运载火箭多任务并行出厂发射管理研究与实践

◎北京宇航系统工程研究所 覃艺 金志强 贾大玲 刘琳 邢晓光

运载火箭多任务并行出厂发射管理研究与实践

◎北京宇航系统工程研究所 覃艺 金志强 贾大玲 刘琳 邢晓光

作为我国现役运载火箭的主力军,某运载火箭型号承担了探月工程、“北斗”导航卫星工程等国家重大工程及其它军用、民用和商业卫星的发射任务。自2006年以来,通过优化资源配置、挖掘生产潜能,同时开展了技术创新和管理创新等手段,该型火箭圆满完成了2006～2007年、2010～2012年2轮高密度发射任务。从2015年开始至整个“十三五”期间,该型火箭的发射任务量还将进一步上升,全面进入第3轮持续高密度发射阶段,各大工程快速组网、集中密集发射。

与第3轮高密度发射阶段集中密集发射的需求相比,当前的运载火箭研制生产和测试发射主要存在以下4个方面的差距：

一是运载火箭产品质量不稳定,测试操作过程中容易发生质量问题,一旦发生质量问题,其处理过程会影响发射节奏,甚至造成高密度发射任务无法按计划完成；二是原有的运载火箭研制生产和测试发射模式采用的是单发总装测试与出厂发射一支队伍执行一发任务的模式,一个月发射一次已经是单一系列运载火箭发射密度的上限；三是按照原有的发射任务专列运输模式,一个专列负责运输一发火箭,专列在发射场和研制单位之间往返需要一个月左右的周期,铁路运输资源无法满足第3轮高密度发射阶段集中密集发射的需求；四是以往的飞行结果数据获取和分析评估方式无法满足高密度发射飞行结果及时评判的要求。

在此背景下,在上级机关和用户的大力支持与各协作配套单位的通力合作下,北京宇航系统工程研究所有针对性、有计划、有组织地开展了相关研究。从火箭产品生产、综合试验、总装、出厂测试及评审、专列运输、测试发射等方面进行全盘统筹策划,提出了多任务并行出厂发射的管理模式并及时在型号中推广应用,满足了高密度、快节奏的发射任务需求,为各大重点工程的圆满完成和航天大国地位的提升作出了重要贡献。

一、实施过程

1．总体策划思路

在现有基础能力水平的基础上,为适应发射时间间隔短、多任务交替密集发射的形势,型号项目队伍经过多轮深入的方案论证,把突破点放在技术、管理和流程创新方面,提出了“严抓质量控制关键点,批量化研制生产,并行综合试验及总装测试,出厂质量评审流程优化,2发同时出厂运输,多任务交叉并行测试发射,飞行结果快速分析评估”的管理思路并进行实践,达到2发火箭同时出厂、运输、测试、交替发射的目标,以满足第3轮持续高密度发射阶段1年10余次发射、高峰时期平均17～18天发射一次的要求。

首先,通过抓产品质量控制关键点与对技术风险的有效管控,从问题的彻底解决入手确保产品交付质量和发射场操作测试质量；其次,通过实施组批生产和多任务并行总装出厂,并加以出厂质量流程优化和专列运输资源优化等手段,确保火箭按计划、按要求出厂,使任务实现前提；再次,通过优化测试发射流程和人员动态管理,交叉并行测试发射提高任务效率,以满足快速发射要求；最后,通过飞行结果数据快速获取和分析,及时总结评估,为持续快节奏发射提供技术支撑。

2．实施内容

一是严抓质量控制关键点，确保产品质量。

产品质量是确保发射成功的前提,新形势下的快节奏发射要求每一次发射均容不得任何闪失。因此,从抓产品质量控制关键点、技术风险有效管控及问题的彻底解决入手,探索型号任务成功的最佳路径,提升质量工作效益,推进精益质量保证,确保产品交付质量和发射场操作测试质量。

通过质量顶层策划,在每年初制定技术状态基线和技术状态变化表,将Ⅰ、Ⅱ类单点故障模式、关键特性、不可检测项目、强制检验点和连接部位量化控制（拧紧力矩）纳入技术状态基线中进行管控,对分系统级的重大技术状态更改更要慎重决策,不仅加强对技术状态变化的审查力度,更要全面规划技术状态更改实施的切入点。

