航天型號單機產(chǎn)品關(guān)鍵要素控制方法

陳海波，李國春，余仿春，譚 振

（中國運載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

航天型號單機產(chǎn)品關(guān)鍵要素控制方法

陳海波，李國春，余仿春，譚 振

（中國運載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

產(chǎn)品可靠性直接影響運載火箭的發(fā)射成敗，目前，由于推進系統(tǒng)故障導(dǎo)致發(fā)射失敗占全部發(fā)射失敗的51%。以發(fā)動機等關(guān)鍵產(chǎn)品為突破口進行研究分析，從確保產(chǎn)品功能可靠、全壽命周期性能穩(wěn)定和確保產(chǎn)品批次質(zhì)量一致性等方面提出關(guān)鍵要素識別線索，確定單機產(chǎn)品關(guān)鍵要素辨識與控制的方法和實施程序，以提高產(chǎn)品的可靠性。

可靠性；單機產(chǎn)品；關(guān)鍵要素；控制方法

0 引 言

航天型號中關(guān)鍵產(chǎn)品的可靠性問題影響運載火箭的發(fā)射成敗，近幾年由于可靠性設(shè)計問題導(dǎo)致的型號質(zhì)量問題很多，其中與可靠性相關(guān)的有：設(shè)計欠缺、接口不協(xié)調(diào)、測試覆蓋性不全等問題。可靠性設(shè)計問題可反映隊伍建設(shè)、保證條件、流程規(guī)范、技術(shù)方法、試驗驗證等方面的不足，需要加大投入，由粗放管理到精益保證轉(zhuǎn)型，通過體系化建設(shè)予以系統(tǒng)解決[1]。世界各國的運載火箭由于推進系統(tǒng)故障導(dǎo)致失敗的約占全部發(fā)射失敗的51%[2]，為此，中國運載火箭技術(shù)研究院以發(fā)動機等關(guān)鍵產(chǎn)品為突破口，分析影響產(chǎn)品質(zhì)量特性的諸因素變化、產(chǎn)品質(zhì)量波動的內(nèi)在聯(lián)系[3]，從確保產(chǎn)品功能可靠、全壽命周期性能穩(wěn)定和確保產(chǎn)品批次質(zhì)量一致性等方面提出單機產(chǎn)品關(guān)鍵要素識別線索，確定開展航天型號單機產(chǎn)品關(guān)鍵要素辨識與控制的方法和實施的程序。

1 關(guān)鍵要素控制實施流程

正確地分析和把握關(guān)鍵要素是制定正確關(guān)鍵策略的前提和基礎(chǔ)[4]。關(guān)鍵要素是在單機研制生產(chǎn)過程中控制且須任務(wù)書提出方驗收確認的過程控制項目，以保證產(chǎn)品的批次質(zhì)量一致性，確保功能可靠、性能穩(wěn)定，交付后能持續(xù)滿足任務(wù)要求。

1.1 關(guān)鍵要素控制管理流程

總體或分系統(tǒng)單位根據(jù)產(chǎn)品交付使用情況，圍繞產(chǎn)品功能可靠、性能穩(wěn)定和質(zhì)量一致性要求提出關(guān)鍵要素識別與控制要求，確定分析的頂事件。

產(chǎn)品研制單位按照總體或分系統(tǒng)單位要求識別關(guān)鍵控制要素，制定控制措施，并反饋。

總體或分系統(tǒng)單位在分析研制單位提出的關(guān)鍵要素及其控制措施的基礎(chǔ)上，確定需要控制的關(guān)鍵要素，納入產(chǎn)品驗收規(guī)范中，并在產(chǎn)品驗收時確認研制單位對關(guān)鍵要素的控制措施已落實到交付產(chǎn)品上。

管理流程如圖1所示。

實施關(guān)鍵要素控制的管理流程要點是：任務(wù)書提出單位在全面分析提出的關(guān)鍵要素及其控制措施的基礎(chǔ)上，確定需要控制的關(guān)鍵要素，納入產(chǎn)品驗收規(guī)范進行管控。以發(fā)動機為例，關(guān)鍵要素控制實施管理流程如下：

a）圍繞產(chǎn)品功能可靠、性能穩(wěn)定和質(zhì)量一致性要求，提出產(chǎn)品關(guān)鍵要素控制要求；

b）以總體關(guān)注的要素為引導(dǎo)，依據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖，按照風(fēng)險辨識控制的方法，從設(shè)計、生產(chǎn)、試驗、驗收4個環(huán)節(jié)對發(fā)動機的關(guān)鍵和關(guān)注環(huán)節(jié)進行識別與確認，并形成相應(yīng)的量化控制表，總體和發(fā)動機研制單位共同對其設(shè)計、工藝和過程控制3類關(guān)鍵特性量化控制；

c）總體設(shè)計任務(wù)書為源頭，以發(fā)動機滿足總體設(shè)計要求為頂層需求，按照功能、性能、接口和質(zhì)量控制一致性等方面，系統(tǒng)地分解和細化總體關(guān)注的關(guān)鍵要素；

d）形成總體《固體火箭發(fā)動機驗收技術(shù)規(guī)范》、《液體火箭發(fā)動機驗收技術(shù)規(guī)范》，并遵照執(zhí)行。

1.2 關(guān)鍵要素控制技術(shù)流程

關(guān)鍵要素控制技術(shù)實施程序包括定義產(chǎn)品及過程、明確過程控制要求、識別關(guān)鍵要素及確定關(guān)鍵要素控制要求等內(nèi)容。

