戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈電動舵機艙通用化生產(chǎn)線的建設(shè)及應(yīng)用

仲科偉、徐桂甲、徐曉雄 /上海航天控制技術(shù)研究所

舵機是導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)的重要組成部分，根據(jù)制導(dǎo)控制系統(tǒng)指令操縱舵面偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)飛行器姿態(tài)穩(wěn)定控制，其性能直接決定導(dǎo)彈飛行過程的動態(tài)品質(zhì)，并直接影響制導(dǎo)精度。早期導(dǎo)彈主要采用液壓伺服系統(tǒng)或氣壓伺服系統(tǒng)，現(xiàn)在逐漸開始采用電動舵機，因為其結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、使用維護方便、成本低廉、易于控制，能夠極大減輕導(dǎo)彈重量，延長使用壽命，降低維修費用[1，2]。

上海航天控制技術(shù)研究所是國內(nèi)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈舵機艙的主要供應(yīng)商之一，舵機產(chǎn)品已經(jīng)完成了由液壓舵機為主向以電動舵機為主的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，為多個系列戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈提供舵機產(chǎn)品，覆蓋φ70mm～φ300mm 不同彈徑。當(dāng)前戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈型號差異大，不同型譜電動舵機艙產(chǎn)品的尺寸約束及性能變化要求大，生產(chǎn)裝配及測試過程復(fù)雜，產(chǎn)能受到嚴(yán)重制約。研究所通過對不同系列、不同彈徑的電動舵機艙產(chǎn)品進行統(tǒng)型，優(yōu)化生產(chǎn)單元布局，加強車間信息化建設(shè)，研制具有數(shù)字化和柔性化特點的加工、測試、試驗設(shè)備，建設(shè)了一條通用化的電動舵機艙生產(chǎn)線。結(jié)果表明，在電動舵機艙調(diào)試、篩選和交付測試等生產(chǎn)過程中，通用化生產(chǎn)線具有良好的柔性與可擴展性，能夠?qū)崿F(xiàn)多型號舵機艙的共線生產(chǎn)，電動舵機艙的生產(chǎn)效率顯著提高。

一、現(xiàn)狀及分析

1.典型電動舵機艙產(chǎn)品

電動舵機艙是導(dǎo)彈的重要組成部分，承擔(dān)著接收飛行控制系統(tǒng)解算得到的舵面偏轉(zhuǎn)指令、驅(qū)動空氣/燃?xì)舛婷嫫D(zhuǎn)的使命，空氣/燃?xì)舛婷嫫D(zhuǎn)產(chǎn)生導(dǎo)彈控制力矩，讓導(dǎo)彈按照期望的飛行姿態(tài)和飛行軌跡飛行。

典型電動舵機艙由電動舵機、數(shù)控驅(qū)動組合、電纜網(wǎng)組成，按需要增加內(nèi)聯(lián)動機構(gòu)裝置。

根據(jù)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的作戰(zhàn)使命以及發(fā)射平臺和結(jié)構(gòu)尺寸的不同，電動舵機艙的功能性能和產(chǎn)品方案存在較大的差異，且受到結(jié)構(gòu)空間的約束較大。

（1）結(jié)構(gòu)尺寸和布局差異大

電動舵機艙安裝于導(dǎo)彈尾部，發(fā)動機的喉管和擴散段安裝在艙體內(nèi)部，受艙體直徑、艙體長度、喉管直徑、喉管長度以及擴散段尺寸的約束，不同型號電動舵機艙的部組件在艙內(nèi)的結(jié)構(gòu)布局和尺寸等存在明顯的差異。例如，固體火箭發(fā)動機和沖壓發(fā)動機的喉管、擴散段尺寸差異大，電動舵機艙內(nèi)可用空間存在較大差異，如圖1 所示。

圖1 電動舵機艙的可使用空間

（2）功能要求不同

不同型號導(dǎo)彈的電動舵機艙的功能要求存在明顯差異，例如，地空導(dǎo)彈一般采用燃?xì)舛孢M行初始時刻的低速拐彎，電動舵機艙內(nèi)一般布置有內(nèi)連動機構(gòu)；空空導(dǎo)彈為滿足掛機飛行時舵面鎖定，一般都具有舵鎖功能。

（3）控制平臺不同

不同的電動舵機艙由于負(fù)載、舵偏角速度等性能指標(biāo)的差異，采用不同指標(biāo)的伺服電機、傳動機構(gòu)和電源電壓，為匹配最大電流和最大電壓選擇不同的電氣控制平臺。為匹配全彈的電氣傳輸，不同的電動舵機艙存在模擬量、422、CAN 等不同的信號傳輸總線。

