航天伺服產(chǎn)品平臺(tái)化架構(gòu)搭建

李凌云、陳軍、劉璐、齊爽、王繼鵬 /北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所

航天伺服產(chǎn)品是控制系統(tǒng)的重要組成部分，具有組成復(fù)雜、研制周期長(zhǎng)、難度大等特點(diǎn)，在幾十年的發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)了制造合格率低、交付短線、質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)的現(xiàn)象。針對(duì)上述問(wèn)題，北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所深入開(kāi)展平臺(tái)化產(chǎn)品體系建設(shè)并不斷完善，有力地支撐了核心產(chǎn)品的技術(shù)攻關(guān)、制造能力提升，助推實(shí)現(xiàn)了從解決短線到規(guī)?；l(fā)展的突破。

一、實(shí)施背景

1.平臺(tái)化是解決伺服產(chǎn)品研制痛點(diǎn)的必然要求

航天伺服系統(tǒng)涵蓋了結(jié)構(gòu)、動(dòng)力、傳動(dòng)、控制和軟件等多個(gè)專業(yè)，技術(shù)難度大，系統(tǒng)復(fù)雜，配套鏈條長(zhǎng)，生產(chǎn)組織難度大、成本高，主要原因是型號(hào)研制偏系統(tǒng)、技術(shù)，輕產(chǎn)品，產(chǎn)品體系不規(guī)范，部組件重復(fù)多、細(xì)微差別多，給質(zhì)量控制、生產(chǎn)組織和成本控制帶來(lái)很大困難。建立各級(jí)產(chǎn)品貨架，是解決短線問(wèn)題、提升產(chǎn)能、升級(jí)伺服系統(tǒng)供給能力的必然要求。

2.平臺(tái)化是贏得激烈競(jìng)爭(zhēng)的必然要求

伺服技術(shù)發(fā)展迅速，行業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。研究所近年來(lái)先后進(jìn)入航海、航空、石油鉆探、醫(yī)療和機(jī)器人等領(lǐng)域，每一個(gè)項(xiàng)目都需要競(jìng)標(biāo)，同時(shí)對(duì)技術(shù)先進(jìn)性和成本控制要求高，沒(méi)有產(chǎn)品展示無(wú)法獲得市場(chǎng)認(rèn)可；并且一旦競(jìng)標(biāo)成功，則要求快速交付產(chǎn)品。傳統(tǒng)“等、靠、要”的研制模式已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展的需要，必須采用貨架產(chǎn)品研制模式，體系化、平臺(tái)化發(fā)展產(chǎn)品，滿足型號(hào)創(chuàng)新和激烈競(jìng)爭(zhēng)的需求。

3.平臺(tái)化是高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略的必然要求

伺服技術(shù)可以從根本上提高運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的能量利用效率和性能，是各行業(yè)的電動(dòng)化發(fā)展、機(jī)器人廣泛應(yīng)用、智能化升級(jí)的基礎(chǔ)技術(shù)，具有強(qiáng)勁的生命力。國(guó)際行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)長(zhǎng)期堅(jiān)持平臺(tái)化產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略，以產(chǎn)品為紐帶，實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)與產(chǎn)品、技術(shù)與產(chǎn)品、制造與產(chǎn)品的緊密結(jié)合。研究所作為產(chǎn)研一體單位，深入落實(shí)中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略要求，必須要夯實(shí)平臺(tái)化產(chǎn)品發(fā)展基礎(chǔ)，取得更大突破。

二、內(nèi)涵和主要做法

產(chǎn)品平臺(tái)研制模式是觀念和思維的轉(zhuǎn)變，其內(nèi)涵為突出優(yōu)先研制平臺(tái)，從一次設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品到一次設(shè)計(jì)一系列產(chǎn)品、一次性規(guī)劃未來(lái)產(chǎn)品；突出模塊化設(shè)計(jì)和通用件共享，具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)從一次設(shè)計(jì)全部部組件到一次設(shè)計(jì)個(gè)別部組件，其他為共享通用件；突出資源共享，具體設(shè)計(jì)從每次調(diào)動(dòng)大量資源到一次只需調(diào)動(dòng)少許資源。主要做法如圖1 所示，具體包括制定產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略、構(gòu)建基于五層貨架的產(chǎn)品體系、建立獨(dú)特的產(chǎn)品研制模式，以提升產(chǎn)品研制效率和制造效率，降低成本，有力促進(jìn)科研生產(chǎn)模式優(yōu)化升級(jí)。

圖1 主要做法示意圖

1.制定平臺(tái)化產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略

（1）廣泛調(diào)研凝聚共識(shí)

