提升我國航天裝備制造能力的思考

欒恩杰，王崑聲，胡良元，趙滟，毛寅軒，陳紅濤，崔劍

（1.國家國防科技工業(yè)局，北京100088；2.中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京 100048）

提升我國航天裝備制造能力的思考

欒恩杰1，王崑聲2，胡良元2，趙滟2，毛寅軒2，陳紅濤2，崔劍2

（1.國家國防科技工業(yè)局，北京100088；2.中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京 100048）

本文從航天裝備及其制造過程的特點分析了我國航天裝備制造系統(tǒng)能力的構(gòu)成，并結(jié)合我國航天裝備制造的發(fā)展趨勢，分析了我國航天裝備制造存在的突出問題，提出了提升我國航天裝備制造能力的對策建議。

航天裝備；航天制造模式；航天裝備制造系統(tǒng)

DOI 10.15302/J-SSCAE-2016.04.013

一、前言

經(jīng)過近六十年的發(fā)展，我國已形成自主完善的航天科技工業(yè)體系，具備了較強(qiáng)的航天型號研制能力和航天裝備制造能力，圓滿完成了以載人航天、月球探測等為代表的國家重大航天任務(wù)，圓滿完成了各類各型運載火箭、應(yīng)用衛(wèi)星及戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器的研制和生產(chǎn)任務(wù)，有力推動了我國航天科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，為增強(qiáng)國家的綜合國力、國防實力與民族凝聚力作出了貢獻(xiàn)。

航天裝備是國家空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的使能資產(chǎn)，航天裝備制造是先進(jìn)制造業(yè)的典型領(lǐng)域。航天裝備制造能力決定了國家進(jìn)入太空、控制太空和利用太空的能力，是國家衛(wèi)星及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)與核心。航天裝備制造產(chǎn)業(yè)是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，是建設(shè)航天強(qiáng)國和制造強(qiáng)國的重要支撐。世界航天大國無不將新型運載火箭、大容量通信衛(wèi)星、高分辨率遙感衛(wèi)星和全球?qū)Ш叫l(wèi)星等航天裝備作為重點投入領(lǐng)域。世界航天的發(fā)展歷程表明：航天裝備的發(fā)展水平?jīng)Q定了航天發(fā)展的高度，

航天裝備體現(xiàn)了國家意志，沒有自主可控的航天裝備制造能力，就沒有堅實、可持續(xù)發(fā)展的航天能力和航天產(chǎn)業(yè)。

習(xí)近平總書記指出，發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強(qiáng)國，是我們不懈追求的航天夢。當(dāng)前，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境發(fā)生了復(fù)雜而深刻的變化，制造業(yè)面臨嚴(yán)峻的發(fā)展形勢。加快結(jié)構(gòu)調(diào)整，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級，推動我國由制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變、由航天大國向航天強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略任務(wù)，對我國航天裝備制造的能力和技術(shù)水平提出了更高要求，亟需以我國航天裝備制造的現(xiàn)實需求為牽引，大力提升我國航天裝備制造能力，推動航天強(qiáng)國建設(shè)。

二、航天裝備制造的內(nèi)涵與特點

（一）航天裝備的特點

航天裝備制造特指運載火箭及空間運載器、衛(wèi)星、飛船、空間站、深空探測器、導(dǎo)彈武器以及相關(guān)地面保障設(shè)備等產(chǎn)品的制造。航天裝備作為主要在地面建造但在空間環(huán)境中運行的一類特殊產(chǎn)品，具有如下特點：

戰(zhàn)略地位重要。作為航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)、執(zhí)行國家航天任務(wù)的載體和提升國家制天權(quán)能力的重要領(lǐng)域，航天裝備制造具有重大的戰(zhàn)略意義，難以從國外引進(jìn)，必須堅持走自主可控的發(fā)展道路。

技術(shù)構(gòu)成復(fù)雜。航天裝備高度復(fù)雜，由多學(xué)科、多領(lǐng)域的技術(shù)所集成，是技術(shù)高度密集的復(fù)雜工程系統(tǒng)。航天裝備制造具有極強(qiáng)的探索性、定制性，是一個逐步吃透設(shè)計意圖、持續(xù)提升工藝成熟度的過程。

使用環(huán)境嚴(yán)酷。航天裝備在空間環(huán)境中工作，面臨真空、微重力、極端溫度、原子氧、高能帶電粒子、空間碎片等因素的考驗。因此，航天裝備制造必須要充分考慮嚴(yán)酷的空間環(huán)境所造成的影響，采取有效的防護(hù)技術(shù)和措施。

