从型号项目研制到规模定制生产

关键词：型号项目 定制 生产系统 转型
1 任务形势的发展引发的制造模式变革分析
近年来航天器产品生产任务逐年大幅增加，航天某院的型号产品数量和首发星平均周期的变化趋势 分别如图 1 所示，呈现任务重、时间紧的明显趋势。
250
12
型号数量（单位：颗）
研制周期（单位：年）
10 200
研制周期
8
150
6
100 4
“基础量”是在同一产品类型内，工艺内容（包括用料信息）不变的部分。对于成熟度高 的产品，其基础量在全部工艺内容中应该占大部分比重；
“基础量”是技术状态中的不变部分，代表了在生产计划和执行过程中可稳定的重复执行 的部分；
基础量以提高作业一致性为目标，能够予以继续细化、量化，形成与现场操作相衔接的工 艺－操作规程，并建立标准作业流程（SOP，Standard Operation Process）；
2.3 单元化的生产现场组织
产品按成熟程度分级，工艺划分为基础量和变化量后，为生产现场的单元化组织的深入应用提供了 更为有利的条件，成熟度高的产品、工艺中的基础量部分可以在生产现场配置专用的工装工具、制定规 范的作业程序、规定标准操作步骤、提供特定的检验检测工具等，提高现场作业效率、提升产品质量一 致性。随着产品的不断成熟和工艺的不断进步，基础量部分将不断增多，生产现场的效率和质量水平将 不断提高；对于变化量部分的处理，可以沿用现有方式，或进行适当改进。
2.2 结构化的工艺形式转变
工艺在制造企业中具有关键地位，通过工艺过程将设计意图和要求转变成设备或操作者执行的作业 步骤和内容。为了从根本上实现图 4 所示的生产系统改进的总体思路，要求工艺形式进行调整，实现稳 定重复生产和具体任务变动的分离定义和结合应用，并支持工艺知识的不断积累和重用，因此需要建立
生产系统改进的总体思路如图 4 所示：
定型产品
高
低源自文库
最简流程
…
产
品
重复生产产品
成
熟
程
…
度
流
程
与产品体系对
复
应的生产体系
杂 程
度
… 部分简化流程
…
初次研制产品
低
高
最复杂流程
图 4 航天制造生产体系改进的总体思路 如图 4 所示，根据产品成熟程度由低到高，与之相应的生产流程的复杂程度应该由高到低，即：对 于成熟程度最低的产品，例如初次研制产品，所应用的生产流程应该最为复杂，需要包括计划、工艺、 材料、工时、加工、检验、交付等所有环节，每一环节都有验证、把关的职责，用以确保达到“一次成 功”的目的；对于成熟程度高的产品，例如定型产品，由于其技术状态完全确定，因此在生产流程中， 其技术准备（包括：工艺文件编/校/审/签流程、材料消耗单编/校/审/签流程）、工时准备、物料准备、 计划准备等工作都可以在具体生产执行前完成，从而不占用型号产品的生产时间，因此可以省略工艺、 材料、工时等环节，其它环节也可以简化，从而实现精简流程、节省工作量和时间消耗，同时保证生产 过程质量的严格控制；对于非定型产品，根据其生产的重复性和成熟程度，具体情况需要根据产品的具 体特点进行分析和相应处理。 图 4 所示思路的根本出发点是对产品根据不同成熟程度的分类分级，从而为实施不同层次的生产运 行流程奠定基础；实现图 4 思路的核心关键点是工艺形式的全面结构化，从而将生产中重复稳定执行的 部分和具体任务变动的部分相分离，形成生产运行和实际作业的依据，工艺的结构化也为工艺知识的积 累和重用准备了条件；在生产组织上，深化单元化生产的应用，细化相应的配置和管理，构筑与快速响 应生产机制相适应的生产现场。
基 适应性分析 础
分
析 与
要素分析
准
备 基础数据
技术与管理流程
实施方案的主要内容 产设物文人环生质信 品备流件员境产量息 与与与与与与运保化 工设存数组安作证条 艺施储据织全机措件 梳配规整安建制施配 理置划理排设设制备
计定
总结推广
实物配备 运行机制 现场管理 单元实施与应用
评估与改进
图 5 单元制造模式建设方案 首先进行基础分析与准备，包括实施的适应性分析、构成要素分析、基础数据的准备和技术与管理 流程的准备，为实施方案各项要素内容提供支撑；并为实施方案的设计与优化做好方法和工具的准备。 实施方案的设计与优化过程中，在实施方法与工具、评价方法与指标的共同支持下，开展实施方案 的规划设计、分析评价和调整优化等工作，确定实施方案的各项内容、做好实施条件的准备。 根据单元实施方案，进行制造单元的实施与应用工作，包括各项实物要素的配备、运行机制的建立、 现场管理的执行，同时在评价方法与指标的指导下对单元的运行效果进行评估和改进，及时总结单元建 设的经验和效果，为推广应用奠定基础。
