面向快速發(fā)射的固體運(yùn)載火箭技術(shù)準(zhǔn)備流程優(yōu)化

/北京宇航系統(tǒng)工程研究所

固體運(yùn)載火箭具有高性能、強(qiáng)生存、快反應(yīng)的特點(diǎn),可大幅提升我國(guó)快速進(jìn)入空間和有效利用空間的能力,是我國(guó)航天運(yùn)輸領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展方向,也是我國(guó)由航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的重要里程碑。

我國(guó)某固體運(yùn)載火箭是為滿足用戶應(yīng)急發(fā)射和快速發(fā)射需求而立項(xiàng)研制,目前已投入使用。發(fā)射前的技術(shù)準(zhǔn)備工作是保證固體運(yùn)載火箭成功發(fā)射的前提。用戶根據(jù)規(guī)定的測(cè)試流程和技術(shù)文件要求,在開(kāi)展發(fā)射前的相關(guān)技術(shù)準(zhǔn)備工作后,可隨時(shí)隨地發(fā)射應(yīng)急載荷。

與液體火箭相比,固體運(yùn)載火箭具有多箭并行準(zhǔn)備復(fù)雜、集中維護(hù)難度大等突出特點(diǎn)。但在型號(hào)研制時(shí),未能充分認(rèn)識(shí)到固體運(yùn)載火箭這一獨(dú)特的維護(hù)使用模式,仍然借鑒以往型號(hào)的成熟經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)了技術(shù)準(zhǔn)備流程。隨著用戶對(duì)運(yùn)載火箭數(shù)量需求的增加以及發(fā)射任務(wù)的日益增加,用戶反映測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試流程和總裝操作工作繁雜,存在部分易錯(cuò)操作項(xiàng)目、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理不規(guī)范等問(wèn)題,給用戶的人員保障和資源保障帶來(lái)了極大挑戰(zhàn),甚至可能導(dǎo)致用戶不能按時(shí)完成國(guó)家安排的既定任務(wù),因此向研制部門(mén)提出了技術(shù)準(zhǔn)備流程優(yōu)化的迫切需求。

一、流程優(yōu)化項(xiàng)目建設(shè)

為了推動(dòng)工作的順利開(kāi)展,成立了項(xiàng)目小組,成員主要包括總體主任設(shè)計(jì)師、各專業(yè)副主任設(shè)計(jì)師和骨干,涵蓋總體、電氣、結(jié)構(gòu)等各專業(yè),他們有多年的型號(hào)工作經(jīng)驗(yàn),具有較高的技術(shù)研究水平和較強(qiáng)的技術(shù)攻關(guān)能力,并進(jìn)行了相關(guān)工作策劃。

2016年1-2月:精益管理項(xiàng)目策劃;2016年2-12月:精益管理初步實(shí)施;2017年1-3月:精益管理項(xiàng)目效果評(píng)估;2017年4-5月:精益管理項(xiàng)目總結(jié)。

1.項(xiàng)目建設(shè)目的

縮減并優(yōu)化技術(shù)準(zhǔn)備流程測(cè)試項(xiàng)目,合理優(yōu)化測(cè)試流程安排。單元測(cè)試時(shí)間縮減0.5天,分系統(tǒng)測(cè)試時(shí)間縮減1天,系統(tǒng)測(cè)試時(shí)間縮減2天,總裝操作縮減2天,取消等待轉(zhuǎn)軌時(shí)間。技術(shù)準(zhǔn)備流程優(yōu)化目標(biāo)如圖1所示。

圖1 技術(shù)準(zhǔn)備流程優(yōu)化目標(biāo)

2.設(shè)計(jì)原則

技術(shù)準(zhǔn)備全面可靠?？紤]用戶現(xiàn)有人力保障和資源保障的約束,以確保使用安全、測(cè)試全面覆蓋及裝備可靠技術(shù)準(zhǔn)備為前提,提高技術(shù)準(zhǔn)備全流程保障效率。

