以“技術(shù)產(chǎn)品化”推進(jìn)航天元器件產(chǎn)品化研制創(chuàng)新實(shí)踐

孫璐等 /中國航天電子技術(shù)研究院

元器件是航天型號研制與生產(chǎn)的重要通用基礎(chǔ)產(chǎn)品，多年來其研發(fā)過程一直走型號定制路線，科研生產(chǎn)模式為“以型號為綱、受型號任務(wù)牽引”，由于一直缺少頂層規(guī)劃，加上多型號應(yīng)用環(huán)境下用戶需求不統(tǒng)一，導(dǎo)致產(chǎn)品品種規(guī)格多樣化。伴隨著航天型號高強(qiáng)度研制、高密度發(fā)射的新形勢，面對縱向任務(wù)要求及橫向市場競爭的雙重壓力，在“一次任務(wù)一個狀態(tài)、一個產(chǎn)品一個狀態(tài)”的傳統(tǒng)科研生產(chǎn)模式下，一些產(chǎn)品研制生產(chǎn)單位出現(xiàn)了不適應(yīng)的現(xiàn)象，主要是在產(chǎn)業(yè)化需求下產(chǎn)品設(shè)計制造與質(zhì)量、多樣化與效率之間出現(xiàn)矛盾，造成產(chǎn)品研制成本增加，設(shè)計效率和生產(chǎn)效能降低。

近年來，中國航天電子技術(shù)研究院通過開展產(chǎn)品化工作，規(guī)劃產(chǎn)品型譜，優(yōu)化產(chǎn)品種類和數(shù)量，保障產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提升產(chǎn)業(yè)化能力。但由于型譜建設(shè)屬于自上而下、由總到分的工作機(jī)制，對于元器件產(chǎn)品而言其應(yīng)用效果并不突出。因此，筆者立足當(dāng)前元器件產(chǎn)品化工作的現(xiàn)狀和需求，將產(chǎn)品化系統(tǒng)性與模塊化思想向產(chǎn)品研發(fā)過程延伸，提出“技術(shù)產(chǎn)品化”的思想，探索通用、基礎(chǔ)層面的產(chǎn)品問題解決方案。

一、元器件產(chǎn)品化的現(xiàn)狀

目前，研究院元器件產(chǎn)品化工作主要存在以下2 個方面的問題：

一是從產(chǎn)品自身技術(shù)的角度看，大多數(shù)產(chǎn)品成功應(yīng)用于多個型號并已具備相應(yīng)的技術(shù)成熟度，但是由于參加在軌飛行次數(shù)有限，按照型號單機(jī)成熟度定級標(biāo)準(zhǔn)，成熟度定級很難達(dá)到5 級以上，通過產(chǎn)品狀態(tài)鑒定審查后升級為貨架產(chǎn)品。

二是受產(chǎn)品配套地位的影響，產(chǎn)品型譜化規(guī)劃與未來市場需求融合較少，導(dǎo)致形成的產(chǎn)品型譜跟不上技術(shù)發(fā)展趨勢。逐漸地，產(chǎn)品化成為獨(dú)立于產(chǎn)品研制的另外一項(xiàng)工作，具體產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)工作照舊，各行其是。面對現(xiàn)階段產(chǎn)品種類增多、復(fù)雜程度快速增長的新情況，不同產(chǎn)品類似的技術(shù)問題與錯誤反復(fù)出現(xiàn)、反復(fù)解決，造成產(chǎn)品設(shè)計周期長、技術(shù)狀態(tài)管理難度越來越大。

二、技術(shù)產(chǎn)品化的意義

考慮到不同產(chǎn)品內(nèi)部往往包含相同的技術(shù)單元，應(yīng)引入技術(shù)產(chǎn)品化思想、模塊化產(chǎn)品技術(shù)的設(shè)計理念，將產(chǎn)品成熟度的概念向技術(shù)基礎(chǔ)層面延伸。在系列化型譜產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，通過聚焦產(chǎn)品核心技術(shù)促進(jìn)技術(shù)開發(fā)先行，建立模塊化產(chǎn)品技術(shù)體系，基于技術(shù)知識的組合和復(fù)用，達(dá)到提升產(chǎn)品研發(fā)效率與質(zhì)量、支撐產(chǎn)品化的目的。技術(shù)產(chǎn)品化是將產(chǎn)品研發(fā)過程產(chǎn)生的核心技術(shù)，經(jīng)過充分的市場調(diào)研和需求分析，加以驗(yàn)證、完善并梳理形成技術(shù)模塊，提煉通用技術(shù)模塊，建立模塊化產(chǎn)品技術(shù)體系，支撐產(chǎn)品快速設(shè)計形成滿足型號任務(wù)需求的產(chǎn)品全過程。

