◎北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所 馮秀蓮 姜玉峰 劉山

燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)總體初步設(shè)計規(guī)范化研究與應(yīng)用

◎北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所 馮秀蓮 姜玉峰 劉山

從20世紀(jì)80年代中期開始，北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所以我國第二代陸基機(jī)動固體遠(yuǎn)程戰(zhàn)略導(dǎo)彈各級發(fā)動機(jī)推力矢量控制研究為背景，開發(fā)了全軸擺動大型柔性噴管的推力矢量控制技術(shù)和燃?xì)狻⒁簤?、電子化一體伺服系統(tǒng)。燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)的研制成果已成功推廣應(yīng)用于多個型號的研制，設(shè)計技術(shù)具有一定的成熟度。

如今，航天科研院所面臨著多型號并舉、批生產(chǎn)及快速研制的任務(wù)形勢，同時研制隊伍日趨年輕化，技術(shù)成熟度參差不齊，其設(shè)計結(jié)果完全取決于個人水平，難以避免產(chǎn)品研制過程反復(fù)、設(shè)計結(jié)果不滿足要求等問題，甚至有部分設(shè)計人員無法勝任具有挑戰(zhàn)性的型號研制工作，這勢必加劇型號研制任務(wù)與人力資源間的矛盾。為解決這一問題，研究所開展了燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)總體初步設(shè)計規(guī)范化研究與應(yīng)用工作，旨在通過對以往成熟型號研制方案和研制過程的分析，總結(jié)并提煉原有設(shè)計流程和方法，建立覆蓋伺服系統(tǒng)初步設(shè)計全過程的規(guī)范化體系，為本專業(yè)設(shè)計人員提供有力的設(shè)計參考和技術(shù)支持，使每項設(shè)計都能達(dá)到專業(yè)水平，以滿足航天型號“高可靠、高效率”的研制要求。

一、規(guī)范化設(shè)計流程的實施

1．總體設(shè)計要求的規(guī)范化

為確?？傮w設(shè)計要求的合理、全面，以有效指導(dǎo)研制工作，首先應(yīng)進(jìn)行規(guī)范化研究。研究所通過總結(jié)燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)設(shè)計準(zhǔn)則，梳理了伺服系統(tǒng)與總體協(xié)調(diào)的主要內(nèi)容，主要包含總體基本性能參數(shù)，機(jī)械接口要求，電氣接口要求，控制性能要求，力學(xué)環(huán)境要求，產(chǎn)品化要求，成本要求和可靠性、安全性、維修性、保障性、貯存性要求，以及軟件工程化要求等，形成控制系統(tǒng)任務(wù)書、伺服系統(tǒng)與總體協(xié)調(diào)要求、伺服系統(tǒng)總技術(shù)要求樣本模板。

2．設(shè)計流程的規(guī)范化

流程化是將某一任務(wù)或工作事項沿縱向細(xì)分為若干個前后相連的工作單元或工序流程，然后再進(jìn)行分析、簡化、改進(jìn)、整合、優(yōu)化。標(biāo)準(zhǔn)化的工作流程就是讓復(fù)雜的事情簡單化，讓企業(yè)員工擺脫工作繁忙且理不清頭緒的狀態(tài)。通過對以往成熟型號研制方案和研制過程的分析，總結(jié)并提煉原有設(shè)計流程與方法，同時結(jié)合燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)和試驗特點制定標(biāo)準(zhǔn)化總體初步設(shè)計流程，讓設(shè)計人員有章可循，高效、有序地開展工作。燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)初步設(shè)計流程見圖1。

