航天發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備可靠性工作研究

蘇永芝, 陳景鵬

(1.裝備學(xué)院昌平士官學(xué)校,北京102249; 2.裝備學(xué)院航天裝備系,北京101416)

航天發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備可靠性工作研究

蘇永芝1, 陳景鵬2

(1.裝備學(xué)院昌平士官學(xué)校,北京102249; 2.裝備學(xué)院航天裝備系,北京101416)

航天發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備的高可靠性對于保障航天任務(wù)的測試發(fā)射具有重要意義。分析了航天發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備可靠性工作的現(xiàn)狀,探討了可靠性工作中的主要問題,從可靠性管理體系、可靠性設(shè)計、快速檢測維修、可靠性數(shù)據(jù)積累、可靠性關(guān)鍵技術(shù)等5個方面對開展可靠性工作提出了建議。對促進發(fā)射場可靠性工作的組織和開展,推動地面設(shè)施設(shè)備可靠性水平的提高具有積極作用。

航天發(fā)射場;設(shè)施設(shè)備;可靠性

航天發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備,通常是指各類技術(shù)廠房、發(fā)射勤務(wù)塔、導(dǎo)流槽等設(shè)施以及與之配套的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、加注供氣、采暖空調(diào)、供配電和接地、消防和給排水、測發(fā)指揮監(jiān)控等系統(tǒng)的設(shè)備,是完成航天發(fā)射試驗任務(wù)的重要技術(shù)支持與保障[1]。航天發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備具有性能復(fù)雜、生產(chǎn)投入大和可靠性要求高等特點,其狀態(tài)的好壞關(guān)系到航天發(fā)射的成敗。隨著我國航天發(fā)射活動越來越密集,試驗任務(wù)交叉并行情況普遍,發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備任務(wù)狀態(tài)變化大、技術(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換快,檢測檢修時間越來越緊張,設(shè)備狀態(tài)的可靠性問題越來越突出。在這種情況下,需要確保設(shè)施設(shè)備連續(xù)可靠穩(wěn)定地運行,實現(xiàn)設(shè)施設(shè)備的快速恢復(fù)、快速檢修,保障高密度航天發(fā)射條件下設(shè)施設(shè)備的任務(wù)可用性,確保不因設(shè)施設(shè)備故障耽擱任務(wù)進度,不因設(shè)施設(shè)備失效引起安全問題。因此有必要對航天發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備可靠性工作現(xiàn)狀、存在問題和改進措施進行全面深入分析和系統(tǒng)科學(xué)的研究。

1 工作現(xiàn)狀

近年來,各航天發(fā)射場開展了一系列可靠性工作,逐步形成了比較成熟和穩(wěn)定的模式和方法,積累了成功的經(jīng)驗。我國已經(jīng)完成100余次航天發(fā)射活動,尚未發(fā)生因地面設(shè)施設(shè)備的可靠性問題影響發(fā)射任務(wù)的事例,這是我國航天發(fā)射場高可靠性、安全性和保障性的集中體現(xiàn)。

1.1 高度重視可靠性工作

各級領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員高度重視可靠性工作,目前可靠性的理念已經(jīng)比較普及,全員具備了可靠性的工作意識。在總結(jié)以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上, 2009年底前各航天發(fā)射場質(zhì)量管理體系初步建立,可靠性相關(guān)制度規(guī)范不斷優(yōu)化完善,初步實現(xiàn)了發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備的科學(xué)管理。

1.2 初步應(yīng)用可靠性設(shè)計理念

航天發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備的設(shè)計過程,已經(jīng)從滿足功能使用為主導(dǎo)逐步向有意識的可靠性設(shè)計轉(zhuǎn)變。在海南發(fā)射場設(shè)計過程中,已經(jīng)開始全面探討可靠性設(shè)計思想[2];在現(xiàn)有發(fā)射場的設(shè)施設(shè)備新建和改造中,也初步應(yīng)用了可靠性設(shè)計理念,針對關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備開展了設(shè)計可靠性復(fù)核工作,進行了相應(yīng)更新改造。

1.3 嚴(yán)把生產(chǎn)施工質(zhì)量關(guān)

在大多發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備的制造方面,對元器件選型、施工安裝質(zhì)量、技術(shù)狀態(tài)管理與控制等有較為嚴(yán)格的措施。諸如選擇資質(zhì)優(yōu)、生產(chǎn)施工規(guī)范的單位;生產(chǎn)過程進行現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督及安裝、調(diào)試過程中的質(zhì)量管控等。