技術(shù)產(chǎn)品化的核心在于核心技術(shù)的模塊化，設(shè)計的過程是將產(chǎn)品技術(shù)從產(chǎn)品研發(fā)過程中分離，將產(chǎn)品研制過程中需要用到的復(fù)雜技術(shù)分模塊進(jìn)行開發(fā)，經(jīng)過論證、嚴(yán)格評審和測試，最后形成穩(wěn)定可靠、可復(fù)用的通用技術(shù)模塊。產(chǎn)品開發(fā)就是運(yùn)用這些通用技術(shù)模塊組建產(chǎn)品的過程，這樣產(chǎn)品研發(fā)難度和風(fēng)險大大降低，開發(fā)周期縮短，進(jìn)度可控，研發(fā)團(tuán)隊(duì)可以聚焦產(chǎn)品設(shè)計本身，又快又好地滿足對新產(chǎn)品的研發(fā)需求。

三、技術(shù)產(chǎn)品化的實(shí)現(xiàn)

1.技術(shù)內(nèi)涵

開展產(chǎn)品技術(shù)模塊化設(shè)計，需要關(guān)注產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)，將產(chǎn)品研發(fā)過程自上而下劃歸不同的層次，一般包括平臺層、子系統(tǒng)層和技術(shù)層，如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)品技術(shù)模塊化設(shè)計思路

平臺層（頂層）作為一類產(chǎn)品全系列各品種的集合，由滿足不同用戶定制要求和市場應(yīng)用需求的不同種類特性產(chǎn)品系列組合構(gòu)成，反映了企業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)；子系統(tǒng)層（平臺產(chǎn)品層）一般用作模塊化設(shè)計的對象層（中間層），在該層需要對企業(yè)各規(guī)格產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)對比、分析、整合和優(yōu)化，建立優(yōu)選產(chǎn)品平臺，以此規(guī)劃、分解產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)技術(shù)和零組件組成；技術(shù)層作為技術(shù)模塊化設(shè)計的實(shí)現(xiàn)層（最終層），需結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)制定規(guī)則，對上一層產(chǎn)品各功能技術(shù)進(jìn)行提煉、整合和統(tǒng)型，對復(fù)用程度高的產(chǎn)品技術(shù)實(shí)施獨(dú)立管理，建立通用模塊。

將技術(shù)開發(fā)從產(chǎn)品研發(fā)中獨(dú)立出來，有助于產(chǎn)品研發(fā)單位重新整合已有規(guī)格化產(chǎn)品，形成產(chǎn)品資源，清晰產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展趨勢；同時，通過對現(xiàn)有產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)的優(yōu)化整合，可明確本單位產(chǎn)品的核心技術(shù)能力。

2.內(nèi)容與步驟

一是優(yōu)化產(chǎn)品品種，建立優(yōu)選系列產(chǎn)品平臺。實(shí)施產(chǎn)品技術(shù)模塊化分解，前提是整合產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)，優(yōu)化產(chǎn)品品種，建立優(yōu)選系列產(chǎn)品平臺，主要分為4 個步驟。

首先，充分調(diào)研當(dāng)前及未來一段時間（不少于10 年）型號任務(wù)對該類產(chǎn)品的主要技術(shù)要求（功能性能、物理特性、性能指標(biāo)、環(huán)境適應(yīng)性、接口及使用時間等），預(yù)估產(chǎn)品的需求數(shù)量和技術(shù)參數(shù)指標(biāo)；其次，對已研制的成熟產(chǎn)品進(jìn)行狀態(tài)梳理，分析產(chǎn)品的類型、主要技術(shù)指標(biāo)、研制及應(yīng)用情況，初步確定主要技術(shù)指標(biāo)相同或相近的產(chǎn)品；再次，與國內(nèi)外同類產(chǎn)品進(jìn)行對標(biāo)分析，對比產(chǎn)品在功能、性能指標(biāo)上的異同，綜合市場需求最大限度地合并規(guī)格重復(fù)或相近的產(chǎn)品，淘汰已無應(yīng)用需求的產(chǎn)品；最后，針對產(chǎn)品主要功能和性能，選擇最能代表產(chǎn)品固有能力的主要參數(shù)作為產(chǎn)品特征參數(shù)（一般為3 個以上，根據(jù)重要程度進(jìn)行排序），對照產(chǎn)品需求，結(jié)合產(chǎn)品特征參數(shù)對現(xiàn)有產(chǎn)品規(guī)格進(jìn)行對比、分析，合并互相可以取代的產(chǎn)品，確定成熟及待開發(fā)產(chǎn)品，建立優(yōu)選系列產(chǎn)品平臺。

