◎北京航天自動控制研究所 韓峰 孫岳 趙樂

適應去任務化組批投產(chǎn)的箭上電纜網(wǎng)研產(chǎn)模式研究與實踐

◎北京航天自動控制研究所 韓峰 孫岳 趙樂

介紹了CZ-3A系列運載火箭控制系統(tǒng)，為適應去任務化和組批投產(chǎn)的研制要求、滿足連續(xù)高強密度研制發(fā)射任務的“新常態(tài)”，從系統(tǒng)工程角度出發(fā)，深入尋找研制短線及瓶頸，積極探索管理模式轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)了箭上電纜網(wǎng)的去任務化和組批投產(chǎn)研產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，極大提高了產(chǎn)品研產(chǎn)效率，有效保障了型號產(chǎn)品研制交付進度。

CZ-3A系列火箭經(jīng)歷了2輪高密度發(fā)射，共計完成了近50發(fā)的發(fā)射研制任務，在高密度發(fā)射的趨勢下拓展了相關的快速研制和管理流程，使除箭上電纜網(wǎng)以外的各單機產(chǎn)品實現(xiàn)了20發(fā)次以上的單批投產(chǎn)交付能力，有效地保障了產(chǎn)品技術狀態(tài)一致性、工藝狀態(tài)一致性，合理地控制了產(chǎn)品成本并縮短了投產(chǎn)在制和庫存周期，取得了良好的經(jīng)濟效益。

但在傳統(tǒng)的配套產(chǎn)品研產(chǎn)模式中，箭上配套單機電子設備由于具備通用性和互換性，故除電纜網(wǎng)以外均已實現(xiàn)了組批投產(chǎn)。箭上電纜網(wǎng)產(chǎn)品由于受衛(wèi)星接口、火箭箭體結構構型、當發(fā)任務要求引起的線路變化的影響，以往只能夠采用總體要求逐一明確單發(fā)箭上電纜網(wǎng)圖紙狀態(tài)及生產(chǎn)的管理方法，這一方法當前已不能滿足高強密度和百發(fā)批產(chǎn)任務的需求。

為 圓 滿 完 成 2015～2020 年以及后續(xù)逐漸常態(tài)化的高強密度連續(xù)研制發(fā)射任務，首先就要突破現(xiàn)有箭上電纜網(wǎng)目前的研產(chǎn)模式。通過研產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變來解決設計、生產(chǎn)環(huán)節(jié)的瓶頸，提高公有資源的利用率，提前策劃、組批排產(chǎn)，提高箭上電纜網(wǎng)產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品設計、工藝技術狀態(tài)穩(wěn)定和產(chǎn)品控制的一致性。

一、工作思路與方案

1.總體思路

針對CZ-3A系列運載火箭前期高密度發(fā)射時總結的任務特點和管理方式，結合控制系統(tǒng)箭上電纜網(wǎng)的研制特點和研產(chǎn)模式，綜合項目優(yōu)勢和任務適應性，嘗試通過多構型、多狀態(tài)的技術狀態(tài)梳理與控制、系統(tǒng)線路統(tǒng)一化設計、分支結構最大包絡分析、電纜網(wǎng)分類組批投產(chǎn)研產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型以及測試性設計改進等工作，實現(xiàn)箭上電纜網(wǎng)的統(tǒng)一構型及組批投產(chǎn)控制管理模式，提高箭上電纜網(wǎng)的設計、投產(chǎn)、交付效率，進而保障CZ-3A系列運載火箭后續(xù)高強密度發(fā)射的任務需求。

電纜網(wǎng)統(tǒng)一構型的目的在于解決高密度發(fā)射期箭上電纜網(wǎng)技術狀態(tài)多、研制周期緊的設計生產(chǎn)問題。在產(chǎn)品技術狀態(tài)相對穩(wěn)定的情況下，既可以保證箭上電纜網(wǎng)設計圖紙的正確性、技術狀態(tài)的一致性，又減少設計、生產(chǎn)、工藝控制過程中的重復工作和歸檔、檢驗等環(huán)節(jié)，縮短箭上電纜網(wǎng)產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)周期，為系統(tǒng)提供質(zhì)量可靠、交付及時、狀態(tài)可控的產(chǎn)品。

2.實施方案

一是技術狀態(tài)梳理與控制。

首先，通過梳理箭上電纜網(wǎng)的火箭構型狀態(tài)(包含CZ-3A構 型2型、CZ-3B構 型3型、CZ-3C構型2型，共計7種構型和技術狀態(tài)的產(chǎn)品集)、清理總體結構限制的星箭接口狀態(tài)(包含多達8種衛(wèi)星接口線路要求)、整合系統(tǒng)線路設計(包含系統(tǒng)冗余構型、助推器構型等)，對梳理出的設計狀態(tài)、總體要求、系統(tǒng)構型進行歸類和整合，用于系統(tǒng)線路統(tǒng)一化設計改進和分支結構最大包絡分析，為電纜網(wǎng)統(tǒng)一狀態(tài)后的組批投產(chǎn)要求提供必要的技術基礎支撐。

二是系統(tǒng)線路統(tǒng)一化設計。

由于研制年代不同，CZ-3A系列運載火箭各構型在線路設計上未實現(xiàn)通用化設計，CZ-3A系列控制系統(tǒng)箭上電纜網(wǎng)多種構型電纜共計180根，為高密度發(fā)射條件下的產(chǎn)品配套及問題查找?guī)磔^大影響。