保障服務(wù)困難。目前，除空間站外，所有在軌航天裝備均無人值守，出于技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可承受性的考慮，很難對在軌航天裝備開展保障服務(wù)。因此，航天裝備必須要具備極高的可靠性，這種可靠性可通過設(shè)計、工藝、生產(chǎn)、試驗等過程來實現(xiàn)，對航天裝備制造提出了更高的挑戰(zhàn)。

單件價值極高。航天產(chǎn)品性能和性質(zhì)特殊，完成特定任務(wù)和功能無需較大批量，與其他裝備制造業(yè)相比，不具有較強(qiáng)的規(guī)模效益，但是單件產(chǎn)品的價值極高，具有量少而附加值高的特點。

安全防護(hù)嚴(yán)格。目前，航天裝備產(chǎn)品中含有有毒有害物質(zhì)，如常規(guī)液體火箭的推進(jìn)劑硝基氧化劑和各種肼類燃料，這些物質(zhì)具有強(qiáng)氧化性、腐蝕性、毒性和易燃易爆特性，制造過程中需要采取嚴(yán)格的防護(hù)措施，這對航天裝備制造過程的安全性提出了極高要求。

（二）航天裝備制造過程的特點

航天裝備制造系統(tǒng)是指以生產(chǎn)航天裝備產(chǎn)品為目的，由制造過程中的人員、物料、能源、軟硬件設(shè)備以及相關(guān)設(shè)計方法、加工工藝、生產(chǎn)調(diào)度、系統(tǒng)維護(hù)、管理規(guī)范等組成的具有特定功能的有機(jī)整體，航天裝備制造系統(tǒng)是航天工業(yè)體系的重要組成部分。

航天裝備制造系統(tǒng)受人員、機(jī)器設(shè)備設(shè)施、物料、環(huán)境等多種因素的影響和制約。同時，航天裝備本身復(fù)雜的技術(shù)構(gòu)成、嚴(yán)酷的使用環(huán)境和困難的保障服務(wù)等特點，都大大提升了航天裝備制造過程的復(fù)雜程度和困難程度，主要表現(xiàn)為：

1.航天裝備體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分系統(tǒng)之間交互耦合

航天裝備設(shè)計難度大，技術(shù)狀態(tài)變換頻繁，產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息繁多；航天裝備制造工藝復(fù)雜，涵蓋材料選用、工序安排、刀具使用、裝夾方式、切削參數(shù)、裝配方法、質(zhì)量檢驗等內(nèi)容；航天裝備制造現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，涉及設(shè)備布局、產(chǎn)品流轉(zhuǎn)、資源調(diào)度等方面。

2.航天裝備呈現(xiàn)多型號并舉、研制與批產(chǎn)并重的局面

航天裝備既需要實現(xiàn)面向用戶需求的多品種個性化定制，也需要基于平臺化、模塊化、產(chǎn)品化等手段保證批產(chǎn)任務(wù)的完成，存在著廣泛的“多品種、小批量”的生產(chǎn)需求。

3.質(zhì)量可靠性要求高，計劃進(jìn)度要求緊，任務(wù)計劃多變，要求“一次成功”

航天裝備裝配過程復(fù)雜，難以實現(xiàn)自動化流水線式的批量生產(chǎn)，對航天裝備組織生產(chǎn)的柔性提出了極高的要求。

為了有效應(yīng)對航天裝備制造過程的復(fù)雜性，我國航天制造業(yè)在組織管理、系統(tǒng)工程、質(zhì)量管理等

方面形成了一套行之有效的方法。

一是嚴(yán)密的組織管理過程。航天裝備制造是典型的跨學(xué)科、跨部門、跨地域的復(fù)雜制造過程，涉及設(shè)計、生產(chǎn)、試驗、采購、物流、測試等多個環(huán)節(jié)，形成了以總裝集成單位為龍頭，由各分系統(tǒng)、單機(jī)、部件單位和外協(xié)配套單位組成的復(fù)雜生產(chǎn)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)；建立了以總指揮、總設(shè)計師、總工藝師為核心的責(zé)任主體，以產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)、實物配套表為依據(jù)，以各級齊套單位為關(guān)鍵節(jié)點，以配套鏈條為紐帶，以科研生產(chǎn)計劃為標(biāo)尺的一套自上而下、逐層分解、嚴(yán)密有序的組織管理體系。

