通用化两器设计规范化研究与实践

◎北京宇航系统工程研究所 马玉坤 冯辉 陈浩 陈胜哲 庄恒宇

通用化两器设计规范化研究与实践

◎北京宇航系统工程研究所 马玉坤 冯辉 陈浩 陈胜哲 庄恒宇

开展通用化两器设计规范化工作是产品货架建设的重要一环。中国运载火箭技术研究院测量系统优化压缩通用化两器产品选型及要求，引入第三方测评进行性能测试及环境试验考核，统一产品各项指标要求，并推出通用化两器设计要求，建立规范型谱表，指导产品开展规范化设计。

传感器、变换器用于物理量参数测量，是电气系统重要配套的产品之一，被大量应用于型号发射及研制任务中。近年来，中国运载火箭技术研究院进入史无前例的型号高密度发射及研制任务阶段，两器产品面临空前的交付与质量压力。然而由于各型号测量需求、环境条件等差异，造成目前两器产品种类和技术状态繁多，给两器产品的管理、配套等工作带来严重困难，两器产品一直是测量系统产品齐套的短线。同时，两器产品的技术状态协调工作量巨大，不同型号往往重复开展相同工作，工作效率低，与目前面临的高密度发射与研制形势任务要求不符。

北京宇航系统工程研究所大力推进两器产品化体系建设，通过两器型谱货架建设工作，实现两器产品化选型，实质性压缩产品种类，提高经济效益。开展通用化两器设计规范化工作是产品货架建设的重要一环。测量系统针对常用振动、温度、冲击、过载、噪声、热流六类产品，通过对现有产品技术状态的详细梳理分析，进行产品选型及压缩，引入第三方测评厂家进行产品性能测试及环境试验考核。在此基础上，推出通用化两器产品设计要求，统一产品性能指标及输入输出要求等，指导产品开展规范化设计。

一、主要工作内容

1.建立测量参数标准化选取表

目前，型号遥测数据测量中，环境、动力、总体参数测量要求根据各自型号特点而设计，造成当前两器种类过多。前期，测量系统通过统计分析，梳理出常用非电量参数的基本测量要求，提供参考。在此基础上，开展北京宇航系统工程研究所在飞在研各型号力、热、总体、动力测量参数量程和精度规格化工作及力、热学环境试验统一工作。从系列化、规格化角度出发，形成通用化两器测量参数标准化选取表，对产品测量范围，量程精度及力、热试验进行统一规定，各型号参数设置可直接根据需求从标准化表格中进行选取。

2.依托第三方测评工作，编写通用化两器设计建造规范

产品化货架建设需实现不同型号之间产品互用。为方便型号使用及管理，必须保障各外协单位产品性能指标一致。为了充分了解各单位产品性能及满足产品化要求，测量系统开展两器产品第三方测评工作，引入第三方权威测试机构对各主要配套单位传感器产品性能进行准确客观测评。

测评试验中，系统严格按规范量程挑选参试产品，依照规范化力、热学环境试验要求进行试验考核。对两器产品基本特性指标、电气性能指标、物理特性指标进行了全面充分的测试;第三方测评结束后，依据试验报告进行系统方分析，重点关注传感器实测指标与任务书、产品证明书符合性及产品对环境试验条件承受能力。同时，根据实际需求加入新性能指标测试，对某些重要且不易测试的指标进行考核。在充分试验基础上，结合各外协单位工程设计能力，对通用化两器产品性能指标进行优化设计，形成通用化两器设计要求，指导产品规范化设计。

通用化两器设计要求包括以下工作内容:

一是优化产品选型，压缩产品种类。同一类两器产品经常存在多种测量原理，如振动传感器，存在压电、压阻、硅电容等原理;温度传感器，存在热敏电阻、铂电阻、热电偶等原理;被测物分为外壁温、内壁温、空气温度等。由此可见，规格化量程下，两器产品仍存在原理、用途多样特点。综合考虑产品性能、安装要求等多方面因素，开展最优选型，选用最优测量原理产品对应测量需求。

二是规范产品代号及产品编号。系统以测量参数标准化选取表为基准，搭建振动、冲击、过载、噪声、温度、热流6类传感器产品型谱。对产品代号及产品编号进行统一规范化要求。以振动类两器为例，介绍振动类两器型谱，规范化振动传感器产品代号标识要求，见图1。

传感器名称代字，见表1。

表1 传感器名称代字表

产品出厂编号的编制按照QJ3069-1998《产品出厂编号的编制规定》要求，产品的出厂编号一般由年代号、批次号、顺序号等部分组成，一般序列号(三位数字)表示为XXX，批次号(两位数字)表示为XX,厂家代号(两至三位数字/字母)表示为XX。

