航天伺服產(chǎn)品貨架式管理研究與實踐

◎北京精密機電控制設(shè)備研究所 余仿春 鄭湘萍 鄭繼貴 何俊 趙守軍

航天伺服產(chǎn)品研制沿襲了航天型號產(chǎn)品的研制體系，即從伺服系統(tǒng)、單機、單元產(chǎn)品到零（組）件均以型號分類進行管理，不同的型號伺服機構(gòu)即便使用相同的伺服單機或單元產(chǎn)品，也要求按不同的產(chǎn)品代號分別管理。這就生產(chǎn)了相當(dāng)數(shù)量的性能參數(shù)和技術(shù)要求相同或差異很小的“不同”產(chǎn)品，造成產(chǎn)品品種多，給生產(chǎn)組織和技術(shù)狀態(tài)管理增加了難度。

筆者認(rèn)為，航天企業(yè)急需開展伺服產(chǎn)品貨架式管理研究，整合已有產(chǎn)品，優(yōu)化產(chǎn)品貨架，提高產(chǎn)品可靠性。

一、伺服產(chǎn)品貨架的定義

貨架是將產(chǎn)品和技術(shù)按照一定的層級進行管理，以利于產(chǎn)品開發(fā)時共享設(shè)計成果。貨架式產(chǎn)品是指成熟度達到5級（含5級）以上的產(chǎn)品，以最小的品種規(guī)格滿足最大的使用需求。

在策劃航天伺服產(chǎn)品貨架方案時，考慮了以下情況：

——型號配套伺服機構(gòu)作為控制系統(tǒng)關(guān)鍵復(fù)雜單機，其本身由單機級和單元級產(chǎn)品組成；

——伺服機構(gòu)的組成產(chǎn)品已形成了完整的系列型譜；

——在滿足多種型號需求的同時，伺服組成產(chǎn)品的內(nèi)部零（組）件具有一定的通用性；

——伺服機構(gòu)作為精密機電產(chǎn)品，零件加工精度高、周期長，同時部分精密復(fù)雜零件在半成品狀態(tài)時具有一定的通用性；

——伺服產(chǎn)品設(shè)計以型號優(yōu)選范圍為依據(jù)，造成選用不夠優(yōu)化，增加了生產(chǎn)組織的難度。

因此，提出航天伺服產(chǎn)品貨架，共分5層，見表1。

1.基礎(chǔ)層

在中國運載火箭技術(shù)研究院發(fā)布的各型號用金屬材料、非金屬材料、電子元器件等優(yōu)選范圍的框架內(nèi)，面向伺服機構(gòu)的選用需求，從優(yōu)化品種的角度，形成伺服機構(gòu)專用選用范圍，按基礎(chǔ)貨架管理。

在金屬材料方面，通過對伺服產(chǎn)品研制生產(chǎn)中各種材料的應(yīng)用經(jīng)驗和效果進行分析評價，北京精密機電控制設(shè)備研究所制定了所級標(biāo)準(zhǔn)——《伺服機構(gòu)金屬材料選用指南》，規(guī)范了在伺服機構(gòu)研制中金屬材料的選用要求、選用原則及選用范圍，包括材料的名稱、牌號、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及要求，并對伺服機構(gòu)使用過的近百種原材料進行精選、優(yōu)化，使原材料的品種數(shù)量縮減了50%以上。這樣既便于更好地保證伺服產(chǎn)品的性能和可靠性，也便于原材料的集中訂貨，確保供應(yīng)。

2.半成品層

將精密復(fù)雜零件用原材料事先制成一定狀態(tài)的預(yù)制件，作為半成品在伺服產(chǎn)品投產(chǎn)前加工完成入庫，在生產(chǎn)任務(wù)下達后，以此種預(yù)制件作為原材料投產(chǎn)。這樣一方面可節(jié)省數(shù)個月的生產(chǎn)周期，為更好地扭轉(zhuǎn)伺服產(chǎn)品生產(chǎn)短線創(chuàng)造條件；另一方面，以預(yù)制狀態(tài)存放可進一步釋放材料內(nèi)部應(yīng)力，有利于提高零件精度和穩(wěn)定性，同時，可將零件的粗加工、精加工分別安排，以提高生產(chǎn)組織精細化水平。

