“結對子”模式加速推進航天火工品產品化實踐

趙宇輝等＊ /北京宇航系統(tǒng)工程研究所

“十三五”以來，北京宇航系統(tǒng)工程研究所型號任務一直處于多型號并舉、研制批生產并重、高密度發(fā)射狀態(tài)，火工品作為型號關鍵單機產品，隨著航天型號的發(fā)展，配套火工品的種類、規(guī)格和數量急劇增加，四川航天川南火工技術有限公司（簡稱火工技術公司）出現產能緊張，部分型號交付進度難以保障的問題日益凸顯，產品質量問題也有增加的趨勢，其主要原因在于“型號牽引產品發(fā)展”模式下，產品種類過多、通用性差，且產品成熟度低。因此，研究所和火工技術公司上下聯動，協同解決上述問題已成為雙方的迫切需求。

2017 年，航天科技集團產品化工作全面啟動，大力倡導總體單位與單機研制單位上下聯動、協同推進產品化工程。在航天科技集團“明確目標、注重實效、協同推進、持續(xù)完善”的指導思想下，作為第一批集團“結對子”示范項目之一，研究所和火工技術公司簽訂了《“結對子”協同產品化推進協議》。雙方采取“結對子”模式，著力構建型號配套火工品選用目錄，開展目錄內產品的成熟度提升和去型號化研究，以確保產品的質量和穩(wěn)定性，同時提升生產效率和降低成本；著力構建火工品型譜，開展新技術研發(fā)，實現型譜優(yōu)化升級和新產品更新換代，建立并有效運行通用產品選用機制，以滿足未來新型號工程化應用需求。

一、問題分析

在火工品研制過程中，按照型號牽引產品開發(fā)的模式進行。一方面，型號總體圍繞各自型號單獨提出研制任務書，火工技術公司根據任務書單獨研制產品，在結構類似的產品中做了大量的重復性工作，造成了火工品“多品種、小批量”的局面；另一方面，由于各型號驗收要求不統(tǒng)一，使得同一產品面向不同型號出現多種驗收技術條件的現象，增加了產品的生產和質量管理難度，導致型號交付和保成功壓力俱增，也影響了型號的可持續(xù)發(fā)展。

在火工品產品化實施過程中，由于各型號之間缺乏統(tǒng)籌指揮、頂層指導，總體單位對同類型火工裝置接口、技術狀態(tài)、環(huán)境條件控制能力不足，產品任務書不符合型譜規(guī)劃。而專業(yè)單位型譜規(guī)劃無法貼合型號要求，產品選用率不高，產品化進度緩慢。同時，由于型號應用背景不同，存在結構、性能類似的火工品研制流程重疊的現象，造成了研制任務量增加、成本浪費及產品生產、驗收質量管控難度大的問題。

綜上所述，由于總體單位與專業(yè)單位之間上下通道沒有真正打通，對型號及產品的發(fā)展規(guī)劃無法協同，缺乏總體牽引，不能實現統(tǒng)籌兼顧，在構建產品型譜、火工品型號選用方面進展不盡人意。研究所是型號火工品研制任務提出的主要源頭單位，也是使用火工品種類、規(guī)格和數量最多的單位，火工技術公司是航天科技集團火工品的主要研制和生產協作單位，因此航天科技集團提出將研究所與火工技術公司按照“結對子”模式，“協同推進”航天火工品產品化工作。

二、工作思路

“結對子”雙方作為戰(zhàn)略合作伙伴，總體設計單位與單機研制單位形成協作共同體，使總體設計與單機研制有機結合。一方面，總體單位發(fā)揮頂層規(guī)劃優(yōu)勢，側重在產品種類壓縮、技術狀態(tài)統(tǒng)一、貨架產品選用等方面牽引專業(yè)單位的技術和產品發(fā)展；另一方面，單機研制單位集中優(yōu)勢資源側重在型譜優(yōu)化、貨架產品成熟度提升、產品規(guī)范制定、產品生產過程控制及質量保證等方面全力支撐總體型號發(fā)展需求。雙方上下協作、迭代優(yōu)化、打破壁壘、整合資源，保證了產品化工作的有序性、高效性?！敖Y對子”工作體系見圖1。在產品化工作模式中，主要按照以下思路開展工作。

圖1 “結對子”工作體系圖

（1）建立協同工作組織。為保證“結對子”協同產品化項目有效推進，研究所與火工技術公司雙方設立了由雙方“一把手”為組長、相關業(yè)務部門組成的“結對子”工作組，明確人員職責和分工，并制定了年度計劃。

