轨道ATK的助推器技术革新

当你在过去几十年里为政府用户完善了一个产品的制造工艺时，再想要做出一些改变并不容易。特别是在航空航天工业中，没有人愿意通过修改工艺而带来风险，即使在有新材料和创新技术出现的情况下也是如此。

当NASA的航天飞机退役，转而使用重型航天发射系统（SLS）时，它为轨道ATK公司（即现在的诺格创新系统公司）打开了大门，使其能够做出改变，这种改变提高了该公司为SLS制造的大型固体火箭助推器的质量，并降低了成本。目前已建成绝热部件加工中心，SLS助推器就在这里生产制造。在航天飞机项目中，火箭发动机金属壳体和部件在之前的航天飞机飞行之后，经过翻新就在这里生产。厂房里已经对金属壳体表面全部进行了清洁，为外部喷漆和壳体内绝热层粘贴做好准备。壳体内表面使用抗烧蚀绝热材料来保护金属硬件，以免被推进剂燃烧产生的热量所烧蚀。壳体上的绝热层在高压釜中固化后，用一种胶黏剂作为绝热层和推进剂之间的胶粘接层，涂上衬层后，将在不同的设备中进行推进剂浇注。除了生产绝热壳体之外，该中心还负责生产柔性接头，这是推进器上的关键部件，它可以通过推力矢量控制系统使喷管摆动进行摆动。

在其他工作中心（如：壳体修整、无损检测、绝热、喷管、混合浇注和总装等），以及行政支持功能（例如供应链管理、财政和质量等），也同时进行着类似的调整工作。

我们完成这些改变总共分为如下六个步骤进行。

第一步：联系客户

当我开始和绝热部件工作中心团队的其他成员合作完成这项任务时，建造固体火箭助推器是一个精心策划的工艺过程，在航天飞机项目过程中不断地发展和演变。在整个项目中，原有的工艺流程发展缓慢，包括对改正和/或验证工艺过程中出现的问题进行额外检查和检测。这些额外检查是为了处理在生产的最后阶段或者以后飞行检测阶段中发现的不合格项。有很多“明显”（或我们认为明显）的领域，一般情况下，我们通过改进或简化生产步骤去除不必要的操作，减少周期时间（即制造推进器的每个部件所需的时间）。但是，我们担心NASA可能不愿意接受这些改变，因为现在的流程已经过多年的飞行验证，并随着飞行任务的成功而得到了改进。

我们与NASA最初的几次见面中，NASA作为SLS助推器的主承包商，明确表示，完全同意我们可能提出的任何改变，只要我们能够为这些改变提出明确的技术理由，保证不会影响最终质量或产品性能，并可得到一个好的投资回报。我们还必须让所有提议的变更都通过既定的程序得到批准和实施，控制程序由NASA/轨道ATK联合领导小组监督。

Alex Priskos是目前NASA 的SLS助推器项目经理，他对我们公司在消除浪费、降低成本、控制风险方面做出的努力表示赞赏。2012年在对职工的“感谢”视频中，Priskos说NASA“已经接受了必须做出改变、而非逃避改变的现实。我们将迎接在技术方面和管理过程方面的创新，以应对紧缩的财政环境。我们共同的目标是研发安全的、可负担得起的、可持续性的发射器。”

第二步：绘制基线流程

第二步是绘制基线流程。我们已经在专用会议室的墙上贴了一个流程图，以便有一个直观的参考。然后，使用各种颜色的便利贴来标识所有的流程步骤，并将它们以适当的串联和并行的方式排列，这样我们就可以看到它们之间相互关联，并能够在修改过程中移动流程元素。除了绘制流程之外，我们还估算了流程中各部分的周期时间。这项工作中令人感到沮丧的（同时又是可提供很多信息的）部分是，我们必须在审阅规划文档时多次修改基线流程，以验证我们完全理解基线流程。在这个过程中，会有很多的变动和保持，虽然这些我们都意识到了，但是在流程的原始布局里并没有包括。当完成基线流程布局时，我们就已经认识到有些步骤可以通过在同一工位合并操作来简化掉，没有必要将直径3.7米、重9000到14000千克的钢制圆筒从一个工位搬到另一个工位。从而减少了周期时间，增强了安全性，并减小了产品风险。

第三步：与客户就明显浪费问题进行沟通

当我们开始从更深的角度看生产流程时，就对减少多个步骤所需的时间有了更多的想法。有时候这些改变的想法就很简单。例如，我们的基准绝热流程要求在使用特定溶剂清洁后，晾干时间为55分钟。而其他工作中心在做类似的关键粘接操作时，在类似的材料上使用相同的溶剂，晾干时间仅用了30分钟。通过将晾干时间与其他工作中心所用的时间对比，我们可以在使用溶剂的每一个步骤上减少25分钟的处理时间。NASA要求证明这种变化不会影响粘接的完整性。我们指出了这与其他中心的相似之处，并针对这种变化研发了合理的粘接技术。结果是，NASA要求我们立刻付诸实施。我们还发现了标准操作中的另一个问题，在粘接前，用酒精擦拭粘接表面。这看起来似乎是一个谨慎的预防措施。但是，多年来这种操作已经演变成一个惯例，即操作员多次清洁一些不需要进行额外处理的部位。我们认为用酒精擦拭这些不需处理的部位其实是一种浪费，应该被省略掉。