二是分離產(chǎn)品技術(shù)，分解同類產(chǎn)品技術(shù)要素。在優(yōu)選產(chǎn)品平臺的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品研發(fā)過程中的技術(shù)要素單獨(dú)提取出來，通過系統(tǒng)提煉，規(guī)劃各系列產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求（包括用戶需求），解析產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，開展同類產(chǎn)品功能性能及技術(shù)要素分解，建立一般技術(shù)、特殊技術(shù)及專用技術(shù)。

其中，一般技術(shù)為構(gòu)成產(chǎn)品的必須功能，即組合產(chǎn)品中必須包括的技術(shù)要素；特殊技術(shù)是構(gòu)成產(chǎn)品的可能功能，是否需要視產(chǎn)品使用環(huán)境的具體情況而定的技術(shù)要素；專用技術(shù)是配套某個型號任務(wù)的選項(xiàng)，可與其他2 類模塊組合使用，構(gòu)成滿足用戶需求的個性化產(chǎn)品技術(shù)要素。由此可見，通過提取產(chǎn)品研制過程技術(shù)要素，能夠弱化產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計與制造串行帶來的影響，同時基于優(yōu)選產(chǎn)品平臺分離產(chǎn)品技術(shù)，在后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計工作中將大大減少新研發(fā)部分的比重，縮短研制周期，減少資源占用。

三是提煉共性技術(shù)，構(gòu)建模塊化產(chǎn)品技術(shù)體系。分解產(chǎn)品技術(shù)，提煉可靠、可復(fù)用的通用技術(shù)的最終目的是構(gòu)建模塊化產(chǎn)品技術(shù)體系。對于研制生產(chǎn)單位而言，由于現(xiàn)有產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)相對用戶需求而言比較明確，通用技術(shù)模塊的分析和提取可以從產(chǎn)品的一般、特殊及專用技術(shù)要素進(jìn)行，對應(yīng)設(shè)計、制造、裝配等環(huán)節(jié)解析出成熟度高而且可通用化、系列化的共用零部件和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，區(qū)分不同應(yīng)用將其模塊化，為同類產(chǎn)品設(shè)計借鑒積累原始數(shù)據(jù)。

新產(chǎn)品技術(shù)模塊的建立不同于已有產(chǎn)品。首先，在最初的產(chǎn)品方案設(shè)計階段要預(yù)測分析市場需求、產(chǎn)品技術(shù)變化趨勢，識別已有產(chǎn)品成熟技術(shù)模塊并統(tǒng)籌開展新產(chǎn)品模塊化設(shè)計規(guī)劃；其次，通過內(nèi)化產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)需求，比對借鑒同類產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)技術(shù)，策劃制定本產(chǎn)品技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑；第三，對于已有技術(shù)，主要是將技術(shù)路線、技術(shù)特性以及產(chǎn)品層級、設(shè)計規(guī)則等信息作為產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)應(yīng)用和改型的依據(jù)；第四，若無相應(yīng)技術(shù)，則按已有產(chǎn)品技術(shù)解析步驟分解新產(chǎn)品技術(shù)，隨著產(chǎn)品成熟度的不斷提升，配套型號任務(wù)達(dá)到一定數(shù)量且技術(shù)具備一定通用性時再模塊化其設(shè)計要素；第五，將技術(shù)知識添加到通用技術(shù)模塊庫中，不斷豐富該類產(chǎn)品技術(shù)體系。以此循環(huán)往復(fù)，最終產(chǎn)品的研發(fā)就是在運(yùn)用、完善和維護(hù)模塊化產(chǎn)品技術(shù)體系的過程，形成基于用戶需求的產(chǎn)品快速設(shè)計框架。

四是圖、表、碼“三位一體”，表述產(chǎn)品技術(shù)內(nèi)涵。技術(shù)模塊的內(nèi)涵即產(chǎn)品的設(shè)計知識，由于設(shè)計知識來源比較廣泛，涉及到產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的各個環(huán)節(jié)，因此為了更加清晰地展示產(chǎn)品設(shè)計過程信息，可將其分成3 個不同的層級。

