科研设计流程精细化再造的初步探索与实践

姜欢、郭昊、王官宇、张星、陈默 /北京临近空间飞行器系统工程研究所

近年来，航天产品型号任务量迅速增长，研制过程日益复杂，涉及专业种类增多，专业间的耦合度不断加深，研制周期日趋紧迫，对传统的科研生产、管理模式提出了巨大挑战。针对非系统化的设计方式带来的设计过程效率低、设计周期长、费用高导致难以应对新形势下研制任务的需求问题，空间物理重点实验室提出了开展科研设计流程的精细化再造与应用，构建科学、规范的科研设计流程体系，并将有关规章制度、标准规范落实到型号科研设计流程中，建立配套的贯穿科研全过程的流程管理制度规范体系，提升科研设计工作规范性和质量，从而提高科研设计效率与质量。

一、科研设计流程精细化再造的必要性

航天飞行器设计是一种复杂的工程。传统的设计方式非系统化、工具软件没有集成、数据流不够畅通，没有设计规则库和方法库引导各个设计环节的工作，造成设计过程人工重复性劳动多、效率低、周期长、费用高，难以满足新形势下研制任务的需求。

在型号研制过程中，任务进行分解、下发以及各专业间与专业内部协调工作量大，存在数据传递不及时、跨专业的协作任务没有固化的工作流程等问题。部分设计结果性数据、试验数据由AVIDM、TDM 系统进行管理，大部分设计数据存放在个人计算机中。各专业数据传递通过邮件、目录共享等方式进行，数据发放与接收没有统一管理。各专业由各类商业软件和自研软件支撑设计工作，设计人员单独调用某项工具完成工作，工具与工具之间的数据传递实行人工干预，工具应用效率低。对型号研制过程中各项任务的进度、执行情况、执行数据等缺乏清晰全面的监控视图。

各专业的设计、分析过程包含规则和方法。知识中有些以自研软件形式应用到设计中，大多以单独各体形式存在。质量依赖于人为因素，知识传承模式存在不确定性，周期性的质量波动、低层次重复性质量问题时有发生。为了高质量、高效率完成任务，需要不断促进科研生产管理模式的转型升级。

航天产品科研生产过程质量控制十分重要。制度规范是落实和强化过程控制的重要手段。我国航天事业发展形成了种类繁多、数量庞大的规章制度、技术标准等规范体系。这些制度规范一方面存在通用性有余而针对性、指导性、操作性不足的问题，另一方面存在全面性、覆盖性不够的问题。因此，进一步加强信息化建设，优化研制生产流程，建立管理制度规范体系，将以往积累的经验教训以及有关规章制度、标准规范等有效落实到航天型号科研设计流程中，是解决问题的有效手段，而流程精细化再造是重要的前提和抓手。

二、科研设计流程精细化再造工作

1.总体目标与工作思路

科研流程精细化再造的总体目标是在工程研制过程中，结合科研、管理中暴露出的粗放低效问题，开展科研设计流程精细化再造工作，以精细化、规范化、定量化为目标，对设计流程进行完善、优化和再造，通过综合运用项目管理、流程管理、资源管理、知识工程等技术，实现工程经验模板化、工具软件集成化、产品设计协同化、项目制度规范化，从根本上解决航天型号设计中存在的流程不优化、过程控制不量化、岗位要求不明晰等问题，以全覆盖的流程化管理落实各项管理要求，系统建设、持续改进，不断促进企业整体效益、工作效率提升。

针对科研设计流程精细化再造工作需求，结合实际科研任务，基于产品、过程、组织3 个维度，通过流程梳理、工作内容梳理、工作要求梳理，按照型号研制总体、分系统/专业、具体工作层层细化，分层次展开流程再造工作，并细化流程控制各项要求。

产品维度是指对航天产品构成，包含系统、分系统、单机、软件等各类软硬件产品，重点关注产品的功能、性能及各部分之间的逻辑关系。

过程维度是指产品全研制周期产品形成过程，重点关注设计过程的逻辑关系和影响产品设计质量的关键因素。

组织维度是指对各任务环节上的专业协作关系和岗位组成进行梳理，对全部流程节点上的岗位控制要求、标准规范、输出输出文件、设计工具要求进行梳理，提出过程控制有效性的制度规范体系建设要点，形成与岗位高度耦合的制度规范体系。

2.流程精细化再造梳理与分析

一是设计需求确认。明确用户提出的任务总需求，需开展流程设计再造的产品、所处研制阶段及参与的技术、管理部门。科研设计流程一般按研制阶段划分为方案论证阶段（F）、方案设计阶段（M）、初样阶段（C）、试样阶段（S）和定型阶段（D）。参与部门包括总体、气动、控制、结构、防隔热等技术部门和质量、计划等管理部门。

