沈宏華 梁 瑩 馮蘇樂 葉順堅 崔國平

現(xiàn)代管理

空間飛行器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品制造過程管理研究與實踐

沈宏華 梁 瑩 馮蘇樂 葉順堅 崔國平

（上海航天精密機械研究所，上海 201600）

針對極小量、高要求、高價值類空間飛行器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的制造，提出了面向關(guān)鍵過程域分析的工藝管理框架，瞄準(zhǔn)工序點位質(zhì)量因素進行分解，對工藝過程要素進行精準(zhǔn)的分層分類管理；通過全要素的風(fēng)險管理方法降低潛在風(fēng)險過程影響及危害；采用工藝質(zhì)量監(jiān)控機制實現(xiàn)產(chǎn)品軟硬件屬性及過程數(shù)據(jù)包管理。某新型空間飛行器型號研制實踐表明，該管理模式有效地確保了產(chǎn)品質(zhì)量，規(guī)避了過程質(zhì)量問題的發(fā)生。

極小量；高價值；空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)品；制造過程管理

1 引言

近年來我國航天型號項目發(fā)展迅速，各類新型運載火箭、空間飛行器、衛(wèi)星型號層出不窮。不同于運載火箭的小批量制造需求規(guī)模，空間飛行器、衛(wèi)星型號一般為單發(fā)或單器，其零部件單機配套數(shù)量多為單件、幾件，為數(shù)量極小量產(chǎn)品。此類結(jié)構(gòu)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)及質(zhì)量要求高，制造過程繁瑣復(fù)雜，成本及成品價值相對較高。因其樣本量小，質(zhì)量特征數(shù)據(jù)少，難以充分發(fā)揮統(tǒng)計過程控制在工藝質(zhì)量方面的效果[1]。早些年航天制造廠所在空間飛行器產(chǎn)品制造，延續(xù)較為粗放的工藝管理方法，在工藝管理策略、過程質(zhì)量控制、產(chǎn)品制造過程保證等方面與空間飛行器產(chǎn)品質(zhì)量保證要求還有一定差距，尚未達(dá)到“精細(xì)化生產(chǎn)及管理”程度，過程管理成熟度也不夠，低層次質(zhì)量問題時有發(fā)生，不利于產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)狀態(tài)的全面控制。

針對空間飛行器產(chǎn)品制造，瞄準(zhǔn)產(chǎn)品的核心價值，提出了面向關(guān)鍵過程域分析及控制的工藝管理框架，以技術(shù)狀態(tài)、工藝文件、過程監(jiān)控、風(fēng)險管理為施力點，對工序質(zhì)量因素進行全域分解并實施控制，保證型號產(chǎn)品軟硬件屬性的有效實現(xiàn)及數(shù)據(jù)包管理，提高過程控制效果及能力。

2 現(xiàn)狀問題分析

2.1 空間飛行器結(jié)構(gòu)產(chǎn)品特點

空間飛行器產(chǎn)品因自身功能特性及使用環(huán)境需求，其制造過程特點如下：

a. 趨向輕量化設(shè)計原則，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，材料去除率一般達(dá)90%，形位尺寸精度要求較高，過程狀態(tài)尺寸往往直接影響到最終尺寸精度的實現(xiàn)。

b. 產(chǎn)品制造工序繁多，涉及工種專業(yè)較多，過程質(zhì)量影響因素多，且因素之間相互影響，相互制約[2]，控制難度大，數(shù)據(jù)包分散形成于各個工序，不易進行系統(tǒng)及連續(xù)性監(jiān)控。

c. 產(chǎn)品制造配套數(shù)量較少，多數(shù)為單件、幾件，一般不超過十件，極小批量導(dǎo)致工藝優(yōu)化及質(zhì)量統(tǒng)計分析的樣本相對較少，須確保“一次合格”。

d. 產(chǎn)品原材料毛坯為定制規(guī)格，工裝也多為“量身定制”，種類多，適應(yīng)性較窄，相對成本及成品本身附加價值較高。

2.2 工藝管理現(xiàn)狀及問題

針對空間飛行器產(chǎn)品制造，工藝管理主要存在如下問題：

a. 產(chǎn)品信息管理主次不明晰，自上至下技術(shù)溝通不足，設(shè)計意圖及產(chǎn)品信息較為分散，控制點平均鋪開，重要信息在“設(shè)計-工藝-操作-檢驗”全流程未能重點控制；設(shè)計意圖未準(zhǔn)確傳遞或工藝反饋不充分。

