摘 要 从适应“新常态”、迎接开放竞争、深化工业化角度分析了航天领域开展工业工程应用的必要性，提出了航天制造工业工程的技术体系，建立了相应的业务体系并对业务内容进行了解释，为航天迎接以网络化、智能化为主要特点的工业4.0时代的到来提供思路。
关键词 航天制造；工业工程；新常态；
航天制造系统需要应对产品定义的多变性、技术状态的动态性、任务量的波动性、生产系统的再入性、质量数据的不规律分布等，一直是复杂生产系统的典型代表，随着型号任务的增长和航天技术应用产业的发展，越来越迫切地面对两个即矛盾、又关联的问题：一方面，航天产品必然存在新原理的探索、新领域的突破、新需求的挖掘，也就是产品的变动性不可避免；另一方面，通常的生产系统对产品的变动范围有一定的限制，即使柔性较高也要求产品的变化有清晰的界限，有一定的稳定性。面对当前的任务形势和发展要求，为了解决产品变动性与稳定高效生产之间的矛盾，有的企业提出“研、产”分离的办法，但是如何实施研制和生产的分离，也需要全面统筹，以免造成生产能力不足或者批产资源闲置等后果。
德国提出的“工业4.0”就是以满足个性化、随时变化的顾客需求为目的，是解决产品的定制化和高效稳定生产矛盾的整体解决方案[1]，为航天制造系统的后续发展提供了重要的借鉴。德国提出“工业4.0”的背景是以其雄厚的工业基础和领先的制造技术为基础的，是从成熟的生产系统向智能化发展过渡，航天制造系统还面临很多在成熟产品生产系统中已经成功解决的问题，这些问题至今一直困扰着航天制造系统的发展，成为航天制造竞争力难以有效提升的障碍。
工业工程是面向效率，以过程管理和持续改进为思想的一套系统管理方法和工具集，是在西方国家工业化进程中，特别是制造企业把效率、质量、成本提高为竞争力核心因素时发展和应用起来的、反过来对各行业的工业化进程产生了巨大的推动和促进作用。本文首先分析在航天领域发展工业工程的必要性，然后提出航天制造工业工程的技术框架和业务架构，为航天制造的进一步发展提供参考。
1 航天领域开展工业工程应用的必要性
1.1 加强效率和成本的管控，适应经济“新常态”下的发展要求
我国经济经过30多年的高速增长，目前正处于增长速度换挡期、结构调整阵痛期、前期刺激政策消化期“三期叠加”的重要阶段，正在进入一个重大的历史新时期，从低成本、低效率向高成本、高效率的“新常态（New Normal）”转型，告别过去的粗放型高增长，进入依靠改革创新、科技进步的高质量发展时期，实现经济增长阶段的根本性转换，为更高水平、更小代价、更可持续的发展奠定基础，向形态更高级、分工更复杂、结构更合理的阶段演化，增长速度是在下台阶，而发展质量必须上台阶[2,3]。
在经济新常态下，有两个突出特点对航天制造的影响最为明显，即：
（1）国民经济中各要素成本迅速上升，包括劳动力成本、原材料和能源价格、土地价格、环境保护成本等等都进入加速上升期。这就要求要素效率加快提升，要求经济增长方式实现从主要依靠要素投入量的扩大向主要依靠要素效率提高方向转变；
（2）进入过剩经济时代。过去30多年的中国处于短缺经济时代，现在已进入过剩经济时代，工业领域几乎没有哪个行业不是产能过剩的。这一转变使得游戏规则也不同于以前——重点不在于规模化，而在于如何提升产业的竞争力，如何消化过剩的产能。
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工业工程（IE）是企业需求驱动的一门工程技术。IE的产生为了解决资本主义原始积累完成后，管理成为新工业发展中影响生产率提高的瓶颈环节的现实需求问题。它通过寻求合理生产组织和发挥工人潜力的方法，在实际生产组织管理中取得了显著成果。通过对成本、效率等管理目标的有效支持，加速了企业核心竞争力的形成，促进了社会生产力的大发展，也带动了整个西方工业化的进程。因此应用工业工程技术体系，对于航天制造企业在保证产品质量的前提下提升生产效率、加强对制造成本的控制，适应经济“新常态”下的发展要求，具有重要作用。
1.2 增强核心竞争力，迎接开放竞争形势
十八大以来，《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》、《关于促进军民融合式发展的指导意见》等相关政策陆续发布，不断加速推动军工领域开放竞争形势的到来。预计今后几年，事业单位改制、军民深度融合、发展混合所有制等，都将给航天的发展路径带来深刻的影响。
