科研設(shè)計流程精細化再造的初步探索與實踐

姜歡、郭昊、王官宇、張星、陳默 /北京臨近空間飛行器系統(tǒng)工程研究所

近年來，航天產(chǎn)品型號任務(wù)量迅速增長，研制過程日益復(fù)雜，涉及專業(yè)種類增多，專業(yè)間的耦合度不斷加深，研制周期日趨緊迫，對傳統(tǒng)的科研生產(chǎn)、管理模式提出了巨大挑戰(zhàn)。針對非系統(tǒng)化的設(shè)計方式帶來的設(shè)計過程效率低、設(shè)計周期長、費用高導(dǎo)致難以應(yīng)對新形勢下研制任務(wù)的需求問題，空間物理重點實驗室提出了開展科研設(shè)計流程的精細化再造與應(yīng)用，構(gòu)建科學(xué)、規(guī)范的科研設(shè)計流程體系，并將有關(guān)規(guī)章制度、標準規(guī)范落實到型號科研設(shè)計流程中，建立配套的貫穿科研全過程的流程管理制度規(guī)范體系，提升科研設(shè)計工作規(guī)范性和質(zhì)量，從而提高科研設(shè)計效率與質(zhì)量。

一、科研設(shè)計流程精細化再造的必要性

航天飛行器設(shè)計是一種復(fù)雜的工程。傳統(tǒng)的設(shè)計方式非系統(tǒng)化、工具軟件沒有集成、數(shù)據(jù)流不夠暢通，沒有設(shè)計規(guī)則庫和方法庫引導(dǎo)各個設(shè)計環(huán)節(jié)的工作，造成設(shè)計過程人工重復(fù)性勞動多、效率低、周期長、費用高，難以滿足新形勢下研制任務(wù)的需求。

在型號研制過程中，任務(wù)進行分解、下發(fā)以及各專業(yè)間與專業(yè)內(nèi)部協(xié)調(diào)工作量大，存在數(shù)據(jù)傳遞不及時、跨專業(yè)的協(xié)作任務(wù)沒有固化的工作流程等問題。部分設(shè)計結(jié)果性數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)由AVIDM、TDM 系統(tǒng)進行管理，大部分設(shè)計數(shù)據(jù)存放在個人計算機中。各專業(yè)數(shù)據(jù)傳遞通過郵件、目錄共享等方式進行，數(shù)據(jù)發(fā)放與接收沒有統(tǒng)一管理。各專業(yè)由各類商業(yè)軟件和自研軟件支撐設(shè)計工作，設(shè)計人員單獨調(diào)用某項工具完成工作，工具與工具之間的數(shù)據(jù)傳遞實行人工干預(yù)，工具應(yīng)用效率低。對型號研制過程中各項任務(wù)的進度、執(zhí)行情況、執(zhí)行數(shù)據(jù)等缺乏清晰全面的監(jiān)控視圖。

各專業(yè)的設(shè)計、分析過程包含規(guī)則和方法。知識中有些以自研軟件形式應(yīng)用到設(shè)計中，大多以單獨各體形式存在。質(zhì)量依賴于人為因素，知識傳承模式存在不確定性，周期性的質(zhì)量波動、低層次重復(fù)性質(zhì)量問題時有發(fā)生。為了高質(zhì)量、高效率完成任務(wù)，需要不斷促進科研生產(chǎn)管理模式的轉(zhuǎn)型升級。

航天產(chǎn)品科研生產(chǎn)過程質(zhì)量控制十分重要。制度規(guī)范是落實和強化過程控制的重要手段。我國航天事業(yè)發(fā)展形成了種類繁多、數(shù)量龐大的規(guī)章制度、技術(shù)標準等規(guī)范體系。這些制度規(guī)范一方面存在通用性有余而針對性、指導(dǎo)性、操作性不足的問題，另一方面存在全面性、覆蓋性不夠的問題。因此，進一步加強信息化建設(shè)，優(yōu)化研制生產(chǎn)流程，建立管理制度規(guī)范體系，將以往積累的經(jīng)驗教訓(xùn)以及有關(guān)規(guī)章制度、標準規(guī)范等有效落實到航天型號科研設(shè)計流程中，是解決問題的有效手段，而流程精細化再造是重要的前提和抓手。