b. 工藝文件指導(dǎo)的有效范圍相對狹小，未對過程中本工序的前序、過程中、后序相關(guān)時空影響要素進行系統(tǒng)性識別分析，并明確控制措施，前后工序耦合性影響分析不足，不利于保證產(chǎn)品質(zhì)量的系統(tǒng)性、連續(xù)性。

c. 過程控制管理尚顯粗放，工藝過程卡僅能表征并記錄該工序完成與否，對工序完成的質(zhì)量狀態(tài)及質(zhì)量等級水平無法表征及記錄，對高精度高要求的產(chǎn)品，其過程監(jiān)控的有效性不高，不能滿足過程可追溯性的潛在需求。

d. 針對產(chǎn)品實現(xiàn)過程的風(fēng)險識別分析不夠全面徹底，僅限于技術(shù)風(fēng)險識別與控制，對影響產(chǎn)品質(zhì)量的其他因素的風(fēng)險管理不夠到位，導(dǎo)致低層次問題時有發(fā)生。

3 工藝管理框架及方法

產(chǎn)品保證是在航天器產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、試驗、發(fā)射、交付使用等全過程進行的一系列有組織、有計劃的技術(shù)和管理活動[3]。針對空間飛行器產(chǎn)品制造，以產(chǎn)品保證為核心，提出了面向過程因素的產(chǎn)品保證工藝管理框架。該框架以技術(shù)狀態(tài)管理為主線，以工藝規(guī)范量化為實施途徑，以過程工藝質(zhì)量監(jiān)控為閉環(huán)手段，以風(fēng)險全面管理為進階優(yōu)化保證，確保產(chǎn)品以透明的、可追溯的方式被明確地制造出來。

3.1 面向關(guān)鍵過程域的技術(shù)狀態(tài)管理

技術(shù)狀態(tài)目的之一在于識別并記錄產(chǎn)品的功能及物理特性，控制這些特性的更改，記錄并報告更改過程和實施狀態(tài)，以及驗證是否符合業(yè)務(wù)協(xié)議和其他適用文件[4]。技術(shù)狀態(tài)管理的重點在于設(shè)計意圖及產(chǎn)品信息的準(zhǔn)確無誤的傳達(dá)、領(lǐng)會及實現(xiàn)。對空間飛行器產(chǎn)品制造，技術(shù)狀態(tài)管理瞄準(zhǔn)產(chǎn)品核心價值，其關(guān)鍵過程域各部分組成如圖1所示。

工藝技術(shù)狀態(tài)管理的重點是對關(guān)鍵過程域的分析、控制及應(yīng)用，各項過程監(jiān)督及管理應(yīng)以關(guān)鍵過程域各項要素為目標(biāo)進行精準(zhǔn)控制。關(guān)鍵過程域的形成、存在、應(yīng)用有如下主要活動：

a. 產(chǎn)品技術(shù)信息的識別：在工藝性審查階段，應(yīng)識別并分析出產(chǎn)品關(guān)鍵過程域各要素，為設(shè)計迭代優(yōu)化、工藝方案及方法的確立、后續(xù)異常處理（如超差裕度）提供技術(shù)分析基礎(chǔ)。

b. 工藝實現(xiàn)：工藝文件的編制及各級審簽，應(yīng)在各自不同顆粒度層級對關(guān)鍵特性域各要素施以關(guān)注，逐一落實及控制；較高一級對重要工序接口、內(nèi)外部接口、零組件交互接口、工藝質(zhì)量要求等重點關(guān)注。

c. 異常處理：設(shè)計更改（偏離）、工藝更改（偏離）隨時發(fā)生。針對異常情況，均應(yīng)在基于關(guān)鍵過程域基礎(chǔ)上進行分析，識別潛在風(fēng)險或裕度，進而給出糾正或改進措施。

d. 信息傳遞過程：設(shè)計師、產(chǎn)品保證工程師、專業(yè)工藝師、質(zhì)量師、操作工人、檢驗員等各崗位之間的、有關(guān)產(chǎn)品信息的傳達(dá)或反饋，是關(guān)鍵過程域的主要內(nèi)容。

3.2 基于過程因素控制的工藝文件管理

3.2.1 工藝文件框架設(shè)計

工藝文件是產(chǎn)品實現(xiàn)的關(guān)鍵指導(dǎo)載體。采用項目管理過程分析方法[5]，分解過程工序的質(zhì)量影響因素，設(shè)計過程工序工藝文件框架。單工序工藝文件所屬內(nèi)容信息框架設(shè)計如圖2所示。

