航天器總裝模塊化生產(chǎn)模式探討

邊玉川，謝久林，楊曉寧，馬 強(qiáng)

（北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京 100094）

1 引言

隨著我國航天事業(yè)的飛速發(fā)展，航天制造業(yè)迎來了跨越式發(fā)展的機(jī)遇期，航天器總裝作為航天器制造的重要環(huán)節(jié)，決定著航天器的生產(chǎn)能力。近些年航天器型號任務(wù)不斷增長，人力、設(shè)施、場地等各種資源愈加緊張，人員工作負(fù)荷明顯增加，部分保障資源出現(xiàn)能力的瓶頸問題。同時(shí)，以航天器單星（船）為生產(chǎn)單元的原有生產(chǎn)模式隨著型號任務(wù)的緩急及周期出現(xiàn)了較明顯的工作量波動。為此，需在對現(xiàn)有資源及生產(chǎn)模式進(jìn)行細(xì)致分析的基礎(chǔ)上，不斷重組人力和技術(shù)資源、優(yōu)化資源配置、提高航天器總裝生產(chǎn)模式的成熟度，保證航天器總裝研制任務(wù)的順利完成。本文通過對航天器總裝特點(diǎn)及航天器總裝成熟度分析，提出了航天器總裝模塊化生產(chǎn)模式的構(gòu)想。

2 模塊化生產(chǎn)思想

20世紀(jì)70年代以來，隨著市場需求日趨多變，用戶越來越追求個(gè)性化，“大規(guī)模個(gè)性化生產(chǎn)” 模式在各個(gè)行業(yè)得到了長足發(fā)展?！按笠?guī)模個(gè)性化生產(chǎn)”是通過柔性的生產(chǎn)過程和組織結(jié)構(gòu)為用戶提供多樣化和個(gè)性化的產(chǎn)品和服務(wù)，它的基石就是模塊化的產(chǎn)品構(gòu)造和組織構(gòu)造，目標(biāo)是增強(qiáng)企業(yè)的柔性，使企業(yè)在不需要花費(fèi)太多的成本和時(shí)間、不需要引起太大的組織破裂的前提下，靈活地調(diào)整自己的生產(chǎn)、管理和銷售，隨時(shí)適應(yīng)不斷變化的市場需求。用戶需求的多樣化和個(gè)性化是企業(yè)進(jìn)行柔性管理的驅(qū)動力。快速地響應(yīng)市場信號，迅速地改變產(chǎn)品設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出用戶所需要的產(chǎn)品的能力是企業(yè)在激烈的市場競爭中生存和發(fā)展的關(guān)鍵。加強(qiáng)模塊化生產(chǎn)、提高專業(yè)化水平是提高企業(yè)柔性的重要途徑之一。

2.1 模塊化的含義

模塊化就是為了取得最佳效益，從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，研究產(chǎn)品/系統(tǒng)的構(gòu)成形式，用分解和組合的方法建立模塊體系，并運(yùn)用模塊組合成產(chǎn)品/系統(tǒng)的全過程[1]。模塊化不是一個(gè)孤立、靜止的事物，而是一個(gè)有目標(biāo)、有組織的活動過程，其中既有生產(chǎn)的技術(shù)（設(shè)計(jì)和制造）過程，也有生產(chǎn)技術(shù)的管理（規(guī)劃、計(jì)劃、鑒定、實(shí)施、協(xié)調(diào)）過程[2]。

隨著模塊化思想的不斷發(fā)展，模塊方法已經(jīng)不僅僅是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工具，而且成為一種管理科學(xué)的觀念和方法。它也是一種知識資本激勵(lì)和管理的觀念和方法，是一種現(xiàn)代企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、組織設(shè)計(jì)和知識管理戰(zhàn)略設(shè)計(jì)的方法論。由于模塊概念和方法必須以充分了解產(chǎn)品體系為前提，因此比較適合于成熟技術(shù)的持續(xù)開發(fā)和柔性經(jīng)營，對航天制造企業(yè)生產(chǎn)管理具有重要意義。

2.2 模塊化和專業(yè)化

專業(yè)化分工是指將整體功能劃分為若干類別的功能單位，分別由相應(yīng)的人專門從事一項(xiàng)或少數(shù)幾項(xiàng)功能單位，使得個(gè)人專項(xiàng)技能得以強(qiáng)化，組織整體績效得以提高。專業(yè)化的分工協(xié)作一方面使勞動生產(chǎn)者將其生產(chǎn)活動集中于較少的操作上，從而提高了生產(chǎn)的熟練程度，減少了因經(jīng)常變換工作或變換生產(chǎn)活動中的不同操作內(nèi)容而損失的時(shí)間，節(jié)約了生產(chǎn)的人力資源以及生產(chǎn)時(shí)所使用的物質(zhì)生產(chǎn)資料；另一方面它降低了企業(yè)管理工作的復(fù)雜程度，從而提高了企業(yè)的管理效率。