当前，宇航产业的全面竞争不可逆转。越来越多的单位涉足宇航产业，他们在新技术、新产品的应用上更为大胆，在商业模式和研制模式的创新上更为灵活，其中一些单位已具备航天器系统集成能力。而航天企业自身的研制成本、管理成本偏高，研制周期较长等短板日趋明显，已很难适应当前激烈竞争的市场形势。现在已经出现个别项目竞标失利，给整个航天科技系统敲响了警钟，在宇航产业一家独大的传统优势正在被竞争对手打破，而这样的对手还会越来越多，疲于招架不行，必须主动出击。
传统上的航天生产系统面对未来的任务需求存在一些问题和不足，例如：对产品数量、种类变化的快速响应能力有待提高；不同时间段工作量不均衡，应急问题处理多；现有生产流程对批量化生产趋势的适应性不强等，容易引起人员、场地、设备冲突，导致任务节点进度紧张、时常出现生产瓶颈等现象，以制造能力为代表的企业核心竞争力不足。通过工业工程技术与体系的引进，采用梳理流程、优化布局、均衡生产、绩效度量等手段，从生产全局角度探索提升航天制造企业核心生产能力的方法和途径，支持航天制造企业提升竞争力、适应开放竞争环境。
1.3 深化工业化，推动从信息化向智能化发展
当前，德国“工业4.0”成为炙手可热的概念，全球将继以“蒸气机、机械化”为代表的“工业1.0”，以“流水线、电气化”为代表的“工业2.0”，以“自动化、信息化”为代表的“工业3.0”之后，步入以“网络化、智能化”为代表的“工业4.0”时代，即第四次工业革命时代。“工业4.0”是指以满足个性化、随时变化的顾客需求为目的，综合利用智能制造、动态定价、价值分享协议等手段，提供制造端直通用户端的“端到端解决方案”的一种全新的生产组织模式[4,5]。
德国提出“工业4.0”的几乎同时，美国提出“工业互联网”的概念，两者内容基本相同，说明欧美国家在发展先进制造方面可谓不遗余力，其核心目标都是巩固和确保各自在全球的领先地位。我国发布的“中国制造2025”，目的也是借助新技术变革，推动我国从制造大国向制造强国发展、从中国制造向中国创造转变。航天制造不能自外于制造业发展的大环境，需要思考和筹划工业4.0时代下的应对策略，确保型号任务的圆满完成、不断发展壮大航天产业。
西方国家在工业化过程中，信息化是在工业化达到一定程度后进行的，即先达到工业2.0，再进入工业3.0，工业化为信息化准备了必要的社会、经济与技术条件，信息化又把工业化形成的社会生产力推向更高的阶段。因此，扎扎实实的加快制造业的工业化进程仍然是需要解决的重要课题，即便是信息社会也需要坚实的工业化基础为后盾，提高工业基础和管理能力是一个不断积累的渐进过程，其中基础工业工程理论和方法的有效应用是一个重要的、不可逾越的阶段。我国企业工业化程度仍很不完善，航天制造企业的信息化程度也很不
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均衡，如何找到通向工业4.0的道路，也就是如何实现向智能化的转化，需要进行更为艰苦、周密的探索和研究，在这种情况下，发展工业工程专业技术、引进工业工程应用体系就更为重要和迫切。
2 航天制造工业工程技术体系分析
根据航天制造的应用需要，从通用工业工程技术内容中提炼出面向航天制造应用需要的技术内容，用于解决当前提升制造竞争力以及未来应对“工业4.0”挑战等重要问题，建立航天制造工业工程技术体系，如图所示：
航天制造工业工程技术体系生产布局与物流设计与优化生产系统建模仿真流程分析方法与技术生产现场管理与改善生产绩效度量与评估生产设施配置与改进生产系统要素统计方法段实的物研标究识与与应信用息采集方法与手应自计聚析成的异用动技类方组研地研化术分法分究物究立析析与流、、应及体相产用跨库关品等企分编现业析码代供等等存应布型储链局谱设技设分备术产品投产规律的统计分析生产系统数据结构的构造技术生产运行规则的程序实现技术层次化柔性仿真模型建模技术生产运行仿真结果分析技术优生化产研运究作过程业务流程分析与价值流分析与价值流图应用艺工应排流艺用列程路方图分线法、析图因方、果法工图序、排控列制图图等等工的其它流程分析工具与方法研究组程操析时管成人织、作技间理、效与的目分术标方超提设准法升备工视析、研市和效管、方技究术工动式研环学理作境作与、方、研测应看究的法以究量用板适应及等等生应用人作现产性场研机业等以定究系方现及量统法场工作分工JIT生产时间（效率）度量与评估技术生产质量度量与评估技术生产成本度量与评估技术方自善面法动向研化作究替业代高手效工化作的业工的装设设施施与改各种设施应遵循的工效学标准图3 航天制造工业工程技术体系
