能和鉴定定型试验总案规定的实验内容进行综合评定，以及对装备批量生产条件、生产工艺等进行审查的活动（Q/QJA 53A-2019）。二、集成产品开发管理集成产品开发（IPD）思想来源于美国 PRTM 公司出版的产品及生命周期优化法一书，是一种以市场需求为核心，将产品开发视为一项投资决策，强调产品创新一定是基于市场需求和竞争分析的创新，采用跨部门的产品开发团队实施异步开发模式，大量采用公用构建模块 CBB和结构化流程，以缩短开发周期，降低成本，提高产品质量。围绕产品开发的IPD框架如图1所示。传统的宇航产品研制模式是基于特定型号任务需求的产品开发模式（见图 2），由于基于特定客户的需求开发产品，客户满意度较高，但开发周期较长。如果多个客户需求之间没有行业标准约束，客户产品需求是基于上级产品的设计约束，那么满足多个需求的产品开发流程必然如同一组平行线，产品属性类似却没有交集，从而导致产品开发企业如同裁缝铺，没有批量化的货架产品，都是基于客户的量体裁衣，项目管理成本高居不下，企业发展缓慢甚至萎缩。通用产品开发商的产品开发模式如图 3 所示，企业基于技术储备，结合市场调研的结果，在满足一定客户群体的开发策划下开发产品，并根据市场反馈闭环产品成熟度等级Q/QJA 53-2010Q/QJA 53A-20196 级3 级定型产品 在多次飞行考核产品的基础上，完成相关工作，达到 6 级定级条件的产品技术状态固化 在多次飞行考核产品的基础上，技术状态已经固化，满足任务要求和规定的寿命指标要求，具备状态鉴定条件，达到 6 级定级条件7 级2 级定型产品 在三级定型产品的基础上，经小批量生产验证，可以重复稳定生产，达到 7 级定级条件的产品小批试产 在技术状态固化产品的基础上，经小批量生产验证，可以重复稳定生产，具备列装定型条件，达到 7 级定级条件8 级1 级定型产品 在二级定型产品的基础上，经过可靠性增长，证明其具有较高可靠性水平，达到 8 级定级条件的产品批量生产 在小批试产产品的基础上，完成批量生产，达到 8 级定级条件表1 宇航单机产品成熟度定级规定2010版与2019版的区别2022年第12期112航天工业管理Research and Practice of Single-unit/Module Productization单机级/模块产品化研究与实践改进产品。这种产品开发模式的前提是以不可替代的超卓技术为基础，从而导致产品的先进性可以引导客户需求。一旦形成销售规模，产品带来的效益自不容说，但是细分客户的特殊需求不容易满足，在某些特殊领域会被服务型产品替代。结合上述 2 种产品开发模式，应用 IPD 的思想，所有产品开发均是基于技术、市场的投资决策；所有产品开发的结果均持续闭环管理，形成各种层级不断丰富完善的产品库（产品开发的终点），并将基于现实存在的产品库作为下一个产品开发投资决策的基础。基于产品库的集成产品开发管理模式如图 4 所示。其中，理论技术泛指所有教科书和科技文献上的原理性的知识本身，是组织具备的潜能；工程技术是指应用某项理论技术而实现某个具体产品所需的介于理论和产品实物之间的技术，如电气参数的计算、可靠性 1+6 的设计等，是组织具备的技能；产品技术是指产品的制造技术，如PCB 的设计、元器件封装的选择、工艺实现方法等，是组织具备的本能。定制产品和服务产品是按照模式 1 开发的产品，侧重于工程技术和产品技术带来的专属客户体验；标准产品是按照模式 2 开发的产品，侧重于技术先进性带来的普遍引领性客户体验。三者均包含不同层级的产品，如完整的产品、基础 CBB、解决方案等。三、公 用 构 建 模 块（CBB）在宇航产品开发中的应用与实践集成产品开发之所以可以实施异步开发模式，是由于构建了图 4 所示的产品库，产品开发均基于此进行。该库中最为重要的是 CBB，因为 CBB 是标准产品、定制产品和服务产品均具备的公共要素。CBB 是对同一类型谱产品或者功能类似产品进行功能分解，解构出功能结构相同、功能要求相近的部组件（当然最基础的实物基础模块就是元器件、零件和材料）。将这些部组件视为产品进行选用管理，使产品设计不再是基于最基础的实物基础模块，而是通过 CBB 和一些定制型模块快捷组合出个性化的产品。CBB 不仅限于传统意义上的物理模块，是从产品实现过程（包括设计、制造、验证）中梳理出来的面向集成设计开发活动中的“一个个标准素材和动作”，可以是元器件、零件和材料等物理层面的功能模块，也可以是仿真模块（基于物理模型建立的电路模型、机械结构模型、物理场模型等等）、数学模型模块（计算模型）、文件模块（通用文件模板、客户需求任务分析技术调研投入研发技术突破图2 基于客户需求的一维产品开发模式技术开发通用客户需求产品开发销售营销产品改进图3 通用产品开发模式跨部门团队结构化流程项目和流程管理流程重组产品客户需求分析优化投资组合市场管