1.4 大力加強設(shè)施設(shè)備使用過程管理

發(fā)射場已經(jīng)把地面設(shè)施設(shè)備的使用和管理納入到質(zhì)量管理體系中。設(shè)施設(shè)備的使用維護均有嚴(yán)格的管理措施,制訂了操作規(guī)程、技術(shù)安全檢查制度、應(yīng)急預(yù)案等試驗文書,對出現(xiàn)的問題按“雙五條標(biāo)準(zhǔn)”進行歸零,確保設(shè)施設(shè)備的任務(wù)可靠性。

1.5 有計劃地進行檢修維護和更新改造

對地面設(shè)施設(shè)備進行檢修檢測是航天發(fā)射場任務(wù)準(zhǔn)備的一項重要工作,目的在于對設(shè)施設(shè)備進行全面的檢修維護和運行檢查,及時發(fā)現(xiàn)并消除存在的故障和隱患。根據(jù)設(shè)施設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)的問題,通過任務(wù)前的更新改造,減少存在的不可靠因素,降低了故障發(fā)生的概率,實現(xiàn)了可靠性增長。目前航天發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備基本上采取定期維修策略,基于狀態(tài)的維修方式尚未在航天發(fā)射場得到普及應(yīng)用。

1.6 積極開展可靠性分析與評估

各個航天發(fā)射場積極開展可靠性評估方法的研究與探索[3-4]。通過分析與評估,初步了解和掌握設(shè)施設(shè)備的可靠性水平,發(fā)現(xiàn)了不少設(shè)施設(shè)備隱患和薄弱環(huán)節(jié),并采取相應(yīng)的整改措施和控制措施,對關(guān)鍵設(shè)備制訂了相應(yīng)的預(yù)防和改進措施,降低了設(shè)備或部件發(fā)生故障的可能性,確保了任務(wù)中設(shè)施設(shè)備的可靠性和安全性[5]。

2 存在的問題

各發(fā)射場已開展的上述工作確保了地面設(shè)施設(shè)備處于較高的可靠性水平,但仍然存在一些問題。新的條件下,高密度發(fā)射給可靠性工作帶來了新挑戰(zhàn)和新需求,也使得這些問題的解決變得更為緊迫。

2.1 可靠性工作缺乏系統(tǒng)性

航天型號研制部門充分貫徹“可靠性是設(shè)計出來的、生產(chǎn)出來的、管理出來的”思想,把產(chǎn)品的可靠性工作作為一項系統(tǒng)工程[6]。與航天型號產(chǎn)品(運載器、航天器)相比,發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備可靠性工作缺乏系統(tǒng)性和全壽命管理,設(shè)計、生產(chǎn)、管理等各個環(huán)節(jié)沒有形成系統(tǒng)的可靠性管理體系。發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備是一個復(fù)雜的龐大系統(tǒng),表現(xiàn)為單臺次、小批量、非標(biāo)準(zhǔn)、服役時間長、使用環(huán)境惡劣等特點,與運載器、航天器等產(chǎn)品差異較大。發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備類型多、數(shù)量大,多數(shù)是非電子類產(chǎn)品,其失效模式更為復(fù)雜、誘因更多、更難預(yù)測,而運載器、航天器等產(chǎn)品都是高度集成的工業(yè)產(chǎn)品,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰完整,包含大量電子和機電單元,失效模式較為簡單。同時,由于兼顧多種型號任務(wù),發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備參加任務(wù)時間長,經(jīng)常處于貯存與使用交替、可維修性與不可維修性并存的狀態(tài),系統(tǒng)可靠性工作極其復(fù)雜。以上特點導(dǎo)致開展系統(tǒng)全面的可靠性工作存在很大難度。

2.2 可靠性設(shè)計存在薄弱環(huán)節(jié)