（2）開展產品成熟度提升。研究所完成火工技術需求分析，形成通用技術要求，火工技術公司根據研究所需求開展單機壓縮、型譜制定、基本型產品開發(fā)和強化驗證。

（3）控制產品選用與推廣應用。研究所和火工技術公司共同優(yōu)化火工品產品管理模式，將火工品由型號管理轉變?yōu)閱挝唬ú?廠）管理模式，并完善火工品選用機制，推進火工品的擇優(yōu)選擇，實現從任務書研制模式向貨架選用模式轉變。

（4）開展產品質量提升。研究所編制通用技術要求，整合指標體系，統(tǒng)一接口；火工技術公司開展產品研制，實現火工品組合化、系列化和模塊化設計。同時，雙方開展關鍵單機產品質量提升工作，推動通用分離螺母裝置、通用藥圈組件、通用電起爆器、通用爆炸螺栓產品開發(fā)，推動小型固體火箭質量提升。

（5）統(tǒng)籌規(guī)劃，提高生產能力。研究所統(tǒng)籌各型號需求，統(tǒng)籌投產；火工技術公司根據型號需求，集中優(yōu)勢資源，啟動專項投產，確保產品交付進度?；鸸ぜ夹g公司推動自動化生產線建設，實現關鍵環(huán)節(jié)自動產線建設，針對生產瓶頸的小型固體火箭藥柱提前啟動訂貨及備貨。

三、實踐與效果

1.建立型譜，形成選用目錄

為了改變型號根據自身特點研制、選用和驗收火工品造成的“多品種、小批量”局面，簡化組織生產狀態(tài)，降低驗收成本，縮短生產周期，提高產品批量，進而提高產品成熟度，研究所和火工技術公司開展了共建型譜工作。研究所在充分了解型號要求的情況下，形成通用技術要求；火工技術公司則在此基礎上優(yōu)化產品型譜，根據產品化清單結合通用技術要求形成通用產品。在共建型譜基礎上，根據研究所火工品應用特點，形成了選用目錄。

研究所明確了火工品系統(tǒng)的定義，型譜的建立工作均圍繞火工品系統(tǒng)來展開。火工品系統(tǒng)是由互相關聯的多個火工裝置組成，含有首發(fā)元件、傳火/傳爆元件和終端火工裝置，能夠滿足預定功能的系統(tǒng)（見圖2）。研究所按照火工品系統(tǒng)的模式，梳理了在研、在飛和定型型號的火工品應用情況。按照“通用化、系列化、組合化”的原則，以火工裝置的“最少種類”，滿足系統(tǒng)的“最大需求”，火工品系統(tǒng)爆炸序列各火工元件之間的接口規(guī)格與功能等級按火工品系統(tǒng)接口與功能的通用性、互換性進行規(guī)劃；規(guī)定優(yōu)先選用成熟度高、通用性好、環(huán)境適應性強、使用頻率高的產品作為貨架產品，其品種和規(guī)格滿足現有型號，并考慮未來型號發(fā)展。對于產品的升級，應充分繼承原產品可用的成熟零、部、組件和工藝，以規(guī)避或降低技術風險。

圖2 火工裝置連接關系圖

在“結對子”模式下，火工技術公司按照研究所制定的壓縮優(yōu)化方案和原則，針對15 類具體火工品進行了全面梳理和分析，充分考慮產品成熟度，對各類產品進行整合、壓縮，形成了火工品型譜。

通過院屬各單位通力協作，上下聯動開展火工品壓縮工作，中國運載火箭技術研究院火工品種類由285 種壓縮到114 種，壓縮率為60.0%，如表1 所示。通過這項工作，極大縮短了型號研制周期，降低了研制成本，有力支撐了型號選用。火工技術公司協同研究所，在型號火工系統(tǒng)方案設計時優(yōu)先推薦貨架火工品。研究所在研制流程中規(guī)定了火工品系統(tǒng)設計產品化審查，嚴格控制超貨架目錄產品的選用，統(tǒng)籌型號與標準環(huán)境條件，選用貨架火工品時按照標準規(guī)定的通用環(huán)境條件執(zhí)行考核，嚴格控制產品種類和數量。通過雙方協同，貨架產品在新研制型號中得到了充分應用，其選用率分別達到了85%以上，新研產品比例降低。

表1 中國運載火箭技術研究院火工品壓縮情況表

2.通用產品研制

（1）型譜產品設計和開發(fā)

