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基于供应链的商业航天科研生产模式研究与实践

随着商业航天的快速发展,其制造规模越来越大(国网星座864颗),其产品交付周期越来越短(从数年缩短至数月),产品性能、质量和可靠性要求从未降低,而产品价格大幅降低,这将直接驱动航天产品研制生产流程的变革。背景下,提出了航天企业基于供应链的科研生产模式,致力于打造高效、协同的供应链,从而降低成本,提高效率,保证质量,扩大规模和快速响应市场,让企业在激烈市场中增强竞争力,助推企业的快速发展。要实现这一目标,关键在于依托产品特性,革新研制和生产流程方式,打造高效供应链管理体系,去除企业非核心要素,剔除低附加值环节,充分利用全国乃至全球的产业资源,聚焦企业和产品核心竞争力。

为此,上海空间电源研究所以自身为研究对象,以商业航天的供应链管理为切入点,进行基于供应链的科研生产模式的探索和实践,形成独具特色的技术型军工企业管理模式,具有良好的推广示范价值。


一、核心内涵与创新点

基于供应链的商业航天科研生产模式的核心内涵与创新点集中体现在四个目标理念和两个阶段:

    1.目标理念1——航天产品研制理念创新“自给自足”向“社会资源”转变)在商业航天大背景下,结合“市场化转型”的发展态势,打破了航天“完全自主研制与不断提升产能”的传统发展理念,转变为“整合社会资源,优势互补,采用基于供应链管理的市场化运作理念”快速提升市场响应能力与产品竞争力,不断优化企业结构调整。

2.目标理念2/第一阶段——首台产品定型模式创新“定制化”向“标准化”转变)建立基于低成本的商业航天标准化产品研制模式打破传统航天“产品定制化”路线,推“低成本、标准化、产品化”理念,走“模块级、板卡级、固定项+配置项”路线,首台产品通过“板卡级”或“模块级”产品进行柔性组合搭配方式实现。并同步将首台产品的整个研制工序进行拆分,形成“工序任务书”作为第二阶段批量化研制的输入

3.目标理念3/第二阶段——批量产品研制模式创新“重资产”向“轻资产”转变)打破传统航天“加大固定资产投入”的重资产研制模式,全面整合社会资源,将产品按工序进行拆分,并将低附加值工序作为一款产品进行外包,大幅压缩研制人员队伍,依据 “工序任务书”开展外包产品质量验收,让专业的团队做专业的事,打造高效供应链体系提升市场响应速度,降低企业人力成本与固定资产投入,提升企业的人均产值与经营能力。

4.目标理念4——企业核心竞争力不断聚焦与提升“重全面发展”向“抓核心技术”转变)打破航天企业传统“抓研制过程”的管理路线,借助社会优势资源整合,以轻资产运营为主要目标,不断释放企业活力,航天企业可以将优势资源与精力聚焦于领域产品的“市场开拓、技术升级产品换代上,而将批量研制任务(低附加值工序)交付于成熟的社会供应链完成,持续提升国有军工企业的综合竞争力。


二、商业航天科研管理模式创新做法

基于低成本的商业航天标准化产品研制模式——首台产品定型

批量化是商业航天的特点之一,首台产品研制是批量化研制的基石。打破传统航天“定制化”路线,推“低成本、标准化、产品化”理念,实现首台产品定型模式创新。

1.低成本:构建商业航天首台产品定型前的“成本设计理念”

(1)瞄准“限价设计是成本控制”的源头,识别“成本痛点”

通过对航天电子电源产品的直接成本构成(设计费、材料费、外协费、试验费、专用费)进行大数据分析,发现“材料费”中的“元器件费用”占整台产品成本比例高达60%,“元器件选用与采购”成为商业航天电子电源产品的“成本痛点”。如何大幅度降低“元器件成本”成为商业航天“成本设计体系”的关键课题,而其中最为关键的便是“设计阶段的元器件选用成本”。

(2)实践“低等级元器件在商业航天产品上的应用”

元器件的成本费用包括采购费和筛选费,这两种费用与元器件的质量等级和采购规模成正比,高等级元器件的成本价格往往是工业级元器件的100-1000倍的量级。在商业航天的限价设计阶段,结合商业航天“低轨道、短寿命(0.5-3年)”的任务背景以及传统航天产品的研制经验,通过对航天产品按照核心电路、关键电路、一般电路”进行识别,针对核心电路、关键电路选用高等级元器件,一般电路采用“普军级或工业级元器件+冗余电路”相结合的选用方案;并同步建立“商业航天元器件筛选方案”,按照不同的筛选要求进行元器件筛选,避免全部使用高等级器件和全部二筛的情况发生。