半成品層的貨架式產(chǎn)品為毛坯預(yù)制件。研究所于2005年底發(fā)布了《零件毛坯預(yù)制件管理辦法》，規(guī)定了零件毛坯預(yù)制件的管理要求和工作程序，提出了毛坯狀態(tài)的確定原則和優(yōu)先采用毛坯預(yù)制件的對象，要求毛坯預(yù)制件狀態(tài)要在對產(chǎn)品零件進行成組分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)產(chǎn)品零件圖樣和工藝特點對其進行歸類，同時編制毛坯預(yù)制件清單、圖冊，明確相關(guān)批次、生產(chǎn)控制等管理要求。

研究所以伺服閥典型產(chǎn)品為牽引，形成了《伺服閥殼體預(yù)制件圖冊》，并在各型號配套伺服閥關(guān)鍵復(fù)雜零件的生產(chǎn)中應(yīng)用且取得了良好效果，有效保證了產(chǎn)品的按期交付。

表1 航天伺服產(chǎn)品貨架層級定義

3.通用零（組）件層

針對伺服產(chǎn)品中大量存在的狀態(tài)相同卻因分屬不同型號而形成的圖代號不同的零（組）件、電路單元，因伺服機構(gòu)的特定要求（如預(yù)防氫脆）等而形成的專用緊固件，以及型號間大量的零（組）件借用情況，研究所提出按通用零（組）件管理的思路，組建通用零（組）件貨架。

2011年，研究所制定發(fā)布了所級標(biāo)準(zhǔn)件管理要求，規(guī)定凡是有2個及以上型號共用、工藝成熟、質(zhì)量穩(wěn)定的通用或借用的零（組）件都要納入所級標(biāo)準(zhǔn)件，并從所級標(biāo)準(zhǔn)件的提出、制定、使用、代號編制、技術(shù)文件管理、技術(shù)狀態(tài)控制以及生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、驗收等方面提出了具體要求。

在伺服專用緊固件方面，研究所于2007年開展了專項工作，在完成對各型號專用緊固件分類統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，以運載火箭技術(shù)研究院標(biāo)準(zhǔn)《螺釘、螺栓、螺柱》為基礎(chǔ)，結(jié)合伺服機構(gòu)的實際需求，遵循“普遍適用、批量生產(chǎn)、強度可靠、優(yōu)先選用”的原則，制定了《伺服機構(gòu)系統(tǒng)用緊固件圖冊》，實現(xiàn)了統(tǒng)一選材標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一技術(shù)條件，統(tǒng)一組批生產(chǎn)，統(tǒng)一質(zhì)量管理。該圖冊涵蓋了研究所近20個型號伺服產(chǎn)品的專用緊固件，自2008年投入批產(chǎn)以來，明顯提高了緊固件產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度和加工質(zhì)量。

4.伺服單元產(chǎn)品層和伺服單機產(chǎn)品層

針對面向型號控制系統(tǒng)或復(fù)雜伺服系統(tǒng)配套的伺服單機型譜產(chǎn)品，以及面向伺服機構(gòu)或伺服單機產(chǎn)品配套的伺服單元型譜產(chǎn)品，研究所通過開展產(chǎn)品成熟度定級和提升工作，將產(chǎn)品成熟度達到5級（含5級）以上的相應(yīng)產(chǎn)品納入貨架管理，組成伺服單元產(chǎn)品貨架和伺服單機產(chǎn)品貨架。

從2010年開始，研究所對用于伺服控制、動力和測量的伺服組成產(chǎn)品包括單機、單元產(chǎn)品進行了全面清理，制定了《伺服產(chǎn)品代號編制規(guī)定》，明確了伺服組成產(chǎn)品型譜代號編制規(guī)定，形成了伺服組成產(chǎn)品型譜，對原有的27類271種伺服組成產(chǎn)品進行優(yōu)化合并后，形成優(yōu)選、可選、限選的產(chǎn)品181種，合并淘汰90種；提出在研和待研的產(chǎn)品93種，總計納入產(chǎn)品型譜的數(shù)量為274種。

