上面級型號多約束條件下工作規(guī)劃優(yōu)化管理實踐

◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 郭源 張?zhí)K閩 劉欣 肖澤寧 張巍

上面級型號多約束條件下工作規(guī)劃優(yōu)化管理實踐

◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 郭源 張?zhí)K閩 劉欣 肖澤寧 張巍

為了有效開展CZ-7火箭首飛載荷組合體研制工作，上面級型號項目隊伍在多約束條件下運用數(shù)學規(guī)劃的思維方法，在實踐中創(chuàng)新管理方式，不但確保了計劃按時完成，而且在過程控制方面做到狀態(tài)清楚、風險受控，收到了很好的效果。

上面級作為航天運輸系統(tǒng)的重要組成部分，是一種由基礎(chǔ)級運載器發(fā)射進入地球軌道（或準地球軌道）后能夠進一步將有效載荷送入預定工作軌道或預定空間位置的具有自主獨立性的飛行器。為滿足載人空間站工程的順利實施，中國運載火箭技術(shù)研究院確定了以上面級為演示驗證平臺，搭載返回艙（載荷一）、“遨龍”飛行器（載荷二）、“天鴿”飛行器（載荷三）、在軌加注試驗裝置（載荷四）、“翱翔”之星（載荷五）共5類6項載荷的CZ-7火箭首飛載荷組合體方案。

2015年以來，北京宇航系統(tǒng)工程研究所上面級型號項目隊伍針對該項目領(lǐng)域新、技術(shù)難、狀態(tài)多、接口繁、進度緊等特點，科學策劃、精心組織，嚴把技術(shù)狀態(tài)、嚴控產(chǎn)品質(zhì)量，很好地完成了方案優(yōu)化、仿真分析、產(chǎn)品生產(chǎn)、研制試驗、工程各大系統(tǒng)及搭載載荷接口確定、飛行產(chǎn)品總裝、出廠測試等工作。為使組合體工作達到最優(yōu)化，項目隊伍充分運用多約束條件下規(guī)劃的數(shù)學思維，對組合體各項工作的技術(shù)文件進行了詳細分析，細化分解出40多項操作項目，系統(tǒng)梳理了各項操作之間的相互關(guān)系，提出了最佳工作安排，并組織各單位圓滿完成了組合體工作。

一、組合體工作的約束條件

型號項目隊伍經(jīng)過梳理，歸納出組合體工作的主要約束條件包括以下幾個方面：

一是組合體總裝及測試。需要將各個載荷飛行產(chǎn)品運輸?shù)绞锥己教鞕C械公司共同開展工作，要求載荷必須完成前序工作并經(jīng)過驗收評審。

二是組合體工作周期很緊張，基本沒有彈性。由于后續(xù)工作時間緊張，必須嚴格確保組合體工作按計劃完成，部分載荷需要及時返回載荷單位。

三是組合體內(nèi)產(chǎn)品裝配分工復雜。首都航天機械公司及各個載荷均存在單獨操作環(huán)節(jié)、共同操作環(huán)節(jié)、星箭聯(lián)合操作環(huán)節(jié)，產(chǎn)品安裝操作流程需要充分考慮到各單位的分工特點。

四是組合體操作為較大規(guī)模立式裝配及測試過程，涉及到高空操作，操作要求及工時分配與傳統(tǒng)上面級有顯著不同。

五是組合體工作為型號出廠前唯一一次聯(lián)合工作機會，覆蓋靶場操作內(nèi)容及測試內(nèi)容。因此，總裝及測試流程不僅要涵蓋自身所需各項工作，還要充分演練靶場流程，以解決各種不協(xié)調(diào)問題。

六是組合體的各連接部位包括近300項電連接器連接操作及上千項螺釘連接（其中近半數(shù)為與預埋螺母或預裝的托板螺母、預裝的自鎖螺母連接），因此需要盡量減少拆裝次數(shù)，避免電連接器及預裝螺母因多次連接導致的損壞風險。

七是由于車間現(xiàn)場的操作場地、吊車、升降車、轉(zhuǎn)運平板車等保障資源數(shù)量有限，限制了并行操作的規(guī)模。

二、組合體工作流程分析

組合體工作包括總裝、出廠測試、EMC測試三大部分，每個部分都需要詳細分析其流程及其需要的資源保障，并有針對性地進行優(yōu)化。

1.組合體總裝流程

組合體總裝是通過將各個載荷、艙段及其單機電纜安裝到最終狀態(tài)，驗證整個組合體機械接口的匹配性與電纜布局的合理性，發(fā)現(xiàn)問題并進行更改優(yōu)化。原則上，總裝工作應該放在出廠測試及EMC測試之前，但考慮到組合體總裝后的技術(shù)狀態(tài)與測試工作所需的首個產(chǎn)品狀態(tài)不一致，且在組合體出廠測試工作過程中有一些測試內(nèi)容要求在組合體總裝后進行，上面級型號項目辦公室與主管設(shè)計師及工藝員共同研究后決定將組合體出廠測試作為工作主線，在測試中按測試狀態(tài)需求涵蓋組合體的總裝狀態(tài)，由此達到總裝目的，減少拆裝次數(shù)、優(yōu)化工作流程、精簡工作項目。

