基于5M1E的組批衛(wèi)星總裝集成測(cè)試過程流水化管理

沈洪興, 劉會(huì)杰, 漆莊平

(中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院,上海 201203)

衛(wèi)星的研制技術(shù)和制造流程眾多復(fù)雜,且定制性很高,是一個(gè)大而復(fù)雜的設(shè)備系統(tǒng)[1]。目前,單件或小批量生產(chǎn)是中國衛(wèi)星總裝、集成和測(cè)試(assembly, integration and test，AIT)的開發(fā)和生產(chǎn)所采用的主要模式[2]。此模式會(huì)消耗大量的人力和時(shí)間成本,大大限制了衛(wèi)星AIT的工作能力。隨著航天產(chǎn)品民用市場(chǎng)的自由化和應(yīng)用需求的增加,全球覆蓋組網(wǎng)衛(wèi)星的研發(fā)和生產(chǎn)將成為未來研究熱點(diǎn)之一[3]。因此,有限的資源給衛(wèi)星AIT生產(chǎn)調(diào)度帶來的壓力也越來越大,尤其是傳統(tǒng)的AIT綜合測(cè)試模式對(duì)處理衛(wèi)星批量生產(chǎn)要素調(diào)度提出了更高要求。

目前,中國衛(wèi)星AIT階段生產(chǎn)組織形式主要分為傳統(tǒng)單顆衛(wèi)星AIT生產(chǎn)模式和組批衛(wèi)星AIT生產(chǎn)模式[4]。其中單顆衛(wèi)星生產(chǎn)采用的是專人專地,測(cè)試設(shè)備與試驗(yàn)衛(wèi)星配套使用,不具備共享與動(dòng)態(tài)調(diào)整資源的功能。此類生產(chǎn)模式使得生產(chǎn)閑置期較長,嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到區(qū)域性統(tǒng)籌資源,從而阻礙正常生產(chǎn)工作[5]。另一種組批衛(wèi)星AIT生產(chǎn)模式主要的應(yīng)用對(duì)象是北斗二號(hào),采用了測(cè)試矩陣和雙星分組等生產(chǎn)模式,支持多顆衛(wèi)星并行生產(chǎn)的同時(shí),使得資源可小范圍共享。但是這種生產(chǎn)模式的資源調(diào)配范圍還不夠廣泛,應(yīng)對(duì)長周期下同類衛(wèi)星共享資源的研制還存在不足[6]。

國外很早就引入了先進(jìn)衛(wèi)星AIT階段中的流水線式裝配生產(chǎn)模式。其中波音公司以脈動(dòng)式裝配模式進(jìn)行衛(wèi)星總裝生產(chǎn)工作,取得了一定的成績[7]。其生產(chǎn)線通過總裝靜置階段實(shí)現(xiàn)周期分配,是一種間歇移動(dòng)裝配流水線。它的弊端在于無法應(yīng)用于各個(gè)AIT階段,當(dāng)交替進(jìn)行的測(cè)試與裝配沖突時(shí),無法對(duì)組批衛(wèi)星的AIT全過程進(jìn)行最優(yōu)的排產(chǎn)策略設(shè)計(jì)。因此中國不適用這種單純的流水線裝配生產(chǎn)模式。

1 概念界定

1.1 組批衛(wèi)星任務(wù)島流水化

根據(jù)組批衛(wèi)星AIT研制生產(chǎn)過程的總體設(shè)計(jì)要求,在調(diào)研了先進(jìn)制造領(lǐng)域的流水化生產(chǎn)模式后,提出了任務(wù)島流水化測(cè)試流程[8-10]。通過測(cè)試時(shí)間、測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試地點(diǎn)來劃分衛(wèi)星AIT全過程的各工序,每個(gè)任務(wù)島則代表一個(gè)工序,任務(wù)島鏈貫穿整個(gè)工序,具備相同的生產(chǎn)職能。所以組批衛(wèi)星AIT流水化管理過程可看作不同類別的任務(wù)島按照一定順序串接而成的任務(wù)島鏈。同批次衛(wèi)星實(shí)施資源管理與統(tǒng)籌分配的過程即解決測(cè)試調(diào)度問題,這可以通過設(shè)計(jì)任務(wù)島流水化生產(chǎn)模型實(shí)現(xiàn)。具體化AIT過程中各時(shí)段的輸入輸出條件,明確各個(gè)任務(wù)時(shí)段的生產(chǎn)實(shí)施要素,將傳統(tǒng)的AIT過程簡化為以任務(wù)島為工作節(jié)點(diǎn)的流水化管理模型[11-13]。