“結對子”期間，按照火工品系統(tǒng)連接關系，研究所聯合火工技術公司開展了型譜通用產品開發(fā)，完成了基本型電起爆器為代表的首發(fā)元件，通用傳爆組件為代表的傳火/傳爆元件，基本型分離螺母、通用藥圈組件、基本型爆炸螺栓為代表的終端火工裝置，完成了典型火工裝置的統(tǒng)型設計和驗證及火工品產品梳理、整合、壓縮和優(yōu)選，形成多種基本型產品（見圖3），實現貨架產品上下游接口形式統(tǒng)一化和通用化。按照火工品系統(tǒng)的組成關系，貨架上的首發(fā)元件、傳爆元件和終端火工裝置能夠直接選用，并按接口連接關系連接組成火工品系統(tǒng)，而無需再進行其他的接口驗證試驗。

圖3 通用產品開發(fā)

（2）環(huán)境條件與驗收技術狀態(tài)統(tǒng)一

為了保證貨架火工品跨型號選用的通用性，研究所提出統(tǒng)一的環(huán)境條件，為實現火工品跨型號使用奠定基礎。研究所統(tǒng)籌分析了各個航天運載器的環(huán)境條件情況，對各型號環(huán)境試驗條件進行整理和歸納，針對不同背景運載器型號等火工裝置產品的使用環(huán)境和貯存特點，對火工品的檢驗項目和試驗考核條件進行了分類處理，制定了可以滿足各型號使用的統(tǒng)一試驗條件，并規(guī)定了每類火工品的統(tǒng)一試驗方法。該試驗條件考慮了研究所火工品環(huán)境條件的通用性，綜合各種航天運載器型號的環(huán)境條件，采用“基于能量等效”的試驗方法，對環(huán)境條件開展合理的包絡處理，確保各類火工裝置產品能夠在大部分型號中通用，同時避免單純疊加環(huán)境條件造成試驗量級過大的問題。

為了驗證貨架產品的通用環(huán)境適應性，“結對子”雙方按照火工品系統(tǒng)的接口連接特點和火工品單機自身特點，在充分考慮試驗充分性、覆蓋性、有效性和經濟性的基礎上，按照貨架火工品的爆炸序列接口規(guī)格和功能關系組成結構，完成了典型貨架產品對《火工品系統(tǒng)研制試驗要求》院標規(guī)定通用環(huán)境條件的補充鑒定試驗，有力推動了中國運載火箭技術研究院火工品選用目錄內相同結構產品多型號選用時環(huán)境條件的統(tǒng)一，消除了同一種產品面向不同型號無法同時使用的弊端。通用環(huán)境條件考核后，型號選用貨架產品能夠大大減少研制工作，節(jié)約研制經費，并通過較嚴酷的環(huán)境條件暴露產品薄弱環(huán)節(jié)，確保產品可靠性，使型號逐漸認可貨架產品，有力支撐了型號研制。

3.新型火工技術研發(fā)

結合“結對子”工作，雙方圍繞半導體橋、薄膜電橋起爆技術，開展了研究和應用工作。半導體橋能夠將起爆時間控制在1ms 以內，確?；鸸て菲鸨恢滦裕欢∧る姌虿捎缅兡ぜ夹g，能夠進一步提高電火工品發(fā)火一致性和安全性，達到1.5A、2.25W、5min 不發(fā)火。在雙方共同努力下，實現了部分型號電火工品升級換代。

為了進一步推動航天火工技術的發(fā)展，“結對子”雙方重點開展了激光火工技術、爆炸箔起爆技術為代表的第三代火工技術研究。研究所開展了兩種先進起爆技術的適應性對比論證工作，對兩種技術的發(fā)展技術路線和必要性開展了充分論證。

針對激光火工品起爆技術，總體單位重點設計了系統(tǒng)方案，解決了檢測方法中遇到的難題，實現了低能量檢測、高能量起爆的光路設計；火工技術公司重點攻克了BNCP 合成技術、光纖芯徑選擇和結構設計等，完成了設計驗證試驗和設計鑒定試驗；雙方合作完成了系統(tǒng)演示驗證試驗、分離試驗和電池激活試驗等大型地面試驗，并成功參加了某型號飛行試驗。