設(shè)施設(shè)備可靠性是設(shè)計出來的,如果在設(shè)計階段不考慮可靠性設(shè)計,到施工安裝階段之后發(fā)現(xiàn)問題再考慮,勢必花費更多的時間和代價,有的問題甚至根本無法解決。航天發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備開展有意識的可靠性設(shè)計工作時間較短,設(shè)計過程還存在一定的問題。目前采取串行設(shè)計模式,各設(shè)計部門進行功能設(shè)計,完成之后再進行可靠性復(fù)核,找出薄弱環(huán)節(jié)。這種方式帶來一定的專業(yè)溝通障礙,可能導(dǎo)致一些潛在的隱患無法發(fā)現(xiàn),使設(shè)計周期過長。設(shè)計過程中對各種使用操作失誤和維護保養(yǎng)不當(dāng)帶來的安全隱患考慮還不夠全面。此外,航天發(fā)射場正在服役的設(shè)施設(shè)備,除部分關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備或系統(tǒng)進行冗余、降額等可靠性設(shè)計外,還有部分設(shè)施設(shè)備沒有系統(tǒng)地進行可靠性設(shè)計,對其日常維護、壽命評估均帶來不利影響,而這些設(shè)施設(shè)備可能還要使用很長一段時間。

2.3 可靠性控制存在漏洞

在生產(chǎn)、制造、采購、安裝、調(diào)試環(huán)節(jié),還達不到全過程監(jiān)控,可靠性控制存在漏洞。發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備特裝多,且多為非標(biāo)單臺套產(chǎn)品,缺少產(chǎn)品的可靠性增長試驗,產(chǎn)品可靠性設(shè)計缺少監(jiān)督反饋;生產(chǎn)過程質(zhì)量控制主要依靠生產(chǎn)廠家,廠家對生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)管理和控制的差異性決定了產(chǎn)品質(zhì)量的差異,不可避免地存在設(shè)施設(shè)備及零部件可靠性和質(zhì)量水平參差不齊、生產(chǎn)工藝一致性差的現(xiàn)象。此外,安裝調(diào)試施工過程還存在較多的人為因素,影響設(shè)施設(shè)備的建設(shè)質(zhì)量和日后運行。限于設(shè)施設(shè)備制造企業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)的特點,發(fā)射場部分設(shè)施設(shè)備在出現(xiàn)問題后,難以完全按照質(zhì)量問題“雙五條標(biāo)準(zhǔn)”進行歸零。

2.4 可靠性分析與評估結(jié)果可信度低

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的不完整降低了可靠性分析與評估結(jié)果的可信性?；A(chǔ)數(shù)據(jù)包括壽命、修復(fù)時間等數(shù)據(jù)和說明書、原理圖等文檔資料。設(shè)施設(shè)備資料來源于設(shè)計單位和廠家,限于技術(shù)保密等因素,文檔資料較少,發(fā)射場進行全面的設(shè)施設(shè)備可靠性分析存在較大技術(shù)難度。由于對設(shè)施設(shè)備的認識深度不夠,薄弱環(huán)節(jié)的改造可能會帶來其他的安全隱患。設(shè)施設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計主體為機房日志和設(shè)施設(shè)備故障統(tǒng)計表,所能獲得的數(shù)據(jù)呈階段性和離散型特點,存在系統(tǒng)故障樣本少、規(guī)律性不強、數(shù)據(jù)被污染等現(xiàn)象。目前還沒有形成一個標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計規(guī)范,這也是導(dǎo)致數(shù)據(jù)不完整,可信度低的原因。此外發(fā)射場設(shè)施設(shè)備還較多存在沒有故障數(shù)據(jù)和驗前信息等問題,利用這些數(shù)據(jù)計算出的結(jié)果可信度不高,不能反映系統(tǒng)的真實可靠性水平。

2.5 可靠性關(guān)鍵技術(shù)尚需進一步發(fā)展

可靠性理論只有和工程實踐結(jié)合起來,才具有生命力。發(fā)射場設(shè)施設(shè)備在設(shè)計、生產(chǎn)和使用過程都具有鮮明特色,使得可靠性理論和技術(shù)應(yīng)用到發(fā)射場設(shè)施設(shè)備的設(shè)計、試驗、管理、定量和定性評估中需要進一步發(fā)展完善：一方面,可靠性技術(shù)和設(shè)施設(shè)備的失效機理還沒有完全結(jié)合,可靠性管理和設(shè)施設(shè)備的使用還沒有完全結(jié)合;另一方面,現(xiàn)有的可靠性理論和技術(shù)不能很好地適用于發(fā)射場設(shè)施設(shè)備可靠性工作。

