基于5M1E的组批卫星总装集成测试过程流水化管理

沈洪兴, 刘会杰, 漆庄平

(中科院微小卫星创新研究院,上海 201203)

卫星的研制技术和制造流程众多复杂,且定制性很高,是一个大而复杂的设备系统[1]。目前,单件或小批量生产是中国卫星总装、集成和测试(assembly, integration and test，AIT)的开发和生产所采用的主要模式[2]。此模式会消耗大量的人力和时间成本,大大限制了卫星AIT的工作能力。随着航天产品民用市场的自由化和应用需求的增加,全球覆盖组网卫星的研发和生产将成为未来研究热点之一[3]。因此,有限的资源给卫星AIT生产调度带来的压力也越来越大,尤其是传统的AIT综合测试模式对处理卫星批量生产要素调度提出了更高要求。

目前,中国卫星AIT阶段生产组织形式主要分为传统单颗卫星AIT生产模式和组批卫星AIT生产模式[4]。其中单颗卫星生产采用的是专人专地,测试设备与试验卫星配套使用,不具备共享与动态调整资源的功能。此类生产模式使得生产闲置期较长,严重时会影响到区域性统筹资源,从而阻碍正常生产工作[5]。另一种组批卫星AIT生产模式主要的应用对象是北斗二号,采用了测试矩阵和双星分组等生产模式,支持多颗卫星并行生产的同时,使得资源可小范围共享。但是这种生产模式的资源调配范围还不够广泛,应对长周期下同类卫星共享资源的研制还存在不足[6]。

国外很早就引入了先进卫星AIT阶段中的流水线式装配生产模式。其中波音公司以脉动式装配模式进行卫星总装生产工作,取得了一定的成绩[7]。其生产线通过总装静置阶段实现周期分配,是一种间歇移动装配流水线。它的弊端在于无法应用于各个AIT阶段,当交替进行的测试与装配冲突时,无法对组批卫星的AIT全过程进行最优的排产策略设计。因此中国不适用这种单纯的流水线装配生产模式。

1 概念界定

1.1 组批卫星任务岛流水化

根据组批卫星AIT研制生产过程的总体设计要求,在调研了先进制造领域的流水化生产模式后,提出了任务岛流水化测试流程[8-10]。通过测试时间、测试内容和测试地点来划分卫星AIT全过程的各工序,每个任务岛则代表一个工序,任务岛链贯穿整个工序,具备相同的生产职能。所以组批卫星AIT流水化管理过程可看作不同类别的任务岛按照一定顺序串接而成的任务岛链。同批次卫星实施资源管理与统筹分配的过程即解决测试调度问题,这可以通过设计任务岛流水化生产模型实现。具体化AIT过程中各时段的输入输出条件,明确各个任务时段的生产实施要素,将传统的AIT过程简化为以任务岛为工作节点的流水化管理模型[11-13]。

1.2 5M1E分析法

5M1E分析法主要用于分析影响质量的因素,包括：

人员(man)——人员的操作水平、质量意识和技术涵养等。

机器(machine)——机器设备、辅助工具的精度和维护保养情况等。

材料(material)——材料的化学成分、物理性能和外观质量等。

方法(method)——产品的生产方针、工艺规范和作业指导书的完整性等。

测量(measurement)——产品实现过程中的测试方法、试验手段、仪器设备的工作状态和精度等。

环境(environment)——试验现场的温湿度、洁净度、噪声和振动等[14-16]。

从解决难点问题、管理组批生产的角度出发,结合5M1E分析法的6个因素理顺逻辑排除干扰,使组批卫星朝高质量的方向发展。

2 组批卫星的AIT管理过程存在的难点问题

卫星AIT过程可划分到各类型任务岛实现功能,但在流水车间生产问题中同样要考虑装配准备、等待和转运等时间耗损问题。因此,应用任务岛的流水化生产过程可进一步细分为装配及准备、综合测试、等待、转运4个阶段,各阶段之间存在的难点问题则体现在任务流水化要素、调度生产成本控制和人力资源储存与分配方面。

2.1 任务流水化要素

按照现有组批卫星的AIT综合测试研制生产要求,基于测试阶段、测试功能和测试场地,共建立11类任务岛,分别是联试任务岛、装星任务岛、热真空试验任务岛、质测及动平衡试验任务岛、振动试验任务岛、展开及光照试验任务岛、检漏任务岛、电磁兼容性(electromagnetic compatibility, EMC)试验任务岛、磁试验任务岛、老练试验任务岛和再装配试验任务岛,如图1所示。组批卫星通过在任务岛间流转实现流水线测试,在进入每类任务岛启动测试前,应按每类任务岛的准入条件要求进行检查,当全部条件均满足时方可启动综合测试。

图1 某组卫星AIT阶段任务岛组成及交接Fig.1 Composition and handover of task island in AIT phase of a group of satellites

2.2 调度生产成本控制

任务岛流水化调度生产问题如下:①在任务岛链中存在并行任务岛的同时,组批卫星依然满足完整AIT过程任务岛多个阶段；②各任务岛互不干涉,除异常状态外测试将持续进行；③组批卫星由于载荷功能的不同,同一个任务岛的阶段时间也存在差异；④组批卫星运输过程中实施减振处理,促进文明安全生产。

成本控制一直是AIT过程管理中的重中之重。有效的成本管控不仅能提升流水化任务管理的核心竞争力，增强其综合实力,还有助于对AIT过程的人、财、物、管理等生产要素进行统一、合理配置。组批卫星任务岛发展模式下的成本控制更具复杂性,具体表现在以下2个方面:①组批卫星保证在规模发展的过程中质量相同,运行成本随之增加,产生成本的环节也随之增多,给AIT过程的成本控制带来了新的难度；②为维持多型号的正常研制,生产要素的共享和流转必不可少,然而由此产生的成本,尤其是人力资源的成本,界定起来较为困难,增添了成本核算的复杂性。