相對專業(yè)化而言，模塊化是將目標(biāo)產(chǎn)品/系統(tǒng)進(jìn)行分解、重組成若干模塊，每個(gè)模塊從事自己所擅長的專業(yè)，產(chǎn)品/系統(tǒng)的分解和組合的技巧及運(yùn)用水平影響著模塊化的優(yōu)劣；而專業(yè)化是將同一產(chǎn)品/系統(tǒng)進(jìn)行專業(yè)細(xì)分，或者將不同產(chǎn)品/系統(tǒng)的相同/相似專業(yè)進(jìn)行重新組合，形成專業(yè)優(yōu)勢。專業(yè)化是模塊化的重要手段和基礎(chǔ)，模塊化是專業(yè)化發(fā)展到一定程度的必然結(jié)果。

3 航天器總裝專業(yè)化建設(shè)的可行性分析

對于航天器總裝來講，其承擔(dān)任務(wù)的內(nèi)容及特點(diǎn)決定了可以通過專業(yè)化改造，在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，將各型號并行線程打碎，將相同專業(yè)進(jìn)行專業(yè)化重組，以達(dá)到提高資源利用率和勞動效率、加強(qiáng)技術(shù)融合、利于質(zhì)量保證的目的。

3.1 航天器總裝內(nèi)容

航天器總裝是航天器裝配的最后階段，包括總裝設(shè)計(jì)和總裝實(shí)施。航天器總裝實(shí)施是根據(jù)總裝設(shè)計(jì)要求，由總裝工藝技術(shù)人員和操作工人共同實(shí)施，將經(jīng)過驗(yàn)收合格后的所有部組件和儀器設(shè)備組裝成為航天器的過程。就目前航天器總裝實(shí)施所承擔(dān)的任務(wù)來講，大致包括以下工作內(nèi)容：

(1)推進(jìn)系統(tǒng)管閥件及直屬件的安裝，模板管路焊接配合；

(2)移植模板管路；

(3)安裝星上儀器、直屬件，粘貼導(dǎo)電銅箔；

(4)制作多層隔熱組件、外熱流加熱器；

(5)單機(jī)產(chǎn)品熱控實(shí)施；

(6)裝拆星上多層隔熱組件、外熱流組件；

(7)電纜鋪設(shè)固定，星上電纜自由端焊連固定，粘貼星上熱敏電阻及熱電偶，插拔儀器插頭；

(8)電測配合；

(9)專業(yè)測試配合，大型試驗(yàn)配合；

(10)艙段對接、整星/船吊裝及轉(zhuǎn)運(yùn)（運(yùn)輸）；

(11)物料齊套。

3.2 航天器總裝特點(diǎn)

航天器總裝過程具有鮮明的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：

(1)航天器總裝有型號品種多、批量小、不確定性強(qiáng)等特點(diǎn)。經(jīng)常要同時(shí)承擔(dān)導(dǎo)航衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星、深空探測衛(wèi)星、載人飛船等多類型平臺航天器總裝工作，且大部分平臺航天器同時(shí)在制的數(shù)量較少，而且用戶對航天器的需求具有較強(qiáng)的不確定性；

(2)進(jìn)度要求緊，質(zhì)量要求高。航天器研制大多為國家重點(diǎn)項(xiàng)目，關(guān)系到國防安全、國計(jì)民生以及我國的國際形象和信譽(yù)，所有這些都造成了航天器研制進(jìn)度趨緊。航天器總裝作為航天器裝配的最后階段，進(jìn)度質(zhì)量要求更加嚴(yán)格。另外，航天器在軌運(yùn)行的特點(diǎn)決定了必須在地面階段保證其高質(zhì)量；

(3)單個(gè)航天器研制工作量波動較大。在航天器總裝實(shí)施主線中穿插專業(yè)測試、電測、大型試驗(yàn)，時(shí)間少則幾天，多則幾十天，造成單型號任務(wù)量不夠均衡，另外由于分系統(tǒng)儀器到位不及時(shí)也消耗較多的總裝主線時(shí)間；