最外層（表現(xiàn)層）為設(shè)計過程知識，控制設(shè)計過程分解、設(shè)計任務(wù)的規(guī)劃和子過程知識的復(fù)用；中間層（求解層）為設(shè)計規(guī)則與決策，包括各子過程設(shè)計方案的評價和決策、設(shè)計方案的修改、信息反饋等；最內(nèi)層（內(nèi)涵層）為通用設(shè)計知識層，包括產(chǎn)品設(shè)計原理、設(shè)計實(shí)例與技術(shù)文檔等。

面向產(chǎn)品設(shè)計過程，將每個過程分解成若干子過程，剝離與過程對應(yīng)的技術(shù)模塊。采取圖、表、碼“三位一體”的方式對各模塊內(nèi)包含的設(shè)計知識進(jìn)行表述，分別指設(shè)計簡圖、通用技術(shù)模塊分解表、知識單元編碼，說明產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用的環(huán)境和條件、產(chǎn)品涉及關(guān)鍵技術(shù)情況以及設(shè)計要求、技術(shù)說明以及應(yīng)用型號等其他信息。

五是實(shí)施技術(shù)知識管理，支撐產(chǎn)品化實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用。為了更有效地驗(yàn)證、固化和應(yīng)用產(chǎn)品技術(shù)知識，需要對產(chǎn)品研制各環(huán)節(jié)建立的共性技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。通過組織專家分組界定通用技術(shù)，并對產(chǎn)品技術(shù)模塊知識進(jìn)行嚴(yán)格論證、嚴(yán)格評審和測試，固化形成產(chǎn)品技術(shù)一覽表。另外，強(qiáng)化制度機(jī)制保障，可以利用績效管理等牽引技術(shù)模塊的使用與積累，將技術(shù)模塊的覆蓋率作為產(chǎn)品研發(fā)的重要考核指標(biāo)，并強(qiáng)調(diào)在立項(xiàng)審查時就開始把原有技術(shù)模塊的選用率作為新產(chǎn)品評價的重要指標(biāo)，從而在制度上梳理并充分利用已有技術(shù)資源概念，系統(tǒng)支撐產(chǎn)品化工作。按照知識獲?。▉碓矗诸悺獌Υ妗褂玫牧鞒虒υO(shè)計知識進(jìn)行管理，模型如圖2 所示。

3.實(shí)現(xiàn)過程

圖2 技術(shù)知識管理模型

利用技術(shù)模塊化支撐產(chǎn)品化，改善了原先產(chǎn)品一對一配套型號由于飛行次數(shù)少導(dǎo)致產(chǎn)品成熟度無法得到有效驗(yàn)證，不能適應(yīng)新形勢下型號任務(wù)的需要的模式。通過規(guī)劃產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)，提煉出通用技術(shù)知識應(yīng)用于多個產(chǎn)品、多個型號，以提升產(chǎn)品化能力，如圖3 所示。

三、設(shè)計方法應(yīng)用與實(shí)踐

2018 年研究院通過開展專項(xiàng)研究，選取杭州航天電子技術(shù)有限公司的分離脫落連接器產(chǎn)品為試點(diǎn)，實(shí)踐技術(shù)產(chǎn)品化思想，應(yīng)用產(chǎn)品技術(shù)模塊化設(shè)計方法，梳理了某型號電連接器全系列產(chǎn)品特征參數(shù)，開展產(chǎn)品品種優(yōu)化、提煉共性技術(shù)模塊、技術(shù)知識表達(dá)等多項(xiàng)研究應(yīng)用工作。

1.建立產(chǎn)品優(yōu)選平臺

通過對該型號電連接器300余種規(guī)格進(jìn)行匯總，以外形結(jié)構(gòu)區(qū)分不同種類產(chǎn)品，完成對產(chǎn)品的連接結(jié)構(gòu)、插合方式、分離方式、外形大小、接觸件芯數(shù)等主要技術(shù)狀態(tài)的梳理。按功能特點(diǎn)、應(yīng)用工程、主要用途統(tǒng)計分析了37 個系列產(chǎn)品的型號應(yīng)用、技術(shù)發(fā)展趨勢及國內(nèi)外宇航、武器系統(tǒng)的使用情況，確立了6 個優(yōu)選、9 個特殊結(jié)構(gòu)產(chǎn)品系列，覆蓋同類結(jié)構(gòu)已有產(chǎn)品和規(guī)劃產(chǎn)品，產(chǎn)品總系列數(shù)壓縮至15 個，建立分離脫落產(chǎn)品優(yōu)選平臺?；诋a(chǎn)品核心技術(shù)梳理，將現(xiàn)有37 個系列103 個規(guī)格的產(chǎn)品壓縮至73 個成熟度較高、接口匹配良好的優(yōu)選產(chǎn)品，壓縮率達(dá)到70.9%。