二、科研設(shè)計流程精細化再造工作

1.總體目標與工作思路

科研流程精細化再造的總體目標是在工程研制過程中，結(jié)合科研、管理中暴露出的粗放低效問題，開展科研設(shè)計流程精細化再造工作，以精細化、規(guī)范化、定量化為目標，對設(shè)計流程進行完善、優(yōu)化和再造，通過綜合運用項目管理、流程管理、資源管理、知識工程等技術(shù)，實現(xiàn)工程經(jīng)驗?zāi)０寤⒐ぞ哕浖苫?、產(chǎn)品設(shè)計協(xié)同化、項目制度規(guī)范化，從根本上解決航天型號設(shè)計中存在的流程不優(yōu)化、過程控制不量化、崗位要求不明晰等問題，以全覆蓋的流程化管理落實各項管理要求，系統(tǒng)建設(shè)、持續(xù)改進，不斷促進企業(yè)整體效益、工作效率提升。

針對科研設(shè)計流程精細化再造工作需求，結(jié)合實際科研任務(wù)，基于產(chǎn)品、過程、組織3 個維度，通過流程梳理、工作內(nèi)容梳理、工作要求梳理，按照型號研制總體、分系統(tǒng)/專業(yè)、具體工作層層細化，分層次展開流程再造工作，并細化流程控制各項要求。

產(chǎn)品維度是指對航天產(chǎn)品構(gòu)成，包含系統(tǒng)、分系統(tǒng)、單機、軟件等各類軟硬件產(chǎn)品，重點關(guān)注產(chǎn)品的功能、性能及各部分之間的邏輯關(guān)系。

過程維度是指產(chǎn)品全研制周期產(chǎn)品形成過程，重點關(guān)注設(shè)計過程的邏輯關(guān)系和影響產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

組織維度是指對各任務(wù)環(huán)節(jié)上的專業(yè)協(xié)作關(guān)系和崗位組成進行梳理，對全部流程節(jié)點上的崗位控制要求、標準規(guī)范、輸出輸出文件、設(shè)計工具要求進行梳理，提出過程控制有效性的制度規(guī)范體系建設(shè)要點，形成與崗位高度耦合的制度規(guī)范體系。

2.流程精細化再造梳理與分析

一是設(shè)計需求確認。明確用戶提出的任務(wù)總需求，需開展流程設(shè)計再造的產(chǎn)品、所處研制階段及參與的技術(shù)、管理部門?？蒲性O(shè)計流程一般按研制階段劃分為方案論證階段（F）、方案設(shè)計階段（M）、初樣階段（C）、試樣階段（S）和定型階段（D）。參與部門包括總體、氣動、控制、結(jié)構(gòu)、防隔熱等技術(shù)部門和質(zhì)量、計劃等管理部門。

二是1 級流程討論梳理與確認。1 級流程根據(jù)型號實際研制過程，概括描述型號某一研制階段涉及所有技術(shù)、管理部門全部工作的流程，用于體現(xiàn)各部門間的接口關(guān)系。工作內(nèi)容由總體專業(yè)根據(jù)設(shè)計需求，梳理完成1 級流程。梳理過程中，總體設(shè)計應(yīng)充分溝通協(xié)調(diào)各技術(shù)、管理部門，參考其相關(guān)意見進行編制。梳理完成后，總體專業(yè)室需組織主任設(shè)計師、工程組組長及主管設(shè)計等對流程開展審核、修訂及確認。

三是2、3 級流程管理要素梳理。2 級流程是在

1 級流程基礎(chǔ)上，描述某一技術(shù)、管理部門在型號某一研制階段全部研制工作的流程，用于體現(xiàn)各技術(shù)、管理部門內(nèi)部閉環(huán)關(guān)系。3 級流程是在2 級流程基礎(chǔ)上，描述某一技術(shù)、管理部門在型號某一研制階段某一項具體工作的流程，用于體現(xiàn)各技術(shù)、管理部門具體工作過程。3 級流程為最底層流程，視工作的復(fù)雜程度由各技術(shù)、管理部門自行劃分。

管理要素包括用于指導(dǎo)開展設(shè)計、管理工作的作業(yè)指導(dǎo)書、標準、規(guī)范、質(zhì)量案例等指導(dǎo)性文件，各技術(shù)、管理部門輸出文件，各技術(shù)、管理部門使用的工具軟件，各技術(shù)、管理部門的崗位角色。其中，指導(dǎo)書、標準、規(guī)范、輸出文件等需整理模板。

四是2、3 級流程討論梳理。各技術(shù)、管理部門基于管理要素梳理的輸出文件等工作內(nèi)容，繪制各自2、3 級流程。梳理過程中，主管設(shè)計應(yīng)充分溝通協(xié)調(diào)上下游技術(shù)、管理部門，參考其輸入輸出接口關(guān)系意見進行編制，并明確設(shè)計活動所需要的管理要素。梳理完成后，各技術(shù)、管理部門組織主任設(shè)計師、工程組組長及主管設(shè)計等各自流程開展審核、修訂及確認。