狀態(tài)變化最小最優(yōu)。技術(shù)準(zhǔn)備流程優(yōu)化基于現(xiàn)有裝備技術(shù)狀態(tài)不變。

統(tǒng)籌考慮全使用周期。統(tǒng)籌總裝廠工作、單元測(cè)試、分系統(tǒng)測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試等測(cè)試安排,對(duì)技術(shù)準(zhǔn)備流程測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行整合優(yōu)化,減少測(cè)試狀態(tài)準(zhǔn)備和轉(zhuǎn)換工作。

3.建設(shè)方案

(1)優(yōu)化流程具備的條件

技術(shù)準(zhǔn)備流程總裝測(cè)試工作與總裝廠一致,且兩者間隔時(shí)間較短,僅經(jīng)歷運(yùn)輸環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)運(yùn)輸試驗(yàn)和前期產(chǎn)品情況結(jié)果分析,其仍能適應(yīng)運(yùn)輸環(huán)境,質(zhì)量穩(wěn)定,出廠前所做的各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果仍然是有效的。

技術(shù)準(zhǔn)備流程設(shè)置了3次系統(tǒng)測(cè)試,測(cè)試內(nèi)容上存在重復(fù)。單機(jī)設(shè)備的功能性能在完成全面考核的前提下,為減少總裝操作和狀態(tài)轉(zhuǎn)換,可對(duì)系統(tǒng)測(cè)試進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于不能覆蓋的測(cè)試內(nèi)容,通過(guò)增加相關(guān)的測(cè)試項(xiàng)目確保測(cè)試覆蓋性。

另外,為了獲取箭體運(yùn)輸箱的屏蔽效能,項(xiàng)目組組織進(jìn)行了箭體運(yùn)輸箱屏蔽效能測(cè)試,對(duì)運(yùn)輸箱的箱體、門(mén)窗等重要關(guān)鍵部位進(jìn)行了測(cè)試,確保產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)碾姶怒h(huán)境能夠滿足運(yùn)輸要求,為設(shè)備裝箭運(yùn)輸?shù)於肆己玫募夹g(shù)條件。

(2)優(yōu)化的技術(shù)途徑

在優(yōu)化流程具備條件的基礎(chǔ)上,除總體分析可開(kāi)展優(yōu)化流程的工作外,還可在以下幾個(gè)方面開(kāi)展優(yōu)化流程工作:

·技術(shù)準(zhǔn)備流程中單元測(cè)試不再開(kāi)展總裝廠已完成的項(xiàng)目。目前部分箭上設(shè)備在總裝后開(kāi)展單元測(cè)試工作,可取消技術(shù)準(zhǔn)備流程中此部分設(shè)備的單元測(cè)試工作。

·根據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)各性能指標(biāo)的穩(wěn)定情況,優(yōu)化平臺(tái)單元測(cè)試項(xiàng)目,取消性能穩(wěn)定的參數(shù)測(cè)試,通過(guò)增加導(dǎo)通絕緣自動(dòng)測(cè)試設(shè)備以及算法優(yōu)化和軟件升級(jí),縮短測(cè)試時(shí)間,進(jìn)而減少測(cè)試工作量,提高工作效率。

·根據(jù)末修氣瓶和貯箱的使用情況與數(shù)據(jù)分析結(jié)果,可取消相關(guān)工作。

·優(yōu)化分系統(tǒng)及系統(tǒng)測(cè)試。裁減分系統(tǒng)測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試流程中的重復(fù)測(cè)試內(nèi)容,減少測(cè)試狀態(tài)轉(zhuǎn)換帶來(lái)的總裝操作工作量,盡可能減少如整流罩的分解再裝、火工品電纜插接與防護(hù)等工作量大、操作復(fù)雜的工作項(xiàng)目。

·目前產(chǎn)品箭上貯存比率低,設(shè)備在測(cè)試時(shí)需要反復(fù)拆裝,導(dǎo)致總裝工作操作復(fù)雜,可在總裝出廠時(shí)提前上箭安裝,技術(shù)準(zhǔn)備流程中可不再開(kāi)展相關(guān)工作。

