针对控制组合产品化统型工作的研究与实践_张延.pdf

2022年第12期65航天工业管理Research and Practice of Subsystem-Level Productization分系统级产品化研究与实践针对控制组合产品化统型工作的研究与实践摘 要：在军方提出“两高一低可持续”发展要求的背景下，中国航天科技集团有限公司将产品化提高到战略层面的高度，以产品化为重要抓手，推动科研生产模式转型。本文以控制组合产品为例，从设计源头、测试覆盖性、环境要求、成熟度提升等方面论述如何开展型号间统型工作。关键词：控制组合，统型，规范，成熟度当前各军事强国的运载火箭装备研制均采用了系列化、通用化、模块化的产品化发展思路。国内的运载火箭研制也正逐步朝着科学有序的方向发展，系列化、通用化、模块化设计思路逐渐融入导弹的设计思路之中，但目前装备体系发展依 然滞后。针对上述情况，中国航天科技集团有限公司明确提出，武器型号总体单位要开展系统型谱研究制定工作。为进一步落实航天科技集团产品化工作要求，应以产品化能力适应不同需求，提升产品的状态把控和设计效率，提升武器型号质量、加强成本控制、提高研制效率，为不断提升航天科技集团的核心竞争力提供支撑。一、问题现状近年来，由于新研型号数量激增、批产增大，配套生产工厂交付进度和质量保证能力面临极大的挑战。若干型号控制组合产品均是以某型号的控制组合技术状态为基础，各自开展个性化设计，型号间技术状态区别、接口种类数量、试验条件量级相差虽小，但仍需配套不同的生产线进行生产。此外，目前型号间测试设备的测试方法均存在一定区别，“一套地面测试设备只能用于一型导弹”的现象长期存在于研究院的某领域武器型号，针对单机产品控制组合方面，时常出现一边整机张延、吕凌欧、耿皓、野超、梁萍/北京航天自动控制研究所2022年第12期66航天工业管理Research and Practice of Subsystem-Level Productization分系统级产品化研究与实践测试交付进度紧张，另一边其它型号测试设备处于闲置的情况，导致测试资源利用率较低，测试设备研制经费投入过多。因此迫切需要转变观念，对照目标推动生产科研模式转型升级，为提升控制组合单机批产能力，减少因型号而异的测试设备筹备工作，降低测试设备的采购、维护和使用成本。针对目前若干武器型号的控制组合单机测试设备实际存在的数量种类繁多、接口不一致、兼容性差等问题进行统型设计，形成统一的测试方法与测试标准，对批生产交付周期缩短起到有力支撑。针对若干武器型号的控制组合进行再分析、再设计、再验证，聚焦大批量、快速交付的特点，对控制组合电路、元器件、环境要求、整机测试流程等方面的差异开展统型设计。通过产品化统型设计的方式，实现型号间技术状态一致，提高交付效率和质量一致性，提升产品成熟度，缩短型号研制交付周期，为型号提供更为成熟、安全、可靠的核心设备，满足型号要求。二、研究目标聚焦若干武器型号控制组合的电路、元器件、环境要求、整机测试流程等技术状态的差异性，在保证功能性能指标满足型号要求的前提下，开展优化参数与生产流程工作，完成统型状态控制组合设计。聚焦型号间验收环境条件要求的差异性，通过最大包络、串行试验法等手段达成，开展统型归一化工作。针对统型产品开展成熟度提升工作，提升产品可靠性，纳入产品货架，供型号选用。三、技术途径1产品统型在电路方面，当前若干武器型号的控制组合是以某一型号的技术状态为基线，按照型号微小功能性能需求、接口需求以及利益诉求等进行个性化改制，产品改制前后的技术状态本质上区别不大，但为技术状态统一化、组批投产、提升交付速度等带来了较大困难。因此需针对型号间的微小技术状态变化，同时结合历史经验，对产品电路开展统型和改良设计：一是统一接口电路，采用最大包络设计，确保接口覆盖所有型号需求，如时序信号、模拟量信号等；二是结合各型号过往质量问题归零情况，针对产品的薄弱环节进行改良再设计，如模拟量信号采集、信号放大等电路。