小卫星星座通常由数十颗甚至上万颗卫星组成。目前小卫星研制周期约8～10个月，其中总装工作时间约占整星研制周期的2/3^[1-2]，因此总装效率是影响小卫星高效批量化生产的关键。传统的总装模式是由多名装配人员同时完成3～5颗小卫星的总装工作^[2]，在效率、过程管理和质量管理等方面均已经无法满足小卫星批量化生产的需求。如要全面提升总装效能，就需要对总装流程进行分析优化^[3-5]。

本文在分析小卫星总装流程的基础上，采用流程优化方法重构总装流程，以缩短批生产周期，满足小卫星的批量化生产需求。

小卫星总装是指从分系统交付系统装配开始至完成产品装配，并将合格的产品交付发射为止的全过程^[6]。目前，小卫星总装主要包括总装工艺设计、总装实施和总装检测等内容。总装工艺主要是依据产品设计图纸和相关文件，结合总装具体实施人员、工装、场地等因素，将总体设计和总装设计等各项设计技术指标形成相应的工艺文件和图样。总装实施是指根据总装工艺文件和图样，将各分系统设备组装成整星的过程，是小卫星总装阶段的核心环节。总装检测是在卫星总装阶段检测卫星的各项特性是否符合设计要求的过程。

现有小卫星总装过程中需要进行多次开合板、试验状态改造和总装项目检测^[7-8]，流程复杂，研制周期长，总装效率低。具体存在的如下：

1）推进子系统总装周期长

推进子系统总装过程中，管路取样和焊接完成一般需要1个月，在此期间，无法对卫星结构进行其他热控实施和设备安装等总装工作，占用卫星大量主线时间。

2）软件落焊操作项目多，等待周期长

星上部分设备在完成测试和大型试验后，需返回研制单位进行软件落焊，卫星设备反复拆装次数增加；软件落焊设备返回后，需重新上星进行回归测试。

3）总装检测项目多，周期长

整星总装过程中需要进行多次漏率检测和设备安装精度测量，对同一指标进行多个状态的反复测量。整星总装检测工作约占16天，检测周期长。

4）辅线工作项目总装效率低，自动化程度低

总装辅线工作包括热控产品制作、整星标准件和总装直属件出库。批产总装辅线工作项目多，工作量大，辅线工作及时性会影响主线工作进度，因此需进行提前制作。传统模式采用分散式单星手工制作，占用大量人力和资源，总装效率低，产品一致性差。

5）总装工艺文件重复编制

工艺人员根据设计文件和总装技术流程编制总装工艺文件，发生流程更改时，需要重新编写总装工艺文件。文件编写占用工艺人员大量时间，任务重，效率低。

流程优化是指通过辨析理解现有流程，将其优化后改良产出新流程。常见流程优化方法有剥离非增值环节、标准化制作、优化流程顺序、信息化和自动化^[9]。剥离非增值环节是指减少占用主线相关活动的数量，提高活动的质量，对剥离多余活动后的剩余活动进行简化整合。标准化制作是指通过标准化的方式将流程的运作习惯、实施规范、实施程序进行固化，减少人为因素的干扰。优化流程顺序是根据相关流程的侧重点调整流程运作过程和顺序，使各环节的工作流程尽量均衡。信息化和自动化是指通过采用信息化手段和自动化设备提升流程运转效率，减少人员的重复劳动和设备的无效等待。

批产卫星总装流程优化可以从总装主线流程、总装检测流程、总装辅线工作和总装工艺文件4个方面开展优化工作。具体总装流程优化项目及方法见图1。

图  1  总装流程优化

Figure 1.  Assembly process optimization

批产卫星具有技术状态稳定、总装时间周期短等特点，所有单机设备交付前已完成产品级测试。针对批产卫星总装主线流程，对其中各环节开展分析，剥离严重制约主线工作顺利进行的非增值环节；对主线流程作业顺序进行调整，以降低人员和设备等待时间，使流程的运作更加顺畅，达到效率最优。

针对总装检测流程，一方面，在对其进行优化分析的基础上合并相似或连续的工作，整合检测项目，以优化检测流程；另一方面，通过引进自动化检测设备，可提高检测效率，降低人员劳动强度。