(3)優(yōu)化流程項(xiàng)目

單元測(cè)試主要目的是檢查箭上各單機(jī)設(shè)備功能性能指標(biāo)是否滿足技術(shù)要求的情況。目前,單元測(cè)試項(xiàng)目主要包括動(dòng)力單機(jī)、管路氣密檢查、火工品、控制設(shè)備和平臺(tái)。項(xiàng)目組應(yīng)用“連續(xù)流動(dòng)無(wú)法向上游擴(kuò)展時(shí),使用‘超市’方式控制生產(chǎn)”的精益生產(chǎn)原理,將動(dòng)力單機(jī)、管路氣密檢查、火工品的單元測(cè)試前置至總裝廠,技術(shù)準(zhǔn)備流程中不再開(kāi)展相關(guān)的單元測(cè)試工作。優(yōu)化后的單元測(cè)試項(xiàng)目如圖2所示。

取消與總裝廠重復(fù)的測(cè)試項(xiàng)目,包括動(dòng)力設(shè)備、氣密檢查、火工品。技術(shù)準(zhǔn)備流程與總裝出廠測(cè)試時(shí)間間隔較短,在出廠前均進(jìn)行了出廠測(cè)試,得到了充分的檢查和考核,產(chǎn)品的長(zhǎng)途運(yùn)輸對(duì)這些參數(shù)沒(méi)有影響,而且這些產(chǎn)品在技術(shù)準(zhǔn)備流程的單元測(cè)試中從未出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題。因此,控制系統(tǒng)取消與總裝廠重復(fù)的單元測(cè)試項(xiàng)目是完全可行的。

平臺(tái)單元測(cè)試項(xiàng)目?jī)?yōu)化包括取消性能穩(wěn)定的參數(shù)測(cè)試、導(dǎo)通絕緣測(cè)試自動(dòng)化、算法改進(jìn)和測(cè)試軟件升級(jí)等。通過(guò)對(duì)平臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù)和平臺(tái)測(cè)試項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行分析,出廠后部分性能參數(shù)穩(wěn)定,可不再開(kāi)展相關(guān)測(cè)試。為了進(jìn)一步提高測(cè)試效率,通過(guò)對(duì)算法改進(jìn)和測(cè)試軟件升級(jí)縮短測(cè)試時(shí)間,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理。因此,平臺(tái)系統(tǒng)單元測(cè)試優(yōu)化完全可行。

圖2 單元測(cè)試流程優(yōu)化

分系統(tǒng)測(cè)試主要是在總裝完成后對(duì)裝備重要屬性進(jìn)行有針對(duì)性的檢查。目前分系統(tǒng)測(cè)試設(shè)置了控制分系統(tǒng)、測(cè)量分系統(tǒng)和動(dòng)力分系統(tǒng)3項(xiàng)。優(yōu)化前后分系統(tǒng)測(cè)試如圖3所示。

圖3 分系統(tǒng)測(cè)試優(yōu)化

控制分系統(tǒng)測(cè)試內(nèi)容在系統(tǒng)測(cè)試中可以被覆蓋,取消控制分系統(tǒng)測(cè)試,但考慮到在系統(tǒng)加電前需保證系統(tǒng)連接狀態(tài)的正確性,所以保留配電分系統(tǒng)測(cè)試。

測(cè)量系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)裝箭后性能參數(shù)穩(wěn)定,且能夠在后續(xù)系統(tǒng)測(cè)試中覆蓋,所以可以取消測(cè)量、動(dòng)力分系統(tǒng)測(cè)試。

系統(tǒng)測(cè)試是針對(duì)裝備電氣系統(tǒng)進(jìn)行的測(cè)試,目的是驗(yàn)證電氣系統(tǒng)是否滿足技術(shù)要求。目前,系統(tǒng)測(cè)試設(shè)置了高壓測(cè)試、發(fā)射測(cè)試和臨射低壓測(cè)試3項(xiàng)。為了減少當(dāng)前系統(tǒng)測(cè)試中的浪費(fèi),并考慮實(shí)際實(shí)施的可行性,提出了系統(tǒng)測(cè)試優(yōu)化方案,如圖4所示。

