提高航天器結(jié)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證效費(fèi)比的策略

高峰，柴洪友，白光明

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提高航天器結(jié)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證效費(fèi)比的策略

高峰1，柴洪友1，白光明2

（1. 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部；2. 中國(guó)空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部：北京100094）

面臨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)所帶來的經(jīng)費(fèi)、周期、人力等壓力，如何提高航天器結(jié)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證的效費(fèi)比成為熱點(diǎn)問題。文章指出提高試驗(yàn)驗(yàn)證效費(fèi)比的前提是要充分理解試驗(yàn)的目的、類型、責(zé)任，把試驗(yàn)驗(yàn)證視為設(shè)計(jì)與產(chǎn)品質(zhì)量保證的有效手段；進(jìn)一步提出從提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、權(quán)衡過程控制與檢驗(yàn)試驗(yàn)的成本、理解失效模式、設(shè)計(jì)針對(duì)性的驗(yàn)證、同步規(guī)劃設(shè)計(jì)與驗(yàn)證6方面構(gòu)建高效費(fèi)比的試驗(yàn)驗(yàn)證策略。

航天器結(jié)構(gòu)；試驗(yàn)驗(yàn)證；高效費(fèi)比；質(zhì)量管理體系

0 引言

近年來，面臨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)所帶來的經(jīng)費(fèi)、周期、人力等壓力，如何提高各種類型試驗(yàn)驗(yàn)證的效費(fèi)化成為熱點(diǎn)問題，目前普遍的的做法是對(duì)試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行恰當(dāng)?shù)募舨谩ｋS著虛擬試驗(yàn)技術(shù)及仿真技術(shù)的發(fā)展和成熟，人們傾向于減少甚至取消部分物理試驗(yàn)。但是，有些設(shè)計(jì)師對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)證活動(dòng)存在一定的誤解，認(rèn)為“總體沒有要求我們做試驗(yàn)，我們就不用做試驗(yàn)”，甚至認(rèn)為設(shè)計(jì)驗(yàn)證或產(chǎn)品驗(yàn)證的成功判據(jù)就是“不被破壞”，因而為了確保試驗(yàn)考核“成功”，有時(shí)采取盡量壓低試驗(yàn)量級(jí)的做法。如此一來，承研方和總體單位有時(shí)會(huì)成為對(duì)立面，即承研方要求以盡可能低的量級(jí)進(jìn)行試驗(yàn)，而總體單位又要求盡可能高的試驗(yàn)條件。

事實(shí)上，對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)證的準(zhǔn)確理解是回答上述問題的前提，也是制定高效費(fèi)比試驗(yàn)驗(yàn)證策略的關(guān)鍵。本文首先指出應(yīng)從設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的內(nèi)涵、驗(yàn)證類型、驗(yàn)證目的、驗(yàn)證責(zé)任等方面深入地理解試驗(yàn)驗(yàn)證；進(jìn)一步指出，從提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、權(quán)衡過程控制與檢驗(yàn)試驗(yàn)的成本、理解失效模式、設(shè)計(jì)針對(duì)性的驗(yàn)證、同步規(guī)劃設(shè)計(jì)與驗(yàn)證6方面構(gòu)建提高試驗(yàn)驗(yàn)證效費(fèi)比的策略。

1 試驗(yàn)驗(yàn)證的理解

1.1 設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

嚴(yán)格來說，設(shè)計(jì)師應(yīng)同時(shí)承擔(dān)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證兩項(xiàng)工作任務(wù)。根據(jù)客戶要求及約束條件，先是確定設(shè)計(jì)目標(biāo)并提出設(shè)計(jì)方案，然后通過各種驗(yàn)證手段來證明設(shè)計(jì)方案滿足要求，在設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的迭代中，不斷地建立起對(duì)設(shè)計(jì)的信心。因此，從邏輯關(guān)系上，是先有設(shè)計(jì)，然后有設(shè)計(jì)驗(yàn)證；先有產(chǎn)品，再有產(chǎn)品驗(yàn)證。