圖2 工序過程要素組成及形成示意

表1 工序要素控制相對權(quán)重及控制層級

針對各過程要素應(yīng)采用不同的管理層級。是否列入工藝控制范圍的原則為：該因素一旦失控是否會影響產(chǎn)品質(zhì)量。結(jié)合空間飛行器產(chǎn)品制造要求，應(yīng)用相對比較法，給出各要素相對控制權(quán)重及控制層級方法，見表1。

3.2.2 工藝量化策略

通過較為明確的、可監(jiān)測度量、可重復(fù)實施的過程措施約束作業(yè)過程的規(guī)范性，規(guī)避過程操作差異性導(dǎo)致的結(jié)果差異性，消除過程不確定導(dǎo)致的不一致。工藝量化形成的工序作業(yè)結(jié)果是可預(yù)期的、可追溯的。工藝量化分不同顆粒度層級：a.完全量化，明確定量的控制數(shù)值、數(shù)據(jù)；保證過程可重復(fù)、結(jié)果可追溯；b.部分量化，針對暫難以完全量化，或不需要完全量化的，僅進行半定量化的控制要求，具體視環(huán)境情況而定；c.定性描述，即作業(yè)或操作執(zhí)行與否的確認(rèn)性檢查。工藝量化的對象即為工藝框架范圍內(nèi)的各項質(zhì)量因素。工藝量化質(zhì)量等級的評價準(zhǔn)則為影響產(chǎn)品質(zhì)量因素是否得到明確的控制、管理。

3.3 過程數(shù)據(jù)流監(jiān)控及管理

完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)包應(yīng)該包括產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)、過程工藝數(shù)據(jù)、現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)、綜合管理數(shù)據(jù)、質(zhì)量改進數(shù)據(jù)、關(guān)鍵特性相關(guān)數(shù)據(jù)，產(chǎn)品制造生產(chǎn)和試驗全過程相關(guān)的結(jié)果記錄、圖像記錄、后期評價記錄，以及產(chǎn)品交付后隨之相關(guān)文件和資料[6]。工藝過程管理應(yīng)對產(chǎn)品硬屬性和軟屬性（形位尺寸精度、表面質(zhì)量、功能特性）同步控制。針對空間飛行器產(chǎn)品過程監(jiān)控管理，面向數(shù)據(jù)流開展分析及管理工作。該方法形成過程示意見圖3。

圖3 基于數(shù)據(jù)流分析的數(shù)據(jù)包形成過程示意

結(jié)合空間飛行器產(chǎn)品制造，管理策略如下：

a. 數(shù)據(jù)包策劃：即需要明確在何時、何工序（工位），由什么人運用何種方式，產(chǎn)生什么樣的數(shù)據(jù)記錄；該數(shù)據(jù)記錄應(yīng)如何流向，直接積累進入數(shù)據(jù)包體系，或是流轉(zhuǎn)到其他工序環(huán)節(jié)作為輸入數(shù)據(jù)信息；由何崗位核實該信息無損流入有效工序、并被正確使用。數(shù)據(jù)包策劃解決數(shù)據(jù)包內(nèi)容范圍、數(shù)據(jù)形成的時機、數(shù)據(jù)形成的條件、數(shù)據(jù)形成的形式（格式）、過程數(shù)據(jù)的流向、數(shù)據(jù)整理的要求等范疇問題。

b. 數(shù)據(jù)包過程管理：對數(shù)據(jù)包形成過程的信息流進行管理控制。比如某項尺寸精度，在何階段產(chǎn)生、其產(chǎn)生受哪些因素影響；其產(chǎn)生后如何傳遞，如何被使用、使用時是否產(chǎn)生額外影響。過程數(shù)據(jù)包需及時收集、匯總、整理，并在后續(xù)工序?qū)嵤┣敖o予有效性評價；針對異常情況的數(shù)據(jù)包還需要及時分析，識別可能導(dǎo)致的質(zhì)量問題，以及時進行預(yù)防性控制。

c. 數(shù)據(jù)包集合的管理：對數(shù)據(jù)包所屬數(shù)據(jù)集各項記錄的形式、齊套性準(zhǔn)則、編號原則、批次性管理方法、存儲及傳遞要求等進行管理。