(4)工序的順序性強(qiáng)，工序間制約程度較高。如某平臺衛(wèi)星艙段總裝，必須嚴(yán)格按照“接地實(shí)施－移植模板管路－移植電纜－安裝儀器－電測配合”的順序進(jìn)行，因此，在前道工序未完成的情況下，很難正常進(jìn)行下道工序；

(5)航天器總裝實(shí)施一般以平臺班組為核心的剛性生產(chǎn)模式為主，容易產(chǎn)生平臺班組間、不同時(shí)期工作量不均衡；隨著承擔(dān)航天器研制任務(wù)數(shù)量的加大，不均衡程度愈加明顯。

3.3 航天器總裝專業(yè)化建設(shè)的有利條件

(1)從航天器總裝任務(wù)內(nèi)容可以看出，無論飛船還是衛(wèi)星，無論何種平臺，所涉及的專業(yè)基本上是一致的，這就為航天器總裝專業(yè)化改造提供了前提條件；

(2)隨著近些年產(chǎn)品化建設(shè)的不斷加深，工藝成熟度水平逐漸提高。各型號平臺編制了一批技術(shù)水平穩(wěn)定、通用性強(qiáng)的模塊化工藝；并且有意識地進(jìn)行了不同型號間相同專業(yè)的技術(shù)交流，型號間相同專業(yè)取長補(bǔ)短，共同進(jìn)步。所有這些都為航天器總裝專業(yè)化建設(shè)提供了技術(shù)保障。

4 航天器總裝生產(chǎn)模式成熟度分析

為了有效地對航天器模塊化進(jìn)行研究，本文通過對航天器總裝生產(chǎn)模式進(jìn)行分析，參考軟件能力成熟度模型CMM[3,4]，將航天器總裝生產(chǎn)模式從低到高分為5個(gè)級別，分別為初始級、可重復(fù)級、可定義級、可管理級和可優(yōu)化級（如圖1所示）。

圖1 航天器總裝生產(chǎn)模式成熟度級別Fig.1 Classes of general assembly model maturity

將人員、工藝技術(shù)水平、組織結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)流程及質(zhì)量保證作為評估要素，建立航天器總裝生產(chǎn)模式成熟度模型（如表1所示）。

表1 航天器總裝生產(chǎn)模式成熟度模型Table 1 Modes of spacecraft general assembly model maturity

從模型可以看出，航天器總裝現(xiàn)有生產(chǎn)模式基本處于可定義級和可管理級的級別上，需要對現(xiàn)有模式進(jìn)行優(yōu)化改造，提高現(xiàn)有模式的成熟度等級。

5 航天器總裝模塊化構(gòu)想

根據(jù)模塊化生產(chǎn)思想將目標(biāo)產(chǎn)品（星、船）總裝過程劃分成若干模塊，依據(jù)航天器總裝自身特點(diǎn)以及人力、技術(shù)優(yōu)勢建立專業(yè)化組織，形成專業(yè)化組織所擅長模塊的生產(chǎn)組織模式。

根據(jù)航天器總裝研制流程，可將航天器總裝實(shí)施過程分為輔線模塊、主線模塊、生產(chǎn)保障模塊；根據(jù)專業(yè)可分為單機(jī)產(chǎn)品熱控實(shí)施模塊、熱控多層模塊、管路焊接模塊、星上熱控實(shí)施模塊、電測配合模塊、線纜專業(yè)模塊、總體裝配模塊、物流模塊。總裝實(shí)施模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖 2 總裝實(shí)施模塊結(jié)構(gòu)圖Fig.2 General assembly modularity structural pattern

各模塊負(fù)責(zé)的工作內(nèi)容如下：

(1)管路焊接模塊。負(fù)責(zé)星/船推進(jìn)管路焊裝前管閥件及直屬件裝配、管路焊接工作；

(2)單機(jī)產(chǎn)品熱控實(shí)施模塊。負(fù)責(zé)星/船單機(jī)產(chǎn)品首次熱控實(shí)施工作；

(3)熱控多層模塊。負(fù)責(zé)星/船用熱控多層、外熱流加熱器的機(jī)械接口設(shè)計(jì)及產(chǎn)品制作；

(4)星上熱控實(shí)施模塊。負(fù)責(zé)星/船上熱控多層的取樣、安裝，星上熱試驗(yàn)件的安裝；

(5)電測配合模塊。負(fù)責(zé)星/船電測配合期間星上插拔等相關(guān)操作；

(6)線纜專業(yè)模塊。負(fù)責(zé)星/船上電纜鋪設(shè)、焊接工作；

(7)總體裝配模塊。負(fù)責(zé)星/船的除專業(yè)模塊外的其他星上操作，包括整星接地實(shí)施、儀器及直屬件拆裝、艙段對接、整星/船轉(zhuǎn)運(yùn)及吊裝等；