三是规范基本特性及电气性能指标。由于各型号独立设计，两器产品性能指标要求经常存在较大差异，例如常温常湿环境下“绝缘电阻”指标，同一类型产品不同型号会存在“100MΩ/100VDC”、“100MΩ/50VDC”、“200MΩ/50VDC”等要求;同时，存在个别指标要求设计不合理情况，例如“输出阻抗”指标，型号提出“≤1000Ω”要求，由于指标范围过宽，不同厂家该指标设计值出现50～100Ω，200～300Ω，700～800Ω 情 况，虽然都满足指标要求，但是不同厂家之间存在较大差异，与规范产品化设计思路不符。

不同性能指标要求造成日常协调工作大量增加，给设计师带来较大负担。以两器第三方测评为契机，系统对振动、冲击、过载、噪声、温度、热流六大类产品进行性能指标规范化设计及优化。系统梳理产品关注指标，对差异指标进行统一规范要求。对不合理设计指标，优化设计。同时，增加个别关注指标，例如热流传感器，根据总体及使用要求，增加“连续工作时间”及“响应时间”测试项目。热学类两器规范化设计性能指标统计，见图2。

四是规范两器产品接口。产品接插件是产品与系统的连接接口，当前产品接插件种类各异，性能指标参差不齐。存在同一产品在不同靶场之间，由于接插件密封性差异，而不能使用的情况，为实现不同型号产品互用造成巨大阻碍;同时，接插件节点分配各异，易引起错插或设计错误，带来研制隐患。因此，测量系统开展统一接插件选型，对接插件节点分配进行规范设计。经多方调研讨论，依托小型化、具有良好密封性、压接式选型思路，确定选用某型号圆形、矩形接插件作为通用化两器规范接插件，按照“统一规律，不同产品略有差异”的原则，进行规范化节点分配。两器产品接口的统一，降低设计风险，提高设计效率，是实现“拿来既可用”的重要一步。

五是规范外形尺寸，统一产品着色要求。两器产品种类繁多，外形尺寸各异，结构多样。系统依据现有产品尺寸大小，考虑最佳安装方式，设计可实现的最小外形尺寸作为规范化设计尺寸要求;弹箭两器颜色种类过多不仅会增加着色材料备料的难度，而且不利于单机单位对产品技术状态的控制，严重影响单机单位生产流程管理和产品化推进。系统总结各型号两器着色及标识的调研结果，结合部分型号的着色及标识统一化规定，提炼出通用化两器产品着色及标识统一化规定。产品着色及表面处理的统一是区分仪器电缆所属系统及大致功能的有效手段，更是提高系统级产品化的必要前提。

六是编写模板任务书及测试验收表格。依据规范化两器性能指标要求，系统编写模板化通用两器任务书及测试验收表格，形成闭环文件。模板化任务书及测试验收表格的编制，极大精简设计流程，是通用化两器设计规范化实践工作的重要成果。

3.设计通用化两器包装箱

箭上两器产品数量多、种类杂，产品的外形各异，导致包装箱拆装复杂，并且给存放、搬运也带来了一定的困扰。因此，结合地面全塑包装箱的设计及使用情况，以规范化传感器最大外形尺寸包装为依据，提出了箭上两器产品包装箱的设计方案。该包装箱具有良好的强度与刚度，可确保对产品的良好保护，具有良好密封性、止动性及抗环境能力性。通用化包装箱的推广，实现了规范化存储、运输，提高了质量管控水平。

4.建立通用化两器产品规范型谱表

依据总体测量参数标准化选取表，通过编写通用化两器设计要求，对两器产品各项指标进行最优设计，在此基础上可建立通用化两器型谱。

通用化两器产品规范型谱，是通用化两器产品规范化设计的重要指导标准，更是两器产品货架建设的核心。外协厂家将据此要求开展全面设计，形成通用化两器产品，搭建两器产品货架雏形用于型号选型。

二、应用成效

一是提高设计效率，大幅减少协调工作量。测量系统自开展通用化两器产品设计规范化工作以来，收获显著。通用化两器产品设计规范的编制，对产品性能指标进行统一规范设计，形成模板化任务书及测试验收文件，将设计师从大量协调工作中解放，避免了重复性工作，精简设计流程，设计效率获得大幅提升。

二是有效控制质量问题。统一产品指标要求，便于开展批次性生产，外协单位提升生产质量控制。同时，引入第三方测评，剔除不合格产品，外协单位质量管控意识得到显著提高，测量系统提升对单机质量管控能力，有效控制质量问题。

三是显著节约研制成本。通过优化压缩两器产品种类及要求，可有效减少新研型号研制成本。以产品化货架体系进行管理，降低产品质量管理成本。通用化产品生产可实现批次订货、批次试验，对于外协厂家可大幅降低设计、生产、试验成本。

通用化两器设计规范化工作是两器产品化货架建设的重要一环，是前期产品化工作的重要体现。通过通用化产品设计、试验、测试与评价，建造产品型谱，进行货架产品选用，实质压缩两器产品种类，将设计师从大量协调工作中解放，避免了重复性工作，设计效率获得大幅提升，减少技术协调工作量。加强两器产品质量管控力度，为系统高效集成打下基础。同时，实现跨型号集中订货、组批验收，保障交付进度，降低成本，对型号实现降本增效具有重大意义。