關(guān)于設(shè)計(jì)，并沒有統(tǒng)一明確的定義。H. Petroski[1]認(rèn)為，設(shè)計(jì)就是對(duì)失效的避免與完善。Robert Jones[2]認(rèn)為，設(shè)計(jì)是一個(gè)提出非確定解的過程，是回答“承擔(dān)給定載荷的優(yōu)選結(jié)構(gòu)是什么？”。

驗(yàn)證是找出確定解的過程，是回答“結(jié)構(gòu)能夠承受多大載荷？”[2]。驗(yàn)證是用來證明設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求、并能在壽命期間保持其使用能力的基本過程。W. J. Larson[3]認(rèn)為針對(duì)航天器系統(tǒng)，驗(yàn)證（Verification）是回答“我們是否把系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確了？”，如果驗(yàn)證通過，那就證明設(shè)計(jì)滿足要求。確認(rèn)（Validation）是回答“我們是否設(shè)計(jì)了正確的系統(tǒng)？”，如果確認(rèn)通過，那就證明系統(tǒng)會(huì)如預(yù)計(jì)的那樣正確工作。

1.2 試驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)勢(shì)

試驗(yàn)[4-5]是一種有效驗(yàn)證方法，在航天器的驗(yàn)證工作中起著不可替代的重要作用。試驗(yàn)驗(yàn)證具有如下優(yōu)勢(shì)：

1）驗(yàn)證比較可靠。由于航天器的環(huán)境或載荷條件比較苛刻，其材料和構(gòu)造比較特殊，生產(chǎn)批量少，繼承性較差，而試驗(yàn)驗(yàn)證又可以基本上模擬真實(shí)環(huán)境和產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)，因此驗(yàn)證的可信度高。

2）驗(yàn)證比較全面。其他驗(yàn)證方法，例如產(chǎn)品設(shè)計(jì)的驗(yàn)證分析和產(chǎn)品制造質(zhì)量的驗(yàn)證檢驗(yàn)，均有一定的局限性，而試驗(yàn)可以同時(shí)驗(yàn)證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量。

3）驗(yàn)證比較直觀。采用分析或類比的驗(yàn)證方法需要經(jīng)過許多間接的推論，而試驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果一般可以很快獲得且又比較直觀，容易被決策者接受。

1.3 試驗(yàn)驗(yàn)證類型

對(duì)于新的結(jié)構(gòu)，新的材料，新的制造工藝，則要求進(jìn)行研制試驗(yàn)；為了驗(yàn)證航天器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)滿足要求，需要進(jìn)行鑒定試驗(yàn)；驗(yàn)證航天器結(jié)構(gòu)或機(jī)構(gòu)產(chǎn)品的制造工藝質(zhì)量，應(yīng)該進(jìn)行驗(yàn)收試驗(yàn)。

從系統(tǒng)工程的研制階段劃分來看，方案階段的主要目的是建立結(jié)構(gòu)體系架構(gòu)、明確系統(tǒng)組成及部件功能，這是后續(xù)詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在方案階段，主結(jié)構(gòu)的靜力試驗(yàn)通常是鑒定級(jí)，目的是驗(yàn)證結(jié)構(gòu)體系中的核心部件（通常是主結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)其技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行固化。初樣階段主要是進(jìn)行次級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)載荷往往是由振動(dòng)環(huán)境導(dǎo)出，因此，次級(jí)結(jié)構(gòu)驗(yàn)證也是通過正弦振動(dòng)鑒定級(jí)試驗(yàn)來進(jìn)行，此時(shí)主結(jié)構(gòu)的作用可以理解為是配合次級(jí)結(jié)構(gòu)驗(yàn)證的“工裝”。正樣階段主要驗(yàn)證所制造的產(chǎn)品沒有工藝缺陷，其驗(yàn)收試驗(yàn)可以理解為無損檢測(cè)試驗(yàn)。

