某运载器研制计划管理研究与实践

曹魏 张剑 张聪 韩威 张璁

(中国运载火箭技术研究院，北京 100076)

0 引言

某项目为我院自筹资金预先研究项目，旨在研制一种航空航天专业融合的大型复杂运载器，通过飞行演示验证试验获取多项关键技术参数，为该领域工程化研究奠定技术基础。该项目资金有限、研制周期短、配套单位多、演示验证需要确保成功，给项目队伍按期完成运载器研制生产的计划带来了极大困难和挑战。

传统型号计划管理模式，受工业基础、技术水平和管理水平等综合因素影响，研制周期普遍较长[1]，加上近年来航天型号批产任务剧增，且多个重要航天型号任务接连实施，科研生产资源冲突严重，难以满足本项目的研制计划需求。影响计划按时完成的因素很多，从项目自身来说主要有以下几点：对项目特点及实现条件预估不足，制订的计划脱离实际；项目研制技术难度大，采用新技术过多，技术状态迭代次数过多，面向制造的设计水平不够；研制生产过程中，采用传统的定点协调配套模式，未能充分利用社会生产资源；计划管理手段有限，过程管控能力不足，科研生产效率偏低。

本文针对以上影响因素，从设计、试验、协作配套、进度管控等方面开展研究，以实现高效率、高效益地利用现有资源，确保计划管控有效，满足项目研制工作要求。

1 总体思路及实施情况

1.1 优化产品设计，提高面向制造的设计能力

产品设计直接影响运载器研制难度、周期、经费等，为确保高质量、高效率和高效益完成运载器产品的研制生产，项目团队在研制初期就明确了产品化思路，制定了“首选成熟产品、材料和技术，尽量减少新材料、新工艺的使用和产品新研”的设计原则，产品设计简化流程如图1所示。以运载火箭研制生产及其相关服务为主业，航天运载器设计和生产的相关专业种类齐全，研制了多种成熟火箭型号产品，基于本项目总体参数分析情况，借鉴使用成熟产品和技术，减少了项目的研究内容和研制经费，缩短了研制周期[2]。

产品设计能力决定了产品生产制造、装配等过程的难易程度、研制周期和成本，设计能力越强，说明已掌握的产品设计、制造、装配、测试等知识和经验越丰富，按计划完成研制任务的概率越大。在设计新产品时，采用计算机辅助设计、并行设计及虚拟制造技术等现代设计技术，能够提高设计员工作效率和工作质量，提高数据处理的精准性，零件的修改和设计更加方便，制造装配更加高效，能够极大地缩短产品设计工作周期[3-4]。本项目产品使用CATIA专业软件，开展包括具体设计、分析、模拟、组装在内的全局设计工作，大大提高了产品设计质量、效率；在设计过程中，设计方与生产方采用协同设计的模式，在产品设计之初使工艺、检验等介入产品设计过程，集中探讨材料选择、工艺方法、工具工装使用和检验检测等环节有关工作，尽量选用成熟材料和工艺，确保产品设计与工艺流程、制造过程协调统一，减少产品设计状态的变更次数和新制工装数量；在产品设计环节，根据实际情况将工装设计、原材料采购等制造环节的工作提前到产品设计阶段实施，提高了面向制造的产品设计质量和产品技术状态的迭代效率，有效缩短了研制生产计划周期。

1.2 优化试验要求，仿真与试验结合，精简产品配套

验证产品设计是否正确可靠的主要方式有计算机模拟仿真、地面试验等，计算机模拟仿真技术是利用计算机，通过建立模型进行科学实验，具有理论性强、模拟试验成本低等特点，并且在解决很多由极端原因引起的工程问题时具有更明显的优势。地面试验验证是航天运载器研制的重要组成部分，目的是测试或预计运载器在实际飞行过程中经历全部环境条件下的功能和性能满足性，是保证产品在实际应用环境中正常运行、满足任务要求的重要手段之一。

本项目通过与国内专业科研院所和高校强强联合，既增加了研制前期设计力量的投入，也进一步提升了设计方案的正确性和可靠性。通过仿真预示、数值模拟计算等，可部分替代地面试验，实现设计要求和试验流程优化，从而精简试验数量和试验件数量。

地面试验设计要求决定了试验件的需求数量，在试验策划时充分考虑多个试验对产品的需求，通过简化试验要求、优化试验流程等工作，最大限度实现试验件的共用。在项目研制策划阶段，针对同一架样机交叉进行多个大型地面试验开展分析，实现了将2架次样机需要完成的5项试验统筹为1架次样机完成5项试验，以及多个系统级试验共用单机试验件，减少了需要生产的样机和单机产品总数，提高了计划管理效率。根据试验目的和实际需求，使用质量质心一致的模拟件替代真实产品，减少了产品投产数量，节省了经费开支，缩短了研制生产周期。

1.3 多点协作，优选产品配套和试验单位

项目研制生产任务重、周期紧，部分产品兼具航空产品特点，传统协作单位专业能力有限，采用以院内单位协作分工的研制模式已不能满足项目跨领域的研制工作需求。只有创新协作分工模式，充分利用外部资源开展产品研制生产和试验，才能确保按计划高质量完成项目研制目标。项目团队经过全面分析和整体策划，根据产品研制生产、装配和试验流程，分析关键短线产品，通过多点协作的方式优化工作计划，进一步缩短了总工期。为确保产品质量可靠，项目团队按专业充分调研了可承担相关研制工作单位的技术能力、生产能力和质量保证能力，以及承担本项目产品研制工作的意愿，结合研制经费需求及计划可行性，采用“关键产品专业单位配套、一般产品分散配套”的原则，择优确定了协作配套供应商。供应商选用流程如图2所示。