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)測(cè)試內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比,存在較多的重復(fù)測(cè)試內(nèi)容。單機(jī)設(shè)備的功能性能在完成全面考核的前提下,為減少總裝操作和狀態(tài)轉(zhuǎn)換,僅進(jìn)行臨射測(cè)試,取消高壓測(cè)試和發(fā)射測(cè)試。對(duì)于不能覆蓋的高壓測(cè)試和發(fā)射測(cè)試內(nèi)容,通過(guò)增加相關(guān)測(cè)試來(lái)確保測(cè)試覆蓋性。

總裝操作主要包括2個(gè)部分:一個(gè)是為滿足測(cè)試要求而必須進(jìn)行的操作;另一個(gè)是技術(shù)準(zhǔn)備流程中的一些保留工序,涉及卸車(chē)及對(duì)接、口蓋分解、儀器設(shè)備安裝、火工品安裝、整流罩分解、箭體封艙等多個(gè)環(huán)節(jié)。優(yōu)化前后的總裝操作如圖5所示。

控制系統(tǒng)單機(jī)設(shè)備在總裝出廠時(shí)完成單元測(cè)試并上箭安裝,在技術(shù)準(zhǔn)備流程中可取消與之相關(guān)的總裝工作;考慮到箭體貯存庫(kù)溫濕度等環(huán)境情況良好,滿足貯存要求,可不著箭衣?tīng)顟B(tài)貯存,箭衣僅作為長(zhǎng)期空調(diào)故障情況下的備用措施;整流罩對(duì)接的導(dǎo)爆索輸出接頭連接采用快速防松方式,能夠保證2年的正常使用期,操作簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn),可減少操作時(shí)間。

圖4 系統(tǒng)測(cè)試優(yōu)化

4.并行方案

一是雙測(cè)試工位同時(shí)使用。

圖5 技術(shù)準(zhǔn)備流程總裝操作優(yōu)化

在執(zhí)行每個(gè)階段技術(shù)準(zhǔn)備流程工作時(shí)一般使用1#測(cè)試工位開(kāi)展測(cè)試工作,用2#測(cè)試工位進(jìn)行總裝工作。由于測(cè)試工位地面軌道只有一條,當(dāng)1#測(cè)試工位的裝備完成相關(guān)工作要推出時(shí),2#測(cè)試工位的裝備就必須停止工作并推出至轉(zhuǎn)載區(qū)。因此,2#測(cè)試工位只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的總裝工作,以便裝備的及時(shí)推出。而且,在當(dāng)前快速發(fā)射和應(yīng)急發(fā)射的要求下,如果多發(fā)裝備需要進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備工作時(shí),則必須等待1#測(cè)試工位完成相關(guān)測(cè)試工作推出至轉(zhuǎn)載區(qū)后,另一發(fā)裝備才能轉(zhuǎn)至1#測(cè)試工位,導(dǎo)致2發(fā)任務(wù)間隔周期至少需要7天。

根據(jù)多發(fā)火箭并行準(zhǔn)備、充分利用1#和2#測(cè)試工位的需求,型號(hào)提出了地面測(cè)試軌道改造要求,即在原有一條測(cè)試軌道的基礎(chǔ)上再增加一條測(cè)試軌道,以滿足2發(fā)裝備同時(shí)測(cè)試的需求。

二是多發(fā)火箭箭串并聯(lián)技術(shù)準(zhǔn)備流程。

由于在技術(shù)準(zhǔn)備流程設(shè)計(jì)時(shí)只考慮了單發(fā)火箭的使用流程,當(dāng)要求多發(fā)火箭同時(shí)進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備流程時(shí),只能采用串聯(lián)的方式進(jìn)行,即一發(fā)火箭完成技術(shù)準(zhǔn)備工作后,再將另一發(fā)火箭推出。技術(shù)準(zhǔn)備工作周期長(zhǎng)、效率低,對(duì)貯存庫(kù)的測(cè)試裝備和測(cè)試空間未能完全利用。