另一種降低研制和驗(yàn)證成本的方式是原型飛行（Protoflight）策略，不單獨(dú)進(jìn)行鑒定件的制造及其鑒定試驗(yàn)。首次制造的飛行件試驗(yàn)通常稱為準(zhǔn)鑒定試驗(yàn)，其試驗(yàn)量級(jí)高于驗(yàn)收級(jí)、低于鑒定級(jí)，盡量縮短試驗(yàn)時(shí)間以免影響產(chǎn)品的壽命，如正弦振動(dòng)采用4Oct/min，噪聲試驗(yàn)為60s。盡管原型飛行策略可以節(jié)省費(fèi)用和加快進(jìn)度，但增加了失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 試驗(yàn)驗(yàn)證目的

從本質(zhì)上來說，試驗(yàn)本身并不是目的，試驗(yàn)要么是驗(yàn)證設(shè)計(jì)或產(chǎn)品，要么是為了獲取信息，它只是達(dá)到上述目的的手段。設(shè)計(jì)師不是為了試驗(yàn)而做試驗(yàn)，也不僅僅是為了滿足客戶要求而做試驗(yàn)，而是通過試驗(yàn)建立起對(duì)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品的信心。

在設(shè)計(jì)過程中需要做研制試驗(yàn)，目的是獲取用于設(shè)計(jì)和分析所需的各類參數(shù)，或者驗(yàn)證整個(gè)結(jié)構(gòu)體系。

當(dāng)對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量不確定時(shí)，需要做鑒定試驗(yàn)，目的是驗(yàn)證設(shè)計(jì)并獲取鑒定余量，因此試驗(yàn)條件的制定必須聚焦于“如何實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的考核”。有效考核的前提是需要知道設(shè)計(jì)目標(biāo)是什么，即回答“產(chǎn)品當(dāng)初是怎么設(shè)計(jì)的？設(shè)計(jì)載荷是多少？試驗(yàn)的加載是否達(dá)到了設(shè)計(jì)載荷要求？”。在振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)條件的下凹應(yīng)以達(dá)到設(shè)計(jì)載荷要求為準(zhǔn)則，而不能以不被破壞或者不被擊穿作為星箭耦合分析的下限準(zhǔn)則。試驗(yàn)下凹控制不能影響到“證明結(jié)構(gòu)具有正的強(qiáng)度裕度”這一目標(biāo)的達(dá)成[6]。

當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量（實(shí)現(xiàn)過程）不確定時(shí)，需要做驗(yàn)收試驗(yàn)，即檢驗(yàn)試驗(yàn)。一般來說，如果對(duì)產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)過程能夠進(jìn)行完美控制，就可以不做驗(yàn)收試驗(yàn)，但航天器實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜的特點(diǎn)又決定了需要驗(yàn)收試驗(yàn)。

1.5 試驗(yàn)驗(yàn)證責(zé)任

承研方開展結(jié)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證的目的是驗(yàn)證設(shè)計(jì)及產(chǎn)品是否滿足客戶要求，因此，驗(yàn)證活動(dòng)的責(zé)任主體是承研方，而不是客戶。對(duì)于航天產(chǎn)品，承研方是最了解其設(shè)計(jì)狀態(tài)及產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程的一方，有義務(wù)針對(duì)各類薄弱環(huán)節(jié)及潛在失效模式制定有針對(duì)性的驗(yàn)證矩陣。鑒于航天產(chǎn)品的承研方和客戶是利益相關(guān)方，故試驗(yàn)驗(yàn)證活動(dòng)要經(jīng)過客戶確認(rèn)，但這不能改變驗(yàn)證活動(dòng)的責(zé)任主體。因此，承研方設(shè)計(jì)師應(yīng)把試驗(yàn)驗(yàn)證活動(dòng)視為自己的責(zé)任，而非僅僅是完成總體要求的工作。前者是積極的、主動(dòng)的驗(yàn)證，后者是消極的、被動(dòng)的驗(yàn)證。