针对批产总装辅线工作引入标准化制作思路和自动化生产设备进行生产模式升级，以使辅线产品的制作标准化和批量化，提升总装辅线工作生产效率和产品一致性。

总装工艺作为总装实施的依据，是总装过程优化的关键环节。如果实行标准化编制并采用信息化手段，建立批产总装工艺文件体系，则可有效简化反复编写等重复性工作，提高工艺文件编写效率。

对批产卫星总装主线流程进行分析，剥离占用主线的非增值环节，消除人员等待，调整主线流程，减少重复操作和返工操作，提高总装效能和可靠性。

1）基于模板管路的推进子系统总装流程优化

批产卫星推进子系统管路制作采用“模板管路焊接+整星焊接”的分阶段生产模式，将推进子系统管路取样和大部分焊接等主线工作剥离至辅线。该流程优化后，推进子系统管路制作流程主线周期明显缩短，减少了人员和设备等待，满足了卫星大批量生产需求。

2）一次性总装至最终状态

在批产卫星所有设备进入总装前完成所有单机软件落焊工作，整星即可一次性设置总装最终状态，而不再拆下设备返回厂所进行软件落焊，整星相应取消软件回归测试，这样可使流程运作更加顺畅，消除大量总装等待时间，还可降低设备反复拆装带来的操作风险。

3）合理设置试验状态和试验流程

对批产卫星的力学试验、热试验、磁试验和EMC等大型试验进行优化，只保留力学试验和热试验。批产卫星星内不粘贴热电偶和力学传感器，只保留星外热电偶、热流计和力学传感器。总装过程中只进行一次最终状态合板，热试验和力学试验后，整星无需重复开合板，以减少星外设备反复拆装等重复性工作，使整星主线流程效率最优。

批产卫星总装检测是指在总装各个阶段对卫星的各项指标进行检测，包括漏率检测和设备安装精度测量。

1）漏率检测优化

①优化检测流程

批产卫星漏率检测主要包括3个阶段：管路制作后单点检漏和系统检漏，力学试验后系统检漏，出厂前系统检漏。将漏率检测项目进行整合，优化管路制作后单点检漏次数，合并力学试验后系统检漏和出厂前系统检漏，实现漏率检测流程的优化。

②采用高效自动化检漏系统

批产卫星所有漏率检测均采用高效自动化检漏系统。该系统具备以下功能：自动化充排气，实现了批产卫星推进子系统充放气过程中温度、压力的实时自动控制和监测；自动化真空检漏，自动完成真空系统抽气、系统漏率定标和检漏数据采集工作，自动对检漏结果进行计算和汇总，一键式生成测试报告；便携式自动化压力标定，实现了批产卫星按压力标定点自动标定。

对批产卫星漏率检测项目进行整合优化，全面采用高效自动化检漏系统，可节省整星漏率检测主线周期4天，显著提高了检漏效率，解放人力，同时提高了检漏过程的安全性和可靠度。

2）设备安装精度测量优化

①优化测量流程

批产卫星设备安装精度测量一般分为5次，分别为推力器安装精度测量与调整、设备安装轻载状态精度测量与调整、力学试验前精度测量、力学试验后精度测量和出厂前精度测量。整合力学试验后精度测量和出厂前精度测量项目，将力学后测量项目调整至出厂前进行测量；优化轻载精度检测项目，除控制分系统推力器和动量轮等执行部件进行精测调整，其他设备只进行实际安装精度检测。

②采用自动化精测系统

批产卫星所有精测项目均采用自动化精测系统（如图2所示），该系统具有自动比对批产卫星精度检测结果、生成数据一致性比对表等功能。使用自动化精测系统实现了批产卫星所有设备安装姿态的高精度快速测量，显著提升了批产卫星精测效率。

图  2  自动化精测系统

Figure 2.  Automatic precision testing system

对批产卫星设备安装精度测量流程进行整合优化，并全面采用自动化精测系统，可节省整星设备安装精度测量主线周期6天，大幅提高精测效率，减少精测设备占用。

对总装辅线工作进行分析，采用标准化优化思路，将辅线工作产品去型号化管理，建立辅线工作标准化作业规范；研制自动化设备，进行标准化和批量化制作，提升总装辅线工作生产效率和产品一致性。