二是嚴(yán)格的系統(tǒng)工程過程。航天裝備高度的技術(shù)復(fù)雜性決定了航天裝備的制造必須嚴(yán)格遵守總體→分解→集成的系統(tǒng)工程過程，必須嚴(yán)格按照方案、初樣、試樣、定型等不同階段的研制程序，堅持設(shè)計決定制造可行性、制造驗證設(shè)計合理性的系統(tǒng)理念，特別注重裝配、驗證和試驗等環(huán)節(jié)，持續(xù)提升航天裝備制造技術(shù)成熟度和制造成熟度。

三是嚴(yán)苛的質(zhì)量管理要求。航天裝備產(chǎn)品質(zhì)量具有特殊的政治影響和社會影響，需要滿足高質(zhì)量、高可靠性的需求，以及小子樣、一次成功的特殊要求。我國航天裝備制造堅持“系統(tǒng)質(zhì)量觀”，培育了“嚴(yán)慎細(xì)實”和“零缺陷”的質(zhì)量理念，建立了型號研制單位抓質(zhì)量體系運行，型號項目團(tuán)隊抓質(zhì)量保證大綱實施的矩陣式產(chǎn)品保證體系，形成了技術(shù)、管理歸零“雙五條”標(biāo)準(zhǔn)等一系列相關(guān)配套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

（三）航天裝備制造系統(tǒng)能力的構(gòu)成

裝備制造能力是裝備制造系統(tǒng)效能的直接反映。航天裝備制造系統(tǒng)能力包括技術(shù)能力和管理能力兩個方面，如圖1所示。

技術(shù)能力包含系統(tǒng)能力和專業(yè)能力。系統(tǒng)能力反映了航天裝備制造系統(tǒng)在總體層面所表現(xiàn)出來的技術(shù)水平和效益、效率，是企業(yè)制造模式的直接體現(xiàn)，包括制造系統(tǒng)的數(shù)字化和自動化水平，如計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）、計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計（CAPP）、計算機(jī)輔助工程（CAE）和計算機(jī)輔助制造（CAM）等；包括信息化水平，如企業(yè)信息化系統(tǒng)中的制造資源計劃（MRP）、企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）和生命周期管理（PLM）等；還包括生產(chǎn)線布局優(yōu)化水平和單元化柔性制造水平等要素。專業(yè)能力則是基于航天技術(shù)專業(yè)和產(chǎn)品特點所形成的個性化制造能力，航天裝備制造過程涉及大型、異型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工和成形，微、精、專器件的生產(chǎn)制造，復(fù)合材料加工和制造等不同領(lǐng)域；涉及機(jī)械加工、焊接、成形、鑄造、熱處理等不同專業(yè)以及相關(guān)的專業(yè)測試與檢驗技術(shù)等。這些專業(yè)能力若存在短板或瓶頸將會直接影響航天裝備制造系統(tǒng)的運行效率和效益。

管理能力包含外部體制機(jī)制和內(nèi)部管控規(guī)程兩個方面。外部體制機(jī)制主要指航天裝備制造的外部政策環(huán)境、國家投入力度、保障手段等方面；內(nèi)部管控規(guī)程主要指航天裝備制造系統(tǒng)內(nèi)部的運行機(jī)制，包括計劃調(diào)度、協(xié)作配套、考核評價等。

圖1 航天裝備制造系統(tǒng)能力

三、航天裝備制造的發(fā)展趨勢

（一）航天裝備極端制造的特征越來越明顯

極端制造是指在極端條件或環(huán)境下，制造極端

尺度或極高功能的產(chǎn)品、器件和系統(tǒng)。隨著人類的航天活動由近地邁向深空、由無人轉(zhuǎn)向有人，航天裝備越來越多地表現(xiàn)出極端制造的特征。

大型化和重型化：空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)呈現(xiàn)出大型化和重型化的趨勢，如空間站需要分階段在空間組裝建設(shè)，大容量衛(wèi)星需要大型衛(wèi)星平臺支持，重型運載火箭需要大部段結(jié)構(gòu)制造，為適應(yīng)一星多用、長壽命運行的發(fā)展要求，衛(wèi)星所攜帶的有效載荷和燃料越來越多，越來越重。

精密化和小型化：航天裝備結(jié)構(gòu)形狀與零部件配合關(guān)系復(fù)雜，其對尺寸精度、表面質(zhì)量以及裝配精度要求很高，如衛(wèi)星的儀表軸承的圓度、圓柱度、表面粗糙度等均要達(dá)到納米級。同時，高性能的微小航天器的設(shè)計與制造，如微傳感器、微控制器、微能源、微光學(xué)器件等對航天裝備制造提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

