曹魏、張劍、田曉旸、韓威、朱長軍 /中國運載火箭技術研究院

重復使用運載器技術是世界航天大國關注的重點，代表了航天技術的未來發(fā)展方向，美國、歐洲等國家和地區(qū)多年來投入巨資開展關鍵技術攻關，并實現(xiàn)多次飛行驗證，太空探索技術公司發(fā)展的獵鷹—9 火箭已實現(xiàn)上百次飛行驗證，并實現(xiàn)單枚火箭多次重復使用，極大地降低了有效載荷發(fā)射成本。發(fā)展快速、廉價、可多次重復使用的航天運輸運載器，是我國航天事業(yè)發(fā)展目標之一。

某項目研制的可重復使用運載器，集傳統(tǒng)運載火箭技術與常規(guī)運載器技術于一身，運載器研制面臨技術創(chuàng)新性強、研究內容多、研制難度大、經(jīng)費緊張等情況。按照傳統(tǒng)研制方法，需要大量試驗件進行技術攻關，存在生產(chǎn)產(chǎn)品多、費用高、研制周期長等問題。因此必須尋找創(chuàng)新性的技術途徑,才能在有限的研制經(jīng)費條件下，高效率、高質量完成研制工作內容，最終實現(xiàn)研制目標。

一、總體思路

為按時、優(yōu)質、高效完成項目全周期研制工作，項目團隊創(chuàng)新航天研制模式，采用精細化管理方法，優(yōu)化流程，降低成本。通過全面實行項目制管理流程，從研制到飛行試驗開展全周期成本核算、精細化控制，實現(xiàn)技術經(jīng)濟一體化；充分利用三維在線協(xié)同等先進設計理念和手段，實現(xiàn)多系統(tǒng)協(xié)同設計，加快產(chǎn)品設計進程，保證產(chǎn)品設計質量；設計之初使工藝介入，集中討論材料選擇、工藝方法、工具工裝使用和檢驗檢測等，從而確保產(chǎn)品設計與工藝流程、制造過程協(xié)調統(tǒng)一，提高面向產(chǎn)品的設計；貫徹簡潔化設計思想，從設計源頭加強成本控制，創(chuàng)新實踐、競爭擇優(yōu)，做到產(chǎn)品可靠、進度可控、成本最優(yōu)。

二、實施方案

1.成立項目團隊，實施項目制管理

明確以項目經(jīng)理、項目技術經(jīng)理為核心的組織管理模式，項目經(jīng)理全面負責，確保項目技術可行、經(jīng)費和計劃協(xié)調；技術經(jīng)理對技術負責，確保方案技術經(jīng)濟一體化；核心管理層之下成立項目管理辦公室，在核心管理層的領導下，由計劃經(jīng)理牽頭，負責項目經(jīng)費、計劃、調度、質量、安全和保密等工作實施；任命核心專業(yè)技術副經(jīng)理、主任設計師和副主任設計師，負責項目產(chǎn)品的總體方案、系統(tǒng)、單機和零件等設計工作，配合承研承制單位開展項目產(chǎn)品的研制生產(chǎn)。

為保證項目研制工作高質量高效率實行,項目確定了“嚴、慎、細、實”的團隊文化，統(tǒng)一思想，提升凝聚力；制定項目管理的章程，使項目管理與研制目標緊密聯(lián)系起來, 從而實現(xiàn)高效的項目管理；采用績效考核制度，鼓勵團隊成員發(fā)揮主觀能動性，實現(xiàn)工作效率最大化；編制全周期全要素研制工作策劃，確定項目總體方案、產(chǎn)品配套、經(jīng)費概算、研制工作計劃、質量管理要求、地面試驗規(guī)劃、技術風險及應對措施、標準化及知識產(chǎn)權等工作內容，為型號產(chǎn)品全流程研制明確總體工作目標。