(3)构建“国产化低成本元器件的在轨验证服务体系”,打通“低成本元器件走向航

天应用”的渠道

随着科学技术的快速发展,以工业级为代表的低等级元器件的性能越来越高,采用低等级的元器件一方面符合商业航天高性能的发展趋势,另一方面可以满足商业航天快节奏、低成本的发展需求。然而,低等级元器件缺乏在轨应用经历是制约空间应用的关键因素。上海空间电源研究所利用电源分系统平台,建立第三方器件检测验证服务中心,在总体和元器件厂商间搭建平台,提供二极管、MOSFET等元器件筛选及在轨验证服务

(4)建立低成本元器件的在轨数据库”,夯实低成本数据库建设 

航天电源产品选用元器件需要通过层层审批,另外一方面,随着商业航天的快速发展,一些低等级元器件开始替代高等级元器件,然而由于缺少共享机制,这部分有过飞行经验的低等级元器件信息很难被追溯。上海空间电源研究所梳理各型号元器件清单,包括元器件型号、生产厂家、质量等级、应用卫星、发射时间、卫星寿命、在轨空间环境等方面信息;其次与行业内企业建立元器件在轨应用信息共享机制,重点获取低等级元器件在轨应用信息以及新品元器件首次应用信息。

(5)实施“通用元器件滚动采购”,建立“低成本批量采购与快速研制”的长效机制

为保证商业小卫星高质量、短寿命、快节奏任务需求的有效落地,以元器件统型目录为依据,充分论证每年商业卫星的研制任务,确立多颗卫星的元器件备库清单。

 2.标准化:搭建商业航天首台产品定型前的“四维标准化设计平台”

传统的研制模式中常常存在一种功能需求多种电路设计的现象,造成了大量重复劳动,产品研制效率不高设计成本较高。通用意义上,商业航天产品主要由元器件、电路、模块及单机四个产品层次组成。结合模块化、通用化、标准化的产品化导向,现有型号产品进行统型,四个纬度“标准化模式转变,层层递进。

(1)一维:“标准化库”建设

建立通用元器件统型目录:以不同总体元器件优选目录为指导,整合不同型号需求,以性价比、性能指标、器件质量及限价设计为衡量标准,统型压缩元器件种类,编制形成《空间电子电源产品元器件选用目录》并严格管理,促进了不同型号元器件彼此通用兼容,达到产品化导向、成本管控和减少库存的目的。

建立“元器件3E标准库”(原理图库、封装库及3D集成库):各型号项目可直接调用器件模型,杜绝了重复劳动,确保了模型的准确度,此外3D模型可以直观展示器件状态,提前暴露器件布局不合理的问题,减少返工返修现象的发生。

(2)二维:“标准化电路”统型

典型电路标准化统型:结合航天“1+6+2”的可靠性设计和电源技术的发展需求,对现有典型电路进行梳理整合,面向“限价设计、性能优劣、质量可靠”三个角度,完成了“分流调节电路、放电调节电路、充电控制电路”等标准化电路统型。

建立“Saber仿真模型标准电路库”:调用仿真模型快速搭建电路进行性能仿真,从原理图层面找出电路存在的问题,提升了产品研发效率,降低设计成本的输出,同时也强化了团队的研发能力。

(3)三维:“标准化模块”研制:各功能模块的机、电、热接口为标准化定型状态,同一平台下的电源控制器系列产品可以根据用户的需求通过对标准模块的排列组合以满足不同型号的功率需求。“商业航天电源控制器”为例,根据技术指标、功能和任务需求,以及未来发展趋势,确定几种典型的产品功能模块,并对功能模块的状态、产品性能、机电热参数进行固化。

(4)四维:“标准化产品”开发:通过对现有产品的输入输出、技术要求、试验要求等进行梳理,统一产品技术状态、输入输出接口,统一产品管理控制,统一产品测试、试验方法,统一数据包管理等。针对不同领域的需求,梳理分析历年来型号需求、产品技术指标、未来发展趋势等,打造具有可扩展性的几款货架式、标准化的明星产品,并通过鉴定试验。上海空间电源研究所打造基于28V不调节母线平台、42V不调节母线平台、28V全调节母线平台、12V不调节母线平台的四款精品电源产品,可以一定程度上面向不同总体实现快速研制。

3.工序化:建立“工序任务书”——商业航天供应链管理的行为指南

(1)开展商业航天“全生命周期研制工序分解”,搭建“供应链管理”构架。

空间电子电源产品“工序化”管理指的是将同一类型产品的研制全周期按工序化进行划分,划分后的各工序彼此分离,独立运转,通过团队协作、专业化分工的模式来提升产品的研制效率。具体的工序分解是:设计工序、采购工序(原材料采购、元器件采购等)外协工序(结构加工、印制板加工等)、研制工序(印制板贴片、模块电装、调试工序、测试工序、试验工序及验收工序等,为后续“工序外包”与“供应链管理”奠定了基础。