高性能和獨特性：航天制造面臨很多獨特的需求和問題，如特種工藝、特種材料等，航天產(chǎn)品的關(guān)鍵零部件如框、梁、接頭、殼段等大量使用鈦合金、高強(qiáng)度及高溫合金鋼、工程陶瓷等難加工材料。同時，由于訂貨量小、用量少，往往還面臨供貨不連續(xù)和生產(chǎn)線難以維持的問題，因此特別需要各個工業(yè)部門的協(xié)同配合。

（二）航天裝備制造正向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、低成本、高效率方向發(fā)展

1.數(shù)字化

以美國國家航空航天局、美國波音航空航天公司、法國空中客車公司、美國洛克希德·馬丁空間系統(tǒng)公司等知名研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)為代表，國外航天制造業(yè)通過數(shù)字化設(shè)計制造手段實現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量、協(xié)同效率、研制能力的大幅度提升[1]。2014年美國總統(tǒng)奧巴馬宣布在芝加哥設(shè)立公私合營的“數(shù)字制造與設(shè)計創(chuàng)新研究所”，可快速實現(xiàn)計算機(jī)設(shè)計和工程原型研制，以更加先進(jìn)的制造技術(shù)實現(xiàn)復(fù)雜的設(shè)計，使美國國家航空航天局在建造、測試和試飛下一代空天系統(tǒng)的過程中速度更快、效費比更高。

2.網(wǎng)絡(luò)化

國外主要航天承包商已普遍實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化的協(xié)同設(shè)計與制造，美國國家航空航天局開展了智能化綜合工程環(huán)境（intelligent synthesis environment，ISE）的研究工作[2]，將高性能計算機(jī)、高速網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字化產(chǎn)品與基于知識的設(shè)計、人工智能、人機(jī)交互技術(shù)有效地結(jié)合在一起，形成了一種跨地域的虛擬協(xié)同環(huán)境，不同地域、身份和學(xué)科的專家和工程技術(shù)人員在此平臺上進(jìn)行綜合設(shè)計和航天產(chǎn)品設(shè)計、試驗和樣機(jī)制造，提高了衛(wèi)星研制效率，節(jié)省了研制成本[3]。

3.高可靠性

隨著空間探索向更遠(yuǎn)、更深的領(lǐng)域延伸，特別是載人登月、火星探測等深空探測工程項目的實施，對航天裝備的可靠性提出了更為嚴(yán)苛的要求。美國國家航空航天局在《2014年戰(zhàn)略規(guī)劃報告（NASA Strategic Plan 2014）》中指出其正致力于克服空間輻射、后勤保障和長時可靠性等挑戰(zhàn)，對航天高可靠性問題給予了高度重視。

4.低成本

國外航天承包商積極推動低成本制造技術(shù)，一方面通過基于成本的設(shè)計、并行工程、集成產(chǎn)品開發(fā)、數(shù)字化設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)化制造、建模仿真等技術(shù)手段，從設(shè)計源頭、研制流程和研制環(huán)境等方面降低制造成本；另一方面，大力發(fā)展衛(wèi)星平臺、微小衛(wèi)星、可重復(fù)使用運載器等航天技術(shù)降低航天任務(wù)成本。此外，還通過商業(yè)化模式實施精益生產(chǎn)來大幅降低成本。

5.高效率

為了提升效率、縮短交付周期，美國提出了“精益飛機(jī)研制計劃（Lean Aerospace Initiative，LAI）”。該倡議來源于一個以麻省理工學(xué)院為領(lǐng)導(dǎo)的包含政府機(jī)構(gòu)、航空航天軍工企業(yè)的組織，其目標(biāo)是幫助航空航天工業(yè)界實現(xiàn)以更少的時間、更低的成本交付質(zhì)量更高的產(chǎn)品。同時，一些商業(yè)化的航天企業(yè)在提高效率方面也取得了顯著的進(jìn)展，如美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的獵鷹9號火箭從一無所有到實現(xiàn)首飛只用了4年半的時間，而其載人“龍飛船”（Crew Dragon）從一無所有到實現(xiàn)首次驗證飛行只用了4年時間。

（三）航天先進(jìn)制造技術(shù)快速發(fā)展，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大