二、設(shè)計方法與文檔編制規(guī)范化

通過對燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)總體初步設(shè)計知識的積累和梳理，開發(fā)了覆蓋初步設(shè)計研制全過程的燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)初步設(shè)計指南，主要包括一般要求、任務(wù)需求分析、方案論證、方案設(shè)計、任務(wù)書的編制、伺服系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)聯(lián)試、靶場測試和飛行試驗、可靠性、安全性、維修性、保障性、貯存性、測試性、環(huán)境適應(yīng)性等共計14個部分。該指南將初步設(shè)計工作每個流程的設(shè)計方法進(jìn)行了匯編，形成了規(guī)范化設(shè)計方法，使每一個設(shè)計環(huán)節(jié)都有標(biāo)準(zhǔn)可依、有規(guī)范指引，使每項設(shè)計都能達(dá)到專業(yè)水平，新員工按照專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可迅速地開展工作，有效促進(jìn)專業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展。

設(shè)計成果是一種需要共同使用和重復(fù)使用的事物，只有對設(shè)計承載、設(shè)計表達(dá)、設(shè)計更改等關(guān)系以標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，設(shè)計的成果才具有表達(dá)的可識別性、變化的可追溯性、利用的有效性和充分性等特征。而產(chǎn)品設(shè)計文件是產(chǎn)品設(shè)計關(guān)系表達(dá)和固化的載體，是一個巨大的技術(shù)關(guān)系集合體。通過規(guī)范設(shè)計文件的編制，使設(shè)計輸出能充分、清晰和簡練地表達(dá)，使設(shè)計信息能全面反映，使各階段的設(shè)計工作成果能被及時總結(jié)，并具有可檢查性。

在燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)總體初步設(shè)計規(guī)范化研究過程中，研究所總結(jié)出了伺服系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)聯(lián)試任務(wù)書、伺服系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)聯(lián)試大綱、伺服系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)聯(lián)試結(jié)果分析報告、伺服系統(tǒng)單元測試報告、伺服系統(tǒng)方案論證報告、飛行試驗遙測數(shù)據(jù)分析報告、伺服系統(tǒng)控制回路穩(wěn)定性分析報告、伺服系統(tǒng)FMEA報告等27份初步設(shè)計文檔編寫規(guī)范模板，并對這些文檔模板進(jìn)行動態(tài)管理，不斷優(yōu)化，以達(dá)到有效指導(dǎo)并規(guī)范初步設(shè)計工作的目的。

三、數(shù)據(jù)庫的建立

目前，研究所正處在多型號拓展的關(guān)鍵時期，不同型號對伺服系統(tǒng)的性能要求有所不同。為最大限度地擴(kuò)大產(chǎn)品通用程度，以最少數(shù)目的不同規(guī)格產(chǎn)品覆蓋可預(yù)見的所有應(yīng)用需求，研究所通過整理現(xiàn)有產(chǎn)品建立了初步設(shè)計參數(shù)的數(shù)據(jù)庫，主要包括總體機(jī)械與電氣接口條件數(shù)據(jù)庫、總體力學(xué)環(huán)境條件數(shù)據(jù)庫和重要單機(jī)元件性能數(shù)據(jù)庫。通過查詢數(shù)據(jù)庫可從中選出與總體性能要求相近的產(chǎn)品設(shè)計方案或?qū)υ桨高M(jìn)行稍加修改便可利用，增加了產(chǎn)品在各型號間的通用性，有效減少了研制新產(chǎn)品所帶來的工作量。這一工作有利于燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)品化設(shè)計，也是進(jìn)行規(guī)范化研究的目的之一。

四、單機(jī)元件設(shè)計規(guī)范化

產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量在伺服系統(tǒng)初步設(shè)計的整個流程中起著至關(guān)重要的作用。各單機(jī)、元件在產(chǎn)品新、種類多的情況下，設(shè)計差異所帶來的工藝性、可靠性問題層出不窮。因此，各部門人員均開展了相應(yīng)產(chǎn)品的規(guī)范化設(shè)計研究，抓住關(guān)鍵環(huán)節(jié)，充分借鑒總結(jié)現(xiàn)有研制經(jīng)驗及研制成果形成設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范各產(chǎn)品設(shè)計過程、降低研制風(fēng)險、提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量和可靠性。