基于ARIS 軟件，可以方便高效地開展科研設(shè)計流程精細化再造。

3.基于精細化再造流程的科研設(shè)計及管理

基于精細化再造后的科研流程，結(jié)合所內(nèi)數(shù)字工程建設(shè)，建立數(shù)字化協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)，實現(xiàn)任務(wù)管理、流程分解、流程管理、流程監(jiān)控、在線協(xié)同設(shè)計等功能。在設(shè)計需求下達后，總體設(shè)計人員利用任務(wù)管理模塊，以存儲在任務(wù)流程模板庫中的流程模板為依據(jù)（也可自行設(shè)計流程模板），應(yīng)用流程管理模塊進行任務(wù)WBS 分解并分發(fā)任務(wù)至各專業(yè)設(shè)計人員。

各專業(yè)設(shè)計人員登錄系統(tǒng)獲取設(shè)計任務(wù)，在輸入條件（上游任務(wù)已完成，輸入數(shù)據(jù)已完備、時間條件滿足）都具備的情況下，啟動設(shè)計流程，以統(tǒng)一的專業(yè)模型為核心，調(diào)用設(shè)計結(jié)果數(shù)據(jù)、任務(wù)之間的流程協(xié)作過程記錄及數(shù)據(jù)版本匹配關(guān)系，確保設(shè)計結(jié)果可記錄、數(shù)據(jù)關(guān)系可追溯、版本匹配可驗證，并提供輕量化三維模型和云圖、曲線、報告等多種查看方式，實現(xiàn)對設(shè)計方案的全數(shù)字化展示。

各專業(yè)設(shè)計人員在完成任務(wù)后將設(shè)計結(jié)果提交至數(shù)據(jù)中心的設(shè)計結(jié)果數(shù)據(jù)中心，支持對各專業(yè)設(shè)計結(jié)果數(shù)據(jù)按不同維度進行分類目錄的維護，建立多專業(yè)基于設(shè)計方案的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)信息進行有效組織。

專業(yè)工具池為設(shè)計人員提供多層次、多功能的設(shè)計工具，具備針對相關(guān)專業(yè)的方案設(shè)計功能，大幅提高方案設(shè)計的效率和效果。通過開放數(shù)據(jù)中間件接口，打通各專業(yè)設(shè)計工具與數(shù)據(jù)資源中心的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，有效解決分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲、管理，實現(xiàn)設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)共享與一致性管理。

協(xié)同設(shè)計管理系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)計結(jié)果庫中的變動，自動完成任務(wù)狀態(tài)變更并更新流程，將任務(wù)、流程更新情況推送至相關(guān)任務(wù)工作人員的工作臺面中，形成工作時長歷史記錄。當完整流程中的全部節(jié)點均完成后，視為一次完整的流程迭代。

三、應(yīng)用效果與后續(xù)工作

通過科研設(shè)計流程精細化再造，固化形成了所級流程設(shè)計規(guī)范，初步搭建了以流程為核心、與崗位高度耦合、多體系協(xié)調(diào)的流程體系，實現(xiàn)了1級流程到系統(tǒng)、2 級流程到崗位、3 級流程到任務(wù)。將專業(yè)崗位文件接口關(guān)系、輸出文件、數(shù)據(jù)項、設(shè)計工具、作業(yè)指導(dǎo)書等管理要素與科研流程緊密結(jié)合。通過推進數(shù)字化協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)建設(shè)支持和固化流程再造成果應(yīng)用，科研生產(chǎn)質(zhì)量、效率和效益指標得到有效提升。

目前已完成方案論證階段和方案設(shè)計階段科研設(shè)計流程，并在所內(nèi)某型號方案論證協(xié)同設(shè)計團隊中開展應(yīng)用，有效地解決了多專業(yè)多學(xué)科緊耦合、參研單位多、涉及領(lǐng)域廣等設(shè)計難題，高效地完成了總體和分系統(tǒng)的任務(wù)分解、參數(shù)傳遞及設(shè)計數(shù)據(jù)的集中管理，實現(xiàn)了科研設(shè)計流程與科研管理的有機融合，提升設(shè)計效率30%以上，有效地提升了總體設(shè)計能力及科研管理能力并轉(zhuǎn)化為所內(nèi)核心能力。后續(xù)，將繼續(xù)梳理再造其它階段科研設(shè)計流程，并根據(jù)項目實例化應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問題開展已梳理流程的優(yōu)化，形成“流程設(shè)計——執(zhí)行——執(zhí)行審計——流程優(yōu)化改進——再執(zhí)行”管理鏈條，協(xié)同設(shè)計管理，實現(xiàn)全覆蓋的流程化管理。