在元器件方面，同一类元器件在各型号选用的厂家均有差异，应统一厂家与标称值。因此需根据产能、产品质量一致性及可持续供应能力等指标要求，通过竞争择优的方式遴选符合要求的供应商，压缩供应商数量。此外，同一位号的元器件（如电阻）在个别型号存在标称值不同的情况，原因在于各型号系统要求存在细节差异，导致标称值存在无法统一，因此统型状态下将此类元器件明确为标称值可变类器件，在实际推广统型产品的应用中可根据各型号个性需求明确使用。不同型号的同一类元器件质量等级或存在高低差异，如 GJB 和 QJB/K 等质量等级，此类情况导致元器件出厂筛选条件、备货周期均不一样，出现产品“小子样、多批次”的问题，应统一质量等级。针对此类情况，需根据元器件所涉及电路在型号总装测试、飞行试验中的重要程度、元器件在多型号间的质量等级使用情况以及各质量等级在历史飞行试验的参与情况等要素，统一元器件质量等级，同时为响应航天科技集团和研究院提出的降本增效的号召，在保证产品功能性能稳定的前提下，尽量选择低质量等级，降低元器件成本。部分元器件，以达林顿管、光耦、继电器等元器件为例，在产品设计过程中均对其提出特殊筛选要求，且筛选合格率处于中低水平，影响了此类元器件的供货速度和综合成本，因此要统一元器件筛选要求。为满足大批量快速生产要求，提高元器件的筛选率，需对元器件的筛选参数进行重新分析、核算，提高筛选率成品率，降低元器件厂家供货难度，缩短供货周期，达到缩短产2022年第12期67航天工业管理Research and Practice of Subsystem-Level Productization分系统级产品化研究与实践品生产周期的目的。2测试设备和测试统型基于上述分析，现有的控制组合测试设备架构已不能满足统型需求，需要重新规划架构布局。新一代的测试设备架构应遵循航天科技集团产品化工作思路，以现有产品化模块为基础，立足标准化的硬件和软件定义的灵活多样化软应用，使单机生产实现跨型号直接互换互用。通过软件定义进行资源统一管理，实现冗余容错和算力提升，达到一套测试设备测试多个型号的目的。具体包括 2 个方面：一是提出设计需求，明确体制标准。针对新一代单机测试设备架构方案，任务书提出方通过顶层设计文件提出设计需求，明确统型测试设备的体制标准，主要包括供配电体制、通信体制、软件体制，即明确测试设备供电电压、接口，明确弹地设备间通信协议，通信体制需适应导弹总线状态，明确采用“软件定义功能”模式，采用统一的软件界面框架。二是提出产品设计标准，完成测试设备设计及研制。针对标准化硬件，明确测试系统集成方式、明确信息交换与共享模式，通过机内外统一总线集成资源、共享资源，实现功能一体化设计。针对“软件定义功能”模式，统一管理资源，提供统一的软件部署接口，快速灵活部署更换全系统软件测试设备硬件适配多型号，提供统一通用的数据服务，实现健康管理、自动判读、辅助决策。3环境条件统型目前，相同产品在不同型号验收条件不同，导致产品例试数量多、成本高、周期慢等问题。结合梳理的产品清单，需开展环境条件归一化、包络化的工作。但在环境条件包络的过程中会存在环境条件只严不松，统型后产品难于满足条件，型号间互认程度低等问题，从而导致产品组批投产存在阻力。经梳理，由于各型号使用环境存在差异，导致产品出厂验收试验的量级、时间等参数存在不同，主要通过以下方式开展环境条件归一化：一是根据环境条件特点，按需采用最大包络法、串行试验法、特定条件差异法来进行环境条件统一，减少例试产品数量。即对于环境条件相差不大的进行包络，对于包络后存在通过性风险的采用 2 个条件串行开展的方法，对于串行后仍有风险的，采用特定条件差异化选用的方法，最大程度实现环境条件的统一。二是积极协调总体单位，对总体单位提出的环境条件进行沟通探底。对于余量较大且型号间差异性较大的环境条件进行适当放宽，有利于产品统型工作开展。三是与型号队伍间进行沟通，协调型号间对归一化和包络化之后的环境条件进行互认，推进产品组批投产工作开展。