GJB 9001B之7.4.3[7]提出“組織應(yīng)編制采購產(chǎn)品的驗(yàn)證準(zhǔn)則。顧客參加產(chǎn)品驗(yàn)證活動(dòng)并不能免除組織提供可接受產(chǎn)品的責(zé)任”。AS 9100C之7.4.3[8]提出“組織或供方不應(yīng)該把顧客對(duì)任何層次的供應(yīng)鏈所做的驗(yàn)證活動(dòng)用作質(zhì)量有效控制的證據(jù)，也不能免除組織提供可接受產(chǎn)品和符合所有要求的責(zé)任”。

2 高效費(fèi)比的試驗(yàn)驗(yàn)證策略

2.1 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量是減少驗(yàn)證活動(dòng)的本源

如前所述，設(shè)計(jì)是整個(gè)研制活動(dòng)中最重要的環(huán)節(jié)，從工程本質(zhì)上而言，好的設(shè)計(jì)一定是簡(jiǎn)單的、健壯的。如果能夠利用系統(tǒng)工程方法把復(fù)雜的目標(biāo)分解成簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，甚至簡(jiǎn)單到通過受力簡(jiǎn)圖或簡(jiǎn)單建模分析就可得到準(zhǔn)確答案，那就可以減少對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)證活動(dòng)的依賴。從質(zhì)量的觀點(diǎn)來看，Taguchi[9]認(rèn)為“產(chǎn)品的質(zhì)量來源于設(shè)計(jì)，而非對(duì)產(chǎn)品的檢驗(yàn)”。

結(jié)構(gòu)材料選取也是如此。金屬材料具有各向同性、均質(zhì)、失效模式單一的特點(diǎn)，而復(fù)合材料具有各向異性、非均質(zhì)、失效模式多樣、破壞過程復(fù)雜、力學(xué)性能離散性大的特點(diǎn)。對(duì)于金屬材料，可能僅通過分析就可以驗(yàn)證其強(qiáng)度要求；而對(duì)于復(fù)合材料，不得不通過各類驗(yàn)證活動(dòng)來獲取足夠信心。這并非排斥復(fù)合材料，而有時(shí)需要在先進(jìn)性和成本之間做出權(quán)衡。

因此，如果航天項(xiàng)目面臨經(jīng)費(fèi)、進(jìn)度等壓力，不應(yīng)該盲目地去剪裁試驗(yàn)項(xiàng)目，應(yīng)該通過更簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)以減少不確定度，進(jìn)而提高產(chǎn)品固有健壯性，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)內(nèi)在質(zhì)量的提高，在此基礎(chǔ)上的試驗(yàn)剪裁才不會(huì)增加項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 權(quán)衡過程控制與產(chǎn)品檢驗(yàn)試驗(yàn)

控制產(chǎn)品的質(zhì)量，要么是通過過程控制，要么是通過事后檢驗(yàn)。質(zhì)量大師Deming[9]認(rèn)為“不應(yīng)通過事后檢驗(yàn)而應(yīng)通過過程控制來提高產(chǎn)品質(zhì)量”。

不同產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程的復(fù)雜程度不盡相同。對(duì)于諸如易拉罐一樣的簡(jiǎn)單產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)過程簡(jiǎn)單，即便失效也沒有危害，只需要建立過程可控的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)線即可，不需要對(duì)每件產(chǎn)品做檢驗(yàn)，如逐個(gè)進(jìn)行打壓試驗(yàn)。但對(duì)于航天器密封艙結(jié)構(gòu)，盡管對(duì)其生產(chǎn)過程進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，仍需要通過水壓試驗(yàn)檢驗(yàn)密封艙焊縫。