對(duì)研究所內(nèi)存量產(chǎn)品開(kāi)展深度梳理和分析，對(duì)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品平臺(tái)發(fā)展深入調(diào)研、分析，明確了“滿足客戶多樣化需求”的基本目標(biāo)和“建設(shè)通用零組件貨架”的工作重點(diǎn)。通過(guò)召開(kāi)交流會(huì)，統(tǒng)一了對(duì)產(chǎn)品平臺(tái)的認(rèn)識(shí)，確定了系統(tǒng)平臺(tái)和產(chǎn)品平臺(tái)兩個(gè)層級(jí)，明確了包含單機(jī)產(chǎn)品、單元產(chǎn)品和通用零部組件、預(yù)制件、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等配套的體系化發(fā)展架構(gòu)。

（2）明確產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略

采用專家評(píng)價(jià)的方法，清晰并分步實(shí)施了平臺(tái)化產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略，形成了平臺(tái)化產(chǎn)品體系。明確了堅(jiān)持推行平臺(tái)化的產(chǎn)品研制模式，堅(jiān)持核心部組件自主可控、多元化市場(chǎng)開(kāi)拓的基本原則。明確了加強(qiáng)自主投入的基本發(fā)展路徑，挖掘市場(chǎng)需求和客戶痛點(diǎn)，先于型號(hào)和市場(chǎng)開(kāi)展產(chǎn)品創(chuàng)新，贏得競(jìng)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)。明確了頂層策劃的做法，以型譜規(guī)劃和貨架建設(shè)為核心，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新、型號(hào)研制的有機(jī)循環(huán)，最終實(shí)現(xiàn)從“型號(hào)牽引”向“型號(hào)和產(chǎn)品雙驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)變。

2.產(chǎn)品體系建設(shè)

（1）建立基于五層貨架的產(chǎn)品體系

建立“系統(tǒng)平臺(tái)+控制架構(gòu)+貨架產(chǎn)品+關(guān)鍵技術(shù)”的集成化研制模式，如圖2 所示。堅(jiān)持以系統(tǒng)平臺(tái)級(jí)產(chǎn)品創(chuàng)新和建設(shè)為牽引，完善四類系統(tǒng)級(jí)平臺(tái)，強(qiáng)化全鏈條、全要素、全流程和全壽命周期優(yōu)勢(shì)資源的整合組合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品的快速組態(tài)研發(fā)，產(chǎn)品體系不斷發(fā)展壯大，培育新產(chǎn)品、新領(lǐng)域、新市場(chǎng)。

圖2 產(chǎn)品體系架構(gòu)

在產(chǎn)品體系架構(gòu)下，核心內(nèi)容是全面推進(jìn)五層貨架落地，貨架層級(jí)定義見(jiàn)表1。

表1 伺服產(chǎn)品貨架層級(jí)定義

（2）規(guī)劃完善系統(tǒng)平臺(tái)

構(gòu)建新一代一體式機(jī)電系統(tǒng)平臺(tái)，滿足海陸空天各領(lǐng)域需求。建設(shè)高度集成的一體化多余度電靜壓伺服系統(tǒng)平臺(tái)。開(kāi)拓完善“起落架”和“空間智能機(jī)構(gòu)”兩個(gè)新系統(tǒng)平臺(tái)，建立集成及研制能力，成為新領(lǐng)域主要供應(yīng)商。

（3）建立單機(jī)和單元產(chǎn)品平臺(tái)

建設(shè)并完善幾十類產(chǎn)品型譜。優(yōu)先構(gòu)建“基本型”產(chǎn)品，針對(duì)具體應(yīng)用，局部更改形成“衍生型”，服務(wù)各個(gè)型號(hào)；產(chǎn)品設(shè)計(jì)堅(jiān)持模塊化原則，最大化地采取通用件設(shè)計(jì)。在系列產(chǎn)品基礎(chǔ)上，培育主干產(chǎn)品，建設(shè)完善核心通用件關(guān)鍵機(jī)加、數(shù)字化裝配等能力，優(yōu)化供應(yīng)鏈布局，建設(shè)產(chǎn)品保證能力，大幅度降低成本、縮短訂貨交付周期，以盡可能少的規(guī)格產(chǎn)品貢獻(xiàn)盡可能大的產(chǎn)量份額和利潤(rùn)，實(shí)現(xiàn)研發(fā)效益最大化。

（4）建立通用件庫(kù)

基于模塊化原則，全面開(kāi)展產(chǎn)品通用零組件建設(shè)，大幅度減少傳統(tǒng)“借用件”，實(shí)現(xiàn)衍生型產(chǎn)品中的通用件率不小于90%，從設(shè)計(jì)模式上保證橫向一致。重點(diǎn)開(kāi)展基本型通用件建設(shè)，構(gòu)建完善的通用件資料包，形成完整的專業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)；建設(shè)關(guān)鍵工序能力，實(shí)現(xiàn)自主可控，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程數(shù)據(jù)信息化采集，掌握高精密關(guān)鍵零部組件批量制造的獨(dú)特技術(shù)。

