详解航天航空产品研制流程介绍

5.2.1.1　航天产品研制流程

基于MBD的航天产品研制过程以传统产品型号研制流程为基础，在《航天产品项目阶段划分和策划》（QJ 3133.2001）中提出，项目一般分为“任务需求分析阶段、可行性论证阶段、方案设计阶段、工程研制阶段、设计定型（鉴定）阶段、试生产阶段、批生产阶段、使用改进阶段和处置阶段”。每个阶段的工作重点均不相同，覆盖了产品的全生命周期，体现了质量策划中全生命周期内质量控制的思想。研制工作主要集中在方案设计、工程研制和设计定型（鉴定）阶段，其中工程研制阶段一般分为初样和试样两个阶段。

航天型号产品如火箭、运载器等，一般由多个分系统组成，每个分系统又由多个单机（子系统）组成。值得注意的是，尽管分系统是由多个单机组成的，但绝非单纯的叠加。分系统在集成过程中被赋予了独有的功能，其功能的实现与单机产品有关，但任何一个单机都不可能具备分系统的功能。航天型号产品是通过各个分系统的有机结合，最终实现其预定的功能并达到相关性能指标的要求。对于航天产品而言，由于总体产品本身由多个层级的产品构成，因此，产品的研制不可能在两个轮次的研制过程中完成。在每个研制阶段，总体、分系统、单机都要依据“设计—生产—试验验证”的流程完成一轮研制工作，而各个轮次不同阶段的研制重点、考核项目将体现出一种逐次递进的趋势。

1）概念设计阶段

主要工作是开展需求分析，包括客户需求、主要技术路论证等；根据分析结果提出产品总体方案，开展多种方案的数字产品型号总体小回路快速闭环概念设计，通过分析对比确定产品总体论证方案，建立产品型号总体及各分系统的概念样机，提出总体及各分系统、重要设备的关键技术及解决途径，开展关键技术攻关工作，进行可行性研究与评估，为后续研制奠定技术基础。概念样机阶段研制流程见图5-3。

图5-3　概念设计阶段研制流程示意图

2）方案设计阶段

方案阶段要求完成方案的选择确定和单机模样件的生产，模样的单机产品必须实现系统所确定的要求，这也是下一步系统功能实现的基础。方案设计阶段的主要工作是通过引入工艺、材料等设计，开展全数字化产品型号的方案样机设计、制造与原理性试验，方案样机阶段研制流程见图5-4。此阶段对性能指标的考核尚不充分，产品的技术状态尚未完全确定，此时即便开展了分系统及总体的试验，其目的更多的也是为方案改进和对未知规律的试验摸索，不可能完成对分系统、总体产品功能、性能的考核。

图5-4　方案样机阶段研制流程示意图

3）初样设计阶段

初样阶段要求完成产品分系统级的试验考核。单机产品经方案阶段模样件的生产、试验考核及设计改进，进入初样阶段后其功能的实现基本稳定，改进后的性能指标也能有所提高。当单机的功能稳定、性能改善后就完全有可能实现总体对分系统提出的功能要求。在这个阶段，总体的方案仍然可能有所改进，但方案设计的总体架构已不太可能改变了。

进入试样阶段后，对于一般的型号都要求在此阶段完成产品的飞行试验。因为单机产品通过前两个轮次的研制及试验考核，其功能、性能都已趋于稳定。分系统在初样阶段已完成了功能实现的考核，在初样转试样及试样研制的过程中都还要进行不断的改进。此外，在试样阶段一般都要进行大量的地面试验，如可靠性增长、多个分系统的联合试验等。通过对这些试验的进一步考核后。分系统的性能指标将得到充分的改进，并趋于稳定。在此基础上，开展全系统的飞行试验。

4）产品定型阶段

型号进入定型阶段后需要开展飞行试验、鉴定试验等工作，对产品全系统的功能、性能的实现情况进行试验考核，确认各项战技指标能够满足型号研制前期设定的目标和用户方提出的使用要求。此阶段是统筹考虑从材料准备、物流运输、制造设备及设施、生产管理和调度、制造流程管理、总装总测、发射应用、维修保障等产品生产的全过程，完成产品样机的虚拟制造、虚拟装配、虚拟测试、虚拟出厂、虚拟发射、虚拟飞行试验、虚拟维护和虚拟保障、虚拟培训等工作，完成物理样机的制造、地面试验，最终通过物理产品型号飞行试验，全面鉴定产品型号的技术方案、生产质量和性能指标，并为生产、应用与维护保障创造条件。