1.2 5M1E分析法

5M1E分析法主要用于分析影響質(zhì)量的因素,包括：

人員(man)——人員的操作水平、質(zhì)量意識(shí)和技術(shù)涵養(yǎng)等。

機(jī)器(machine)——機(jī)器設(shè)備、輔助工具的精度和維護(hù)保養(yǎng)情況等。

材料(material)——材料的化學(xué)成分、物理性能和外觀質(zhì)量等。

方法(method)——產(chǎn)品的生產(chǎn)方針、工藝規(guī)范和作業(yè)指導(dǎo)書的完整性等。

測(cè)量(measurement)——產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程中的測(cè)試方法、試驗(yàn)手段、儀器設(shè)備的工作狀態(tài)和精度等。

環(huán)境(environment)——試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度、潔凈度、噪聲和振動(dòng)等[14-16]。

從解決難點(diǎn)問題、管理組批生產(chǎn)的角度出發(fā),結(jié)合5M1E分析法的6個(gè)因素理順邏輯排除干擾,使組批衛(wèi)星朝高質(zhì)量的方向發(fā)展。

2 組批衛(wèi)星的AIT管理過程存在的難點(diǎn)問題

衛(wèi)星AIT過程可劃分到各類型任務(wù)島實(shí)現(xiàn)功能,但在流水車間生產(chǎn)問題中同樣要考慮裝配準(zhǔn)備、等待和轉(zhuǎn)運(yùn)等時(shí)間耗損問題。因此,應(yīng)用任務(wù)島的流水化生產(chǎn)過程可進(jìn)一步細(xì)分為裝配及準(zhǔn)備、綜合測(cè)試、等待、轉(zhuǎn)運(yùn)4個(gè)階段,各階段之間存在的難點(diǎn)問題則體現(xiàn)在任務(wù)流水化要素、調(diào)度生產(chǎn)成本控制和人力資源儲(chǔ)存與分配方面。

2.1 任務(wù)流水化要素

按照現(xiàn)有組批衛(wèi)星的AIT綜合測(cè)試研制生產(chǎn)要求,基于測(cè)試階段、測(cè)試功能和測(cè)試場(chǎng)地,共建立11類任務(wù)島,分別是聯(lián)試任務(wù)島、裝星任務(wù)島、熱真空試驗(yàn)任務(wù)島、質(zhì)測(cè)及動(dòng)平衡試驗(yàn)任務(wù)島、振動(dòng)試驗(yàn)任務(wù)島、展開及光照試驗(yàn)任務(wù)島、檢漏任務(wù)島、電磁兼容性(electromagnetic compatibility, EMC)試驗(yàn)任務(wù)島、磁試驗(yàn)任務(wù)島、老練試驗(yàn)任務(wù)島和再裝配試驗(yàn)任務(wù)島,如圖1所示。組批衛(wèi)星通過在任務(wù)島間流轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)流水線測(cè)試,在進(jìn)入每類任務(wù)島啟動(dòng)測(cè)試前,應(yīng)按每類任務(wù)島的準(zhǔn)入條件要求進(jìn)行檢查,當(dāng)全部條件均滿足時(shí)方可啟動(dòng)綜合測(cè)試。

圖1 某組衛(wèi)星AIT階段任務(wù)島組成及交接Fig.1 Composition and handover of task island in AIT phase of a group of satellites

2.2 調(diào)度生產(chǎn)成本控制

任務(wù)島流水化調(diào)度生產(chǎn)問題如下:①在任務(wù)島鏈中存在并行任務(wù)島的同時(shí),組批衛(wèi)星依然滿足完整AIT過程任務(wù)島多個(gè)階段；②各任務(wù)島互不干涉,除異常狀態(tài)外測(cè)試將持續(xù)進(jìn)行；③組批衛(wèi)星由于載荷功能的不同,同一個(gè)任務(wù)島的階段時(shí)間也存在差異；④組批衛(wèi)星運(yùn)輸過程中實(shí)施減振處理,促進(jìn)文明安全生產(chǎn)。

成本控制一直是AIT過程管理中的重中之重。有效的成本管控不僅能提升流水化任務(wù)管理的核心競(jìng)爭(zhēng)力，增強(qiáng)其綜合實(shí)力,還有助于對(duì)AIT過程的人、財(cái)、物、管理等生產(chǎn)要素進(jìn)行統(tǒng)一、合理配置。組批衛(wèi)星任務(wù)島發(fā)展模式下的成本控制更具復(fù)雜性,具體表現(xiàn)在以下2個(gè)方面:①組批衛(wèi)星保證在規(guī)模發(fā)展的過程中質(zhì)量相同,運(yùn)行成本隨之增加,產(chǎn)生成本的環(huán)節(jié)也隨之增多,給AIT過程的成本控制帶來了新的難度；②為維持多型號(hào)的正常研制,生產(chǎn)要素的共享和流轉(zhuǎn)必不可少,然而由此產(chǎn)生的成本,尤其是人力資源的成本,界定起來較為困難,增添了成本核算的復(fù)雜性。