2.3 人力资源储存与分配

AIT过程的运营离不开加工、装配、测试、后勤、管理等相关人员,而为了最大限度地保证同质化生产,各个任务岛所配置的各类人员的专业水平与综合素养都需要达到较高水准并保持相对均衡。因此,科学合理的人力资源的储存与分配意义重大。在组批卫星项目发展的大背景下,如何进行合理的岗位设置、如何构建人员轮转的长效机制、如何搭建规范化的人才培养平台、如何建立具有激励作用的绩效评价体系,是亟待考虑与解决的问题。

3 基于5M1E分析法的流水化管理探索

以某型号卫星批产工作为例,统筹4组按每组3颗星组织批次研制生产,并且同时4组星开展工作,高度交叉并行,因此组织架构设计时兼顾了责任链条的清晰和流水化操作的专业化:①加强总体组建设,每组卫星安排专人负责,并成立每组卫星的总体小组；②加强计划组建设,每组卫星安排专职计划主管负责；③加强质量与产品保证工作,组建4个小组负责每组卫星的质量与产保管理工作；④加强测试队伍建设,每组卫星建立专门测试队伍；⑤成立多个专项试验队伍负责所有卫星的相应专项试验；⑥成立3个总装小组负责各组卫星的总装,必要时负责不同总装工位的操作；⑦加强质量与产品保证工作,组建4个小组负责每组卫星的质量与产保管理工作。具体实施组织架构如图2所示。

图2 批产卫星组织架构Fig.2 Organization structure of batch production satellite

3.1 Method——实施流水化的管理方针

通过完善工艺和试验方法制度,细化工艺和试验规程及操作文件,便于加强AIT的流水化管理方针,确保操作文件有效的同时,记录AIT过程,对工艺和试验新技术的公关及课题预研也具有指导意义。

首先,桌面联试、总装及各项试验过程中,要求每天组织召开班前会；根据需要组织召开班后会,班后会以沟通汇报问题为主。其次,AIT研制阶段每组卫星原则上每周召开一次调度会,卫星启动每个任务岛正式工作前,需要完成准备工作检查,以检查会形式组织。最后,卫星结束每个任务岛全部工作后,需及时完成小结或者总结工作,以现场会、内部审查会或评审会形式组织。具体会议形式如表1所示。

表1 某型号组批卫星总结管理形式Table 1 Summary management form of a type of batch satellite

3.2 Man——人力资源动态调整

在组批卫星的AIT过程中如遇到和操作人员相关的质量问题时,流程化管理模式可采用岗位动态调整、专业能力考核、职业健康检查、优化人力配置和增强质量责任意识的方法来解决。

按照研制流程,从产品齐套启动桌面联试开始到卫星试验结束,按照组批生产流水线管理模式,每颗星至少要完成10次以上整星流转工作,涉及到10个任务岛以上,为了提高工作效率和工作交接平滑度,明确交出方和接收方(前后项目工作组)工作界面如表2所示。

表2 某型号组批卫星工位流转交接界面Table 2 Interface of station transfer of a type of batch satellite

3.3 Machine——大型设备统一调配

对于一些力学试验设备和空间环境模拟设备来说,需经过设备设计、复核和定期检验这一过程,从而保证其机械支持产品的可靠性。此外,与其配套的试验工装在设计中也要考虑配合设备共同进行定期维护保养与安全性检查,起到良好的安全防护作用。在进行电磁干扰等试验的过程中,静电防护与环境隔离措施也同样重要,并应定期标检。具体的设备配套情况如表3所示。

表3 设备配套情况Table 3 Equipment supporting conditions

3.4 Material——建立同质量耗材集成化管理

由于每组星的载荷、星务、转台都不一样,大部分工艺件的材料也存在不同,需提前确认并统筹管理。具体措施如下。

(1)试件工艺标准化,辅助材料和易损耗物品的存放应出入库统一管理,并对其组批和有效时限进行合理区分。

(2)齐套化任务岛工序流程。

(3)采购、存储和使用低温工质时,确保材料质量并具有良好的耗材治理效果。

3.5 Measurement——创新测试机制

当通过AIT过程检验发现质量问题是由测量因素引起的时候,应当创新测试机制,开拓新测试方法,对测试设备进行定期标定。为达到有效的管理效果,其精度的检测、检漏、质量管理方法也需要优化。具体改进措施如下。

(1)各工位待测组批卫星(保证每组三星状态一致性)与测试设备置于合适位置,确保任务岛链运转顺利。

(2)保证整星接地、供电等状态正常,接地回路及供电良好。

(3)所有通用测试设备均已通过标校或计量,专用测试设备已通过验收测试。

3.6 Environment——环境调整与控制

对环境进行调控的首要任务就是加强温湿度和洁净度的检测,如保证清洁洁净度,温度为(20±5) ℃,湿度为30%～60%。根据试验要求调整光照强度,定时清理易污染设备,防控多余物。此外,为保证文明与安全的AIT流水化管理模式环境,还应进行环境的安全性检查,内容如表4所示。

表4 环境安全性检查内容Table 4 Contents of environmental security inspection

4 结论

首先介绍了任务岛流水化管理模式和5M1E管理方法,建立对组批卫星AIT过程中影响质量的问题识别机制,对问题发生的影响因素进行分析与识别；之后针对组批卫星AIT特点,提出了统筹规划与流水管理的工作方法；最后,提出应用串联式任务岛的5M1E模型设计,采用任务岛链精细化分级管理,确保任务岛状态的稳定,为AIT过程集中统筹规划与流水化管理模式打下坚实的基础。