(8)物流模塊。負(fù)責(zé)星/船儀器、直屬件、輔料等領(lǐng)料及入/出庫、齊套工作。

上述模塊化分工模式只是一個(gè)初步設(shè)想，航天器總裝模塊化過程是一個(gè)系統(tǒng)工程，在實(shí)際進(jìn)行模塊化分工設(shè)置時(shí)，需要充分考慮現(xiàn)有人員結(jié)構(gòu)、專業(yè)化分工程度、資源設(shè)備情況等因素，同時(shí)需建立起與其相適應(yīng)的班組組織、工藝組織、檢驗(yàn)組織等配套模式。因此，航天器總裝模塊化將是一個(gè)長期的過程，需要在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)并逐漸成熟。目前，比較容易實(shí)現(xiàn)模塊化的是輔線模塊，可以在基本不產(chǎn)生過大組織變革的情況下，將不同航天器間的相同專業(yè)輔線進(jìn)行專業(yè)化重組，將輔線工作從主線剝離出來，形成輔線專業(yè)化生產(chǎn)模塊。

6 模塊化試點(diǎn)和現(xiàn)實(shí)意義

通過專業(yè)化建設(shè)，建立了熱控多層制作和管焊前總裝專業(yè)模塊，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，取得了良好的效果，完成了期間所承擔(dān)各個(gè)型號的相關(guān)任務(wù)，年輕人員迅速成長；同時(shí)，在運(yùn)行過程中也出現(xiàn)了受到設(shè)計(jì)狀態(tài)及配套建設(shè)滯后的制約。隨著專業(yè)化建設(shè)的不斷加深，模塊化將會給航天器總裝帶來以下益處：

(1)生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)柔性大大增強(qiáng)。專業(yè)化程度越深，生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)柔性就越強(qiáng)，因此，專業(yè)化建設(shè)必將大大增加航天器總裝生產(chǎn)模式的柔性，提高應(yīng)對型號任務(wù)急劇增長的能力，減少生產(chǎn)管理成本；

(2)人員技能結(jié)構(gòu)趨向于又精又專。隨著專業(yè)化建設(shè)的逐漸開展，專業(yè)化人員比重將陸續(xù)增加，這些人員將對承擔(dān)的專業(yè)化工作逐漸適應(yīng)，并且通過不斷的重復(fù)實(shí)踐，熟練掌握業(yè)務(wù)技能，同時(shí)將具有足夠的精力和時(shí)間進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新工作；

(3)產(chǎn)品保證質(zhì)量和效率大幅提升。在專業(yè)化模塊生產(chǎn)中，質(zhì)量管理對各個(gè)型號進(jìn)行橫向的專業(yè)化管理，將提高過程控制能力和產(chǎn)品保證能力，極大地降低事故發(fā)生率；

(4)減少人力資源和生產(chǎn)物資浪費(fèi)。由于各個(gè)生產(chǎn)模塊具備不同職能，人員重復(fù)勞動和對生產(chǎn)物資的需求重復(fù)（交叉）性也將大大降低，從而減少了各種資源的浪費(fèi)；

(5)人員結(jié)構(gòu)得到迅速合理配置。由于人才培養(yǎng)周期的縮短，可以在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到人員結(jié)構(gòu)的迅速合理配置，滿足任務(wù)的需求。

7 結(jié)束語

本文結(jié)合模塊化思想和成熟度理論，對航天器總裝生產(chǎn)模式進(jìn)行模塊化構(gòu)建進(jìn)行初步探討，根據(jù)專業(yè)化試點(diǎn)取得的經(jīng)驗(yàn)提出模塊化對航天器總裝的現(xiàn)實(shí)意義。專業(yè)化程度的提高必將對航天器生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，而隨著專業(yè)化的不斷深入，實(shí)現(xiàn)航天器總裝的模塊化生產(chǎn)模式，提高企業(yè)管理柔性及生產(chǎn)模式成熟度是航天企業(yè)提高自身競爭力的重要途徑。航天器總裝生產(chǎn)模塊化是一個(gè)任重而道遠(yuǎn)的過程，需要通過不斷的實(shí)踐和總結(jié)發(fā)展完善。

（References）

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