國外航天制造業(yè)在先進(jìn)成形技術(shù)、先進(jìn)連接技術(shù)、復(fù)合材料制造技術(shù)以及數(shù)字化制造技術(shù)與裝備方面得到了進(jìn)一步提高，涌現(xiàn)出一批新的制造工藝與技術(shù)，如美國國家航空航天局聯(lián)合洛克希德·馬

丁空間系統(tǒng)公司研制出了推進(jìn)劑貯箱整體成型技術(shù)，可省去大量的焊接與檢驗步驟；美國波音航空航天公司、法國空中客車公司、洛克希德·馬丁空間系統(tǒng)公司應(yīng)用數(shù)字化裝配技術(shù)、虛擬實驗室等先進(jìn)數(shù)字化制造技術(shù)縮短加工周期，降低制造成本?？臻g在軌裝配和航天增材制造（3D打?。┘夹g(shù)正在成為廣受關(guān)注的重點領(lǐng)域。美國國家航空航天局實施了具有改變游戲規(guī)則意義的大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)太空裝配項目，美國國防部先進(jìn)研究項目局 （DARPA）授予美國勞拉空間系統(tǒng)公司（SS/L）一項研究地球靜止軌道通信衛(wèi)星在軌機(jī)器人組裝技術(shù)（“蜻蜓”項目）的合同。雷神公司、洛克希德·馬丁空間系統(tǒng)公司、法國空中客車公司等航天企業(yè)集團(tuán)都開展了3D打印技術(shù)在火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等領(lǐng)域的應(yīng)用研究，均取得了較好的效果。

四、我國航天裝備制造的現(xiàn)狀與問題

航天裝備制造作為我國航天科技工業(yè)體系的堅強(qiáng)基石和核心能力，是我國航天可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，先進(jìn)的工藝技術(shù)和制造能力是確保各項科研生產(chǎn)任務(wù)順利完成的重要保障。近年來，我國航天裝備制造的技術(shù)水平隨著型號任務(wù)的開展取得了顯著提升，突破了新一代運載火箭大型貯箱制造裝配工藝和以焊接銑切一體化大型焊接裝備為代表的一大批關(guān)鍵技術(shù)，普遍實施了以產(chǎn)品為中心來替代以專業(yè)分工為中心進(jìn)行生產(chǎn)單元組建的生產(chǎn)方式，加快制造工藝與裝備的升級換代，大量引進(jìn)并應(yīng)用了工藝管理系統(tǒng)、生產(chǎn)派工系統(tǒng)、車間制造執(zhí)行系統(tǒng)等信息化平臺，在三維數(shù)字樣機(jī)開發(fā)、設(shè)計工藝協(xié)同、工藝設(shè)計仿真驗證等方面取得了一定突破，航天裝備制造逐步開始向數(shù)字化研制模式過渡與轉(zhuǎn)型。

當(dāng)前，西方發(fā)達(dá)國家重新認(rèn)識到了制造業(yè)的地位和價值，力爭要在新一輪先進(jìn)制造業(yè)競爭中取得優(yōu)勢地位；我國航天裝備制造技術(shù)水平與國外航天先進(jìn)水平相比還有一定差距，還不能很好地適應(yīng)航天產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的要求。

（一）適應(yīng)航天裝備特點的制造模式仍處于摸索、調(diào)整階段

我國航天裝備制造主要采用研制與批量生產(chǎn)混合共線的模式，其批量生產(chǎn)能力不強(qiáng)。在研制和批量生產(chǎn)模式發(fā)生沖突時，批量生產(chǎn)能力易受到影響。同時，由于航天產(chǎn)品多品種、小批量的特點，使其制造過程換型頻繁，再加上缺乏在線原位檢測設(shè)備和快裝快換的工具手段，使得制造單元的制造效率難以獲得根本性的提升。

航天裝備制造數(shù)控化水平比較低，勞動密集型的手工生產(chǎn)模式普遍存在。設(shè)計–工藝–現(xiàn)場生產(chǎn)線之間的數(shù)據(jù)鏈路沒有貫通，設(shè)計階段生成的數(shù)字化模型無法直接輔助生產(chǎn)制造。工藝仿真、數(shù)字化裝配等先進(jìn)數(shù)字化制造技術(shù)能力薄弱。

設(shè)計制造一體化程度不高。工藝設(shè)計與產(chǎn)品設(shè)計尚未實現(xiàn)并行工程，工藝提前介入設(shè)計的程度有限，導(dǎo)致設(shè)計方案的可制造性不強(qiáng)。設(shè)計與工藝之間的系統(tǒng)平臺、專業(yè)軟件、標(biāo)注規(guī)范尚不統(tǒng)一，設(shè)計模型和數(shù)據(jù)難以共享。