我們需要根據(jù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程的復(fù)雜程度設(shè)計(jì)檢驗(yàn)試驗(yàn)，在完成鑒定試驗(yàn)之后，若產(chǎn)品制造過程簡(jiǎn)單，就沒有必要安排檢驗(yàn)試驗(yàn)；若制造過程復(fù)雜，除設(shè)置關(guān)重件、關(guān)鍵強(qiáng)制檢驗(yàn)點(diǎn)等過程控制手段外，也需要逐件進(jìn)行檢驗(yàn)試驗(yàn)。

因此，采用簡(jiǎn)單的工藝方法，加強(qiáng)復(fù)雜產(chǎn)品過程控制，減少制造過程偏差，是減少產(chǎn)品檢驗(yàn)試驗(yàn)的重要保障。

2.3 理解失效模式是提高驗(yàn)證針對(duì)性的前提

驗(yàn)證不是盲目性的活動(dòng)，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)發(fā)布時(shí)就應(yīng)該能夠預(yù)計(jì)到失效部位和失效模式，進(jìn)而安排有針對(duì)性的試驗(yàn)驗(yàn)證。當(dāng)然，試驗(yàn)驗(yàn)證也能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)師預(yù)計(jì)之外的失效模式，此時(shí)需要確定的是該失效模式究竟是因?yàn)樵囼?yàn)設(shè)計(jì)不合理，還是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)所引起的。

以“東五”平臺(tái)大型儲(chǔ)箱支撐拉桿為例，為了減輕重量而采用全黏接方式。通過試驗(yàn)確定了黏接膠類型、膠接間隙、合適的接頭剛度過渡形式；又通過鑒定試驗(yàn)確定并凍結(jié)該膠接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)狀態(tài)。但考慮到膠接環(huán)節(jié)受膠接間隙、表面狀態(tài)等因素影響，可能存在膠接質(zhì)量問題，必須采取有效的無損檢測(cè)手段以確保產(chǎn)品質(zhì)量受控，因此規(guī)定每件產(chǎn)品交付前需要驗(yàn)收試驗(yàn)。2015年，SpaceX公司發(fā)射“獵鷹9號(hào)”火箭失敗，原因定位于用于氦氣罐固定的支架因工藝缺陷而折斷，高效費(fèi)比的解決措施就是在外協(xié)廠家交付總體集成之前須逐一進(jìn)行檢驗(yàn)試驗(yàn)[10]。

如果把人的體檢視為一種試驗(yàn)驗(yàn)證活動(dòng)，那么不同年齡和性別選擇的體檢項(xiàng)目應(yīng)有所不同，同樣對(duì)于人體不同部位應(yīng)選擇不同的檢查手段，甚至對(duì)于同一種疾病也可采用不同的化驗(yàn)方式，而不是不加區(qū)分地把所有的體檢項(xiàng)目、所有的檢查方式都做一遍。航天產(chǎn)品的試驗(yàn)驗(yàn)證也是如此。

因此，理解不同結(jié)構(gòu)的典型失效模式，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)驗(yàn)證矩陣，是提高驗(yàn)證效費(fèi)比的有效措施。

2.4 同步規(guī)劃設(shè)計(jì)與驗(yàn)證活動(dòng)

系統(tǒng)工程方法要求自上而下進(jìn)行設(shè)計(jì)與分解，自下而上進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證與集成。在設(shè)計(jì)時(shí)，就需要同步考慮如何驗(yàn)證的問題，即考慮設(shè)計(jì)及產(chǎn)品的可驗(yàn)證性。技術(shù)分解和產(chǎn)品分解直接決定驗(yàn)證策略，接口定義應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)單明確以便于驗(yàn)證實(shí)施，不明確且復(fù)雜的接口將會(huì)使組件產(chǎn)品的驗(yàn)證變得極其復(fù)雜。