2.協(xié)同創(chuàng)新，組建跨航空航天領域的集成產(chǎn)品開發(fā)團隊（IPT）

在項目產(chǎn)品設計階段，組建由總承包商、分包商、供應商的設計、工藝、制造、試驗等專業(yè)人員構成的集成產(chǎn)品開發(fā)團隊，通過總體與分系統(tǒng)產(chǎn)品設計、產(chǎn)品設計與工藝工裝設計、產(chǎn)品生產(chǎn)與試驗準備并行的方式，快速高效完成方案設計、產(chǎn)品出圖和生產(chǎn)試驗準備等工作。在概念論證階段，通過組建總體布局與數(shù)字化裝配IPT，開展聯(lián)合攻關解決分系統(tǒng)眾多、接口關系復雜、運載器空間緊湊、設備間干涉嚴重等問題，快速推進方案論證；在樣機研制階段，通過組建結構、熱防護系統(tǒng)詳細設計與出圖IPT，提高設計迭代效率，縮短研制周期，為產(chǎn)品研制奠定基礎。

（1）建立“小核心、大協(xié)作”的微團隊，實現(xiàn)高效決策快速響應

在IPT 內部由核心技術人員組成集成產(chǎn)品決策組，負責產(chǎn)品設計實施過程中技術問題的協(xié)調和決策。決策組下設總體、結構、電氣、動力等設計小組，由產(chǎn)品決策組組員擔任各個小組的負責人，成員包含產(chǎn)品設計生產(chǎn)相關專業(yè)的技術人員，進行小組內技術協(xié)同和計劃進度管控，打破專業(yè)和單位“壁壘”，實現(xiàn)從宏觀到細節(jié)、由外部到內部的跨專業(yè)跨單位接口協(xié)調。

（2）實行基于IPT 的全三維在線協(xié)同設計，提速度、降成本

建立項目級協(xié)同設計環(huán)節(jié)進行全運載器產(chǎn)品設計，確保三維數(shù)模的數(shù)據(jù)唯一性，通過模型質量檢查單、三維模型檢查會簽單、工程數(shù)據(jù)發(fā)放單等，實現(xiàn)對三維數(shù)模質量及狀態(tài)的管控?；诮y(tǒng)一的三維模型集成定義實現(xiàn)了數(shù)同源、變同知，確保三維設計模式下技術狀態(tài)變化可控，避免技術狀態(tài)不一致造成的低層次質量問題，實現(xiàn)數(shù)字化設計技術、質量管理工具、全壽命周期技術狀態(tài)管控緊密結合。

（3）強化閉環(huán)管理，采用“紅綠燈”實現(xiàn)計劃動態(tài)反饋

根據(jù)項目研制目標，識別里程碑節(jié)點并分解詳細工作計劃，采取“紅綠燈計劃控制”動態(tài)管理的方式，建立科研生產(chǎn)工作綜合協(xié)調長效機制，定期收集各項研制工作進展情況，及時發(fā)現(xiàn)異常問題。通過設計小組內部協(xié)調會、決策小組例會、專題會等方式，討論研制過程中出現(xiàn)的相關問題，統(tǒng)籌協(xié)調資源，制定解決方案。

根據(jù)項目研制目標，識別里程碑節(jié)點并分解詳細工作計劃，采取“紅綠燈計劃控制”動態(tài)管理的方式，建立科研生產(chǎn)工作綜合協(xié)調長效機制，定期收集各項研制工作進展情況，及時發(fā)現(xiàn)異常問題。通過設計小組內部協(xié)調會、決策小組例會、專題會等方式，討論研制過程中出現(xiàn)的相關問題，統(tǒng)籌協(xié)調資源，制定解決方案。

3.強基固本，貫徹簡潔化設計思想

（1）采用考慮耦合效應的總體小回路精細化流程，確保總體方案閉環(huán)

項目總體設計多源參數(shù)間相互制約，面對稱運載器氣動布局與控制能力緊密關聯(lián)，耦合效應更加復雜。為提高設計效率、提升總體性能，在運載器方案設計的前期階段就引入耦合的設計理念，結合耦合效應影響，將耦合機理、失穩(wěn)判據(jù)、耦合控制融入多專業(yè)設計，提出了考慮耦合效應的總體設計流程，快速獲得了飛行穩(wěn)定性較優(yōu)、操縱效能需求較低的運載器總體方案，從而提升運載器總體性能與設計質量。