（5）全面推進(jìn)預(yù)制件制造模式

推廣預(yù)制件的投產(chǎn)模式，推動(dòng)制造模式向高端、集約、數(shù)字化等方向變革。在產(chǎn)品和通用件基本型建設(shè)的基礎(chǔ)上，按照“主體通用、局部定制”的原則，形成“一對(duì)多”的預(yù)制件系列，固化設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)及流程，形成完整的預(yù)制件資料包，建立穩(wěn)定的供應(yīng)商體系，建設(shè)核心零件的預(yù)制件選用貨架和實(shí)物貨架，建設(shè)和持續(xù)提升智能制造能力，大幅度縮短制造周期。

（6）深入推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建設(shè)

將基礎(chǔ)層從原來(lái)的材料和元器件選用范圍擴(kuò)大到從設(shè)計(jì)到工藝、制造和服務(wù)全流程、全要素的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，具體包括設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、工藝標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、供應(yīng)鏈控制標(biāo)準(zhǔn)和外場(chǎng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，用標(biāo)準(zhǔn)約束過(guò)程，用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范行為，用標(biāo)準(zhǔn)保證產(chǎn)品質(zhì)量。

3.產(chǎn)品研制管理

（1）建立自主投入新品開(kāi)發(fā)流程

建立先于型號(hào)和市場(chǎng)的新品研發(fā)自主投入研制模式，在產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃框架下開(kāi)展產(chǎn)品創(chuàng)新工作，快速推動(dòng)新品研制所內(nèi)立項(xiàng)，為未來(lái)型號(hào)應(yīng)用降低技術(shù)和進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)。新品開(kāi)發(fā)以工程樣機(jī)為最低目標(biāo)，并行開(kāi)展供應(yīng)鏈建設(shè)，嚴(yán)格落實(shí)自主可控要求，開(kāi)展限價(jià)設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)及所標(biāo)通用件設(shè)計(jì)，嚴(yán)控成本，為后續(xù)型號(hào)選用降低風(fēng)險(xiǎn)。

（2）建立產(chǎn)品貨架建設(shè)流程和機(jī)制

明確了以“貨架建設(shè)”模式統(tǒng)籌產(chǎn)品成熟度提升的做法，貨架建設(shè)包括“新品研制”“三化深入”“三再工作”三方面內(nèi)容。

通過(guò)新品研制，解決有較好技術(shù)基礎(chǔ)和產(chǎn)品基礎(chǔ)的新規(guī)格產(chǎn)品研制問(wèn)題；針對(duì)現(xiàn)有多型號(hào)產(chǎn)品統(tǒng)型和產(chǎn)品平臺(tái)建設(shè)需求，開(kāi)展模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的“三化”工作，構(gòu)建基于型譜化部組件產(chǎn)品和直屬通用件的基本型建設(shè)，最大可能地壓縮規(guī)格數(shù)量，做實(shí)做好五層貨架；推進(jìn)“三再”工作，即開(kāi)展航天傳統(tǒng)的再設(shè)計(jì)、再分析、再試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、工藝和流程優(yōu)化，提升產(chǎn)品成熟度。

（3）推進(jìn)預(yù)制件和組批生產(chǎn)模式

在貨架建設(shè)的基礎(chǔ)上，推進(jìn)產(chǎn)品型科研生產(chǎn)模式，加大預(yù)制件生產(chǎn)和組批生產(chǎn)推廣力度，充分發(fā)揮智能生產(chǎn)線的制造效能、提升產(chǎn)品交付任務(wù)的能力。

區(qū)別于傳統(tǒng)“以型號(hào)為主導(dǎo)”的垂直模式，對(duì)通用產(chǎn)品采取“通用件、去型號(hào)化”的產(chǎn)品管理模式，明確通用產(chǎn)品的組批生產(chǎn)相關(guān)要求，預(yù)制件生產(chǎn)模式如圖3 所示。

圖3 預(yù)制件生產(chǎn)模式

（4）建立以產(chǎn)品為中心的組織體系

建立產(chǎn)品需求、產(chǎn)品管理、供應(yīng)鏈和產(chǎn)品保證的專門機(jī)構(gòu)，在管理層面突出產(chǎn)品維度。改變傳統(tǒng)型號(hào)一統(tǒng)到底的模式，充分貫徹產(chǎn)品管理思想，落實(shí)貨架產(chǎn)品生產(chǎn)及產(chǎn)保工作模式。將貨架產(chǎn)品納入制造體系和供應(yīng)鏈體系管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和型號(hào)管理并重。更加關(guān)注外部市場(chǎng)和用戶需求，形成快速響應(yīng)機(jī)制，在工業(yè)領(lǐng)域取得更多突破。