2.典型生產(chǎn)工藝流程

電動舵機艙典型生產(chǎn)流程（見圖2）為：物料準(zhǔn)備和齊套性檢查，艙體本體、本體組合類大部件清洗，裝配，調(diào)試，篩選，交付。其中，裝配環(huán)節(jié)依次完成部組件裝配、電動舵機裝配、舵機艙裝配及最終的多余物檢測。隨后，電動舵機艙進入調(diào)試、篩選和交付測試。

圖2 電動舵機艙典型生產(chǎn)工藝流程

由于各型號電動舵機艙產(chǎn)品存在差異性，其生產(chǎn)工藝流程特點也各不相同，如表1 所示。

表1 代表型號工藝流程特點表

3.生產(chǎn)瓶頸分析

在開展通用化生產(chǎn)線建設(shè)前，由于不同型譜、各種彈徑的舵機艙生產(chǎn)工藝流程有一定差異，使得裝配及調(diào)試環(huán)節(jié)的設(shè)備、工裝、生產(chǎn)步驟難以進行統(tǒng)一，不同型號產(chǎn)品混線生產(chǎn)能力受到較大制約，生產(chǎn)效率和柔性難以滿足研制與批產(chǎn)并行等不同工況的要求。

忽然看到一個白白凈凈的饅頭放到乞丐的碗里，我抬頭一看，原來正是楊公子，他溫藹地對乞丐說，別餓著。乞丐趕緊答謝他。

信息化水平比較低，生產(chǎn)過程信息及產(chǎn)品數(shù)據(jù)記錄以紙質(zhì)文檔為主，信息記錄效率較低，統(tǒng)計數(shù)據(jù)不完整，生產(chǎn)數(shù)據(jù)難以有效統(tǒng)計分析，在發(fā)生質(zhì)量問題或者產(chǎn)品性能超差情況時，需要翻閱大量紙質(zhì)文檔進行質(zhì)量問題回溯分析，工作強度大、效率低，產(chǎn)品合格率難以提升。

二、通用化生產(chǎn)線建設(shè)方案

1.總體建設(shè)思路

為提高不同系列、不同彈徑電動舵機艙產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及過程質(zhì)量控制能力，開展了柔性化通用化電動舵機艙生產(chǎn)線建設(shè)?？傮w思路為先進行產(chǎn)品統(tǒng)型工作，從設(shè)計、工藝、測試不同環(huán)節(jié)完成型號統(tǒng)型，架構(gòu)統(tǒng)一，裝配線滿足不同型號的整部組件生產(chǎn)，采用通用化測試設(shè)備，以可擴展接口方式滿足功能相近產(chǎn)品以及后續(xù)型號測試需求。

2.產(chǎn)品統(tǒng)型化

在現(xiàn)有彈徑、功能、平臺等種類多樣的電動舵機艙產(chǎn)品基礎(chǔ)上，開展對不同產(chǎn)品的伺服電機、傳動部件、電氣控制平臺、軟件、反饋機構(gòu)等部組件以及元器件、零件進行通用化、模塊化設(shè)計，提高其部組件產(chǎn)品或方案的通用性，使后續(xù)型號電動舵機艙產(chǎn)品可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)部組件、元器件和零件的選用。在生產(chǎn)工藝方面，對通用部組件的生產(chǎn)形成通用型的工藝規(guī)范，按照整件生產(chǎn)方式進行工序組織，將生產(chǎn)步驟拆分成部件、整件，再進行總裝。在性能測試中，對電動舵機艙的接口進行功能統(tǒng)一，提高測試友好性。飛行控制產(chǎn)品型譜化結(jié)果如圖3 所示。

圖3 飛行控制產(chǎn)品型譜化結(jié)果

3.生產(chǎn)工藝流程優(yōu)化

重新優(yōu)化整合各型號生產(chǎn)工藝流程，將原裝配工藝流程“化整為零”，大部件生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為小單元串行生產(chǎn)，增加工位，鼓勵技能人員“一人多崗”，補充必要測試設(shè)備，提高生產(chǎn)效率。優(yōu)化后的電動舵機艙工藝流程詳如圖4 所示。

圖4 優(yōu)化后的電動舵機艙工藝流程圖

4.生產(chǎn)線布局優(yōu)化

原生產(chǎn)布局為按照型號分區(qū)域裝配生產(chǎn)，根據(jù)工藝流程的優(yōu)化，將生產(chǎn)布局進行實用性優(yōu)化，通過采用線性設(shè)備布局模型對設(shè)備作業(yè)流方向設(shè)備最優(yōu)間距進行計算調(diào)整，對生產(chǎn)布局仿真優(yōu)化，確定了基于現(xiàn)有場地條件的最優(yōu)化生產(chǎn)布局，可同時滿足電動舵機艙的生產(chǎn)。

根據(jù)電動舵機艙產(chǎn)品特點及優(yōu)化的工藝流程，建立電動舵機艙裝配生產(chǎn)單元和電動舵機艙自動化測試單元。舵機艙（控制艙）裝配生產(chǎn)單元包括電動舵機裝調(diào)、電動舵機艙裝調(diào)等2 個子單元，電動舵機艙自動化測試單元包括導(dǎo)通絕緣、綜合性能測試2 個子單元。