运载器由金属框梁和复合材料蒙皮组成，产品种类和数量多，结构形式复杂，布局紧凑，从产品设计、零件生产到结构装配，研制生产难度大，总周期长，在项目全生命周期工作策划时已经辨识为研制过程的瓶颈短线，需要重点关注。采取以下措施确保结构产品生产质量和周期可控：

(1)设计工作方面，根据计划要求及人力资源情况，与设计经验丰富的航空院所合作，外协部分工作量大、非核心技术的任务，确保人力资源充足。

(2)结构产品生产方面，与结构部段生产单位明确产品交付计划的紧迫性及完成节点，促使其采用多家单位协作并行生产结构零件以满足计划需求；协调结构部段生产单位调研具有丰富装配经验的航空单位，采用工序外协的方式，由结构部段生产单位统筹制订装配工艺方案，外协单位提供熟练的装配工人，确保多个结构部段并行装配。

1.4 近细远粗制订工作计划，确保计划系统、前瞻和合理

根据项目全生命周期研制工作要求，策划制订了“1+3+N”全要素工作计划：“1”是以全生命周期研制工作目标为纲，以动力系统试车样机、地面试验样机和飞行试验样机产品研制及大型地面试验实施为主线工作计划，统筹考虑三架样机产品投产、装配型架使用，以及多项大型地面试验之间的地面设备和试验件的交叉使用等情况，确保研制计划的可实现性和指导性；“3”是以项目主线研制工作计划实现为目标，制订项目年度主线计划、技术工作计划和管理工作计划三类专题计划，确保研制任务实施的全面性和系统性；“N”是依据项目主线工作计划和年度工作计划，结合辨识的风险事项，制订多项专题治理工作计划，确保研制任务关键环节实施、瓶颈短线问题治理与整体计划的协调性和匹配性。

1.5 全要素队伍管理，项目主管和设计全面介入，两总专题推进

在传统型号研制过程中，由于计划、经费、质量等关键因素归属不同部门管理，部门墙的存在容易造成完成研制任务和跨部门协调效率不高，从而造成多个型号在工程研制阶段进度推迟的现象[5]。项目制管理能够较好地解决上述问题，计划、进度、经费、质量等要素管理者均为项目办人员，要素之间由计划经理统筹协调；管理上通过项目办，技术上通过总体，实现管理和技术点对点沟通，进一步加强团队沟通协作。针对外协单位研制生产计划落实情况，一是通过合同要求对计划实现进行约束和检查确认；二是采用“谁的产品谁负责”的方式，要求总体或分系统主管设计负责全程跟踪了解产品研制和试验进展，关键节点下厂跟产跟试，发现计划偏离情况及时汇报，通过专题协调或项目两总专题推进的方式，确保研制任务按计划实施。

1.6 加强调度协调和信息化手段管理，实时优化、高效管控

根据项目全生命周期策划，首先，制订年度工作计划，按月度分配到相关承研承制单位，主要包括设计文件、产品备料和生产、地面试验、工装设备以及重点短线等计划，然后由各单位分解为内控的研制生产或试验详细工作计划。总体和各系统定期收集研制工作信息，点对点解决有关问题，按周编制工作总结，每周项目工作例会讨论并制定应对措施和工作计划，确保计划执行落地、研制工作有效推进[6]。

为强化对研制工作进展的掌控和资源调度，精细化项目工作内容、需求资源、责任单位、配合单位、责任人、工作计划等信息，通过Project等专业软件编制了项目工作计划网络图[7]，同时通过计划协同管理系统给院属单位下达工作计划，加强计划完成情况考核；安排项目主管和设计跟产收集研制生产实际进度，编制研制工作进展跟踪甘特图，动态更新每项工作的完成进度、完成百分比等信息，使项目团队全面了解项目整体工作进展，以及关键路径工作情况和偏差，及时评估项目整体进度，优化流程和统筹协调资源。

2 实施效果

通过产品化的设计方式，全运载器使用成熟产品300余种，仅使用了1种新材料，全部采用现有成熟工艺进行产品制造，大大减少了产品研制工作内容和工作量；通过设计工艺协同，采用专业设计软件，通过面向制造等现代设计方式，减少了产品设计工作的迭代次数，提高了产品可制造性，缩短了产品设计周期约9个月；通过优化试验设计要求、精细化试验工作流程，减少了1架次地面试验样机及100余套系统级产品的生产配套；通过多点协作配套，借用外部力量增加了科研生产资源，实现了结构产品并行生产和装配，减少两架次结构产品装配实际时间约10个月；通过全员参与研制过程计划管理，采用信息化手段管控，加强对研制生产过程的监督检查，研制问题、资源紧缺情况等得到及时解决。采用上述措施，本项目运载器研制计划得到了高效管控，设计、生产和试验等工作高质量、高效率和高效益实施，为项目后续研制工作奠定了基础。

3 结语

随着航天型号任务数量的持续增长，科研生产资源紧缺情况会更加严重。为确保项目按要求完成研制，项目团队在申报项目时应充分考虑计划与生产资源的匹配性，辨识风险，预留一定的进度余量；在设计产品时应加强对成熟产品、成熟技术的应用，充分考虑国家工业基础，不要片面追求创新；在研制生产时，主抓核心业务，充分利用高校、科研院所及民营企业等社会资源完成非核心任务；在管理方面应缩短流程、精简管理，采用信息化系统等手段提高精细化管理水平，实现对研制过程的精准管控。