3.4 全因素的動態(tài)風(fēng)險管理

航天器系統(tǒng)及產(chǎn)品本身的復(fù)雜性和高風(fēng)險特點，對于航天器項目而言，風(fēng)險管理更為重要[7]?？臻g飛行器產(chǎn)品因其質(zhì)量要求高，對過程因素敏感性較高，在制造過程的每個環(huán)節(jié)、階段須關(guān)注并控制這些因素，開展全過程、全要素、全方位的風(fēng)險識別、管理及控制。這些因素或范圍包括但不限于原材料、設(shè)計圖樣、工藝文件、檢驗表格、人員、設(shè)備、工裝器具、工具、耗材、環(huán)境條件、突發(fā)事件、其他不可預(yù)期的影響等。風(fēng)險管理包括防止不利的（可造成不良后果的）想定（減少其發(fā)生頻率）并促進有利的想定[8]。風(fēng)險管理過程實際上是一個循環(huán)系統(tǒng)[9]，可以借助信息系統(tǒng)技術(shù)管理過程風(fēng)險[10]。制定了全因素的過程風(fēng)險管理框架，并實施動態(tài)管理，如圖4所示。

圖4 全因素過程風(fēng)險動態(tài)管理示意圖

全因素的動態(tài)風(fēng)險管理要點如下：

a. 風(fēng)險的識別：采取“先發(fā)散，再收斂”方式，從全過程（自原材料到完工交付）、全要素（人、機、料、法、環(huán)、測）、全產(chǎn)品（空間飛行器產(chǎn)品全部所屬零部件）角度，按對產(chǎn)品質(zhì)量實現(xiàn)的影響與否以及影響程度等級，進行潛在風(fēng)險事件及其因子的識別、梳理、分析、匯總；再依據(jù)該因子對產(chǎn)品質(zhì)量的影響程度，對各因子進行歸類、評級，確認(rèn)其激發(fā)的條件及產(chǎn)生的后果，形成風(fēng)險登記冊。

b. 風(fēng)險的控制：針對已識別的風(fēng)險，按工序、逐工位，在用于指導(dǎo)操作的工藝文件（工藝規(guī)程）中，明確風(fēng)險控制措施及相關(guān)要求，形成控制措施清單。

c. 風(fēng)險的監(jiān)控：在產(chǎn)品制造過程中，按工序工位，對風(fēng)險控制情況進行監(jiān)控、記錄，形成風(fēng)險管理實施情況記錄，作為數(shù)據(jù)包組成部分。

d. 風(fēng)險管理的優(yōu)化更新：結(jié)合實際控制情況，進一步評估風(fēng)險登記冊完善性及控制措施有效性，并針對薄弱環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，更新風(fēng)險登記冊及措施清單。

4 應(yīng)用實例

某空間飛行器正樣產(chǎn)品制造任務(wù)中，針對其單件生產(chǎn)、制造工序多、技術(shù)指標(biāo)高、質(zhì)量要求高等特點，從技術(shù)狀態(tài)精準(zhǔn)管理、工藝精細(xì)化管理、過程質(zhì)量監(jiān)控、動態(tài)風(fēng)險管理等采取措施，最終產(chǎn)品各項指標(biāo)完全符合設(shè)計文件要求，確保了產(chǎn)品質(zhì)量和制造進度。

4.1 開展了以解決問題及持續(xù)改進為重點的技術(shù)狀態(tài)管理

投產(chǎn)之前，識別了3類22項關(guān)鍵特性為核心、370項工藝質(zhì)量控制點為主的產(chǎn)品信息簇，分析識別薄弱環(huán)節(jié)32項，制定了“工藝、質(zhì)量優(yōu)化項目清單”，在投產(chǎn)前將其與各工藝師溝通確認(rèn)，在文件中落實控制要點及改進措施；產(chǎn)品制造過程中，以產(chǎn)品信息實現(xiàn)及確認(rèn)為重點，翔實做好各項記錄，做到工藝過程管理主次分明、有所側(cè)重、精準(zhǔn)控制。

4.2 開展以工藝量化為途徑的精細(xì)化管理

包括工藝參數(shù)固化量化、過程形位尺寸監(jiān)控、多余物狀態(tài)監(jiān)控、聲像記錄實施、作業(yè)環(huán)境監(jiān)控、作業(yè)工具/工裝定額管理、接觸環(huán)境監(jiān)控、涉及人員管理、作業(yè)時序監(jiān)控、操作記錄及其他動作監(jiān)控等方面。以工藝規(guī)程為主載體，輔以作業(yè)指導(dǎo)書、作業(yè)程序流程圖等，將產(chǎn)品制造的某一個環(huán)節(jié)、每一個工序、每一個場景、每一個工步細(xì)化要求，完善各類工藝要求、作業(yè)規(guī)范、操作手冊、注意事項等，全面建立了以工藝文件為“法”的指導(dǎo)體系，從根本上確保產(chǎn)品質(zhì)量。