二、伺服產(chǎn)品貨架式管理

2011年，精密機電控制設(shè)備研究所在開展伺服組成產(chǎn)品型譜研究的同時，開展了伺服產(chǎn)品貨架式管理研究，發(fā)布了《伺服產(chǎn)品貨架管理要求》，規(guī)范了伺服貨架式產(chǎn)品的提出、選用、技術(shù)狀態(tài)控制以及生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理等要求。

1.貨架式產(chǎn)品的提出

設(shè)計師系統(tǒng)對現(xiàn)有產(chǎn)品進行清理，若有2個及以上型號共用、工藝成熟、質(zhì)量穩(wěn)定的通用或借用的零（組）件，則可提出將其申請為所標(biāo)件，納入第三層貨架管理；

設(shè)計師系統(tǒng)在設(shè)計新產(chǎn)品時，若在現(xiàn)有產(chǎn)品中已有工藝成熟、質(zhì)量穩(wěn)定的可借用的零（組）件，則可提出將其申請為所標(biāo)件，納入第三層貨架管理后選用；

產(chǎn)品成熟度達到5級（含5級）以上的型譜產(chǎn)品，納入第四層或第五層貨架管理。

2.貨架式產(chǎn)品的選用

成立相應(yīng)所標(biāo)件設(shè)計師系統(tǒng)負責(zé)制定所標(biāo)件，通過所標(biāo)件審查組審查后發(fā)布實施，納入貨架管理；每2年對伺服組成產(chǎn)品型譜簡表進行完善和修訂；建立“貨架數(shù)據(jù)庫”，供型號選用；設(shè)計師系統(tǒng)在設(shè)計新產(chǎn)品時應(yīng)根據(jù)“貨架數(shù)據(jù)庫”信息，優(yōu)先選用貨架式產(chǎn)品。

3.貨架式產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)控制

伺服貨架式產(chǎn)品一經(jīng)發(fā)布，原則上不允許更改，確需更改時，由設(shè)計師編制技術(shù)狀態(tài)更改申請報告，由研究所技術(shù)狀態(tài)控制委員會、型號主任設(shè)計師、用戶方組成的審查組進行審查，通過后方可更改，并納入型號技術(shù)狀態(tài)變化統(tǒng)計，同時對“貨架數(shù)據(jù)庫”進行實時更新。

4.貨架式產(chǎn)品的生產(chǎn)管理

根據(jù)型號和產(chǎn)品需求，適時進行組批生產(chǎn)，開展貨架式產(chǎn)品投產(chǎn)計劃編制、備料、投產(chǎn)、外協(xié)、驗收和庫房管理。貨架式產(chǎn)品采取批次性驗收，產(chǎn)品圖樣和產(chǎn)品規(guī)范作為驗收和交付的依據(jù)，必要時請用戶方參加。

5.貨架式產(chǎn)品的質(zhì)量管理

伺服貨架式產(chǎn)品按照研究所質(zhì)量管理體系文件相關(guān)要求，制定質(zhì)量控制措施，實施過程控制。

三、伺服產(chǎn)品貨架應(yīng)用實踐

研究所不斷推進產(chǎn)品化工作，深入開展了伺服產(chǎn)品貨架式管理研究，并在CZ-5和CZ-7運載火箭配套伺服系統(tǒng)的研制以及CZ-3A系列運載火箭伺服機構(gòu)定型工作中進行了應(yīng)用。

1.CZ-5和CZ-7伺服系統(tǒng)設(shè)計

CZ-5助推級、CZ-7助推級和芯一級配套的搖擺YF-100液氧煤油發(fā)動機的4種伺服機構(gòu)，由于安裝要求不同，對伺服機構(gòu)的長度和行程等參數(shù)要求也不一樣。如果按傳統(tǒng)做法，每種不同要求均需設(shè)計一套新的伺服機構(gòu)直屬件，這就會給產(chǎn)品生產(chǎn)和管理帶來不便。

