航天型號技術(shù)風險及產(chǎn)品質(zhì)量的量化管控

◎中國運載火箭技術(shù)研究院總體設計部 王小靜

2012年是中國航天科技集團公司型號技術(shù)風險和產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性全面量化控制之年，也是中國運載火箭技術(shù)研究院型號質(zhì)量全面量化控制的強化之年。

按照上級相關要求，中國運載火箭技術(shù)研究院總體設計部組織各型號研制隊伍積極開展型號技術(shù)風險和產(chǎn)品質(zhì)量可靠性量化控制工作策劃，明確工作思路和工作項目，將技術(shù)風險和產(chǎn)品質(zhì)量量化控制工作納入全年科研生產(chǎn)工作計劃，以確保各項技術(shù)風險和產(chǎn)品質(zhì)量量化控制工作的落實，目前已取得一定成效。

一、研制流程量化管控思路

總體部采取邊學習、邊實踐、邊總結(jié)的方式，以型號產(chǎn)品研制程序為主線，以技術(shù)風險有效管控為目標，穩(wěn)步推進量化控制工作的開展，逐步形成了“設計要求量化、試驗驗證量化、生產(chǎn)操作量化、測試比對量化”的技術(shù)風險和產(chǎn)品質(zhì)量可靠性量化控制工作思路，如圖1所示。

通過“設計要求量化”從設計源頭明確設計量化要求，從總體、分系統(tǒng)到單機，從設計、備料到生產(chǎn)，實現(xiàn)技術(shù)要求的準確量化傳遞。

通過“試驗驗證量化”充分利用初樣研制階段的有利時機，對產(chǎn)品設計、工藝、元器件和原材料的正確性、協(xié)調(diào)性、可靠性等進行充分的試驗驗證，獲得定量的試驗驗證結(jié)果。試驗中一旦發(fā)現(xiàn)設計薄弱環(huán)節(jié)，可通過改進產(chǎn)品設計、完善設計定量要求來提高產(chǎn)品固有可靠性。

型號進入試樣階段后，可重點通過“生產(chǎn)操作量化”、“測試比對量化”對正式產(chǎn)品的生產(chǎn)、驗收試驗、綜合試驗、總裝總測、靶場測試等過程實施有效控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量和使用的可靠性，實現(xiàn)對技術(shù)風險的有效管控。

二、量化控制的實施

1.技術(shù)風險量化控制

為進一步落實航天科技集團《宇航型號技術(shù)風險分析和控制要求》和研究院《航天型號技術(shù)風險分析要求》，以科學有效的方法提前認識、發(fā)現(xiàn)型號研制中存在的技術(shù)風險，并通過采取有效措施消除、控制或降低技術(shù)風險，保證型號研制順利進行，為飛行試驗任務的圓滿成功提供決策依據(jù)，總體部結(jié)合型號任務工作特點制定了《型號產(chǎn)品技術(shù)風險與控制要求》。該要求明確了技術(shù)風險分析與控制的相關概念，提出了關鍵技術(shù)風險、設計質(zhì)量風險、產(chǎn)品質(zhì)量風險和操作質(zhì)量風險的“四維度”技術(shù)風險體系，規(guī)范了技術(shù)風險分析與控制的工作流程，明確了型號研制各階段風險控制要求和量化評估要求，強調(diào)大型地面試驗前要進行技術(shù)風險分析，并給出了風險分析報告模板，以更好地指導具體工作。

以某重點型號為例，出廠前嚴格按照航天科技集團和研究院技術(shù)風險分析與控制的相關要求，結(jié)合型號任務特點，通過采用“九新”分析、單點失效模式分析、飛行時序動作分析、試驗充分性分析等方法，從技術(shù)風險、設計風險、產(chǎn)品質(zhì)量風險和工作質(zhì)量風險四個維度識別風險源。在此基礎上，對風險因素的影響進行定量分析，估算出各個風險發(fā)生的概率及其可能導致的損失程度，按風險大小進行量化排列，形成技術(shù)風險排序表。針對不可接受的風險詳細制定風險控制計劃，通過關鍵特性分析、設計裕度分析、數(shù)據(jù)包絡分析、試驗充分性與測試覆蓋性分析、強制檢驗點、產(chǎn)品數(shù)據(jù)包、產(chǎn)品最終狀態(tài)確認、故障預案等控制手段，在設計、分析、試驗、管理上采取相應措施將風險降至最低；對于殘余風險，制定具體措施加以應對，使其處于可接受的程度。