（二）工藝手段落后，對先進(jìn)工藝方法積累不充分

我國對工藝在航天科研生產(chǎn)體系中的作用重視不夠。長期以來，我國航天制造業(yè)一直是通過研制來建立科研生產(chǎn)體系的，出現(xiàn)了重科研輕生產(chǎn)，重設(shè)計輕工藝的現(xiàn)象，對工藝在科研生產(chǎn)中的作用認(rèn)識不足，重視不夠，沒有建立獨立、完善的工藝發(fā)展體系，難以從根本上提高工藝的技術(shù)水平和能力，制約了我國航天裝備制造能力的進(jìn)一步提高。

工藝技術(shù)水平尚不適應(yīng)型號任務(wù)快速發(fā)展的要求。在航天型號研制生產(chǎn)過程中，隨著新技術(shù)、新設(shè)備、新材料的大量應(yīng)用，客觀上要求加大工藝攻關(guān)力度以適應(yīng)型號任務(wù)需要；但從整體上看，我國航天工藝技術(shù)研究欠缺，創(chuàng)新不足，一些新型號的研制仍然沿用幾十年前的工藝方法，難以適應(yīng)型號任務(wù)的發(fā)展要求。

工藝手段較為陳舊。對先進(jìn)工藝技術(shù)手段的應(yīng)用不夠，相較于計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造環(huán)節(jié)，工藝環(huán)節(jié)的計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計成為了航天數(shù)字化制造模式的短板。先進(jìn)工藝手段的缺乏使得工藝規(guī)程的一致性較差，效率較低，同時，工藝標(biāo)準(zhǔn)、工藝技術(shù)成果也難以進(jìn)行有效的積累、管理和復(fù)用。

（三）我國航天裝備制造的專業(yè)能力亟待提升

航天大型、異形復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造能力還不能滿足型號研制需求。隨著國家航天活動由近地向深

空、由單一任務(wù)向多任務(wù)、由短期停留向長期駐留的擴(kuò)展，航天裝備的結(jié)構(gòu)尺寸和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度大大增加，這對我國大型、異形復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工和成型能力提出了更高要求；因此，面向未來的航天型號任務(wù)，亟需研究能夠突破大結(jié)構(gòu)尺寸產(chǎn)品和異形結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的裝配技術(shù)、測量技術(shù)、大直徑運載火箭貯箱原位制造基礎(chǔ)技術(shù)和大型鉚接筒段殼體自動化鉚接成套裝備、貯箱箱底整體旋壓裝備、大型鋁合金環(huán)形結(jié)構(gòu)件精確校形裝備等。

航天精密制造能力有待進(jìn)一步提升。目前，以生產(chǎn)慣性器件、微電子、光學(xué)遙感器為代表的航天精密、超精密制造技術(shù)已由宏觀制造領(lǐng)域進(jìn)入微觀制造領(lǐng)域，精度要求已經(jīng)達(dá)到了亞微米，甚至納米級，這對我國航天裝備制造業(yè)的精密加工、精密成型、精確裝配等精密制造技術(shù)提出了更高要求。我國現(xiàn)有的航天裝備技術(shù)水平距離精密制造技術(shù)還有一定差距，比如我國新一代高精度慣性儀表和平臺系統(tǒng)在設(shè)計技術(shù)和指標(biāo)上能夠接近國際先進(jìn)水平，但其關(guān)鍵零部件的精密制造技術(shù)水平低，工藝裝備落后，導(dǎo)致其研制周期長，制造成本高，產(chǎn)品精度和可靠性低，產(chǎn)品質(zhì)量和批量生產(chǎn)能力難以進(jìn)一步提高。

航天復(fù)合材料制造能力與國外先進(jìn)水平相比還存在一定差距。隨著航天任務(wù)要求越來越高，航天高性能復(fù)合材料的用量也在迅速擴(kuò)大，各種航天飛行器的重要結(jié)構(gòu)件，如運載火箭和導(dǎo)彈的殼體、飛船部件、衛(wèi)星天線等的生產(chǎn)，正在越來越多地采用復(fù)合材料，這對我國航天復(fù)合材料的制造技術(shù)水平和制造能力提出了更高要求。我國航天制造業(yè)在鋁鋰合金等新型輕質(zhì)材料及鈦合金等高熔點合金的成型、連接及增材制造技術(shù)，熱防護(hù)材料、高模量碳纖維、耐燒蝕纖維陶瓷等先進(jìn)功能復(fù)合材料技術(shù)與自動成型加工裝備等方面與國外先進(jìn)水平相比還有一定差距。