（5）加強(qiáng)產(chǎn)品隊(duì)伍建設(shè)

按系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)置產(chǎn)品總設(shè)計(jì)師，統(tǒng)籌負(fù)責(zé)平臺(tái)及其下屬產(chǎn)品的發(fā)展規(guī)劃、貨架建設(shè)和技術(shù)狀態(tài)責(zé)任；設(shè)置產(chǎn)品副總設(shè)計(jì)師，負(fù)責(zé)支撐平臺(tái)的專業(yè)及領(lǐng)域發(fā)展規(guī)劃和貨架建設(shè)；做實(shí)產(chǎn)品主任和副主任設(shè)計(jì)師的崗位責(zé)任和考核體系，負(fù)責(zé)基本型產(chǎn)品及其衍生系列產(chǎn)品的發(fā)展規(guī)劃、“三化”“三再”和技術(shù)責(zé)任。產(chǎn)品隊(duì)伍框架如圖4 所示。

圖4 產(chǎn)品隊(duì)伍框架示意圖

三、實(shí)施效果

1.有效提高了新品研制效率，提升了產(chǎn)品成熟度

2020 年起，加大自主投入，開(kāi)展了數(shù)十項(xiàng)新品研發(fā)項(xiàng)目，新建幾百項(xiàng)通用件，有力支撐了型號(hào)研制、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和產(chǎn)品成熟度提升。

在新型高可靠電靜壓伺服系統(tǒng)被型號(hào)選用之前，提前規(guī)劃了伺服電機(jī)泵新產(chǎn)品型譜，同時(shí)建立液壓泵和電機(jī)通用件庫(kù)，完成了多個(gè)批次共數(shù)千件的投產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)市場(chǎng)需求，開(kāi)發(fā)了伺服電機(jī)泵新產(chǎn)品，一次性通過(guò)了地面試驗(yàn)考核，有力支撐了國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目、橫向領(lǐng)域市場(chǎng)和民用市場(chǎng)的快速研制。

2.顯著縮短了產(chǎn)品制造周期，降低了生產(chǎn)成本

2020 年以來(lái)，完成了大量零件的組批投產(chǎn)；燃?xì)庖簤核欧碗娨核欧a(chǎn)周期縮短25%，機(jī)電伺服生產(chǎn)周期縮短33%。

以運(yùn)載火箭配套伺服機(jī)構(gòu)和伺服控制器單機(jī)產(chǎn)品為例，在多個(gè)型號(hào)之間開(kāi)展組批生產(chǎn)，生產(chǎn)周期相較分批并行生產(chǎn)縮短約40%。以液壓泵、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、過(guò)濾器、溢流閥、電位計(jì)、自封接頭等單元為例，組批投產(chǎn)萬(wàn)余臺(tái)，節(jié)約成本達(dá)千萬(wàn)元。以機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)復(fù)雜殼體為例，采用預(yù)制件生產(chǎn)模式后，從投產(chǎn)算起生產(chǎn)周期縮短50%。

3.有力促進(jìn)了科研生產(chǎn)模式優(yōu)化升級(jí)

建立了基于全壽命周期方法和理念的產(chǎn)品研制體系，初步形成了型號(hào)和產(chǎn)品雙驅(qū)動(dòng)的科研生產(chǎn)模式，具備了面向更廣闊市場(chǎng)的研發(fā)能力。

通過(guò)建立新品開(kāi)發(fā)、貨架建設(shè)和型號(hào)研制的流程體系，明確了幾十類主要產(chǎn)品平臺(tái)發(fā)展內(nèi)容，完成了幾十類產(chǎn)品型譜代號(hào)修訂，完成了《通用零組件管理規(guī)定》等十余項(xiàng)管理制度，形成了新品研制、貨架產(chǎn)品選用、產(chǎn)品化率計(jì)算等制度和報(bào)告模板，完善了貫穿產(chǎn)品全生命周期的研制流程，基本形成了“基本型研發(fā)為主、衍生型研制為輔”的型號(hào)產(chǎn)品研制模式。

2020 年以來(lái)，新研項(xiàng)目均落實(shí)了新研制模式要求，在正式立項(xiàng)前完成了新品開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)選用的核心部組件產(chǎn)品均經(jīng)歷了前期驗(yàn)證，基本消除了新項(xiàng)目中全新產(chǎn)品研制帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。產(chǎn)品生產(chǎn)已納入制造體系和供應(yīng)鏈體系，已對(duì)研究所內(nèi)單元級(jí)產(chǎn)品和所外多家供應(yīng)商十余類產(chǎn)品開(kāi)展數(shù)十余次組織型驗(yàn)收，充分發(fā)揮了產(chǎn)保作用。