針對爆炸箔起爆技術，總體單位重點開展了集成爆炸箔系統(tǒng)的系統(tǒng)方案設計，開展了控制策略研究?；鸸ぜ夹g公司根據集成爆炸箔起爆裝置的需求背景，按照“三化”設計思路，開展了集成爆炸箔起爆器結構設計，完成了原理樣機研制，并進行了演示驗證試驗，功能和性能滿足要求。第三代起爆裝置如圖4 所示。

圖4 第三代起爆裝置

“結對子”前，航天火工品一直延續(xù)“型號牽引產品發(fā)展”的定制路線，火工品標準體系建設相對滯后，使火工品的標準化設計水平較低，不同型號、不同任務書提出單位對產品提出的技術指標不統(tǒng)一、功能要求不統(tǒng)一、接口規(guī)格不統(tǒng)一及環(huán)境條件和驗收要求不統(tǒng)一，造就了大量結構相似、功能相近的個性化產品，形成了品種、規(guī)格、數量急劇膨脹的局面，這些產品在型號研制過程中做了大量重復研制工作，無形中降低了產品的設計質量和生產質量，增加了產品質量控制難度。

4.標準規(guī)范制定

“結對子”前，航天火工品一直延續(xù)“型號牽引產品發(fā)展”的定制路線，火工品標準體系建設相對滯后，使火工品的標準化設計水平較低，不同型號、不同任務書提出單位對產品提出的技術指標不統(tǒng)一、功能要求不統(tǒng)一、接口規(guī)格不統(tǒng)一及環(huán)境條件和驗收要求不統(tǒng)一，造就了大量結構相似、功能相近的個性化產品，形成了品種、規(guī)格、數量急劇膨脹的局面，這些產品在型號研制過程中做了大量重復研制工作，無形中降低了產品的設計質量和生產質量，增加了產品質量控制難度。

通過“結對子”工作，雙方聯合開展了標準制定工作，制定了包括通用技術要求、通用產品規(guī)范及設計規(guī)范等在內的70 多項標準，對規(guī)范火工品系統(tǒng)方案設計、新產品研制，提高產品質量與可靠性具有重要指導作用。同時，在總結和借鑒的基礎上，結合我國國情和航天科技集團型號研制的實際情況，“結對子”雙方聯合集團內部單位，編制了比較系統(tǒng)、全面的航天火工品系統(tǒng)研制8項標準，形成了包括總則、術語、研制程序、設計要求、檢驗與試驗、可靠性、安全性和貯存壽命的系列標準體系，涵蓋火工品系統(tǒng)研制全流程，以指導航天火工品系統(tǒng)與火工裝置設計、研制、試驗和產品驗收，為實現集團內火工品研制規(guī)范化奠定基礎。

5.產品成熟度與質量提升

通過“結對子”，完成了多型產品成熟度升級認定，擴大了型號選用范圍。雙方火工領域相關質量問題得到有效控制：2016—2020 年，火工技術公司質量問題逐年遞減，質量問題從65個降低至26 個，質量問題數量減少了60%。其中，火工技術公司與研究所型號相關的質量問題維持在個位數，2016—2020 年平均重大質量問題數量為4 個/年，相對于2014 年最高峰9 個/年，質量問題數量減少了55.6%。而研究所自身與火工相關質量問題則持續(xù)走低，2016—2020 年平均為1.4 個/年。2016—2020 年質量問題統(tǒng)計如圖5 所示。

圖5 質量問題統(tǒng)計

6.降低生產成本，提升交付能力

通過“結對子”推進產品化工作，火工品零部組件實現了標準化設計，簡化了從原材料采購到產品生產、檢驗、試驗的流程，在降低生產成本的同時，提高了產品生產效率，在較大批量的生產加工過程中，進一步提高了產品一致性與可靠性。

在“結對子”期間，火工技術公司建成了導爆索生產線、非電導爆索下制及裝配自動化生產線、小型固體火箭裝配數字化生產線和非電起爆器裝配數字化生產線，相應產品生產能力均大幅提升，生產成本明顯降低，質量一致性得到了提升，保障了型號應用需求。

通過“結對子”產品化工作，北京宇航系統(tǒng)工程研究所與四川航天川南火工技術有限公司上下協作，迭代優(yōu)化、打破壁壘、整合資源，在共建產品型譜、通用產品開發(fā)、建設選用目錄、新型火工技術研究、標準規(guī)范制定、產品成熟度提升、自動化生產線建設等方面取得了階段性成果，有效推進了航天火工品產品化進程。后續(xù)，將進一步推動型號選用、壓縮產品數量、提高零部組件標準化率，將航天科技集團產品化工程落到實處。