（2）采用一體化供配電技術方案，降低項目研制成本

供配電系統(tǒng)方案設計階段，打破了傳統(tǒng)的分散供配電和測發(fā)控模式與分工，全運載器采用統(tǒng)一供配電技術和一體化測發(fā)控模式，減少器上產(chǎn)品配套和器地接口，優(yōu)化和整合地面測發(fā)控設備資源，采用通用自動化、一體化、成熟的測發(fā)控軟件架構，降低項目成本，提高試驗效率。

（3）制定新方法，破解無標準、不可檢難題

運載器熱防護系統(tǒng)迎風面、背風面及尾端面由近2000 件防隔熱產(chǎn)品組成，通過粘接裝配在運載器外表面，粘接質量及可靠性直接影響飛行成敗?，F(xiàn)階段防隔熱產(chǎn)品粘接質量評價，存在無標準、不可檢、無損檢測不成熟等技術難題。項目團隊成立專題小組，制定防隔熱產(chǎn)品粘接工藝參數(shù)及流程優(yōu)化試驗研究方案并實施，建立工藝參數(shù)與粘接強度的對應關系，固化粘接工藝參數(shù)，開展部件粘接裝配試驗及粘接質量評價，驗證粘接工藝可行性和可靠性；在此基礎上，制定操作工藝規(guī)程、質量控制方法與指導手冊，固化粘接工藝流程及工藝保障方法，確保防隔熱產(chǎn)品粘接裝配質量的一致性。

4.源頭控制，精簡設計要求，精簡產(chǎn)品配套

針對模態(tài)、靜力、實物模裝等大型地面試驗，在滿足試驗充分性和測試覆蓋性的前提下，通過試驗模擬仿真分析，精簡設計要求，精細化試驗方案設計，實現(xiàn)工況最少化、流程最優(yōu)化，將原計劃6 項力學類地面試驗使用的2 架地面試驗樣機減少為1 架，在滿足整體計劃的前提下，探索建立一條該類運載器力學類試驗新方法，節(jié)約大量研制經(jīng)費。

針對部組件級地面試驗，在試驗設計之初統(tǒng)籌兼顧多項試驗接口和測量需求，通過仿真預示、模擬分析等手段分析試驗件損傷情況，根據(jù)分析結果優(yōu)先安排試驗把握性強、環(huán)境條件較好的試驗，靠后安排損傷風險高的試驗，確保一件試驗件能夠參加預設的所有項目，且不影響試驗結果。針對某熱防護產(chǎn)品需要開展燃氣流風洞考核試驗、噪聲試驗、振動試驗需求，根據(jù)三個試驗具體要求，從考核充分性、覆蓋性出發(fā)，通過仿真分析等手段，最終得出按照噪聲、振動、風洞順序開展試驗方案。

5.選用成熟貨架產(chǎn)品，替代定制化生產(chǎn)

項目的研制經(jīng)費和周期緊張，而新產(chǎn)品研制周期長、成本高，使用過多的新產(chǎn)品無法滿足項目進度和經(jīng)費要求。選用成熟貨架產(chǎn)品是縮短研制周期、降低項目成本的有效途徑之一。項目團隊按專業(yè)全面分析產(chǎn)品研制需求，充分調研市場上成熟產(chǎn)品，通過對產(chǎn)品功能和性能分析，最終形成貨架采購產(chǎn)品清單。

本項目研制的運載器，多數(shù)系統(tǒng)功能和性能與傳統(tǒng)火箭產(chǎn)品一致，在設計之初就確定了借用其他型號專用產(chǎn)品的思路。根據(jù)產(chǎn)品功能和性能需求分析，明確了可借用的專用產(chǎn)品狀態(tài)。通過與生產(chǎn)單位協(xié)商，制定了借用產(chǎn)品與其他型號產(chǎn)品組批生產(chǎn)的方案，節(jié)省了產(chǎn)品新研帶來的周期和經(jīng)費問題，也減少了單獨組批生產(chǎn)帶來的成本。

6.競爭擇優(yōu)，招標采購降低成本

為保證飛行試驗過程中發(fā)動機的正常工作，項目團隊需開展地面加注、供配氣系統(tǒng)的研制并完成相關試驗驗證，參照其他型號工程經(jīng)驗，需要三套地面加注供氣設備，以滿足項目全周期使用需求。