2.提煉產(chǎn)品通用技術(shù)

結(jié)合該型號產(chǎn)品特點(diǎn)，從產(chǎn)品功能（設(shè)計技術(shù)）、實(shí)現(xiàn)過程（工藝檢測技術(shù)）2 個方面進(jìn)行功能單元拆解，分析產(chǎn)品應(yīng)用的核心技術(shù)，提煉出共性技術(shù)，形成3 個 層 次，24 小 類、102 種產(chǎn)品通用技術(shù)，構(gòu)建了模塊化產(chǎn)品技術(shù)體系。

3.固化技術(shù)知識，制修訂產(chǎn)品設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

為了便于102 項(xiàng)技術(shù)模塊的選用，公司研究設(shè)計了技術(shù)模塊知識卡，內(nèi)容包括技術(shù)模塊的編碼、分類表、簡圖、技術(shù)說明、成熟度等信息。技術(shù)模塊知識通過圖、表、碼“三位一體”結(jié)合方式進(jìn)行表達(dá)，展示單個技術(shù)模塊實(shí)現(xiàn)功能的技術(shù)途徑、技術(shù)分類屬性和應(yīng)用情況等關(guān)鍵信息。在獲取的技術(shù)知識基礎(chǔ)上，對原有分離脫落產(chǎn)品設(shè)計規(guī)范進(jìn)行整合，同時結(jié)合產(chǎn)品的特殊應(yīng)用環(huán)境增加耐高溫系列產(chǎn)品、高真空系列產(chǎn)品等共計6 份設(shè)計選用規(guī)范、8 份零組件選用規(guī)范、40 份工藝選用規(guī)范，優(yōu)化了該類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系。

4.借鑒已有成熟產(chǎn)品技術(shù)，支撐產(chǎn)品成熟度提升并促進(jìn)新品快速研發(fā)

將現(xiàn)有產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于新產(chǎn)品的總體方案設(shè)計和部分電氣性能設(shè)計過程，將原有的方案設(shè)計工作轉(zhuǎn)化為選擇設(shè)計的過程，提升了產(chǎn)品方案設(shè)計的效率和產(chǎn)品的成熟度。該元器件某型新品研制過程通過分析技術(shù)，采用上述提煉的關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)庫，借鑒已有產(chǎn)品成熟技術(shù)，產(chǎn)品方案設(shè)計時間壓縮了40%，同時有效提升了方案設(shè)計的可靠性，減少了設(shè)計問題，提升了新研產(chǎn)品的技術(shù)成熟度。

5.提升產(chǎn)品研制生產(chǎn)能力

2015 年該型號產(chǎn)品的生產(chǎn)周期為125～153 天，通過零組件的型譜化研究以及產(chǎn)品組件化生產(chǎn)模式的推廣，2018 年分離脫落產(chǎn)品的生產(chǎn)周期為55～86 天，達(dá)到了生產(chǎn)周期小于4 個月的目標(biāo)，保障了多型號不同技術(shù)狀態(tài)產(chǎn)品快速研發(fā)及應(yīng)用需求。

杭州航天電子技術(shù)有限公司通過開展產(chǎn)品技術(shù)模塊化設(shè)計，利用技術(shù)線組合產(chǎn)品線能夠有效促進(jìn)產(chǎn)品及技術(shù)成熟，縮短研發(fā)周期，提高研發(fā)效率。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展技術(shù)知識的管理，形成保持企業(yè)持久創(chuàng)新能力的模塊化產(chǎn)品技術(shù)體系，一方面促進(jìn)新產(chǎn)品快速開發(fā)，另一方面為產(chǎn)品研制生產(chǎn)單位提供了認(rèn)識以及不斷改進(jìn)產(chǎn)品技術(shù)，提升產(chǎn)品質(zhì)量的機(jī)會。在這種模式下，用戶可以將自身需求融入產(chǎn)品架構(gòu)中，定制出符合型號應(yīng)用需求的產(chǎn)品，研制生產(chǎn)單位通過分析用戶需求、產(chǎn)品發(fā)展趨勢孵化出新的產(chǎn)品和用戶選項(xiàng)模塊，從而形成一種良性的產(chǎn)品循環(huán)。