4成熟度提升为确保统型产品能够让型号有的选、放心选，需开展成熟度提升工作，包含寿命试验、极限能力试验、性能拉偏试验和鉴定试验等可靠性提升试验考核，对标成熟度提升相关要求，对统型状态产品开展 3 级成熟度提升工作，包含对标要求，确保统型产品满足 2 级成熟度定级条件。明确统型产品技术状态基线，完善统型状态产品相关规范标准。针对统型产品开展系统级测试验证工作，确保功能性能满足要求，确保统型产品发生的质量问题已经完成归零，确保统型产品的设计、工艺、测试、试验等相关技术文件均完成编制、受控、齐套，确保统型产品数据包中包含产品基础数据、产品关键特性实测数据、功能性能参数的测试数据，并经过厂所级成熟度定级评审，完成成熟度定级评定工作。四、实践效果在产品统型方面，针对若干武器型号的控制组合技术状态进行统计、梳理、再分析、再设计等产品化统型工作。重新设计了模拟量信号采集电路，如增加了运算放大器，提高了信号采集可靠性，统一了模拟量采集电路中如光开关、光耦等器件的选型；完成了 205 种元器件的梳理及更改，其中，元器件牌号、厂家与标称值完全一致的 98 种，涉及多家供应商的 71 种，涉及多种质量等级及详细规范的 28 种，涉及因型号总体要求不同导致电阻标称值有差异的 2 种，涉及特筛条件不同的 4 种，涉及元器件牌号勘误的 2 种。对上述各型号间元器件2022年第12期68航天工业管理Research and Practice of Subsystem-Level Productization分系统级产品化研究与实践使用进行了统一规范和要求，形成了统型状态控制组合的元器件清单等技术文件，支撑配套生产厂开展组批投产的元器件原材料备货工作，缩短生产准备周期。在测试设备和测试统型方面，针对几个型号控制组合测试设备测试流程统型设计工作，共梳理输出测试项目 42 项，其中，测试覆盖性均完全一致的 32 项，涉及型号间测试方法不一致的 5 项，涉及测试判据不同的 2，涉及对冗余信号测试覆盖性不足的 1 项，涉及测试条件不充分的 2 项。根据上述情况开展再分析与再设计工作，编制统型状态控制组合测试设备任务书，重新完善测试软件，提高配套生产厂组批投产的生产效率与产品质量一致性。在环境条件 统 型 方 面，针对各型号的验收试验、例行试验、鉴定试验共三大类16 项试验开展条件梳理和统一化，其中高温、低温、模块级温循、整机级温循、湿热试验、气密试验、电磁兼容试验共7 项试验的环境要求均一致，常温老化试验均统一为高温老练，按照 GJB 折算高温老化时间，缩短至常温老化时间的 37.5%，大幅提高效率。模块级验收振动、整机级验收振动、例试振动、冲击、离心、可靠性增长、可靠性强化、运输共 8 项试验采用最大包络，并与型号协商适当放开余量达成统一要求。在成熟度方面，当前统型状态控制组合正在依托某型号开展成熟提升工作，包括可靠性提升试验、强化试验、系统级验证等。后续拟随型号开展上装应用，通过飞行试验进一步考核统型后的技术状态，为后续技术状态固化、成熟度评定工作打下基础。在标准规范方面，通过开展统型工作，建立完善了控制组合测试方法（Q/De1129-2021）计算机典型接口电路设计作业指导书（Dec605-2008）弹上计算机单元测试系统设计规范（Q/De204-2002）控制组合技术规范（编制中）等标准设计规范文件，对弹地设备基本电路模块、对外接口硬件形式、通讯协议、单元测试覆盖性、通用环境试验条件等方面进行了统一化规定，对控制组合产品的设计与生产起到流程固化的作用。五、几点思考型号间总体技术指标、机电接口要求、环境试验条件等普遍存在横向不一致的问题，单机、部组件、基础产品（元器件、原材料、接插件等）状态繁多且不稳定。通 用 产品 缺 乏 顶 层规 划，依 靠型号研制需求而生，而非依靠核心技术驱动，发展较为无序，导致产品 先 进 性 不强、成熟度提升及型号选用不足、研发背后的专业能力不归核，缺乏急需提升型号设计的规范化。传统的科研生产模式是型号从上至下