【精益求精】航天器总装技术状态的数字化管理方法

   

总装技术状态管控的内涵

2．１　总装技术状态定义

技术状态指产品的功能特性和物理特性。技术状态管理是在产品寿命周期内，为指定和保持\维持产品的功能特性、物理特性的管理活动。技术状态管理目前已形成了一系列理论和方法。国内军工类产品技术管理的相关标准包括GJB 3206-1998《技术状态管理》、QJ3118-1999《航天产品技术状态管理》，以及Q/QJA32-2006《航天产品技术状态更改控制要求》等。

按照相关标准要求，航天器型号研制项目将航天器技术状态划分为论证阶段、方案阶段、初样阶段（一般包括结构初样研制和电性初样研制）、正样阶段等。航天器总装阶段包括结构初样总装、电性初样总装，以及正样阶段总装，如图２所示。

通过对技术状态的基本概念进行衍生，能够定义航天器总装技术状态为：在单个航天器产品的总装阶段，全部产品零部件及相关总装工艺装备的功能及物理特性。其中，零部件主要包括直属件、仪器、电缆、管路等（见表１）；工艺装备主要包括停放、吊装、转运、检测等类型。航天器总装技术状态管理即对上述对象的所有可变功能及物理属性参数的状态进行控制。

   

基于数字样机的总装技术状态管理

应用模型驱动的系统工程管理思想能够将隐含于文档内部的管理要素和管理思想通过模型的方式进行显性化、固化、持久化，更好地实现一种精细化、连续可追溯的技术状态管理。数字样机作为一种理想的产品统一数据模型，非常适合以零部件为索引的技术状态管控。

3．１　总装数字样机构建

航天器总装数字样机是一种基于产品结构构建的、添加了工艺产品（工装、工具、工艺件）等总装实施所需信息的数字样机，包含产品结构、三维模型和产品属性等３种要素。航天器总装工艺数字样机的构建过程如图４所示。

由于有的技术状态涉及多个零部件间的相互关系状态变更，例如仪器安装状态同时涉及了仪器、紧固件、隔热垫等零部件的技术状态，因此需要采用合适的产品结构，支持各类技术状态的有效表达。基于对总装工艺中出现的技术状态控制项梳理，本文将零部件划分为接口件和元件两种类型（图５）。其中，接口为具备多个零部件或工艺装备间物质、信息、能量等信号传输或隔离功能的标准件，包括电连接器、电缆、紧固件、接地组件等类型；元件为具备物质、信息、能量信号处理或转换功能的零部件，包括仪器、直属件、加热片、热敏电阻等类型。总装工艺样机构建时，以元件作为结构树节点，接口件和工艺装备作为元件或其他接口的附属节点。规定元件、接口、工艺装备均为工艺对象。

3．２　设计技术状态数据管理

基于总装数字样机，可以将各项技术状态以元件、接口件及工艺装备的属性方式进行定义。

本文为每一个技术状态构造按阶段顺序排列的“阶段名－属性值”链表，如图６所示。当查询指定阶段的技术要求时，系统对样机的零部件结构树进行遍历，对具有该阶段技术状态要求的产品结构树节点进行标记，构建出该阶段下的产品技术状态要求视图。

3．３　工艺技术状态数据管理

总装工艺设计的实质，即以实现设计技术状态为目的，制定产品技术状态的变更路径和方法。本文将围绕一个元件或工艺装备，并完成一次技术状态变更的工步集定义为一个技术状态活动，简称活动。

将活动所围绕的元件或工艺装备称为活动主对象。一道工序可以包含多个活动。每个活动定义了实现该次技术状态变更所需的操作角色、对象、方法，以及结果。根据工艺技术状态定义，某工序对应的工艺技术状态可以理解为该工序及之前所有工序所含活动按序执行时，产品技术状态变更的累加结果。

基于该思路，本文通过活动内容模板实现工艺设计工作与技术状态变更的关联。活动内容模板包含了一个阐述由何种角色对何种对象进行何种操作的文字模板、一组活动主对象与其他对象及属性的关联关系，以及所涉类型对象在该活动后的技术状态变更规则。活动内容模板的应用流程如图７所示。进行工艺设计时，首先，由工艺设计人员选择一个活动内容模板；然后，根据活动主对象与其他对象及属性的关联关系，搜索工艺数字样机并填充模板中的所有空缺项，生成与活动对应的工艺指令；最后，模板实例根据技术状态变更规则，生成具体变更内容。

统计工艺技术状态，即以总装数字样机的指定分支为对象，以指定工序的结尾活动作为统计终点，从活动序列开始遍历到终点活动为止的技术状态变更内容。

3．４　实做技术状态数据管理

实做技术状态的采集需要一套有序的状态采集框架。本文在活动内容模板基础上增加与技术状态变更内容绑定的技术状态执行签署，随工艺一起发布。执行签署包括技术状态发生变更的工艺数字样机对象的编号、活动执行时间、执行人员、检验人员，以及实施后状态属性值，由总装工艺实施人员在工艺实施时进行填写（见图７（ｂ））。

在此基础上，可以指定任意时刻，遍历工艺数字样机的所有对象，提取每个对象实做技术状态列表中指定时刻之前的最新节点，将该节点集 合作为产品在该时刻的实做技术状态。

     

基于工艺数字样机的技术状态应用

工艺数字样机为总装技术状态的刻画提供的良好的框架，支持了设计、工艺、实做技术状态视图的独立刻画，并易于实现不同技术状态视图间的比对，有效支持不同角色识别产品状态，为问题分析和协同攻关提供便捷的数据支持。

典型比对包括：① 设计－工艺技术状态比对（ADC-APDC），将某工序的工艺技术状态与某阶段的设计技术状态进行比对（以图８为例），其结果表达了该工序执行后对该阶段设计要求的满足情况。基于该结果，可以对后续工艺内容的规划设计提出进一步需求，或评估该阶段下工艺内容的正确性和完备性。

② 设计－实做技术状态比对（ADC-AIC），通过实做与设计技术状态的比对，首先利于产品总装实施进度的直观分析；其次，快速定位设计要求相关结果，支持细粒度总装质量分析。

③ 工艺－实做技术状态比对（ADC-AIC），通过比对实做与相应工艺技术状态，对工艺设计结果的实施情况形成有效监测，利于后续工艺可实施性的预判，并为工艺修改提供依据。

     

应用实例

本文以设备安装为例，按如下步骤进行了本文方法的初步应用验证：① 搭建工艺数字样机的（图９（a））；② 对设备类技术状态参数进行定义；③ 采用Excel表格，导入不同阶段对该动量轮的技术状态要求（图９（ｂ））；④ 定义设备相关的活动内容模板，并编制相应工艺（图９（ｃ））；⑤ 采用ADC-APDC比对方法，输出Excel表格，实现工艺对阶段要求的符合性检查（图９（ｄ））。该原型系统能够精确展示技术要求内涵，帮助工艺设计人员快速掌握设计要求和工艺设计状态，节省了审核时间。

   

结　论

１）分析了产品设计、工艺设计、工艺实施等３种角色对航天器总装技术状态管控的需求，定义了设计技术状态、工艺技术状态、实做技术状态等３种状态管控视图，解释了多角色参与的技术状态协同管控行为与３种视图的内在关联。

２）基于数字样机结构，提出了航天器总装技术状态的刻画、比对、关联方法。通过搭建原型系统，实现了技术状态数据的结构化管理，提高了总装技术状态控制的可视性与时效性。