組合體總裝還包括熱控多層的取樣、安裝，載荷單位負責施工的單機安裝等工作內(nèi)容，涉及10多家單位的穿插操作或共同配合操作，操作內(nèi)容的順序關(guān)聯(lián)性很強，邏輯關(guān)系高度耦合，操作時機往往稍縱即逝，抓不住操作時機就會導致后續(xù)工作大面積拖延或被迫調(diào)整，嚴重時可能導致部分載荷不能按期出廠。因此，組合體工作對指揮調(diào)度提出了非常高的要求，工作計劃需要安排詳細，需要掌握現(xiàn)場各單位的實時工作進展情況，并據(jù)此進行精準指揮、閉環(huán)管理。

2.組合體測試流程

組合體出廠測試流程工作內(nèi)容較多，所需組合體的產(chǎn)品狀態(tài)也各不相同，主要包括：

組合體回路阻值測試。需要組合體各火工品假品安裝到位，并將組合體安裝到總裝完成狀態(tài)。

組合體電氣接口匹配測試。因載荷三的結(jié)構(gòu)特點，電氣接口匹配分為2個部分進行操作。首先進行上面級與載荷三的接口對接，載荷三與返回艙支架分解下箭，載荷三為出彈射筒狀態(tài)，與返回艙支架用工藝電纜連接，返回艙與上面級用工藝電纜連接；其次進行其它載荷與上面級的電氣接口匹配，狀態(tài)為除載荷三外其余各個艙段、載荷均安裝到組合體總裝完成狀態(tài)。

組合體質(zhì)心測量。質(zhì)心測量需要覆蓋全部工作剖面下的產(chǎn)品狀態(tài)，組合體結(jié)構(gòu)由8個艙段組成，部分艙段上有載荷分離面，載荷/艙段分離前、分離后的質(zhì)心都需要測量，每個狀態(tài)組要±180°各測量一次取平均值。整個質(zhì)心測量工作包含約14個產(chǎn)品狀態(tài)/方向的測試操作，必須嚴格按順序進行，否則將造成多次重復拆裝起吊。

組合體安裝精度測量。組合體總裝后有部分相對位置關(guān)系影響到彈道和測控參數(shù)設(shè)置，需要精確測量。其中上面級天線方向、返回艙慣組位置、載荷二天線安裝方向、載荷三安裝接口等需要精確測量，這些工作需要穿插在組合體分解吊裝過程中進行，所需保障資源較多，每一項測量需要單獨半天時間。

3.組合體EMC測試流程

組合體EMC測試是一項具有一定風險與不確定性的測試項目，測試狀態(tài)分為2個部分。首先，在上面級和各個載荷單獨開啟無線射頻設(shè)備（包括接收、發(fā)射天線等）時，測量每個工作頻點的輻射量；然后，視組合體進行模擬飛行，按任務(wù)剖面特點對上面級各個載荷依此加電開啟無線射頻設(shè)備，測量每一個狀態(tài)下的輻射量，確定各個載荷檢查設(shè)備是否工作正常。

上面級型號項目辦公室經(jīng)過詳細分析，運用多約束條件下的線性規(guī)劃思路，以各項工作的具體要求、其與前序/后續(xù)操作內(nèi)容的邏輯順序、每項操作所需的保障資源及涉及單位分工等為約束條件，以分解/連接操作最少、覆蓋全部工作項目為目的函數(shù)，優(yōu)化合并得出組合體工作流程（見圖1）。

三、工作實踐及效果

型號項目隊伍細化分解出60項工作內(nèi)容，結(jié)合每天可以完成的工作量明確每一天的工作目標。確定了各項工作中各單位的具體職責，施工單位是項目責任主體，負責操作、檢驗；配合單位為過程中用到其資源和工裝吊具等物品的單位，負責提供并指揮其使用過程；過程確認單位為吊裝、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的載荷單位，負責現(xiàn)場確認其載荷在操作過程中狀態(tài)完好。

項目實施過程中，各項工作安排銜接正確，未出現(xiàn)反復；吊裝次數(shù)及接插件、連接件操作次數(shù)做到最少，有效地保護了產(chǎn)品，降低了產(chǎn)品損傷風險；吊具、升降車、吊車、轉(zhuǎn)運車等主要地面設(shè)備安排合理，未出現(xiàn)沖突；各單位工作人員的崗位職責明確，順利、高效、圓滿地完成了組合體全部工作，確保按時間節(jié)點完成任務(wù)，為后續(xù)工作打下了基礎(chǔ)。