4.3 推行過程工藝質(zhì)量監(jiān)控模式

以表格化方式，管理產(chǎn)品制造全流程信息數(shù)據(jù)流，包括原材料檢測信息、過程熱處理信息、表面處理信息、形位尺寸狀態(tài)信息、過程檢測檢驗信息、過程聲像信息等；編制“××產(chǎn)品工藝質(zhì)量過程監(jiān)控記錄表”共7份，覆蓋了7項重要零（部）件產(chǎn)品，借助該類表格逐項監(jiān)督確認(rèn)過程工藝質(zhì)量閉環(huán)情況，落實了制造過程精細(xì)化管理要求，通過“疏而不漏”的過程表格監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，對產(chǎn)品制造過程進行全流程的監(jiān)控及客觀記錄，對過程質(zhì)量狀態(tài)進行監(jiān)控及客觀化追溯。

4.4 開展了全要素風(fēng)險動態(tài)管理工作

針對零部件加工、結(jié)構(gòu)部裝、檢測檢驗、整體機加工等工序，從機械加工變形、過程產(chǎn)品防護、金屬表面防腐蝕、艙體操作（含起吊、轉(zhuǎn)運、翻轉(zhuǎn)等）、工裝工具安全、操作規(guī)范性等方面，識別頂層類風(fēng)險4項、次層類風(fēng)險22項、底層類風(fēng)險共280項，將風(fēng)險事件點及其控制措施覆蓋到制造的每個環(huán)節(jié)。通過建立周密詳細(xì)的風(fēng)險預(yù)案，不斷完善風(fēng)險登記冊及控制措施清單，構(gòu)建較為完善的風(fēng)險預(yù)防體系，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的實現(xiàn)。

5 結(jié)束語

針對空間飛行器產(chǎn)品要求及當(dāng)前管理薄弱環(huán)節(jié)展開分析，提出了面向關(guān)鍵過程域的工藝管理框架，并給出了相應(yīng)管理策略及實施要點。通過某空間飛行器型號項目的工藝管理實踐，該管理框架及策略有力地保證了該類空間飛行器產(chǎn)品質(zhì)量要求的實現(xiàn)，并為進一步系統(tǒng)優(yōu)化工藝管理模式提供了參考。

1 王麗穎. 小批量工序質(zhì)量控制方法及其若干關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 大連：大連交通大學(xué)，2007. 5

2 劉春雷. 面向多品種小批量生產(chǎn)的工序質(zhì)量集成控制系統(tǒng)研究[D]. 大連：濟南大學(xué)，2010. 5

3 遇今，劉璟煒. 宇航型號技術(shù)風(fēng)險分析與控制[J]. 質(zhì)量與可靠性，2014，1(4)：39～49

4 空間項目管理：技術(shù)狀態(tài)管理[S]. 歐洲空間標(biāo)準(zhǔn)化合作組織（ECSS）標(biāo)準(zhǔn)，ECSS-M-40A，1996.04.19

5 Project Management Institute.項目管理知識體系指南（PMBOK指南）（第5版）[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2013. 5

6 楊陽，雷志鋒，冀阿強，等. 航天型號產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)包的構(gòu)建與管理[J]. 航天制造技術(shù)，2013，8(4)：55～58

7 余后滿. 航天器項目研制重要風(fēng)險源識別及控制措施[J]. 航天器工程，2018，27(2)：1～5

8 朱一凡，李群，楊峰，等. NASA系統(tǒng)工程手冊[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2012

9 金進，齊征，王潔心. 航天領(lǐng)域預(yù)先研究工作風(fēng)險管理方法研究[J]. 航天工業(yè)管理，2018(11)：13～16

10 邵壯，宋江波，李潔，等. 航天型號風(fēng)險管理系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]. 航天制造技術(shù)，2017，6(3)：63～66

Study and Practice on Manufacturing Process Management of Spacecraft Structure Products

Shen Honghua Liang Yin Feng Sule Ye Shunjian Cui Guoping

(Shanghai Spaceflight Precision Machinery Institute, Shanghai 201600)

For the manufacturing of some products, a process management frame work for key process area analysis is proposed; decompose the quality factors aiming at the process points, and manage the process factors accurately by layers and classifications; reduce the impact and harm of potential risk process through the risk management method of all factors; use the process quality monitoring mechanism to realize the software and hardware products part attribute and process data package management. The development practice of a new space vehicle shows that the management mode effectively ensures the product quality and avoids the occurrence of process quality problems.

minimal quantity；high value；spatial structure products；manufacturing process management

沈宏華（1984），高級工程師，機械電子工程專業(yè)；研究方向：航天器制造技術(shù)、工藝管理。

2020-05-01