(2)建立工序任务书”,建立商业航天供应链管理的行为指南

首台产品完成研制后,组织开展首台产品鉴定工作,包括技术鉴定(组织科技委专家对产品的实物性能、原理图、印制板图、元器件选型等进行逐一鉴定审查),工艺鉴定(由工艺专家对产品实物、工艺文件记录等进行逐一鉴定审查),数据包鉴定(由质量专家对产品全过程质量记录、数据包文件进行逐一鉴定审查)。为了将首台产品的产品特性顺利传递到批量化阶段,结合全生命周期研制工序”的分解结果,将每道工序确立为一款产品,并建立该工序的“工序任务书”,为产品走基于“供应链”的批量化研制奠定基础。

基于供应链的批量产品研制模式——批量化产品研制

打破传统航天“加大固定资产投入”的重资产研制模式,全面整合社会资源,打造高效供应链体系快速提升产品研制效率。

1.外包工序:优势互补,搭建供应链管理模式

根据商业航天全生命周期研制工序分解”结果,从产品的“商业秘密、知识产权管控、工序成本、产品可靠性”角度出发,明确将设计、联试、验收工序纳为自控工序,将低附加值的技术服务工序元器件采购服务)研制工序(结构加工、PCB设计加工、电装、调试、试验)等进行外协通过管理供应链实现产业结构优化,利用长板效应提升科研生产效率、质量和成本。通过自控工序外包工序”相结合,搭建基于“工序外包”的供应链管理模式

(1)建立工序化质量,提升供应链的产品品质

供应链管理模式下,产品部分工序不再是企业内控,建立工序化质量尤为重要。工序化质量有三个要素:一是工序的输入要精准无误,包括上游产品满足一定质量要求的精准无误和本次工序的输入要求的精准无误。二是工序的中间过程可追溯,通过加强对数据包的要求来实现。三是工序的输出要严格验收,验收细则需是经过多轮评审审批通过的,而且对验收人员的技术和技能水平提出了很高的要求,验收人员对产品性能和文件进行全面的验收,只满足既定的要求方能给予该工序“合格”的认证。

(2)搭建供应链“项目经理”人才梯队

通过供应链外包体系的构建压缩原有庞大的研制人员队伍,仅需一名项目经理,依据首台产品鉴定时的“工序任务书”开展外包单位管理与工序质量的验收。但同时,对于供应链“项目经理”的业务综合能力也提出了新的要求,从单纯的物料、订单层的人物角色上升到能够有效管理内部需求,选择、管理和改善供应商绩效的人物角色上来

(3)建立供应商评估体系重选择,轻淘汰:依次开展供应商分类、供应商评估、供应商优选目录、供应商绩效管理(KPI体系)等供应商管理流程,通过有效的管理确保供应商的绩效重选择,轻淘汰建立优选供应商目录,每一个方向寻找合适的至多3家供应商2主+1备),并投入精力培养和开发一级供应商在供应商的选择上,供应商必须通过质量、设计、生产和采购等不同的职能部门打分;建立核心供应商不得为竞争对手服务”等供应商管理条例

(4)借助产品研制进度可视化工程实现产品外包全过程控制:将关键供应商集成到企业的科研生产管理系统中,实现实时跟踪、信息反馈、进度监控、特殊事项处置等功能,提升产品生产的质量速度。

2.自控工序:打造自动化测试线,提升产品批量测试能力

建立电源产品标准测试线标准测试流程,实现电源产品自动化测试,大幅度提升单位测试能力;建立一套从测前、测中、测后全生命周期覆盖的测试管理系统,对测试的每个环节数据集中存储自动判读和生成报告,提高测试效率,提高测试有效性

3.供应链管理模式下的工作再分配

由于工作的再分配,企业的重心将转移到以下两点:一是前期市场的打造,对于市场需求的调研与把握,并根据市场需求及时优化现有的标准化产品,不断升级优化,二是将眼光聚焦于产品的设计内核上,不断推进1.0产品、2.0产品的升级换代,持续提升国有军工企业的综合竞争力,以应对商业航天的快速发展。

(1)基于售前服务体系的市场开发模式

在新电源市场领域,委派技术人员提前进入总体,免费提供技术支撑,于项目立项前期,配合总体开展项目论证保障后续新研任务的定点落地。

(2)紧贴市场需求与技术创新的产品升级换代

好的产品是企业可持续发展的核心要素,通过定期的市场需求调研,形成产业发展1-3年内短期规划、3-5年内中期规划、5-10年内长期规划,针对短期规划,重点将是对标准化产品进行优化升级,针对中长期规划将是有战略、有步骤、有成效地开展前沿技术攻关和新产品更新换代。

上海空间电源研究所积极探索基于供应链的商业航天科研生产模式研究与实践,实现了高效益、低成本、快节奏的商业航天科研生产新模式。

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