實踐結(jié)果表明，創(chuàng)新的管理方式不但確保了載荷返回時間節(jié)點，達到了工程要求，而且在過程控制方面能夠做到狀態(tài)清楚，風險受控。計劃按時完成率高，組合體的每日工作項目常常會有微調(diào)，但每周都能完成本周的工作項目，在16天內(nèi)高效率地完成了組合體總裝、出廠測試、EMC測試等全部工作內(nèi)容；調(diào)度效率得到顯著提高，參加工作的各單位能夠及時掌握并反饋項目進展情況，對資源、人員的調(diào)度做到及時準確，測試狀態(tài)準備工作量降到了最低水平，各項工作未發(fā)生明顯的反復；管理風險得到有效控制，每個重要環(huán)節(jié)都要求進行“雙想”（事前預想、事后回想），群策群力，充分識別風險，有效發(fā)現(xiàn)并控制了人員安全、設(shè)備保障、設(shè)計/工藝文件正確性、操作現(xiàn)場管理等各種風險，確保了工作質(zhì)量。

圖1 組合體主要工作項目流程圖

四、管理創(chuàng)新的亮點

組合體工作實施中存在與之特點相對應的一些實際困難，需要有效解決。主要包括：部分單位不屬于中國航天科技集團公司，與研究院進行內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信存在障礙；部分京外單位距離遙遠，人員調(diào)配的及時性難以保證；實際工作中存在大量臨時事項，需要及時處理，且無法提前安排到計劃中去，導致計劃隨時可能需要調(diào)整，人員安排需隨計劃調(diào)整作出及時調(diào)整；10余家單位共同開展工作，各單位管理要求不一，單位間人員相互不熟悉，存在管理風險。基于上述情況，為確保組合體工作期間各項工作的及時調(diào)度和閉環(huán)管理，型號項目隊伍探索了新的管理方式，主要體現(xiàn)在以下2個方面。

1.以調(diào)度管理創(chuàng)新確保高效指揮

上面級型號項目辦公室借鑒其它單位的信息化項目管理手段，在現(xiàn)有規(guī)章制度允許的情況下，建立起320項目內(nèi)部指揮調(diào)度平臺微信群。群內(nèi)實時發(fā)布調(diào)度指揮事宜，反饋完成進展情況，討論并實施微調(diào)近期工作安排，調(diào)度各單位相關(guān)工作人員和保障資源，除緊急事務(wù)采取微信加電話方式外，其余事項以微信通知為準。每天工作結(jié)束后，要求當天所涉工作項目的載荷調(diào)度人員、上面級結(jié)構(gòu)電氣總體人員、車間調(diào)度人員反饋當日完成情況，以便及時安排或調(diào)整次日工作。通過創(chuàng)新指揮型號項目隊伍方式，實現(xiàn)了組合體工作計劃調(diào)度管理的及時性、靈活性、適應性。

2.以崗位職責設(shè)置確保過程受控

由于工作環(huán)節(jié)復雜，工作周期緊張，各單位人員對工作內(nèi)容理解需要一致。為確?，F(xiàn)場各單位人員能夠了解各自崗位職責、現(xiàn)場安全生產(chǎn)要求，緊張高效地開展工作，型號項目辦公室聯(lián)合車間組織各參加單位進行宣貫培訓，對計劃的細節(jié)逐一確認并落實，對各項工作中施工責任方、配合責任方、監(jiān)督確認責任方的具體職責及工作要求進行了明確，對現(xiàn)場的技安等要求進行了充分的宣貫。

另外，型號項目隊伍設(shè)立了現(xiàn)場指揮崗位，由上面級型號主管、組合體總裝主管工程師、電氣主管工程師、EMC測試主管工程師擔任，扎根工作現(xiàn)場，靠前指揮，實時指導并掌握工作狀態(tài)，第一時間反饋并組織解決各種臨時出現(xiàn)的問題，現(xiàn)場協(xié)調(diào)指揮各參試單位人員，實現(xiàn)了組合體工作管理高效、無差錯。

后續(xù)，上面級型號項目隊伍將進一步總結(jié)經(jīng)驗，優(yōu)化管理方法，在項目管理中運用數(shù)學規(guī)劃的思想，詳細分析問題，梳理約束條件，分清制約因素之間的關(guān)系，以完成工作任務(wù)為目標，明確工作主線，把握住支線和主線的結(jié)合點與切入時機，找準有效且有力的抓手，科學調(diào)配人員、設(shè)備、場地等各種資源，在理論上尋找最優(yōu)化解決方案，在實踐中貫穿科學管理的指導原則，對不可預知的工作內(nèi)容在科學規(guī)劃的框架下做到靈活處理，以全面達到工程目標。