（四）管理機(jī)制仍不能完全適應(yīng)我國航天裝備制造發(fā)展的需要

航天裝備制造企業(yè)所獲得的投入和支持力度相對不足。我國航天生產(chǎn)制造企業(yè)在整個航天科技工業(yè)體系中話語權(quán)較小，所獲得的資源投入相對較少。國家軍工固定資產(chǎn)投資型號痕跡過重，鍛造、鑄造、焊接、檢測等航天基礎(chǔ)制造能力獲得的投入較少。航天生產(chǎn)制造企業(yè)往往面對多家設(shè)計單位，同時承擔(dān)多個型號的研制與批量生產(chǎn)任務(wù)，普遍面臨著制造資源緊張、人員加班加點的問題。

航天裝備制造系統(tǒng)中不同單位間的協(xié)同性有待加強(qiáng)。航天設(shè)計單位與制造單位相互分離，協(xié)同性不高，設(shè)計單位與工藝單位之間缺少溝通，技術(shù)狀態(tài)變更頻繁，制造工藝難以穩(wěn)定。主管單位與分系統(tǒng)單位、上下游單位之間的計劃調(diào)度安排不夠合理，制造資源占用均衡性、進(jìn)度匹配性較差，產(chǎn)品難以齊套；前方與后方制造企業(yè)之間存在轉(zhuǎn)接產(chǎn)技術(shù)交底不充分的現(xiàn)象，造成后期多次溝通協(xié)調(diào)、重復(fù)投入資源開展工藝攻關(guān)等問題。

科研管理難以有效支撐航天裝備制造能力的提升。在長期保成功的壓力下，為達(dá)到航天產(chǎn)品高可靠性的要求，航天裝備制造在采用新技術(shù)、新工藝方面較為保守，只有在其他型號上應(yīng)用成功后才敢使用，先進(jìn)的制造技術(shù)、工藝轉(zhuǎn)化推廣較慢。航天裝備產(chǎn)品化程度較低，距離通用化、系列化、組合化的“三化”要求還有一定差距，制造效率難以提升。

五、提升我國航天裝備制造能力的對策建議

隨著國家重大科技專項和重大航天工程的實施，多型衛(wèi)星、航天器進(jìn)入批量研制和生產(chǎn)階段，亟需立足自主可控，加強(qiáng)系統(tǒng)謀劃，進(jìn)一步優(yōu)化制造資源配置，解決關(guān)鍵瓶頸和短線問題，大力提升我國航天裝備制造能力，實現(xiàn)航天事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

（一）著眼先進(jìn)理念，全力推進(jìn)先進(jìn)制造模式

開展數(shù)字化模型的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化專項工程，統(tǒng)一和規(guī)范設(shè)計、制造上下游數(shù)字化模型的平臺、軟件的生成與標(biāo)識方案，實現(xiàn)數(shù)字化模型上下游間的貫通。積極探索航天系統(tǒng)工程創(chuàng)新發(fā)展，實現(xiàn)基于模型的航天裝備的開發(fā)制造過程，大力推行集成產(chǎn)品開發(fā)方法，實現(xiàn)航天裝備設(shè)計制造一體化；構(gòu)建航天協(xié)同設(shè)計工程環(huán)境、航天裝備制造系統(tǒng)、企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)集成交互的制造模式，實現(xiàn)航天裝備制造的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化。

（二）強(qiáng)化工藝創(chuàng)新，大力提升工藝技術(shù)能力

加強(qiáng)對航天工藝技術(shù)發(fā)展的系統(tǒng)規(guī)劃，完善工藝創(chuàng)新的激勵機(jī)制，加快工藝創(chuàng)新成果的工程化應(yīng)

用。推行工藝先行于設(shè)計進(jìn)行先期攻關(guān)突破的工藝研發(fā)方式，提前進(jìn)行工藝儲備，達(dá)到工藝?yán)瓌釉O(shè)計，技術(shù)推動設(shè)計的目的。開展計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用示范工程，加大對工藝路線、流程、方法及相關(guān)軟件、工具的支持力度，充分發(fā)揮工藝在航天制造系統(tǒng)中的樞紐作用，實現(xiàn)設(shè)計–工藝–制造的一體化集成。

（三）圍繞航天工程實際需求，攻關(guān)突破瓶頸環(huán)節(jié)