為此，研究所按照伺服貨架式產(chǎn)品分層管理的要求，在設(shè)計之初充分貫徹產(chǎn)品化要求，實現(xiàn)最大限度地共用，對4種伺服機構(gòu)進行了統(tǒng)籌策劃，最終實現(xiàn)了基于貨架式產(chǎn)品選用的優(yōu)化設(shè)計。

——伺服單元產(chǎn)品層：在為4種伺服機構(gòu)配套的25個伺服單元產(chǎn)品中，除反饋電位計因作動器行程不同而不同外，其余24個全部相同，通用率達96%，相關(guān)單元產(chǎn)品納入貨架管理。

——通用零（組）件層：將頭部殼體、油箱組件、蓄能器組件由各4種統(tǒng)一為各1種，供4種規(guī)格的伺服機構(gòu)使用。經(jīng)統(tǒng)計，每一臺伺服機構(gòu)共有2191個零件（電纜、焊料等材料不計）完全相同，不同零件只有16個，通用率達99.3%，相關(guān)零（組）件納入貨架管理。

——半成品層：作動筒、活塞桿等僅有個別尺寸有差別，形成毛坯預(yù)制件，納入半成品層貨架管理。

——基礎(chǔ)層：金屬材料的選用按《伺服機構(gòu)金屬材料選用指南》，規(guī)范了金屬材料的牌號、技術(shù)條件及熱表處理等要求。

2.CZ-3A系列配套伺服機構(gòu)定型

研究所在開展CZ-3A系列配套伺服機構(gòu)定型工作中，以SBB-3C柱塞泵為試點。SBB-3C柱塞泵是SBB-3系列變量柱塞泵中的典型產(chǎn)品，對應(yīng)的系列化產(chǎn)品包括SBB-3、SBB-3A、SBB-3C、SBB-3D、SBB-3E、SBB-3F、SBB-3G等，用于配套CZ-3A、CZ-2C、CZ-2F、CZ-5、CZ-7等多個型號伺服機構(gòu)。這些產(chǎn)品工作原理相同，結(jié)構(gòu)組成相近，大部分零件具有通用性，產(chǎn)品總的相似度達到90%以上。

對CZ-3A系列伺服機構(gòu)配套柱塞泵的需求分析和定型工作策劃貫徹了貨架式管理要求，從毛坯預(yù)制件、通用零（組）件、伺服單元產(chǎn)品3個層次上進行了優(yōu)化改進。

——伺服單元產(chǎn)品層：通過對SBB-3系列變量柱塞泵開展型譜研究，確定以SBB-3C-0.79、SBB-3D-0.66和SBB-3E-1.26型譜產(chǎn)品（SBB-3C-0.79和SBB-3D-0.66為優(yōu)選產(chǎn)品，SBB-3E-1.26為可選產(chǎn)品）代替原有的SBB-3系列7種產(chǎn)品。

——通用零（組）件層：通過貫徹伺服產(chǎn)品貨架式管理要求，將SBB-3C-0.79柱塞泵由原有的專用或借用零（組）件組成改進為定型狀態(tài)由45個所標(biāo)結(jié)構(gòu)件、2個所標(biāo)緊固件和7個專用件組成，相關(guān)所標(biāo)件納入貨架管理。

——半成品層：SBB-3C-0.79定型狀態(tài)形成了3個毛坯預(yù)制件，納入半成品層貨架管理。

——基礎(chǔ)層：SBB-3C-0.79的定型設(shè)計中金屬材料的選用按《伺服機構(gòu)金屬材料選用指南》，進一步規(guī)范了金屬材料的牌號、技術(shù)條件及熱表處理等要求。

通過推進產(chǎn)品化工作，開展伺服產(chǎn)品貨架式管理的研究與應(yīng)用，初步形成了伺服產(chǎn)品的貨架式管理及要求，并取得了初步應(yīng)用成果。隨著貨架式管理方法的深入研究與應(yīng)用，必將對伺服產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)模式、生產(chǎn)組織形式和產(chǎn)品質(zhì)量可靠性產(chǎn)生深遠影響。