2.3 人力資源儲(chǔ)存與分配

AIT過程的運(yùn)營離不開加工、裝配、測(cè)試、后勤、管理等相關(guān)人員,而為了最大限度地保證同質(zhì)化生產(chǎn),各個(gè)任務(wù)島所配置的各類人員的專業(yè)水平與綜合素養(yǎng)都需要達(dá)到較高水準(zhǔn)并保持相對(duì)均衡。因此,科學(xué)合理的人力資源的儲(chǔ)存與分配意義重大。在組批衛(wèi)星項(xiàng)目發(fā)展的大背景下,如何進(jìn)行合理的崗位設(shè)置、如何構(gòu)建人員輪轉(zhuǎn)的長效機(jī)制、如何搭建規(guī)范化的人才培養(yǎng)平臺(tái)、如何建立具有激勵(lì)作用的績效評(píng)價(jià)體系,是亟待考慮與解決的問題。

3 基于5M1E分析法的流水化管理探索

以某型號(hào)衛(wèi)星批產(chǎn)工作為例,統(tǒng)籌4組按每組3顆星組織批次研制生產(chǎn),并且同時(shí)4組星開展工作,高度交叉并行,因此組織架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)兼顧了責(zé)任鏈條的清晰和流水化操作的專業(yè)化:①加強(qiáng)總體組建設(shè),每組衛(wèi)星安排專人負(fù)責(zé),并成立每組衛(wèi)星的總體小組；②加強(qiáng)計(jì)劃組建設(shè),每組衛(wèi)星安排專職計(jì)劃主管負(fù)責(zé)；③加強(qiáng)質(zhì)量與產(chǎn)品保證工作,組建4個(gè)小組負(fù)責(zé)每組衛(wèi)星的質(zhì)量與產(chǎn)保管理工作；④加強(qiáng)測(cè)試隊(duì)伍建設(shè),每組衛(wèi)星建立專門測(cè)試隊(duì)伍；⑤成立多個(gè)專項(xiàng)試驗(yàn)隊(duì)伍負(fù)責(zé)所有衛(wèi)星的相應(yīng)專項(xiàng)試驗(yàn)；⑥成立3個(gè)總裝小組負(fù)責(zé)各組衛(wèi)星的總裝,必要時(shí)負(fù)責(zé)不同總裝工位的操作；⑦加強(qiáng)質(zhì)量與產(chǎn)品保證工作,組建4個(gè)小組負(fù)責(zé)每組衛(wèi)星的質(zhì)量與產(chǎn)保管理工作。具體實(shí)施組織架構(gòu)如圖2所示。

圖2 批產(chǎn)衛(wèi)星組織架構(gòu)Fig.2 Organization structure of batch production satellite

3.1 Method——實(shí)施流水化的管理方針

通過完善工藝和試驗(yàn)方法制度,細(xì)化工藝和試驗(yàn)規(guī)程及操作文件,便于加強(qiáng)AIT的流水化管理方針,確保操作文件有效的同時(shí),記錄AIT過程,對(duì)工藝和試驗(yàn)新技術(shù)的公關(guān)及課題預(yù)研也具有指導(dǎo)意義。

首先,桌面聯(lián)試、總裝及各項(xiàng)試驗(yàn)過程中,要求每天組織召開班前會(huì)；根據(jù)需要組織召開班后會(huì),班后會(huì)以溝通匯報(bào)問題為主。其次,AIT研制階段每組衛(wèi)星原則上每周召開一次調(diào)度會(huì),衛(wèi)星啟動(dòng)每個(gè)任務(wù)島正式工作前,需要完成準(zhǔn)備工作檢查,以檢查會(huì)形式組織。最后,衛(wèi)星結(jié)束每個(gè)任務(wù)島全部工作后,需及時(shí)完成小結(jié)或者總結(jié)工作,以現(xiàn)場(chǎng)會(huì)、內(nèi)部審查會(huì)或評(píng)審會(huì)形式組織。具體會(huì)議形式如表1所示。

表1 某型號(hào)組批衛(wèi)星總結(jié)管理形式Table 1 Summary management form of a type of batch satellite

3.2 Man——人力資源動(dòng)態(tài)調(diào)整

在組批衛(wèi)星的AIT過程中如遇到和操作人員相關(guān)的質(zhì)量問題時(shí),流程化管理模式可采用崗位動(dòng)態(tài)調(diào)整、專業(yè)能力考核、職業(yè)健康檢查、優(yōu)化人力配置和增強(qiáng)質(zhì)量責(zé)任意識(shí)的方法來解決。