其實(shí)，設(shè)計(jì)與驗(yàn)證是研制過程中不可分割的兩方面，應(yīng)該帶著驗(yàn)證的觀點(diǎn)去做設(shè)計(jì)，應(yīng)該帶著設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)去做驗(yàn)證。但專業(yè)細(xì)分又會(huì)導(dǎo)致不好的傾向，部分設(shè)計(jì)師認(rèn)為驗(yàn)證活動(dòng)應(yīng)由專業(yè)的分析人員或者試驗(yàn)設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)，應(yīng)由他們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷；而試驗(yàn)驗(yàn)證人員往往認(rèn)為其工作只是校核圖樣、暴露缺陷，而沒有義務(wù)去思考如何提出更好的設(shè)計(jì)，這是設(shè)計(jì)師的責(zé)任。造成的后果就是，設(shè)計(jì)師做出的設(shè)計(jì)方案可驗(yàn)證性較差，需要花費(fèi)較大的成本去驗(yàn)證；分析人員因沒有充分理解設(shè)計(jì)意圖并判斷失效模式，而做出無效的試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.5 加強(qiáng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)成本意識(shí)

設(shè)計(jì)人員總是希望對(duì)所有的不確定環(huán)節(jié)都能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，以降低風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)于工程來說，“money talks”是永遠(yuǎn)需要考慮的事情，為此，就需要在有限的資源約束下，加強(qiáng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施的可行性與有效性研究。

1）選擇合適的試驗(yàn)加載方式。如對(duì)于靜力試驗(yàn)，大型衛(wèi)星宜采用縱橫聯(lián)合加載試驗(yàn)方式；小衛(wèi)星可采用sine-burst試驗(yàn)方式，在振動(dòng)臺(tái)上同時(shí)完成靜力試驗(yàn)和振動(dòng)試驗(yàn)；更為緊湊的航天器結(jié)構(gòu)宜采用離心試驗(yàn)。

2）對(duì)試驗(yàn)工況進(jìn)行剪裁，即并非所有的設(shè)計(jì)工況都需要驗(yàn)證。如對(duì)于大型衛(wèi)星的拉伸設(shè)計(jì)載荷，若因?yàn)槭芟抻诔杀炯皩?shí)施難度難以進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證的，則可以結(jié)合分析手段進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

3）通過加載點(diǎn)簡(jiǎn)化以降低試驗(yàn)成本。加載點(diǎn)簡(jiǎn)化的前提是對(duì)考核目的和傳力路徑的深入了解，例如僅考核星箭連接面載荷，那么遠(yuǎn)離該部位的載荷施加位置可以簡(jiǎn)化；若對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有信心，那么就可以把加載點(diǎn)位置轉(zhuǎn)移到星外，降低實(shí)施難度。

4）充分理解試驗(yàn)?zāi)康?，合理布置測(cè)點(diǎn)位置及數(shù)量。試驗(yàn)設(shè)計(jì)人員傾向于盡可能多地使用測(cè)點(diǎn)，盡管能力更強(qiáng)的試驗(yàn)設(shè)備提供了這種可能，但是，若對(duì)于試驗(yàn)?zāi)康睦斫獾牟粔?，單純?cè)黾訙y(cè)點(diǎn)要么沒有布置在需要的位置，要么沒有采集到需要的失效模式。事實(shí)上，試驗(yàn)時(shí)，設(shè)計(jì)師關(guān)心的測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)少于當(dāng)初布置的測(cè)點(diǎn)數(shù)量。

5）在試驗(yàn)設(shè)計(jì)早期就與試驗(yàn)實(shí)施單位溝通，討論試驗(yàn)的可實(shí)施性，做出簡(jiǎn)單有效的加載方案及試驗(yàn)工裝。對(duì)于重要的試驗(yàn)工裝，其本身的設(shè)計(jì)質(zhì)量與產(chǎn)品質(zhì)量也需要進(jìn)行驗(yàn)證，避免試驗(yàn)實(shí)施時(shí)因工裝失效而引起試驗(yàn)成本增加。

2.6 客觀看待計(jì)算仿真及虛擬試驗(yàn)技術(shù)