5.信息化系統(tǒng)建設(shè)

為提升生產(chǎn)過程的信息化管控水平，建設(shè)了車間制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，同時建設(shè)了試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(TDM)，以實現(xiàn)對產(chǎn)品大量性能測試數(shù)據(jù)的管理。通過MES 系統(tǒng)可以實時掌握產(chǎn)品的生產(chǎn)狀態(tài)，包括各整件的生產(chǎn)進度、交付信息，產(chǎn)品質(zhì)量情況，裝配、調(diào)試、篩選等人員需求，測試設(shè)備、工裝、測試電纜是否工作完好以及產(chǎn)品質(zhì)量問題處理進展情況，能夠?qū)ιa(chǎn)中的短期目標(biāo)進行精確的判斷，根據(jù)物料消耗情況預(yù)判對后續(xù)零部件配套可能產(chǎn)生的缺料情況發(fā)出預(yù)警。

通過建設(shè)TDM 系統(tǒng)，將生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的測試數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)及時上傳系統(tǒng)，信息系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、試驗數(shù)據(jù)屬性管理、試驗數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)檢索、查詢結(jié)果展現(xiàn)等功能，有效降低了傳統(tǒng)手工錄入信息的滯后性、錯誤率，減少了等待時間，并可以對多次的測試數(shù)據(jù)進行軟件比對。通過對車間試驗網(wǎng)網(wǎng)口改造、配套硬件設(shè)施建設(shè)、試驗數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)調(diào)試與運行、現(xiàn)場測試設(shè)備的改造，實現(xiàn)主要生產(chǎn)及測試設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)運行。

三、通用化生產(chǎn)線建設(shè)效果分析

1.產(chǎn)品型譜化顯著改善

2.生產(chǎn)過程數(shù)字化管控能力明顯提升

生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)通過信息系統(tǒng)有機地集成起來，生產(chǎn)全程無紙化，實現(xiàn)了對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和全面追溯。信息化建設(shè)總體效果如圖5 所示。

圖5 信息化建設(shè)總體效果

（1）系統(tǒng)按任務(wù)推送信息和資源到指定工位

工藝師在系統(tǒng)中制定產(chǎn)品工藝路線，規(guī)劃工位。調(diào)度按任務(wù)推送信息和生產(chǎn)物料、儀器設(shè)備、工具工裝等資源到指定工位，準(zhǔn)確高效。

（2）產(chǎn)品信息查詢和追溯

通過對過程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)的數(shù)字化和結(jié)構(gòu)化記錄，實現(xiàn)了對任一批次、任一產(chǎn)品的全流程信息追溯和查詢，如圖6 所示。

圖6 生產(chǎn)過程信息追溯

（3）產(chǎn)品數(shù)據(jù)實時統(tǒng)計對比分析

在系統(tǒng)中按批次對產(chǎn)品全部生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化存儲，并形成包絡(luò)曲線等信息。技術(shù)人員將本批產(chǎn)品在線數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)實時進行比對分析，杜絕產(chǎn)品隱患和出廠后發(fā)生質(zhì)量問題。

3.柔性生產(chǎn)能力大幅提升

通過對電動舵機艙生產(chǎn)工藝流程的優(yōu)化以及通用化生產(chǎn)線建設(shè)，電動舵機艙裝配生產(chǎn)線的生產(chǎn)組織模式完成較大改變，生產(chǎn)線新增或改造設(shè)備均為通用化設(shè)備，生產(chǎn)線柔性顯著提高，目前可實現(xiàn)7 個型號4 類電動舵機艙的共線批生產(chǎn)，同時可實現(xiàn)20余個研制/研發(fā)型號飛行試驗用電動舵機艙的共線生產(chǎn)能力。經(jīng)統(tǒng)計，生產(chǎn)線月生產(chǎn)效率提高56.3%。

針對多系列電動舵機艙混線生產(chǎn)難度大、產(chǎn)能不足的問題，研究所通過對電動舵機艙產(chǎn)品進行統(tǒng)型，優(yōu)化生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)單元布局，加強車間信息化系統(tǒng)建設(shè)，研制具有數(shù)字化和柔性化特點的加工、測試、試驗設(shè)備，建設(shè)了一條通用化的電動舵機艙生產(chǎn)線。結(jié)果表明在電動舵機艙調(diào)試、篩選和交付測試等生產(chǎn)過程中，通用化生產(chǎn)線具有良好的柔性與可擴展性，能夠?qū)崿F(xiàn)多型號舵機艙的共線生產(chǎn)，電動舵機生產(chǎn)效率提高了56.3%，生產(chǎn)瓶頸得到了有效解決。