為充分利用用戶資源,應(yīng)對(duì)多發(fā)火箭快速發(fā)射的需求,型號(hào)和用戶對(duì)技術(shù)準(zhǔn)備流程進(jìn)行詳細(xì)的分析論證,經(jīng)過(guò)多次推演提出了基于串并聯(lián)模式的多發(fā)火箭技術(shù)準(zhǔn)備流程方案,即一發(fā)火箭總裝操作和測(cè)試工作采用串聯(lián)模式,多發(fā)火箭采用并行工作模式。按目前的用戶資源,一次可以同時(shí)推出2發(fā)裝備,當(dāng)2發(fā)裝備完成了前期的總裝操作推至測(cè)試工位后,可以立即再次推出2發(fā)裝備開(kāi)展相關(guān)的準(zhǔn)備工作,如此循環(huán)。

三是末修推進(jìn)劑集中加注。

在流程優(yōu)化前,末修推進(jìn)劑加注工作安排在出庫(kù)技術(shù)準(zhǔn)備流程中,當(dāng)完成相關(guān)的測(cè)試工作后開(kāi)始推進(jìn)劑加注工作。為了縮短出庫(kù)技術(shù)準(zhǔn)備流程時(shí)間,實(shí)現(xiàn)裝備的快速發(fā)射,型號(hào)和用戶經(jīng)過(guò)論證分析,提出了將末修推進(jìn)劑加注作為一項(xiàng)單獨(dú)技術(shù)流程的方案。根據(jù)用戶任務(wù)情況,并利用任務(wù)空閑期,集中對(duì)裝備進(jìn)行末修推進(jìn)劑加注。

圖6 時(shí)間價(jià)值圖

二、實(shí)踐效果及后續(xù)思路

綜合考慮裝備優(yōu)化前的技術(shù)準(zhǔn)備流程,即卸車(chē)及產(chǎn)品恢復(fù)、箭體對(duì)接、整流罩分解、單元測(cè)試、分系統(tǒng)測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試、末修推進(jìn)劑加注、對(duì)接整流罩等項(xiàng)目,重點(diǎn)針對(duì)電氣系統(tǒng)和總裝操作工作項(xiàng)目采取多項(xiàng)優(yōu)化流程措施。經(jīng)統(tǒng)計(jì),入庫(kù)技術(shù)準(zhǔn)備流程由14天縮短至8天,單元測(cè)試時(shí)間由3天縮短至2.5天,分系統(tǒng)、系統(tǒng)測(cè)試時(shí)間由4天縮短至1天,總裝操作時(shí)間由6.5天縮減至4.5天,取消轉(zhuǎn)軌等待時(shí)間0.5天。

采用時(shí)間價(jià)值流程圖和價(jià)值分析之后,可優(yōu)化流程部分主要集中在單元測(cè)試、分系統(tǒng)測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試,時(shí)間價(jià)值如圖6所示。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化后,將無(wú)價(jià)值又不需子步驟(VAN)消除后,有價(jià)值子步驟(VA)的時(shí)間價(jià)值比例由32.1%提高至59.5%。

隨著該項(xiàng)目的實(shí)施落地,后續(xù)還有幾個(gè)方面工作可以延續(xù)拓展:末修推進(jìn)劑采用預(yù)包裝技術(shù),取消推進(jìn)劑的加注工作;設(shè)備采用智能化、集成化、一體化的設(shè)計(jì)方案,減少箭上設(shè)備數(shù)量;設(shè)備采用BIT技術(shù),實(shí)現(xiàn)綜合測(cè)試代替單元測(cè)試和分系統(tǒng)測(cè)試,取消設(shè)備單元測(cè)試;綜合測(cè)試采用一鍵操作,徹底取消相關(guān)測(cè)試狀態(tài)準(zhǔn)備和狀態(tài)轉(zhuǎn)換工作。