在产品测试过程控制方面,重视测试覆盖性分析,针对运载火箭特点解决产品可测性和优化发射场流程等问题。按照测试覆盖“进行到底”的要求,建立了基于测试方法、测试状态、测试环境、测试设备、测试指标的测试覆盖性分析方法。按照工作项目覆盖性确认准则和“五要素”分析方法,全面识别和清理产品出厂不覆盖发射场测试、地面测试不覆盖天上状态、冗余产品措施不可检测等项目,提出针对性方案,实现“出厂覆盖靶场、地面覆盖天上、测试边界真实、冗余措施可测、测试项目覆盖”的目标。

扎实推进产品研制生产过程精细化、量化控制,同时杜绝“成功疲劳”。将产品防雷、防雨、防水、防潮、防静电、防多余物、防损伤、防病毒和人员防麻痹、防差错、防粗糙、防漂浮等措施落实到产品研制生产与试验的各个环节,确保组批生产顺利完成和高密度发射任务圆满成功,发射场和飞行质量问题呈现大幅下降趋势,多发任务实现全生命周期“零故障”。

为适应高密度发射、快节奏研制生产的任务需求,建立了质量问题快速处理、快速归零机制。针对研制生产、发射场和发射飞行过程中出现的质量问题,实施问题快速处理、快速剥离、快速归零和“举一反三”措施,缩短问题协调处理周期,并实施动态管理和信息集中管理。对于质量问题技术、管理归零和其它型号发生的质量问题的“举一反三”工作,要求在3天内限期完成。同时,为了确保质量问题归零和“举一反三”的彻底性,定期对相关单位归零和“举一反三”措施的落实情况进行检查,确保纠正措施在后续产品研制生产中得到彻底落实；对共性问题进行综合分析,通过研究改进和集中治理消除产品薄弱环节和问题隐患,杜绝类似问题再次发生。

二是通用化组批生产和并行总装出厂。

为进一步提高研制生产效率,在统一火箭构型和单机产品技术状态逐步固化的基础上,改变原有的单发火箭、单件产品定制式研制生产的管理模式,实施了通用化组批生产和多任务并行总装出厂管理模式（见图1）。

在新的管理模式下,大部段和单机产品生产不再按单一任务发次管理,重点突出加强批产策划和组织管理的理念,通用化单机（部段）按产品类型进行组批生产,即通用单机和部段产品生产装配按批管理、按批验收和按批交付；只与单一发射任务相关的专用产品或者特殊状态产品,按单件进行定制式生产、单发交付。产品交付后,系统级综合试验及总装总测采取2～3发交叉并行开展的方式进行。通过实施单机（部段）产品组批生产和多任务并行总装出厂,大大提高了运载火箭研制生产效率,解决了多发任务同时交付出厂的问题。

三是型号出厂质量管理流程优化。

按照原有的质量复查和评审流程,每项工作的要求相对较多、工作有重叠、流程较复杂且工作效率不高,不能满足平均17天一发的高密度发射任务需求。针对该问题,对全年的发射任务进行质量管理工作整体策划,优化流程（见图2和图3）,将原来串行的出厂质量评审流程改成采取多任务并行同步开展质量复查、组批验收、集中评审、联合评审的流程,大大提高了型号出厂质量工作效率,为2发火箭同时出厂发射、提高发射任务执行效率奠定了坚实基础。

四是2发火箭同时出厂运输组织管理。

在高密度发射形势下,型号总装场地和铁路专列运输资源问题十分突出。在总装场地资源方面,目前总装车间只具备存储6+2发火箭的能力（含在轨总装2发）,而高密度发射要求高峰时段总装车间有9发火箭的存储需求（含2发火箭并行总装和2发火箭并行测试的密集工作）,同时其它型号还有相当数量的火箭存储需求,大大突破了总装车间存储能力的上限。在铁路运输专列资源方面,2015年下半年至2016年初有10次发射任务在7个月内集中发射,平均间隔17天一发,任务密集程度空前,同时总装厂还需要专列安排其它产品运输任务。按正常的专列运输流程,一个专列从北京进行产品装车、出发、进场卸车至返回北京至少需要25天时间,根本无法满足17天一发的任务需求。