二是1 级流程讨论梳理与确认。1 级流程根据型号实际研制过程，概括描述型号某一研制阶段涉及所有技术、管理部门全部工作的流程，用于体现各部门间的接口关系。工作内容由总体专业根据设计需求，梳理完成1 级流程。梳理过程中，总体设计应充分沟通协调各技术、管理部门，参考其相关意见进行编制。梳理完成后，总体专业室需组织主任设计师、工程组组长及主管设计等对流程开展审核、修订及确认。

三是2、3 级流程管理要素梳理。2 级流程是在

1 级流程基础上，描述某一技术、管理部门在型号某一研制阶段全部研制工作的流程，用于体现各技术、管理部门内部闭环关系。3 级流程是在2 级流程基础上，描述某一技术、管理部门在型号某一研制阶段某一项具体工作的流程，用于体现各技术、管理部门具体工作过程。3 级流程为最底层流程，视工作的复杂程度由各技术、管理部门自行划分。

管理要素包括用于指导开展设计、管理工作的作业指导书、标准、规范、质量案例等指导性文件，各技术、管理部门输出文件，各技术、管理部门使用的工具软件，各技术、管理部门的岗位角色。其中，指导书、标准、规范、输出文件等需整理模板。

四是2、3 级流程讨论梳理。各技术、管理部门基于管理要素梳理的输出文件等工作内容，绘制各自2、3 级流程。梳理过程中，主管设计应充分沟通协调上下游技术、管理部门，参考其输入输出接口关系意见进行编制，并明确设计活动所需要的管理要素。梳理完成后，各技术、管理部门组织主任设计师、工程组组长及主管设计等各自流程开展审核、修订及确认。

基于ARIS 软件，可以方便高效地开展科研设计流程精细化再造。

3.基于精细化再造流程的科研设计及管理

基于精细化再造后的科研流程，结合所内数字工程建设，建立数字化协同设计系统，实现任务管理、流程分解、流程管理、流程监控、在线协同设计等功能。在设计需求下达后，总体设计人员利用任务管理模块，以存储在任务流程模板库中的流程模板为依据（也可自行设计流程模板），应用流程管理模块进行任务WBS 分解并分发任务至各专业设计人员。

各专业设计人员登录系统获取设计任务，在输入条件（上游任务已完成，输入数据已完备、时间条件满足）都具备的情况下，启动设计流程，以统一的专业模型为核心，调用设计结果数据、任务之间的流程协作过程记录及数据版本匹配关系，确保设计结果可记录、数据关系可追溯、版本匹配可验证，并提供轻量化三维模型和云图、曲线、报告等多种查看方式，实现对设计方案的全数字化展示。

各专业设计人员在完成任务后将设计结果提交至数据中心的设计结果数据中心，支持对各专业设计结果数据按不同维度进行分类目录的维护，建立多专业基于设计方案的关系数据库，对数据信息进行有效组织。

专业工具池为设计人员提供多层次、多功能的设计工具，具备针对相关专业的方案设计功能，大幅提高方案设计的效率和效果。通过开放数据中间件接口，打通各专业设计工具与数据资源中心的数据关联，有效解决分布式异构数据的存储、管理，实现设计过程中的数据共享与一致性管理。

协同设计管理系统监测设计结果库中的变动，自动完成任务状态变更并更新流程，将任务、流程更新情况推送至相关任务工作人员的工作台面中，形成工作时长历史记录。当完整流程中的全部节点均完成后，视为一次完整的流程迭代。

三、应用效果与后续工作

通过科研设计流程精细化再造，固化形成了所级流程设计规范，初步搭建了以流程为核心、与岗位高度耦合、多体系协调的流程体系，实现了1级流程到系统、2 级流程到岗位、3 级流程到任务。将专业岗位文件接口关系、输出文件、数据项、设计工具、作业指导书等管理要素与科研流程紧密结合。通过推进数字化协同设计系统建设支持和固化流程再造成果应用，科研生产质量、效率和效益指标得到有效提升。

目前已完成方案论证阶段和方案设计阶段科研设计流程，并在所内某型号方案论证协同设计团队中开展应用，有效地解决了多专业多学科紧耦合、参研单位多、涉及领域广等设计难题，高效地完成了总体和分系统的任务分解、参数传递及设计数据的集中管理，实现了科研设计流程与科研管理的有机融合，提升设计效率30%以上，有效地提升了总体设计能力及科研管理能力并转化为所内核心能力。后续，将继续梳理再造其它阶段科研设计流程，并根据项目实例化应用中发现的问题开展已梳理流程的优化，形成“流程设计——执行——执行审计——流程优化改进——再执行”管理链条，协同设计管理，实现全覆盖的流程化管理。