以單機(jī)類伺服作動器規(guī)范化設(shè)計為例，研究所結(jié)合現(xiàn)有產(chǎn)品特點完成了伺服作動器分類規(guī)范化、設(shè)計流程規(guī)范化、主要直屬件結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范化、設(shè)計任務(wù)書提出的流程規(guī)范化、技術(shù)設(shè)計報告編寫規(guī)范化的研究，并形成了伺服作動器主要直屬件結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)圖樣、伺服作動器二維、三維圖庫及圖庫管理系統(tǒng)。此外，還開展了新型密封、液壓機(jī)械鎖等先進(jìn)應(yīng)用技術(shù)的研究，用覆蓋伺服作動器設(shè)計全過程的規(guī)范化體系指導(dǎo)設(shè)計是提高設(shè)計可靠性、設(shè)計工藝性、提高設(shè)計效率的有效手段。

五、關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)及改進(jìn)性研究

燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)的研制成果已成功推廣應(yīng)用于多個戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)型號產(chǎn)品，設(shè)計技術(shù)具有一定的成熟度。同時在現(xiàn)役洲際固體導(dǎo)彈推力矢量控制頂級技術(shù)方案基礎(chǔ)上，關(guān)鍵技術(shù)又有突破和明顯推進(jìn)。這些成果是幾代航天人智慧的結(jié)晶，為使這些技術(shù)精髓有效地傳承，不至于隨著新舊員工的更替而流失，必須對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和提煉，同時也為下一步工作的開展提供思路，使創(chuàng)新成為可能。

通過收集國內(nèi)外燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)技術(shù)資料，研究所對其中有關(guān)伺服系統(tǒng)方案和總體設(shè)計的內(nèi)容進(jìn)行歸納、學(xué)習(xí)和整理，對現(xiàn)有固體戰(zhàn)略導(dǎo)彈燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)功率優(yōu)化、低剛度柔性噴管推力矢量控制系統(tǒng)的高動態(tài)校正和提高系統(tǒng)可靠性等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)并形成文檔，以供設(shè)計人員學(xué)習(xí)、借鑒。

燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)設(shè)計技術(shù)涉及控制、流體、機(jī)械、密封、電氣等專業(yè)，其發(fā)展至今已具有一定的成熟度，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各領(lǐng)域均有高可靠的新興技術(shù)出現(xiàn)，所以在總結(jié)已有成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對研制中的問題，緊跟科技發(fā)展前沿，可靠應(yīng)用成熟新技術(shù)，進(jìn)一步對系統(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化，是專業(yè)技術(shù)發(fā)展的必經(jīng)之路。為此，研究所通過調(diào)研并結(jié)合不同型號和類型燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)特點，對能源功率優(yōu)化的主要技術(shù)途徑、低剛度柔性噴管推力矢量控制系統(tǒng)的高動態(tài)校正技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)型研究，并結(jié)合在研型號進(jìn)行試驗驗證。

此外，研究所還進(jìn)一步研究了如何更好地將燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)可靠性、安全性、維修性、保障性、貯存性設(shè)計要求，軟件工程化要求以及產(chǎn)品化和成本工程要求等融入伺服系統(tǒng)初步設(shè)計準(zhǔn)則與設(shè)計流程中，探索在伺服系統(tǒng)方案設(shè)計過程中充分實現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化的技術(shù)手段，為后續(xù)型號研制提供參考。

燃?xì)庖簤核欧到y(tǒng)總體初步設(shè)計規(guī)范化研究是現(xiàn)代企業(yè)全新的“知識管理”理念在航天型號研制工作中的體現(xiàn)。通過建立覆蓋伺服系統(tǒng)初步設(shè)計全過程的規(guī)范化體系，能為本專業(yè)設(shè)計人員提供有力的設(shè)計參考和技術(shù)支持，并且能夠有效促進(jìn)專業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展。同時，研究成果已推廣應(yīng)用于多個新型號的研制過程，滿足航天型號“高可靠、高效率”的研制要求，應(yīng)用效果良好?！?/p>