大型空间展开臂并行研制项目管理实践

胡添元、张帅、刘冬、李林凌 /北京空间飞行器总体设计部

随着卫星技术不断发展，对有效载荷的性能要求越来越高，导致有效载荷尺寸越来越大。同时，为减少卫星本体对有效载荷的视场遮挡，需要一种高刚度、高可靠的大型空间展开臂，实现有效载荷的连接、支撑和伸展功能，在卫星发射时与有效载荷一起收拢，卫星入轨后展开到空间预定位置。典型展开臂与有效载荷收拢和展开状态示意如图1 所示。

图1 典型展开臂与有效载荷收拢和展开状态示意图

近年来，由于各领域型号对大型空间展开臂的需求越来越迫切，经常出现多个展开臂并行研制的情况。由于不同有效载荷的构型、指向、布局、以及收拢和展开状态等方面均存在差异，导致每个型号的展开臂产品状态也各不相同，对项目并行研制管理提出了更高的要求，不同型号卫星展开臂配置情况如表1 所示。

表1 不同型号卫星展开臂配置情况

多项目并行研制与传统单星产品研制模式不同，其研制具有如下特点：产品维度多、状态多、种类多，展开臂的产品既有传统加工方法（如金属机械加工、复合材料成型），又有增材制造加工方法（如零膨胀金属3D 打印）；每个展开臂的地面零重力收拢、展开（时间、精度等）试验，以及每个展开臂环境试验条件都不相同；产品研制周期不同，但相对于传统单臂研制周期又大大压缩，一般需要一年内完成方案设计、投产、测试及实物交付，甚至个别展开臂从投产到实物交付只有6 个月；研制队伍资源配置有限，各生产单位一般是按产品配置队伍，并不按型号区分，研制队伍人员相对固定，且在短时间内难以得到有效扩充；利益相关方众多，各单位对航天产品研制的理解程度不同，产品质量难以统一管控。

一、全局多任务项目策划

中国空间技术研究院北京空间飞行器总体设计部在项目启动之初从全局把握资源，开展多任务并行项目策划，实现高质量保证成功。

1.高效的团队管理实现人力资源共融

展开臂属于典型的复杂机电类产品，涉及机械、电子、控制、热控、复合材料等多学科领域。基于展开臂持续稳定的任务流，采用传统按型号进行人力资源配置的方式将会出现研制人员严重不足的局面。

通过多项目并行WBS 全局分析，制定人力资源计划，确定团队核心人员数量与岗位配置。在传统矩阵管理模式的基础上增加时间维度，及时动态更新人力资源配置，实现人员分时复用，以达到团队效率最优。同时，针对非线性动力学仿真、逆向测绘建模等需求迫切、但对专业厂所来讲相对小众的学科与专业，吸纳引进国内擅长该专业方向的高校团队，将多个专业的研制人员有机结合起来，实现规模持续拓展的“用户+院所+高校”三方人员融合，保障人力资源配置满足多项目并行需求。

2.高效的投产策略实现部件组批生产

按航天产品质量和研制程序要求，传统产品投产需所有零部件投产文件集中受控分发后，生产单位才进行生产加工。根据多任务并行研制需求，项目团队在方案设计的基础上组织开展产品投产策划，将产品分为通用部件和定制部件2 个部分进行投产。

将轴承、锁定单元、压紧释放装置、臂杆等具有稳定结构和标准接口的可重用部件定义为通用部件，实现通用部件可组合、可替换、去型号化，提升产品可靠性、稳定性。对通用部件进行组批投产，按任务需求单独分批交付，大大节约了研制周期。

将各型号构型复杂、工序流转多、协作单位多、试验项目多且具有特殊功能的部件定义为定制部件，对定制部件研制进行提前策划、提前设计、提前投产，并在研制过程中严格按短线产品进行管理。

3.高效的统筹协调实现试验资源共享

由于试验资源和场地资源有限，多任务并行过程中经常会出现资源冲突影响产品进度的情况。在项目启动之初，团队成员组织梳理每个展开臂试验内容，进行试验完备性分析，确保试验项目完备、试验流程最优。同时，对不同任务间的试验流程进行优化组合，确保试验设备运行不间断、试验场地装配不间断、试验人员测试不间断，实现试验资源共享，提高研制效率。