得益于各類計(jì)算仿真軟件和計(jì)算機(jī)硬件的飛速發(fā)展，航天器結(jié)構(gòu)計(jì)算與仿真能力也越來越強(qiáng)，模型與試驗(yàn)的關(guān)聯(lián)修正使得計(jì)算分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合度好，計(jì)算模型的可靠度高。但計(jì)算分析準(zhǔn)確程度依賴于是否把可能出現(xiàn)的失效模式都已包含于模型之中，并采用有效的失效判據(jù)。

近年來虛擬試驗(yàn)技術(shù)快速發(fā)展，其真正用意是將試驗(yàn)工裝、試驗(yàn)件、控制策略開展聯(lián)合建模分析，獲取更為真實(shí)的試驗(yàn)邊界和分析結(jié)果，減少剛性邊界下試驗(yàn)條件不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。但實(shí)質(zhì)上，不能指望通過虛擬試驗(yàn)回答如何進(jìn)行設(shè)計(jì)（研制試驗(yàn)）、如何發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷（鑒定試驗(yàn)）、如何檢驗(yàn)產(chǎn)品工藝質(zhì)量（驗(yàn)收試驗(yàn)）等問題。

3 結(jié)束語

1992年，時(shí)任NASA局長(zhǎng)Daniel Goldin提出“Faster、Better、Cheaper”（FBC）策略替代原有的“Higher、Faster、Further”，對(duì)于FBC策略所取得的實(shí)際效果，業(yè)界評(píng)價(jià)不一[11]，有人認(rèn)為FBC只能二者取一。事實(shí)上，如果我們首先能把事情做“好”，那么就可以做到“快”和“省”。把事情做“好”，就意味著：

1）遵循科學(xué)的系統(tǒng)工程方法，從技術(shù)、邏輯和時(shí)間等維度規(guī)劃好所有的研制活動(dòng)，在做WBS（工作分解結(jié)構(gòu)）之前，首先更要做好TBS（技術(shù)分解結(jié)構(gòu)）和PBS（產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)）的構(gòu)建；

2）從本質(zhì)和源頭上提高設(shè)計(jì)水平，永遠(yuǎn)不要忽略工程的本質(zhì)是KISS（keep it simple, stupid）原則，產(chǎn)品試驗(yàn)時(shí)破壞往往源于設(shè)計(jì)及圖紙發(fā)布；

3）設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單、可靠的工藝方案及實(shí)現(xiàn)過程，利用質(zhì)量體系加強(qiáng)對(duì)復(fù)雜過程的控制，盡量減少產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗(yàn)試驗(yàn)；

4）試驗(yàn)設(shè)計(jì)人員一方面要充分理解驗(yàn)證的意義，另一方面對(duì)于驗(yàn)證活動(dòng)要有責(zé)任意識(shí)，要將驗(yàn)證活動(dòng)視為增加對(duì)產(chǎn)品信心的自發(fā)活動(dòng)，而非僅僅是在完成總體要求的一項(xiàng)工作。

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（編輯：肖福根）

The cost-effective improvement strategy forspacecraft structuretest verification

GAO Feng1, CHAI Hongyou1, BAI Guangming2

(1. Beijing Institute of Spacecraft System Engineering; 2. Institute of Telecommunication Satellite, China Academy of Space Technology: Beijing 100094, China)

To improve the cost-effectiveness for spacecraft structure test verification has become an important issue under the text of intense market competition with cost, period and labor problems. Fully understanding the objective and the contents of the test is the basis to improve its cost-effectiveness. The test serves an effective means in the quality management of the design and the product development cycle. In view of this understanding, engineers should focus on improving the design quality, trading-off process control cost and the acceptance test cost, understanding the failure mode and the related test activity, as well as synchronizing the planning design and the verification based on a systems engineering view.

spacecraft structure; test verification; cost-effectiveness; quality management system

V416

A

1673-1379-2017(04)-0424-05

10.3969/j.issn.1673-1379.2017.04.015

高峰（1978—），男，博士學(xué)位，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楹教炱鹘Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與力學(xué)。E-mail: gaofeng_cast@163.com。

2017-05-30；

2017-07-12