2.產(chǎn)品質(zhì)量量化控制

圖1 結(jié)合型號研制流程的量化控制示意圖

（1）設計要求量化控制

設計是型號產(chǎn)品研制的源頭，是提高產(chǎn)品質(zhì)量可靠性、控制技術(shù)風險的關鍵環(huán)節(jié)之一。多年來，航天型號研制工作主要通過任務書、環(huán)境條件等形式傳遞總體對分系統(tǒng)、分系統(tǒng)對單機設計技術(shù)要求，通過圖樣、技術(shù)條件等形式傳遞設計對生產(chǎn)的技術(shù)要求。近年發(fā)生的一些質(zhì)量問題暴露出在設計要求上還存在量化程度不夠的問題，為此，總體部組織開展了相應工作，尤其是針對Ⅰ、Ⅱ類單點故障涉及的產(chǎn)品設置了設計關鍵特性，針對接口管控開展了接口數(shù)據(jù)表單（IDS）試點工作。

一是Ⅰ、Ⅱ類單點故障分析和設計關鍵特性設置。

Ⅰ、Ⅱ類單點故障是彈（箭）型號最主要的技術(shù)風險源之一。2011年以來，按照中國運載火箭技術(shù)研究院李洪院長提出的“將單點故障模式分析與控制進行到底，將產(chǎn)品測試覆蓋性分析進行到底，將擰緊力矩控制進行到底”的要求，總體部根據(jù)Q/QJA 71《航天型號單點故障模式識別與控制要求》、《關于進一步加強型號單點故障模式及關鍵特性分析與控制要求的通知》等規(guī)范和文件，在各型號中全面開展了Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式分析與控制工作，總體部制定了《型號產(chǎn)品Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式識別與控制指南》，進一步細化了工作流程，形成了Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式、設計關鍵特性和強制檢驗點清單，對Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式產(chǎn)品的關鍵特性及強制檢驗點的設置、控制措施和確認結(jié)果明確了量化要求。

二是IDS試點工作。

針對近年來各型號研制和發(fā)射過程中因接口不協(xié)調(diào)而誘發(fā)的質(zhì)量問題，為加強接口管控，總體部以總體—分系統(tǒng)—單機為主線繪制了各系統(tǒng)和各單機產(chǎn)品技術(shù)接口關系網(wǎng)絡圖，通過接口數(shù)據(jù)表單對技術(shù)接口進行管控，實現(xiàn)彈（箭）上、地面全方位的面向產(chǎn)品的接口管控。以某型號為例，總體部針對技術(shù)接口量化控制開展了IDS試點工作，牽頭制定了電子產(chǎn)品、機電產(chǎn)品、火工品等4類、9個接口數(shù)據(jù)表單模板。

（2）試驗驗證量化控制

一是環(huán)境適應性量化驗證。

在研型號除按常規(guī)開展力學環(huán)境鑒定試驗外，還借鑒載人運載火箭研制經(jīng)驗策劃了環(huán)境安全余量試驗，如在某型號研制中明確提出了關鍵電子產(chǎn)品要開展環(huán)境安全余量試驗的要求，加大隨機振動量級和溫度上下限，以摸清關鍵電子產(chǎn)品對于力學環(huán)境、熱環(huán)境的耐受極限。

二是設計裕度量化驗證。

對于影響產(chǎn)品可靠性的關鍵參數(shù)，必須留有適當?shù)脑O計裕度，并經(jīng)過充分的分析和驗證?！伴L征”三號甲系列型號按照關鍵特性的裕度要求做到100%分析和驗證，在每發(fā)火箭產(chǎn)品驗收、出廠之前，對單機、分系統(tǒng)和總體關鍵特性參數(shù)的設計裕度及鑒定試驗的充分性100%進行分析和確認，并納入出廠復查工作?？傮w部對在研型號也策劃了設計裕度的定量驗證工作，制定了驗證方案，明確提出在初樣試驗中要100%進行試驗驗證，并通過定量結(jié)果對設計裕度進行評估，確保關鍵設計具有適當裕度。

三是可靠性指標量化驗證。

目前，為實現(xiàn)新研制型號各類產(chǎn)品的可靠性指標量化驗證，總體部組織設計人員和可靠性專業(yè)人員共同開展了深入的研究工作，對各級各類產(chǎn)品均提出了可靠性指標要求。對電子產(chǎn)品充分借鑒以往型號的成功經(jīng)驗，通過可靠性增長試驗實現(xiàn)增長和驗證目的；對閥門、管路、結(jié)構(gòu)、火工品等非電產(chǎn)品，分析了其故障模式與故障機理、可靠性特征量及其分布類型，制定了各類產(chǎn)品可靠性驗證方案。目前，初樣可靠性試驗正在全面展開。