3 對我國航天發(fā)射場可靠性工作的建議

3.1 建立和完善航天發(fā)射場可靠性管理體系

可靠性工作是一項長期、系統(tǒng)的工程,美國、俄羅斯和歐洲等的發(fā)射場都形成了質(zhì)量與可靠性管理體系,從設(shè)計、研制、生產(chǎn)施工到發(fā)射以至維護的各個環(huán)節(jié),實行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。如歐洲的圭亞那航天中心形成了整套可靠性、安全性和質(zhì)量保證措施、方法和標(biāo)準(zhǔn),建立了確保飛行安全和工程質(zhì)量的管理模式和管理體系,保證了航天發(fā)射計劃的成功實施。我國航天發(fā)射場也需要參照航天型號產(chǎn)品可靠性工作的經(jīng)驗,在設(shè)計、生產(chǎn)、使用等各階段全面貫徹可靠性思想,建立和完善適應(yīng)航天發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備要求的全壽命、全系統(tǒng)可靠性管理體系。可靠性管理體系必須采取集中領(lǐng)導(dǎo)、全員參與的模式,杜絕可靠性管理過程的死角。

3.2 從源頭抓起,深入細致地推動可靠性設(shè)計和生產(chǎn)工作

設(shè)計制造過程決定了設(shè)施設(shè)備的固有可靠性,必須抓好可靠性設(shè)計這個源頭,培養(yǎng)設(shè)計人員掌握可靠性設(shè)計方法,把可靠性滲透到設(shè)施設(shè)備的設(shè)計工作中,將單純的功能設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)工程設(shè)計;開展航天發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備可靠性設(shè)計要采用多種手段和方法,例如故障模式影響及危害性分析、故障樹分析、可靠性增長試驗、可靠性評審等可靠性技術(shù)和管理活動。加強設(shè)計、生產(chǎn)和試驗的全過程閉環(huán)控制,把預(yù)防、發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)施設(shè)備在設(shè)計、工藝、材料、元器件和軟件等方面的故障或薄弱環(huán)節(jié)作為可靠性工作的重點,及早發(fā)現(xiàn)和解決問題,確保設(shè)施設(shè)備固有可靠性;注重早期投入,合理配置人力、物力及財力資源,按照系統(tǒng)工程的思想,盡早開展可靠性、維修性、保障性設(shè)計和生產(chǎn),避免后期因可靠性問題而影響任務(wù)使用。對于直接向生產(chǎn)廠家進行招標(biāo)采購的設(shè)施設(shè)備,建立和完善航天發(fā)射場設(shè)施設(shè)備采購指南,并對采購指南進行動態(tài)管理,根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)信譽定期進行修訂。

3.3 提高設(shè)施設(shè)備快速檢測維修水平,提高任務(wù)保障能力

發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備存在儲存、使用過程中故障未能及時發(fā)現(xiàn)的情況,也存在設(shè)施設(shè)備有故障征兆未能及時預(yù)測到的情況,或出現(xiàn)故障未能及時定位的情況,而這些情況的出現(xiàn)輕則導(dǎo)致任務(wù)推遲、影響進度,重則會導(dǎo)致安全事故、發(fā)射失敗。因此,只有加強對設(shè)施設(shè)備的健康管理[7],準(zhǔn)確把握設(shè)施設(shè)備的狀態(tài),才能有針對性地開展各種工作。通過檢測,可以及時發(fā)現(xiàn)故障或預(yù)測故障;通過維修,可以確保設(shè)施設(shè)備在任務(wù)中的保障能力。只有具備很強的檢測、診斷和維修能力,才能實時、正確地排除故障,確保設(shè)施設(shè)備的可用度[8]。目前,我國航天發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備狀態(tài)的快速檢測和維修能力還較弱,導(dǎo)致發(fā)射場的設(shè)施設(shè)備展開和恢復(fù)過程較慢,與發(fā)射場滿足快速發(fā)射能力的發(fā)展需求很不匹配。因此,為保障高密度、高質(zhì)量發(fā)射順利實施,應(yīng)大力加強發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備的快速檢測和維修技術(shù)的研究,為發(fā)射場配置相應(yīng)的檢測和維修設(shè)備,研究故障診斷方法,建立覆蓋廣泛的發(fā)射場設(shè)施設(shè)備快速檢測和診斷體系,全面提高發(fā)射場設(shè)施設(shè)備的快速維修能力。