控制系統(tǒng)線路設計采用系列化的設計思想，以現(xiàn)有最大的構型CZ-3B火箭為基礎進行了線路分析，對比了3種構型火箭控制系統(tǒng)的差異，采用最大包絡的方法和走線分區(qū)布置的方案，針對3種基本構型火箭同步開展了線路設計規(guī)劃，建立了系列化的系統(tǒng)線路拓撲結構，使系列火箭箭上電纜網(wǎng)線路的通用化程度達到85%以上，箭上電纜網(wǎng)電纜總數(shù)量減至94根，為實現(xiàn)箭上電纜網(wǎng)組批投產(chǎn)奠定了堅實的技術基礎。

三是分支結構最大包絡分析。

協(xié)調(diào)統(tǒng)一全箭各狀態(tài)分支長度要求，以CZ-3B構型G3狀態(tài)為基礎，實現(xiàn)各級主干分支電纜長度、狀態(tài)一致;整合星箭接口分支線路要求，統(tǒng)一各自任務構型下的最大包絡狀態(tài)，產(chǎn)品狀態(tài)由8種整合為4種;整合整流罩拋罩分支線路要求，將原有5個狀態(tài)的分支統(tǒng)一為3種構型分支;整合I、II、III級和助推級的控制系統(tǒng)主干分支電纜的8種、12個狀態(tài)的產(chǎn)品等，使CZ-3B、CZ-3C等不同構型的相同級段主干分支電纜拓撲結構與分支長度盡量保持一致，為實現(xiàn)組批投產(chǎn)搭建了清晰的產(chǎn)品架構。

四是基于統(tǒng)一化設計的電纜網(wǎng)分類組批投產(chǎn)管理。

控制系統(tǒng)根據(jù)型號3年滾動計劃中的任務基本狀態(tài)，通過執(zhí)行任務的火箭構型、發(fā)射的有效載荷類型不同，對箭上電纜網(wǎng)進行狀態(tài)分類。對任務要求、技術狀態(tài)、有效載荷相近的項目，實施電纜網(wǎng)組批投產(chǎn)管理。通過對生產(chǎn)單位明確組批投產(chǎn)包含的具體發(fā)次及各狀態(tài)數(shù)量，下發(fā)涵蓋全部狀態(tài)的整批組電纜網(wǎng)明細表及電纜圖紙;通過下發(fā)對應火箭各狀態(tài)的電纜網(wǎng)明細表來明確生產(chǎn)任務;如遇單發(fā)設計要求變更，可通過技術通知單明確個別分支的變更內(nèi)容。減少了大量設計、歸檔和生產(chǎn)、工藝過程控制及檢驗等環(huán)節(jié)的重復性工作，有效的提高了設計、生產(chǎn)及交付效率。

生產(chǎn)單位根據(jù)生產(chǎn)計劃和設計要求，按狀態(tài)集中組織開展箭上電纜網(wǎng)的生產(chǎn)工作，并根據(jù)計劃節(jié)點進行驗收交付工作。系統(tǒng)在驗收完成后，依照不同任務要求對驗收的電纜網(wǎng)產(chǎn)品進行型號任務配套管理，明確相應配套關系、開展控制系統(tǒng)綜合試驗驗證并依照型號配套要求進行產(chǎn)品交付。

五是電纜網(wǎng)測試性設計改進。

針對箭上單機產(chǎn)品批組間的技術狀態(tài)變化，對箭上電纜網(wǎng)進行適應性修改，通過對電纜網(wǎng)線路的調(diào)整使其能夠兼容適應新老2個狀態(tài)產(chǎn)品，從而減少了電纜網(wǎng)的技術狀態(tài)與不同狀態(tài)單機產(chǎn)品的匹配性限制，減少了測試狀態(tài)。

二、效果與后續(xù)思路

1.實踐效果

控制系統(tǒng)已于2013年開始策劃啟動并逐步實施了箭上電纜網(wǎng)統(tǒng)一化設計、組批投產(chǎn)控制管理模式轉(zhuǎn)型。通過連續(xù)3年的不斷管理過程完善、生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，已使箭上電纜網(wǎng)具備了年10發(fā)以上當量的組批投產(chǎn)能力，同時不同組批之間互不干涉，具備多組批、滾動生產(chǎn)的流水線式的研制、生產(chǎn)管理能力。

至今，控制系統(tǒng)已累計下達了4個組批電纜網(wǎng)的投產(chǎn)計劃，目前正在按計劃節(jié)點有序交付，通過上述組批投產(chǎn)計劃的下達，實現(xiàn)了一次下圖、多狀態(tài)多發(fā)次箭上電纜網(wǎng)同時生產(chǎn)的管理模式，降低了設計、生產(chǎn)、檢驗環(huán)節(jié)的出錯概率，縮短62.5%的研產(chǎn)周期。有效地保障了CZ-3A系列運載火箭高強密度發(fā)射、研制計劃的順利開展，為運載火箭“百發(fā)批產(chǎn)”計劃的順利實施奠定了基礎。

2.后續(xù)思路

該項目的研究成果可以在CZ-2C、YZ系列等有組批投產(chǎn)及去任務化研制模式轉(zhuǎn)型需求的型號內(nèi)推廣應用，可以實現(xiàn)提前策劃和保障設計資源，也有利于生產(chǎn)廠的合理排產(chǎn)，有效保障生產(chǎn)資源，有效控制產(chǎn)品成本，取得良好的社會和經(jīng)濟效益。