2
探索实现模式转变的有效途径，创新生产系统形态，适应企业未来发展的需要。 本文针对航天从型号项目研制型向产品产业化型转变的需求，从生产流程的层次化、工艺形式的结
构化、生产组织的单元化等方面，探讨星船生产系统从型号项目研制到规模定制生产转型的方式和途径， 根据航天的特殊要求，以快速应变、知识重用、质量保证为立足点，力争实现对不同生产任务的广泛的 适应性、对产品质量和进度的严格控制、以生产工时稳定和生产知识重用为标志的生产系统的不断发展。
识别、标示、传递、控制、确认、反馈方法，确保技术状态完整受控； 将变化的部分集中在几道工序内，并确定变化的方式和内容，列出所有可能的变化情况； 对基本工艺中的每一个具体的变化内容，将对变化内容的描述用明确的格式和位置限定； 根据具体基本工艺中“变化量”的比重和内容，具体研究和分析在生产计划、物料准备、
品的质量和交货期，则生产资源配置、生产组织形式、生产运行方式、质量保证方式等生产系统的核心
内容必然进行相应的转变，即引发制造模式的转变。
主要的制造模式的发展历程如图 2 所示：
1965年 1973年 1990年1993年
1830年 1850年 1920年1950年 1970年 1980年 1992年
2 生产系统转换的方式和途径探讨
2.1 层次化的生产管理框架
面向规模定制生产的未来生产需求，提出生产系统转型的总体思路建议为：“针对产品的不同成熟程 度，建立与之对应的不同复杂程度的生产流程，构建与产品体系对应的生产体系，在确保技术状态全面 受控、过程记录完整准确的前提下，实现提高生产效率、增强生产系统整体能力的目的”。
工时准备、车间安排、作业执行、质量检验、产保要求、实物周转等环节的程序和规则。 “基础量＋变化量”的工艺结构，以这种形式表达设计文件中的基本部分和可变部分，作为技术状 态控制的源头。基础工艺的确定为后续相关工作奠定了基础。 （2）根据基本工艺结构，进行试点工艺文件修改 根据产品特点，深度分析工艺，对产品工艺的相似性、区别和特点进行分析，包括工艺流程、工艺 方法、操作过程、设备要求、工装需求等方面，以基本工艺结构为依据，对不同的生产工艺进行相应的 修改，形成能够适应实际生产应用的工艺文件。 （3）“基础量＋变化量”的工艺文件的审签流程的修改 工艺的“基础量”部分是应该固化不变的部分，需要经过一定层次的审批程序予以固化，与具体的 投产任务无直接关系，可定期对其内容的适应性和修改予以评审；工艺的“变化量”是针对具体的生产 需求而有所变化的部分，随着具体的投产任务进行审签，以保证正确性。 需要分别建立两部分的审签程序，清晰界定两者的接口，使得工艺文件一方面符合工艺管理要求， 另一方面与质量管理体系等要求相一致。
批量生产模式结合不同的生产理念，根据具体的生产情况，可将图 2 中的制造模式概要归并如下：
单件研制生产
批量生产
大规模生产
集 精敏 单 柔 大 成 益捷 元 性 规 制 生制 制 制 模 造 产造 造 造 定
制
图 3 制造模式划分示意图 空间飞行器（包括人造卫星、飞船、空间站）的生产制造属于典型的单件研制生产方式[1]，具有完 全定制生产的特点，包括： 任务特点：根据上级任务（订单）组织生产，产品设计变动频繁； 产品特点：品种（包括部组件、零部件）多、数量少，标准化程度低、通用性低； 设备特点：采用通用的机床、简单而通用的工具对材料进行加工，以保证对不同产品的适应性； 人员特点：要求工人具有较高的技术水平、生产知识和实际经验，能够快速适应非重复性的生
产任务； 生产管理特点：工序时间不确定，生产计划的准确性难以保证、主要依靠人工调度来推动生产