5.2.1.2　航空产品研制流程(www.xing528.com)

航空产品采用成熟度的管理办法来开展设计和制造的并行工作，首先约定产品数字化定义数据成熟度的等级，其次确定工程和制造在每个成熟度阶段的任务、目标和分工，以此为依据开展设计和制造的相关工作。成熟度对产品定义数据完成情况和详细程度的描述，并且将达到一定技术状态的定义数据（包括产品结构信息、几何信息、工艺信息、分析结果、技术说明和检测结果等）提供给用户，以便于下一步工作的顺利开展。在数字化飞机产品研制的业务流程中，为产品定义数据的对象和关系赋予成熟度标识，以反映该对象从设计到发布的进展情况，为相关工作的协同提供依据。

航空产品数据成熟度按照产品数据的信息完整程度，按设计和制造工作需求，以模块为单位，进行成熟度管理，分为MG0到MG6七个阶段。

MG0（初步设计阶段）：开展设计总方案、主结构布置、主结构剖面形状、主结构典型剖面参数、结构功能明确、内部结构布置、传动装置布置、结构对接方式明确等相关工作。

MG1：开展模块基本产品结构、零组件编号及名称、材料制品形式、材料规格、材料规范、零件成形工艺要求、加工工艺、零件热处理、表面处理等相关工作。

MG2：开展零件三维数据定义、零件与系统界面确定、重要尺寸及公差、关重件特性、装配关系明确、紧固件选择完成、飞机理论外形冻结等相关工作。

MG3：开展零件强度初步校核、重量初步验证、运动机构仿真完成、零件数模细节完善（含细节尺寸）、确定互换替换要求等相关工作。

MG4：开展连接补偿设计明确、装配技术条件、零件公差配合明确、完整的产品结构（标准件、成品件）等相关工作。

MG5：开展强度分析最终验证、总体分析最终验证、重量指标最终验证、零件细节标注完成等相关工作。

MG6：开展密封区域及密封方式明确（仅含防腐蚀密封、油封）、结构喷漆要求明确（仅含面漆）等相关工作。

5.2.1.3　航天航空产品研制特点

（1）航天航空产品属于大型复杂产品，其设计过程是多学科、跨企业协作过程。

航天航空产品由于产品复杂，其设计过程不仅仅是系统设计、机械结构、电气、控制等的设计，还包括各个分系统、组件系统从物理结构、功能和性能等方面进行分析、仿真、优化以及虚拟验证等，这涉及机械、力学、空气动力学、经济学等多个学科的专业知识；相应的工艺设计更为复杂，仅机械结构件就涉及零件加工、成形、焊接、铆接、热表处理等多个专业，且往往一个零件就需要跨多专业进行工艺设计，因此型号产品的设计过程是一个跨学科、跨专业的协同过程，往往需要多个部门、多家企业共同对同一产品、模型、数据进行编辑、修改、审查和维护工作，对于协作工作环境的要求很高。

（2）多阶段、多轮研制逐次递进的并行设计过程。

航天航空产品研制的整个流程中，存在着多轮研制逐次递进的规律。全系统需要经过方案、工程等多个阶段的研制工作，在每个阶段中，全系统的各个组成部分都要进行新一轮的设计、生产和改进，但不同阶段的研制考核重点又不相同，依次由单机（子系统）、分系统、全系统（总体）逐次递进。每一阶段都是以前一阶段的工作为基础，在巩固前一阶段研制成果的同时，开展新的研制内容并取得相应的进展。

严格意义上来说每一个阶段之间的关系都应是串联的，但是在一些特殊情况下，例如为了缩短产品的设计周期，设计单位会将一些工期时间较长或时间要求紧迫的部件或分系统进行提前转阶段处理，使后续工作能够尽早开展，但是一个产品两个阶段的设计数据需要同时能够修改、同时生效，这就是型号产品设计阶段的多阶段并行设计过程。

（3）多个型号产品并行设计。

为了在宏观上把握大型复杂产品的整体性，提高产品的可靠性和生产效率，制造企业通常会要求设计师尽量在设计中采用通用件。因此演化出航空产品的构型管理，采用模块化的思路对产品系列进行设计；航天产品的组批研制，即在型号产品设计基本固定后，一般会有后续批组（多发）产品进行研制，每发产品会对其中某些核心技术参数或零部件参数进行一些变更和修改，而在同一型号、不同批组的产品之间数据相互借用。因此，要求设计时要尽量考虑多个型号产品的需求，以及多型号设计师之间的相互协同。