针对以上问题,策划、优化总装资源和铁路专列运输资源的利用,以满足任务需求。一是采取一趟专列运输2发火箭到发射场的措施；二是与研究院主管部门、中国航天科技集团公司、铁路部门等单位加强沟通,保证按时发车,缩短办理车运时间和专列返回的周期；三是与基地协调,对基地测试厂房布置进行优化,同时做好温湿度环境、操作空间环境、人员资源等保障条件,达到2发火箭同时进场、卸车、停放、测试的要求。

五是多任务交叉并行测试发射组织管理。

为进一步提高发射场的测试发射效率、缩减人员,对发射场的测试发射流程和组织管理进行了改进和创新,实现了2～3发火箭交叉并行测试发射,同时能够兼顾后方火箭研制工作,满足了高强度、快节奏发射的需要。

继续优化发射场测试发射流程,进一步缩减火箭测试发射周期。在满足质量管理要求的前提下,合理优化测试流程安排,通过动力系统技术区测试、惯组单元测试简化,使发射区总检查测试由4次优化转为3次,进一步优化了发射流程。

为进一步满足17天发射一发的任务需求,采取技术厂房和发射阵地双工位同时测试、2～3发火箭交叉并行作业的措施,一发任务在发射区一个工位测试,另外1～2发火箭在技术厂房进行技术区操作测试,同时另外一个发射工位也在进行地面设备恢复准备工作。

根据发射场技术流程优化及岗位工作特点,进一步优化发射队组织结构、完善规范发射场的组织管理制度、缩减测试发射人员、实施人员动态管理。首先,围绕发射场技术流程、操作测试和计划、质量、技安管理等方面,进一步完善测试发射现场组织管理,确保发射任务现场实施更加顺畅；其次,通过流程优化和岗位优化等方面进一步压缩测试发射人员数量,并对发射队人员实行动态管理,根据现场测试项目开展和完成情况合理调配队员进场并返回研制单位；再次,通过发射场与研制单位之间的远程网络联系,实现了前方发射队人员和后方科研人员的远程快速协同办公,根据研制生产及发射任务的实际进展,前方人员在开展测试发射工作的同时兼顾其承担的其它任务研制工作,必要的时候后方人员通过网络支援前方的数据判读、故障分析及决策工作。

六是飞行结果数据快速获取和分析评估。

高密度发射要求及时进行飞行结果评判与任务总结评估,同时发现飞行中的故障和隐患,为问题归零和后续任务剥离、“举一反三”争取足够的时间,但是以往的发射遥测数据需要派专人去取,故发射后至少7天才能拿到飞行测量数据,至少15天才能完成飞行结果分析,已经不能满足高密度发射的需求。为此,通过加速飞行数据的获取与飞行结果分析等措施,将飞行结果数据获取及分析评估时间缩短至5天左右,满足了高密度、快节奏的发射任务需求。

二、实践效果

通过改进运载火箭研制组织管理流程和模式,提出并实施了技术状态和关键特性纳入基线管控、测试覆盖性“五要素”分析和改进、研制生产和测试发射过程精细化量化控制、质量问题快速处理和快速归零管理等工作,确保产品交付质量和发射场操作测试质量；通过开展通用化组批生产和并行总装出厂、型号出厂质量管理流程优化、2发火箭同时出厂运输、多任务交叉并行测试发射、远程快速协同设计及测试、飞行结果数据快速获取和分析等方面工作,提升了测试发射效率。

通过创新管理,使该型火箭的发射密度、成功率均达到世界一流水平,取得的政治、经济和社会效益显著。自2015年3月开始实施至2016年初,已经创造了中国航天史上单一系列火箭型号最高密度发射的纪录。同时,与往年平均每发火箭发生5个左右的质量问题相比,火箭研制生产、发射场和飞行中的质量问题呈现出大幅下降趋势,11次发射任务中有8发火箭实现了从研制出厂至发射飞行全生命周期内零故障,其它3发火箭也仅发生了一个质量问题,保障了高密度任务的圆满完成。

2016～2020年期间,该型运载火箭预计将执行50余次发射任务,年平均发射任务量10发左右,高峰期仍为17～20天一次发射。同时,预计这一时期中国的宇航发射任务总量将达到100多发,平均年发射任务在20发以上,其它宇航型号和武器型号也面临短时间内密集发射的形势,高强密度发射进入常态化。因此,运载火箭的多任务并行出厂发射管理成果将继续应用于后续高密度发射任务,同时为其它宇航型号与导弹武器型号研制及国防工业领域其它工作提供参考和借鉴,具有重要的推广应用价值。 ▲