圍繞月球探測、高分辨率對地觀測系統(tǒng)、載人航天、北斗導(dǎo)航等重大航天工程的實際需求，加強(qiáng)對難以引進(jìn)的航天高端專用制造裝備研制的投入力度；針對短板和瓶頸問題，系統(tǒng)謀劃，加強(qiáng)攻關(guān)，重點解決生產(chǎn)關(guān)鍵元器件精密/超精密制造裝備、先進(jìn)功能性復(fù)合材料制造裝備、大型復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)制造裝備、自動化柔性對接裝配裝備、先進(jìn)檢測設(shè)備等長期制約我國航天制造能力的瓶頸環(huán)節(jié)。

（四）加強(qiáng)人才隊伍建設(shè)，為航天裝備制造提供有力的人才保障

積極借鑒培養(yǎng)航天型號研制隊伍的成功經(jīng)驗，探索建立航天能力建設(shè)總設(shè)計師、航天型號生產(chǎn)總指揮的人才隊伍體系，強(qiáng)化設(shè)計–工藝–現(xiàn)場的綜合人才培養(yǎng)，擴(kuò)展航天工藝制造專業(yè)人員培養(yǎng)和成長的通道，加速培養(yǎng)航天制造能力建設(shè)、型號批量生產(chǎn)的高端領(lǐng)軍人才，大力推行集成產(chǎn)品團(tuán)隊模式，切實發(fā)揮工藝人員在設(shè)計和現(xiàn)場之間進(jìn)行有序、有效銜接的橋梁作用。

（五）推動管理變革，構(gòu)建促進(jìn)航天裝備制造發(fā)展的有利環(huán)境

加強(qiáng)資源整合，建設(shè)軍民融合、國家大協(xié)作條件下的自主和可持續(xù)發(fā)展的航天制造系統(tǒng)，提升對核心、高端航天制造環(huán)節(jié)的自主可控力度，同時對一般的航天制造環(huán)節(jié)要積極引入社會制造資源，提升效率，降低成本；完善國家航天能力建設(shè)布局，加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，加強(qiáng)對鑄造、鍛造、熱處理等航天制造基礎(chǔ)能力的投入力度；成立航天制造系統(tǒng)專業(yè)研究機(jī)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)航天制造系統(tǒng)的共性技術(shù)探索和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定，開展航天先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究，圍繞增材制造、數(shù)字化制造、智能制造等領(lǐng)域開展先進(jìn)制造技術(shù)預(yù)先研究，為建立適應(yīng)我國當(dāng)前航天任務(wù)需要和未來航天能力發(fā)展需要的航天制造系統(tǒng)提供全面支撐。

六、結(jié)語

航天裝備是我國空間基礎(chǔ)設(shè)施和衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，航天裝備制造具有極高的復(fù)雜性和特殊性。當(dāng)前，我國航天先進(jìn)制造模式和技術(shù)發(fā)展迅速，航天型號任務(wù)對航天裝備制造能力提出了更高要求，亟需針對我國航天裝備制造存在的短板和瓶頸問題，通過構(gòu)建先進(jìn)的航天制造模式，強(qiáng)化工藝創(chuàng)新，突破航天制造裝備技術(shù)瓶頸，強(qiáng)化人才隊伍建設(shè)和營造有利的發(fā)展環(huán)境等舉措，實現(xiàn)我國航天裝備制造能力跨越式發(fā)展，推動我國航天強(qiáng)國的建設(shè)。

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Thesis on Improving China's Aerospace Equipments Manufacturing Capacities

Luan Enjie1, Wang Kunsheng2, Hu Liangyuan2, Zhao Yan2, Mao Yinxuan2, Chen Hongtao2, Cui Jian2
(1. State Administration of Science, Technology and Industry for National Defense, Beijing 100088; 2. China Aerospace Academy of Systems Science and Engineering，Beijing 100048，China)

This paper explains the capability structure of aerospace equipments manufacturing system based on the trait analysis of aerospace equipments and the manufacturing process, analyzes the major problems of China's aerospace equipments manufacturing, and gives suggestions for improving China's aerospace equipments manufacturing capabilities.

aerospace equipments；aerospace manufacturing mode；aerospace equipments manufacturing system

V57

A

2016-05-21；

2016-06-18

欒恩杰，國家國防科技工業(yè)局，中國工程院院士，主要研究方向為控制系統(tǒng)工程；E-mail: pepsijian@163.com

中國工程院重大咨詢項目“‘十三五’戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)培育與發(fā)展規(guī)劃研究”(2014-ZD-7)

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