3.4 注重數(shù)據(jù)積累和信息共享,解決可靠性技術(shù)應(yīng)用瓶頸問題

為從根本上解決可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不足這一老大難問題,航天發(fā)射場應(yīng)建立和運行由總體單位牽頭、各個發(fā)射場和設(shè)施設(shè)備承建承制單位共同參加的質(zhì)量與可靠性信息系統(tǒng),按切實可行的管理辦法和工作程序,及時、準(zhǔn)確、完整、規(guī)范地采集、處理、存儲和傳遞設(shè)施設(shè)備的質(zhì)量與可靠性信息,設(shè)施設(shè)備可靠性信息系統(tǒng)應(yīng)納入到單位質(zhì)量管理體系之中。應(yīng)重視對發(fā)射場可靠性工作經(jīng)驗和教訓(xùn)的總結(jié)和交流,特別是發(fā)射場與發(fā)射場之間的信息交流。除對本單位、本系統(tǒng)的設(shè)施設(shè)備質(zhì)量管理經(jīng)驗及時總結(jié)外,還應(yīng)充分發(fā)揮“故障和事故信息通報”、各單位故障啟示錄和質(zhì)量問題歸零報告的作用,舉一反三,避免重蹈覆轍。逐步建立和完善可靠性數(shù)據(jù)積累的長效機制,解決可靠性評估信息不足的問題。

3.5 緊密結(jié)合航天發(fā)射場設(shè)施設(shè)備現(xiàn)狀,加強可靠性關(guān)鍵技術(shù)的研究

發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備具有批量小、非標(biāo)準(zhǔn)、可修復(fù)、長停短用、使用環(huán)境特殊等特點,導(dǎo)致可靠性技術(shù)難于貫穿設(shè)計、生產(chǎn)和使用過程。必須緊緊圍繞發(fā)射場設(shè)施設(shè)備可靠性工作的迫切需求,針對發(fā)射場設(shè)施設(shè)備的現(xiàn)狀和特點,深入研究可靠性理論的工程應(yīng)用技術(shù)[9-10],形成發(fā)射場系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)體系、可靠性設(shè)計分析規(guī)范、設(shè)施設(shè)備的維修決策技術(shù)、可靠性試驗技術(shù)、可靠性評價技術(shù)等;針對發(fā)射場的設(shè)施設(shè)備特色,進一步發(fā)展相關(guān)的可靠性理論、技術(shù),特別是適用于發(fā)射場設(shè)施設(shè)備可靠性工作需求的可靠性理論和技術(shù),為航天發(fā)射場可靠性工作提供有力的技術(shù)支撐。

4 結(jié)束語

我國航天試驗高密度、高質(zhì)量的發(fā)射需求對發(fā)射場地面設(shè)施設(shè)備可靠性提出了新的更高的要求。為確保航天發(fā)射任務(wù)萬無一失,必須認真歸納與總結(jié)可靠性工作方面的經(jīng)驗和教訓(xùn),積極探索適合航天發(fā)射場特點的可靠性工作體系,在設(shè)施設(shè)備的設(shè)計、制造、使用、維護過程中采用科學(xué)、有效的可靠性技術(shù)和管理手段,加強可靠性關(guān)鍵技術(shù)研究,推進航天發(fā)射場可靠性工作全面發(fā)展。

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(編輯：孫陸青)

Research on the Reliability of Spaceflight Launch Site's Facilities and Equipment

SU Yongzhi1, CHEN Jingpeng2

(1.Changping NCO School,Equipment Academy,Beijing 102249,China; 2.Department of Space Equipment,Equipment Academy,Beijing 101416,China)

High reliability of the ground facilities and equipment in spaceflight launch site is essential for the test and launch of space mission.The current situation of ground facilities and equipment reliability works in spaceflight launch site is analyzed,the main problems that restrict the reliability work are discussed,and in terms of reliability management system,reliability design,rapid detection and maintenance,reliability data accumulation,as well as reliability key technology,five suggestions are proposed for the purpose of promoting the reliability work organizing and developing,and the improving of reliability level.

spaceflight launch site;facilities and equipment;reliability

V 551

2095-3828(2014)02-0056-04

ADOI10.3783/j.issn.2095-3828.2014.02.014

2013-09-18

蘇永芝(1976-),女,講師,碩士.主要研究方向：導(dǎo)彈,火箭測試發(fā)射技術(shù).ellosu@sina.com.