具体包括：
（1）生产系统建模与仿真技术
在欧美先进制造企业的生产规划阶段大量使用生产系统建模与仿真技术，预先对生产布局、资源配置、产能分析、瓶颈识别、均衡生产等进行预测、评估和优化，实习生产过程的整体优化。此外，随着“工业4.0”提出“数字化双胞胎”，在虚拟现实场景中实现与现实生产完全一致的映射，而且通过生产仿真对现实生产进行控制和指挥，进一步拓展了生产系统建模仿真技术的应用，为建立虚实结合、信息物理融合的智能制造系统提供重要的技术支持。
（2）生产布局与物流规划技术
设施规划与设计以物流系统的空间静态结构（布局）为研究对象，从系统的动态结构——物流状况分析出发，探讨企业平面布置设计目标、设计原则，以及设计程序等，使企业人力、财力、物力和物流、人流、信息流得到最合理、最经济、最有效的配置和安排，从根本上提高企业的生产效率，达到以最少的投入获得最大效益的目的。物流管理是指对原材料、半成品和成品等物料在企业内外流动的全过程所进行的计划、实施、控制等活动，由于物料流动决定了设备设施的布局，因此两者通常一同考虑。
（3）生产流程分析与优化技术
全面梳理生产过程有关的各项业务流程、信息流程、实物流程，深化对现有生产系统的把握和认识, 在此基础上，运用业务流程图、价值流分析等方法，通过将生产过程中的各种流程图示化，可将各种不合理部分转化为直观、具有良好结构关系的模型，以持续改善思想为出发点，消除生产过程的无价值作业，改进生产工艺和流程，消除工作中不合理和不必要的环节和步骤；改进工厂、车间和工作场所的平面布置，缩短工艺和运输路线；改善材料、设备和人员的使用状况，以获得投资少、产出多的效果。
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（4）生产现场管理与改善技术
现场管理就是运用科学的管理思想、管理方法和管理手段，对现场的各种生产要素，如人(操作者、管理者)、机(设备)、料(原材料)、法(工艺、检测方法)、环(环境)、资(资金)、能(能源)、信(信息)等，进行合理配置和优化组合，通过计划、组织、控制、协调、激励等管理职能，保证现场按预定的目标．实现优质、高效、低耗、均衡、安全、文明的生产。
（5）生产绩效度量与评估技术
生产绩效和成本是制造企业竞争能力的重要体现，合适的度量方法和评价指标体系能够为生产系统运行的定量、定性的测量和分析提供依据，用于衡量、预测和评价不同布局规划、系统配置、生产运行的绩效与水平，及时反映结果信息、偏差信息和改进效果，揭示存在的问题，为生产系统调整和优化指出改进的方向。
（6）生产设施配置与改进技术 从人因工程的角度，也就是考虑人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作中、生活中和休息时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题。基本方法就是对人的能力、限制、特点、行为和动机等相关信息进行系统研究，并将之用于产品、操作程序及使用环境的设计。
3 航天制造工业工程业务设想
3.1 航天制造工业工程业务架构
根据工作定位和工作性质，企业工业工程工作具有如下特点： 全局性：即以顾全企业全局利益为最高工作目标，工作内容需要全盘考虑实施和应
用的方方面面，不可片面；
系统性：即以系统性筹划和分层次实施为工作原则；
连续性：即强调“持续改善”、“小步快跑”，通过量的逐步积累实现质的跨越； 长期性：即工作方法需要避免短期行为，通过持之以恒、循序渐进的方式促成改善
目标的实现。
针对航天制造生产中迫切需要改善的问题，立足于提升生产能力、挖掘现有潜力、优化生产过程、促进持续发展，可在航天制造领域发展的工业工程业务架构可用“立足6项技术，开展5类应用，提升4种能力，形成3类标准，构筑2个基础，建立1个框架”来概括，如图所示：