（3）生產(chǎn)操作量化控制

針對單機生產(chǎn)制造過程、彈（箭）總裝過程、靶場操作過程等關鍵環(huán)節(jié)，總體部組織型號隊伍積極研究并應用了強制檢驗點、量化螺栓擰緊力矩與防松、MindManager輔助管理等方法和手段，如圖2所示。

一是設置強制檢驗點。

對于存在Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式的產(chǎn)品，在單機生產(chǎn)制造過程、彈（箭）總裝過程或靶場操作過程中設置了強制檢驗點，由設計人員對加工、裝配、檢驗或防護等工序進行檢查確認，對確認結(jié)果給出量化結(jié)論，確保質(zhì)量和可靠性關鍵環(huán)節(jié)受控。

二是量化螺栓擰緊力矩和防松措施。

針對型號研制和飛行試驗中暴露出的連接螺栓擰緊力矩不足問題，總體部成立了量化螺栓擰緊力矩專題小組，針對彈（箭）連接螺栓擰緊力矩量化控制工作進行深入攻關，分3個階段推進螺栓擰緊力矩量化控制工作。第一階段為全面梳理彈（箭）連接螺栓使用情況；第二階段為對復雜部位連接螺栓進行試驗和理論分析，結(jié)合實測力矩要求、理論分析和試驗結(jié)果，確定復雜部位螺栓擰緊力矩；第三階段為制定彈（箭）螺栓連接擰緊力矩標準規(guī)范和擰緊力矩數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。目前，第一階段工作已完成，第二階段工作正在穩(wěn)步推進。

圖2 生產(chǎn)操作量化控制示意圖

三是采用MindManager輔助靶場操作流程管理。

靶場操作是彈（箭）發(fā)射前的最后一環(huán)，其工作質(zhì)量直接影響飛行成敗。為實現(xiàn)靶場操作的精細化、規(guī)范化管理，杜絕操作不到位、確認不到位、判讀有遺漏的情況出現(xiàn)，“長征”二號丙型號隊伍組織各系統(tǒng)實施靶場操作全過程表格化管理，并借助MindManager軟件輔助靶場操作流程管理，對靶場每日工作項目按表格化進行確認，保證了各項工作操作到位、確認到位。

（4）測試比對量化控制

為有效控制型號飛行試驗技術(shù)風險，總體部組織各型號隊伍對產(chǎn)品從制造、驗收到測試的全過程關鍵數(shù)據(jù)進行比對分析，以有效發(fā)現(xiàn)超差、臨界、超包絡、跳變等異常情況，并及時采取控制措施?！伴L征”三號甲型號隊伍通過對靶場測試數(shù)據(jù)進行細致判讀比對和包絡分析，發(fā)現(xiàn)了一級助推尾艙內(nèi)空氣溫度參數(shù)與實際環(huán)境溫度不符等3個問題，通過認真查找問題原因，采取了針對性措施，確保了產(chǎn)品質(zhì)量。

三、后續(xù)工作

為全面實現(xiàn)型號技術(shù)風險及產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性關鍵環(huán)節(jié)的量化控制，總體部后續(xù)將重點開展以下工作：

一是貫徹落實“三個進行到底”要求，全面推進螺栓擰緊力矩量化控制工作，實現(xiàn)連接螺栓100%的進行量化擰緊力矩分析或有防松措施控制，并形成量化力矩標準規(guī)范。

二是以技術(shù)風險的識別與控制為主線，有針對性地系統(tǒng)梳理質(zhì)量與可靠性控制方法，研究提出量化控制點、控制方法和控制手段，形成技術(shù)手冊或指南。

實踐證明，量化控制是將型號研制質(zhì)量控制工作向精細化、規(guī)范化、流程化和表格化方向推進的有力抓手，是加強和規(guī)范型號技術(shù)風險及產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性工作的重要手段。在上級單位的領導下，中國運載火箭技術(shù)研究院總體設計部已在型號研制中全面推進量化控制工作，并取得了很好的效果。后續(xù)，總體部將繼續(xù)加強量化控制方法研究和手段建設，狠抓型號研制的全過程量化控制，不斷提升總體設計和技術(shù)抓總能力，確保型號任務圓滿成功。