的运行；是典型的生产重入系统，生产的间歇性明显；生产过程不稳定、不可控因素多，经常 出现更改、变动、返修等情况； 成本特点：由于不同产品的规格和技术要求各不相同，而且数量少，因此生产成本高，而且不 随产量的增加而下降； 质量管理特点：产品样本数量少，许多成熟的确保质量的方法不宜实现应用，为确保产品质量 的业务工作量大、效率低，质量成本极高。 航天器制造系统需要与航天产品的整体发展规律相适应，即：一方面，对于某一个型号项目，对功 能完善和技术指标的追求永远不会停止，意味着设计创新、更改、变动是航天产品的本质特点；另一方 面，随着航天器数量的增多，型号平台、产品型谱等不断在产品中得到体现，航天器系列化、模块化的 趋势日益明显，随着需求的规模化、专业化的发展，航天器由型号项目研制向适度规模的、带有定制特 点的专用产品生产的转化将逐步成为现实。 产品和生产过程中的变动性决定了生产系统必须对变动做出响应，因此必然具有面向定制生产的特 点；生产任务的规模化、系列化趋势，使得生产系统越来越多地体现出不同于项目型生产的特点，因此 未来的航天星船生产系统需要同时适应定制生产和规模生产，是生产的定制化与规模化的有机统一，本 文称为规模定制生产。 由于航天制造的特殊性，在制造模式转变、生产系统改进的过程中没有现成的方式方法能够照搬套 用，面临任务形势的转变和企业自身发展的需求，需要深刻认识生产运行规律，紧密结合企业实际情况，
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型号数量
0 “八五”
“九五”
“十五”
“十一五”
0 “十二五”
国家计划阶段 图 1 不同时期型号数量与首发星研制周期变化图示
图 1 所示型号任务数量以指数规律增长，从量变与质变的一般数学规律可知，当量变呈现非线性关
系时，必然引起系统的质变。具体到生产系统而言，当系统任务量持续呈非线性增长时，如果要保证产
2000年
欧洲单件生产模制式造业美国模大式规模生产模式 JIT柔方性式生产丰概田计念生算产机方集式成虚制拟造制造精模益式生敏产捷模大制式规造模概定念制单模元式制造生产模式
图 2 主要制造模式发展历程
1
根据产品（包括零部件和中间产品）数量由少到多，可以将制造模式粗略分为：单件研制模式，批 量生产模式，大规模生产模式。单件研制模式是根据用户需求，对产品的设计、制造、装配、应用的全 过程进行全新的、针对性的研究和制造，用于满足用户的各项要求。大规模生产模式指大批大量无差别 产品的生产。批量生产比单件研制的专业化程度有所提高，每种产品已不是只生产一台而是一批，生产 过程具有一定的稳定性和重复性；因此，有条件编制工艺规程和进行不同程度的专业化生产，企业有可 能实现零件标准化和不同品种之间的零件通用化、以及某些产品的标准化和系列化；同时，根据通用件、 标准件的种类和规模，可以部分地采用专用设备及专用工艺装备以提高制造效率、降低生产成本。批量 生产中的小批生产与单件生产方式相接近，大批生产与大规模生产方式相接近。
4
单元建设的主要工作是通过周密的分析和科学的论证，制定单元实施方案，以此为依据进行制造单 元各项构成要素的配置、实施与应用。建设方案包括三项主要内容，即：基础分析与准备、实施方案设 计与优化、单元实施与应用，如图 5 所示：
实施方案设计与优化
实施方法与工具
规划设计 分析评价 调整优化
评价方法与指标
3
新的工艺结构，不同于以往的文档形式或者表格化形式，也不同于模块化形式，而是一种完全结构化的 形式，要点包括：
（1）建立基本工艺结构为：“基础量＋变化量” 对于产品体系内的每一种产品，建立基础工艺（或称：基本工艺，基线工艺，标准工艺，当量工艺， 工艺模板，工艺框架），可采用如下方法： “基础量”
从型号项目研制到规模定制生产
——星船生产系统转型的方式和途径探讨
摘要：针对型号任务不断增长引发制造模式的变革需求，对卫星、飞船等航天器生产系统面临的从型号项目研制到规 模定制生产转型的途径和方法进行探讨，以快速应变、知识重用、质量保证为立足点，从生产管理框架、工艺形式的转变、 生产现场组织等方面提出转变的措施，为相关的决策提供参考。
基础量部分包括的与工时有关的内容，由工时部门给出所需的工时信息并作为不变的数据 保存在基本工艺中；
基础量部分中包含的用料信息，汇集成该产品固定材料消耗明细，驻留在物资部门。 “变化量”
“变化量”是生产同一产品类型时，工艺中有可能变化的部分。 “变化量”是技术状态中的可变部分，是生产中重点控制的部分，需要研究“变化量”的