1）辅线热控产品标准化、自动化制作

打破星与星之间的壁垒，热控物料去型号化。标准化热控产品统一入库进行管理，库房按工艺配套表提前备料，并做好出库记录，在节省装配出库时间的同时，实现所有热控物料标准化制作和统一调配。建立专业化制作团队，将辅线热控产品按标准化制作要求并采用自动化设备（如图3所示）批量制作，可将１张多层大料铺设工时由4人2 h减少到2人10 min，生产效率大幅提高，铺设质量和产品一致性显著提升。

图  3  自动化敷设设备

Figure 3.  Automatic laying equipment

2）标准件和直属件标准化、自动化出库

批产卫星采用标准件和直属件标准化、自动化出库的管理模式。根据设备代号将标准件和直属件分类装袋，并对所属设备以代号标示。对库房管理系统和配送系统进行升级，将配套表下发进库房系统，进行一键式出库；标准件和直属件自动配送至总装工位，消除总装现场等待环节，提高设备安装效率。

卫星总装过程中，针对不同阶段总装及测试状态需编制相应的工艺文件和检测报告。针对批产卫星，建立结构化工艺体系^[10]，采用主工艺加模块化工艺，可简化工艺反复编写等重复性工作，提高工艺编写效率。具体措施包括：对批产卫星总装工艺流程、工艺文件、质量记录表格等进行整理、审查、补充和完善，形成一套完整固化的基于“生产基线”的结构化工艺文件；建立定型工艺和模块化工艺（如表1所示），后续批产星只需按照每颗星的具体流程编制相应的工序目录，然后直接调用定型工艺和模块化工艺文件即可。

结合批产卫星的总装特点，按照从源头抓起、重心前移和加强过程中质量确认的原则，开展批产卫星总装质量确认制^[11]工作。总装质量确认制全面覆盖规定的各项工作，确保工作项目无遗漏并纳入流程实施；保证一次总装到位，检测到位，确认到位，确保卫星总装技术状态可控。采取质量确认制表格（见表2），不再编写批产卫星每个总装及检测状态的总装及检测表格和出厂报告。批产卫星直接采用质量确认表格进行出厂评审，优化批产卫星出厂评审流程。

采用脉动式生产线模式，建立脉动式总装、检测和测试工位，并且按工位建立专业化总装队伍；固化批产模式生产节奏；优化人力、设备、场地和物资等资源配置，确保批量生产质量和效率。

采用脉动式生产线模式对批产卫星总装流程进行排产，结果表明：设备、大型试验设施、人力资源等占用率降低了22%；相较流程优化前全年平均可完成24颗卫星总装工作，流程优化后全年平均可完成48颗卫星总装工作。

采用剥离非增值环节、标准化制作、优化流程顺序、信息化和自动化5种流程优化方法，对小卫星批产总装主线流程、总装检测项目、总装辅线工作项目和总装工艺文件编制工作进行分析优化，提出基于模板管路的推进子系统总装、提前进行软件落焊、大型试验流程调整、漏率检测优化等11项改进措施，构建了批产卫星总装新流程和新模式。通过整星总装流程优化，总装主线工序由96个缩减至72个，单星批产周期由8个月缩短至3个月。优化前、后的总装流程分别如图4和图5所示。采取脉动式生产线模式对总装流程生产能力进行优化分析，在保证目前测试设备、大型试验设施和人力资源等不变的条件下，批生产效率提高1倍。

图  4  优化前总装流程

Figure 4.  Assembly flowchart before optimization

图  5  优化后总装流程

Figure 5.  Assembly flowchart after optimization

本文通过对批产卫星总装流程进行分析优化，建立了批产卫星总装新模式，实施效果表明可缩短小卫星批生产周期，提升批产总装一致性，降低设备、大型试验设施、人力资源等占用率，总装流程、生产效率、过程质量管理等各方面均满足批产要求。面对未来的“井喷式”小卫星批产任务，仍需研究如何进一步优化总装流程，主要优化方向包括：开展基于机械臂的智能装配生产线技术研究，不断提高总装效率和总装产品一致性；针对批产卫星力学试验和热试验，开展批量化试验技术可行性研究；采用抽检模式进行大型试验，大幅提高批产卫星试验效率；对批产卫星结构和各分系统进行进一步解耦，各分系统设备单独安装在一块结构板上，采用流水线模式进行并行总装测试，实现批产卫星大规模化生产。