按照研制流程,從產(chǎn)品齊套啟動(dòng)桌面聯(lián)試開始到衛(wèi)星試驗(yàn)結(jié)束,按照組批生產(chǎn)流水線管理模式,每顆星至少要完成10次以上整星流轉(zhuǎn)工作,涉及到10個(gè)任務(wù)島以上,為了提高工作效率和工作交接平滑度,明確交出方和接收方(前后項(xiàng)目工作組)工作界面如表2所示。

表2 某型號(hào)組批衛(wèi)星工位流轉(zhuǎn)交接界面Table 2 Interface of station transfer of a type of batch satellite

3.3 Machine——大型設(shè)備統(tǒng)一調(diào)配

對(duì)于一些力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備和空間環(huán)境模擬設(shè)備來說,需經(jīng)過設(shè)備設(shè)計(jì)、復(fù)核和定期檢驗(yàn)這一過程,從而保證其機(jī)械支持產(chǎn)品的可靠性。此外,與其配套的試驗(yàn)工裝在設(shè)計(jì)中也要考慮配合設(shè)備共同進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)與安全性檢查,起到良好的安全防護(hù)作用。在進(jìn)行電磁干擾等試驗(yàn)的過程中,靜電防護(hù)與環(huán)境隔離措施也同樣重要,并應(yīng)定期標(biāo)檢。具體的設(shè)備配套情況如表3所示。

表3 設(shè)備配套情況Table 3 Equipment supporting conditions

3.4 Material——建立同質(zhì)量耗材集成化管理

由于每組星的載荷、星務(wù)、轉(zhuǎn)臺(tái)都不一樣,大部分工藝件的材料也存在不同,需提前確認(rèn)并統(tǒng)籌管理。具體措施如下。

(1)試件工藝標(biāo)準(zhǔn)化,輔助材料和易損耗物品的存放應(yīng)出入庫統(tǒng)一管理,并對(duì)其組批和有效時(shí)限進(jìn)行合理區(qū)分。

(2)齊套化任務(wù)島工序流程。

(3)采購、存儲(chǔ)和使用低溫工質(zhì)時(shí),確保材料質(zhì)量并具有良好的耗材治理效果。

3.5 Measurement——?jiǎng)?chuàng)新測(cè)試機(jī)制

當(dāng)通過AIT過程檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題是由測(cè)量因素引起的時(shí)候,應(yīng)當(dāng)創(chuàng)新測(cè)試機(jī)制,開拓新測(cè)試方法,對(duì)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行定期標(biāo)定。為達(dá)到有效的管理效果,其精度的檢測(cè)、檢漏、質(zhì)量管理方法也需要優(yōu)化。具體改進(jìn)措施如下。

(1)各工位待測(cè)組批衛(wèi)星(保證每組三星狀態(tài)一致性)與測(cè)試設(shè)備置于合適位置,確保任務(wù)島鏈運(yùn)轉(zhuǎn)順利。

(2)保證整星接地、供電等狀態(tài)正常,接地回路及供電良好。

(3)所有通用測(cè)試設(shè)備均已通過標(biāo)?；蛴?jì)量,專用測(cè)試設(shè)備已通過驗(yàn)收測(cè)試。

3.6 Environment——環(huán)境調(diào)整與控制

對(duì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)控的首要任務(wù)就是加強(qiáng)溫濕度和潔凈度的檢測(cè),如保證清潔潔凈度,溫度為(20±5) ℃,濕度為30%～60%。根據(jù)試驗(yàn)要求調(diào)整光照強(qiáng)度,定時(shí)清理易污染設(shè)備,防控多余物。此外,為保證文明與安全的AIT流水化管理模式環(huán)境,還應(yīng)進(jìn)行環(huán)境的安全性檢查,內(nèi)容如表4所示。

表4 環(huán)境安全性檢查內(nèi)容Table 4 Contents of environmental security inspection

4 結(jié)論

首先介紹了任務(wù)島流水化管理模式和5M1E管理方法,建立對(duì)組批衛(wèi)星AIT過程中影響質(zhì)量的問題識(shí)別機(jī)制,對(duì)問題發(fā)生的影響因素進(jìn)行分析與識(shí)別；之后針對(duì)組批衛(wèi)星AIT特點(diǎn),提出了統(tǒng)籌規(guī)劃與流水管理的工作方法；最后,提出應(yīng)用串聯(lián)式任務(wù)島的5M1E模型設(shè)計(jì),采用任務(wù)島鏈精細(xì)化分級(jí)管理,確保任務(wù)島狀態(tài)的穩(wěn)定,為AIT過程集中統(tǒng)籌規(guī)劃與流水化管理模式打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。