項目團隊采用可靠性高、安全性高、維修性好、經(jīng)濟性好的設計原則，貫徹通用化、系列化、組合化的“三化”設計思想，針對一套地面加注供氣設備在不同地點多次使用的需求，創(chuàng)新性地提出了基于模塊化、標準化的設計思路，通過招標方式從多家單位中優(yōu)選滿足設計要求、成本最低的廠家，研制一種移動式撬裝裝置，具備整撬轉移、就地固定、外線連接、集中使用的功能，實現(xiàn)一套地面設備兼顧不同地面多次使用的需求。

7.精益管理，提質增效

（1）分級管理，提高項目團隊主動能動性

項目團隊實施“兩總”負責制，為縮短管理環(huán)節(jié)，提高管理效率，按專業(yè)設置負責人，實施績效激勵制度，全權負責相關業(yè)務技術、計劃和進度管理，對上，各負責人在關鍵問題和重大節(jié)點向項目領導作專題匯報；對下，各負責人牽頭組織技術協(xié)調、問題決策和進度掌控。

（2）加強過程管控，設計深入一線跟產(chǎn)跟試

由于產(chǎn)品配套和試驗單位多、分布廣，項目團隊提出“眼見為實提能力、現(xiàn)場跟產(chǎn)督進度”的工作要求。各專業(yè)產(chǎn)品設計員不限形式定期了解產(chǎn)品研制生產(chǎn)情況，定期赴生產(chǎn)現(xiàn)場，學習了解產(chǎn)品生產(chǎn)和試驗過程，協(xié)調解決問題，向上報送進展情況及存在的問題。

（3）精細化靶場流程，加強過程管控

運載器系統(tǒng)組成復雜，任務剖面創(chuàng)新性強，通過精細化流程設計與時序動作的分析確認，確保事件鏈完整、動作鏈精準、時序動作執(zhí)行到位。

以提升靶場發(fā)射任務質量管控水平，確保圓滿完成任務為目標，通過事件鏈和動作鏈分析，從過程、崗位和資源3 個維度，完成靶場工作精細化流程設計，各專業(yè)、各單位按分工負責，將靶場工作從計劃、質量、調度等方面細化，形成了靶場詳細工作計劃、隊員入場工作計劃、各崗位作業(yè)指導書等文件，用于指導發(fā)射場具體工作。

大量發(fā)射實踐證明，基于C-PAD 的靶場流程精細化管理可以加強靶場現(xiàn)場工作信息化管理和過程管控，是靶場現(xiàn)場精細化管理工作的有效手段。試驗隊采用基于C-PAD 的靶場管理模式，使用C-PAD 作為介質指導操作、記錄數(shù)據(jù)和簽字確認，定時上傳數(shù)據(jù)，生成報表供相關人員分析和審閱。通過C-PAD靶場管理模式，進一步規(guī)范試驗隊靶場現(xiàn)場管理，從而實現(xiàn)現(xiàn)場文件電子化，過程數(shù)據(jù)及時錄入和快速查詢，極大地提高了工作效率。

三、實施效果

按照上述方法，項目團隊實現(xiàn)了面向成本最優(yōu)的精細化管理，使用有限的研制經(jīng)費按項目工作計劃攻克了七大類關鍵技術，完成了兩架樣機的研制，通過了以靜力試驗為代表的大型地面試驗和系統(tǒng)級試驗，實現(xiàn)了靶場器上產(chǎn)品零故障，取得了使用同一架樣機完成兩次飛行試驗任務的圓滿成功，為航天運輸系統(tǒng)由一次性跨越到重復使用奠定堅實的技術基礎。

經(jīng)過面向成本最優(yōu)周期最短的精細化管理體系探索與實踐，項目團隊建立并實施以技術經(jīng)濟一體化為導向的精益管理流程，探索實踐一種集成化產(chǎn)品開發(fā)管理辦法和制度，顯著縮短了產(chǎn)品研制周期，降低了研制成本，保證了產(chǎn)品質量，取得了顯著成果，該成果可推廣應用到周期緊、經(jīng)費有限的同類項目研制。