其他的流程变化虽然不会这么直接，但仍然相对简单。例如，在航天飞机项目的数年中，有人认为，如果操作员在干燥时进行加热以减少干燥时间，这可以使壳体段内部喷涂工序更加高效。其实，这反而要求在操作员进行下一步工序之前，要先将喷涂部位进行冷却。我们认为可以通过加热管道将周围的空气输送到工作站，从而使部件冷却。经过数次测试，可以确定，加速冷却不会引起初始涂层有任何变化。在听取了我们的意见后，NASA允许我们采用强制冷却的方案，节省了近24小时的处理时间。

另一个案例就是阿洛丁修复操作。阿洛丁是一种用于抗烧蚀和对粘接表面进行处理的涂层材料。由于有些部件是在绝热组件中心内移动，操作员会用阿洛丁迅速修复一些划伤，导致了流程的延迟。在该工作中心进行这些修复操作就花费了近72小时。由于总装中心也要求在总装之前进行阿洛丁修复，因此说，在绝热组件中心的所有阿洛丁操作都是多余的。当我们讨论取消绝热部件中心的所有阿洛丁修复时，有些小组成员对取消防腐蚀特性修复仍持犹豫态度；但是考虑到固体助推器的制造都是在犹他州海岬工厂的典型周围环境下进行的，同时也考虑到部件在厂内不同设施之间移动的时间长度，因此我们认为出现风险的概率很小，而阿洛丁修复作为总装工作中心修复工序的一部分，所有的补救措施都已经非常到位，所以还是提议取消绝热组件工作中心的阿洛丁修复。NASA批准了该提议，节省了72小时的加工时间。

我们还仔细检查了空闲段的操作，寻找减少周期时间的可能性。其中一个例子是在固化过程之前，壳体在真空下保温所用的时间。根据助推器的新绝热材料数据和有些非常基本的测试表明，在真空下停留的时间可以减少73%，这样，总体处理时间可有效节省一到两天。

第四步：挑战标准和辩论建议

一旦我们确认并完成了这些比较明显的变化，我们对可能更有争议的目标操作就要做更多的努力。我们通过查阅航天飞机项目的检查记录，来确定操作员在多个检测点发现缺陷的频率。经过详细分析后，确定有多个检查点在项目过程中并未发现缺陷——整个项目持续时间长达30年，制造了330台助推器（270台飞行助推器和50台静态试验发动机）。我们认为这些检查点是不需要进行检查的，提议将其取消。与NASA代表进行了讨论，分析了可能的风险之后，NASA同意将这些检查点取消。但我们并没有取消所有的检查点，经过讨论达成共识，即有几个检查点已经很到位，以筛查潜在的故障模式，虽然这些模式显然不太可能为人所知，但还是应该进行检查。

与进行的硬件检查相似，我们认真研究了原材料的检测，以便确认可能存在的浪费性操作。研究发现，材料供应商和我们自己的入厂验收实验室进行了很多相似的试验，重复性工作很多。在大多数情况下，这种重复并不是真正需要的，而是随着时间自发进行的。停止这些重复性的工作可大大提前材料的交付日期，同时可简化试验人员的操作。通过仔细审查几十年来使用性能良好的材料的贮存寿命和重新测试的数据，我们制造了类似的增强材料。只要数据和老化机理分析支持这种更改，我们就对经过多次重复试验、且未出现失效的材料赋予了新的贮存寿命。这不仅减少了原材料的订购量，也提升了现有材料的利用率。

第五步：预测结果

在历时几个月的高效工作过程中，我们绝热组件工作中心团队提出了多项更改，预计将制造五段式助推器中心段所需的时间会从54天减少到24天。我们预计前段和后段也会有类似的节约情况。在整个助推器制造流程中，31个小组确认了308个更改，排除了工作流程中的浪费环节。这些改变可以从工作流程中消减447个材料移动，使预测的总体周期时间减少了46%。

第六步：实施改变并追踪实际结果

2012年轨道ATK完成了消除浪费的活动，作为诺格公司的分部，我们继续执行这些改进后的操作。公司已制造了7台五段式固体火箭发动机：3台研发试验发动机，2台验证发动机，还有2台将用于NASA航天发射系统首次飞行的助推器。飞行助推器将于几个月后交付NASA肯尼迪航天中心，与飞行器进行最后的装配。这次飞行将是45年来人类首次重返深空。

在使用改进工艺完成了7台助推器共35段后，诺格公司拥有足够的数据来验证助推器质量和实际减少的周期时间。这些数据中的大多数都是有专利的，但是我可以跟大家分享的是，多次静态试验结果表明，工艺流程的改进并未降低助推器的质量。另外，工厂作为一个整体，目前正在进行与航天飞机项目过程中相同的工作，但是职工人数却只是航天飞机项目的一小半。

NASA对诺格公司同心协力消除浪费的倡议的支持，在当时及乎是革命性的；我们几乎不知道该机构正在引入一种新的操作模式，该模式将成为人类太空飞行的永久组成部分。感谢主承包商愿意做出改变来消除浪费，项目领导愿意在管控风险的同时接受改变，当NASA谈到人类的深空任务时，能够自信地使用类似“可付担得起的”和“可持续的”词语。可负担得起和持续性正是我们在人类航天飞行项目中需要的特征，该项目的目标是将人类送至月球并返回，并将第一批探索者送到火星上去。