在部件环境试验过程中，针对不同任务需求采取试验条件最大覆盖性原则，制定统一环境试验条件，并行开展关节力、热试验。在装配测试过程中，优化展开路径和重力卸载方式，实现重力卸载设备通用化，并提前协调开展不同型号间设备统筹，组织识别地面控制器、大惯量加载系统等短缺的测试设备，进行先行投产。在并行装配时，提前与协作单位协调沟通，针对经纬仪、三坐标测试机、装配平台等短缺设备以及装配人员制定应急预案，实现多个场地同时装配。

二、多项目双流程归一化

在项目规划（计划）阶段，总体设计部针对多个展开臂并行研制，开展技术流程和计划流程优化，实现高效率完成任务。由于每个展开臂的任务功能不同，研制难度不同，研制流程也有差异，难以实现统一管理。针对多臂并行研制现状，项目团队组织确定了统一的展开臂状态基线，基于状态基线对不同展开臂流程进行归一化。典型的归一化展开臂研制流程如图2 所示。

在流程归一化的基础上，再根据不同的功能增加定制化流程，实现对研制流程的统一管理。组织对同类型产品研制和试验环节实施流程优化，如关节类产品的研制试验（图2 中M6e2、M6e3 和M6e4），在同一类关节中只有第一个关节进行热变形和刚度测试，如表2 所示。优化取消同类中其他关节的热变形和刚度测试，同时最大限度利用热真空试验资源，在统一的试验条件下在同一真空罐中同时开展多根臂杆的热试验。

表2 同类关节试验完备性及分配

图2 典型的归一化展开臂研制流程图

通过上述措施，实现不同型号多个展开臂的双流程归一化，使项目管理团队可以更好地统一管控产品质量和研制进度。同时，在归一化的流程环节中动态优化评估节点，减少无效活动，提高产品研制效率。经测算，通过关节试验优化压缩试验周期约20%，通过多根臂杆同时试验减少成本约10%。

三、产品数字化分级管控

在项目执行、监控和收尾阶段，总体设计部实施产品数字化分级管控，实现高效益推动发展。大型空间展开臂作为典型的宇航产品，具有质量要求高、研制技术风险大的特点。实施产品技术状态分级管控，通过多个型号产品的成功研制不断提升产品成熟度，丰富展开臂产品库，逐步降低研制技术风险。同时，应用数字化项目管理平台，对研制流程实施全信息化管控，不断提升产品质量精细化管控程度，提高研制效率。

1.产品技术状态分级管控

按《航天器产品鉴定管理要求》对展开臂产品进行分类并建立产品库，实施分级管控。其中，通用部件对应A、B 类产品，产品技术状态变化不大，重点抓好技术状态基线确定以及生产过程中产品保证控制，便于实施组批投产。

定制部件对应C、D 类新研产品（如展开臂空间轴线关节，由于型号任务对空间关节构型、热稳定性的特殊要求，需要对零膨胀关节制造进行关键技术攻关），产品技术状态变化较大，需要组织成立专题攻关小组，指定专门产品负责人，在产品研制的关键节点进行评审把关和现场走查，尽可能提前发现和暴露问题。

按产品技术状态建立展开臂产品库，对于C、D 类产品，通过地面试验测试（2 级成熟度），经过在轨飞行验证后（3 级成熟度）在产品库中将逐步转化为A、B 类产品，进而提升产品成熟度，不断丰富展开臂产品型谱，典型通用部件产品库架构如图3 所示。

图3 典型通用部件产品库架构示意图

2.建立数字化项目管理平台

实施多任务并行研制，需要管理数百件产品和数千条产品特征，采用传统方式管理难以真实可靠地反映研制状况。运用产品生命周期评价方法，建立覆盖设计、加工、试验、测试、验收及项目管理全过程的数字化管理平台，实现以设计师为中心的任务自动推送与跟踪；通过产品质量关键环节的自动把关，实现产品质量全闭环管理；通过产品技术状态数据的分级汇总，实现管理数据的全透明；通过表格化产品数据包管理，实现产品相关文件（照片）与数据库系统自动关联，并自动生成结构化文档和数据包。通过数字化平台的应用，实现对整个产品全周期研制流程的信息化管控，降低了管理成本，提升了研制效率。

针对大型空间站展开臂并行研制管理，总体设计部在项目启动阶段进行全局观多任务项目策划，实现了人力资源共融、通用部件组批投产和试验资源共享；在项目规划阶段，通过双流程归一化，实现了多个展开臂紧凑、有序、高效研制；在项目执行、监控和收尾过程中，通过产品分级管理以及数字化平台的应用，实现了整个产品全周期研制的信息化管控。通过实施上述3 项措施，成功完成了多个领域型号展开臂产品研制，为后续型号实施并行研制管理提供了有益参考。