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建立1个框架支持企业转型发展的生产系统整体框架企业基础流程现场基础数据夯实2个基础确立3个标准标准流程标准作业标准工时提高4种能力有限资源的制造能力生产系统规划与设计系统建模与仿真进度节点的响应能力生产现场管理与改善布局与物流规划质量与可靠性保证能力生产运行评估与诊断成本控制和经济竞争能力生产标准化与成熟度设施配置与改进开展5类应用物流系统建设与集成立足6项技术流程分析与优化绩效度量与测评现场管理与改善
图4 航天制造企业工业工程应用架构图
根据工作定位和工作性质，企业工业工程工作具有如下特点： 解释如下：
立足6项技术，包括：生产系统建模与仿真技术，生产布局与物流规划技术，生产
流程分析与优化技术，生产现场管理与改善技术，生产绩效度量与评估技术，生产设施配置与改进技术；
开展5类应用：生产系统的规划与设计，生产现场的管理与改善，物流系统的建设
与集成，生产运行的评估与诊断，生产标准化与成熟度提升；
提高4项能力：有限资源的制造能力；进度节点的响应能力；质量与可靠性保证能
力；成本控制和经济竞争能力；
形成3个标准：形成“标准流程”，制定“标准作业”，确定“标准工时”； 确立2个基础：企业基础流程，现场基础数据；
建立1个框架：基于企业战略，建立支持企业转型发展的生产系统整体框架。
3.2 航天制造工业工程业务内容
在航天制造企业推广工业工程技术和方法，目的是借鉴发达工业国家先进、成熟的工业化途径，推动航天工业化的健康、深入发展，参考工业工程在其他行业应用的业务经验，结合航天制造自身特点，建议航天制造工业工程业务主要包括如下内容：
（1）生产系统规划与设计 内容包括：企业生产布局、生产线与单元的策划与设计；生产线/生产单元仿真与优化；生产线高效化研究与实施；人员与组织的高效化研究与实施；生产运作体系规则与程序设计。
（2）生产现场管理与改善
内容包括：生产现场管理；生产设施改善；生产环境改善；设备保障与使用改善。 （3）物流系统建设与集成
内容包括：企业内部生产物流规划与建设；物料编码标识技术研究与应用；现代物流设备研究与应用；航天分布式协作与供应链体系探讨。
（4）生产运行评估与诊断
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内容包括：绩效测量技术研究与应用以及经济测量与分析技术两方面。 （5）生产标准化与制造成熟度
内容包括：标准工时制定；标准化体系建设与维护；工艺稳定性推进；制造成熟度与可靠性研究与应用。
结束语
本文从航天制造当前所处的背景分析出发，提出发展应用工业工程技术与专业的主要需求，从广义工业工程内容体系中提出符合航天制造应用需要的6项主要技术领域，并且建立相应的航天制造工业工程应用框架，为推动航天制造工业化的深入、支持集团产业化发展，实现航天制造信息化与工业化的深度融合，迎接以网络化、智能化为主要特点的工业4.0时代的到来奠定基础。
参考文献
[1] Drath Rainer, Horch Alexander. Securing the future of German manufacturing industry: Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRRIE 4.0（保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议: Hit or hype.IEEE Industrial Electronics Magazine,2014.8（2）:56-58. [2]张慧莲，汪红驹，中国经济“新常态”，银行家，2014.6 [3]马光远，进入“新常态”的中国经济，同舟共进，2014.10
[4]陈志文，“工业4.0”在德国：从概念走向现实，世纪科学，2014.5 [5]宁振波，吴元良，从先进制造业的发展看实施工业4.0的前提条件，航空制造技术，2014，18
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