當(dāng)任務(wù)書有變化或發(fā)生重復(fù)性質(zhì)量問題時需重新按技術(shù)流程開展工作。技術(shù)流程如圖2所示。

實施關(guān)鍵要素控制的技術(shù)流程要點是：當(dāng)任務(wù)書有變化或發(fā)生重復(fù)性質(zhì)量問題時，需重新按技術(shù)流程開展關(guān)鍵要素識別和控制工作。以發(fā)動機為例，關(guān)鍵要素控制實施技術(shù)流程如下：

a）圍繞發(fā)動機Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式和發(fā)動機交付后的指標(biāo)穩(wěn)定性，明確發(fā)動機過程控制要求。

b）識別總體直接負責(zé)的關(guān)鍵要素，以及總體不能直接掌控，由發(fā)動機研制單位負責(zé)，但需總體從系統(tǒng)特性進行閉合的關(guān)鍵要素有：

1）針對Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式分析確定關(guān)鍵要素，從產(chǎn)品的設(shè)計、工藝和（或）過程等方面采取控制措施消除單點故障模式或降低單點故障模式發(fā)生的概率及強化檢驗測試環(huán)節(jié)；

2）針對發(fā)動機總裝接口協(xié)調(diào)、可測項目，根據(jù)發(fā)動機在全箭總裝廠的總裝、測試項目和發(fā)射場測試項目，梳理發(fā)動機交付后可能出現(xiàn)的總裝故障和測試故障，確定為關(guān)鍵要素；

3）針對發(fā)動機交付后不可測的成敗型性能指標(biāo)，從發(fā)動機設(shè)計、生產(chǎn)和試驗等方面確定關(guān)鍵要素。

c）圍繞歷史質(zhì)量問題、任務(wù)書差異性、與伺服協(xié)調(diào)要求差異性等方面進行分析，不斷完善發(fā)動機關(guān)鍵要素。

d）確定總體需掌控的固體發(fā)動機35項、常溫液體發(fā)動機33項、低溫液體發(fā)動機54項的關(guān)鍵要素控制要求，提升總體抓總能力。

2 識別關(guān)鍵要素

2.1 關(guān)鍵要素識別線索

2.1.1 產(chǎn)品功能要求

根據(jù)任務(wù)書，梳理產(chǎn)品的性能要求，從產(chǎn)品研制及交付使用的全過程辨識影響性能可靠的關(guān)鍵要素。可依據(jù)以下線索識別：

a）接口：主要包括機械接口、電氣接口、氣液接口、位置狀態(tài)接口和空間包絡(luò)接口等；

b）環(huán)境適應(yīng)性：主要包括電磁兼容、力學(xué)環(huán)境（含飛行和地面運輸力學(xué)環(huán)境）、自然環(huán)境（含高溫、低溫、濕度、鹽霧、霉菌、沙塵、海拔等）、空間環(huán)境（真空、輻射、低溫等）適應(yīng)性等；

c）關(guān)鍵功能：針對機械結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品，重點關(guān)注安全系數(shù)、剩余強度系數(shù)、緊固件擰緊力矩等，管路閥門類產(chǎn)品關(guān)注運動間隙、強度安全系數(shù)等；

d）電氣類：關(guān)注設(shè)備啟動/停止（含重啟）、供配電、時序匹配、通信、數(shù)據(jù)存儲與處理、絕緣等；

e）火工品類：關(guān)注傳爆間隙、最小裝藥量、最小發(fā)火電流、藥劑含水量等；

f）固體發(fā)動機類：關(guān)注殼體爆破壓強、燃燒室界面粘接質(zhì)量、燃燒室絕熱層、喉襯抗燒蝕性能、推進劑內(nèi)部缺陷控制和柔性接頭粘接質(zhì)量等；

g）其它：包括密封性、防差錯功能等。

2.1.2 產(chǎn)品性能要求

根據(jù)任務(wù)書，梳理產(chǎn)品的性能要求，辨識影響產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)性能穩(wěn)定的關(guān)鍵要素。針對影響產(chǎn)品預(yù)定性能實現(xiàn)的關(guān)鍵要素的識別依據(jù)如下：

a）機械類：主要包括影響承載能力的結(jié)構(gòu)尺寸、材料強度和延伸率等；

b）電氣類：主要包括電氣參數(shù)輸出特性等；

c）火工類：包括輸出爆壓、推力、爆速、沖量等；

d）發(fā)動機類：包括輸出推力、總沖、比沖、質(zhì)量比等。

針對產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)影響性能穩(wěn)定的關(guān)鍵要素的識別依據(jù)如下：

a）機械類：主要包括裝配應(yīng)力、貯存環(huán)境應(yīng)力、機構(gòu)運動部件的累計動作次數(shù)、非金屬材料的彈性模量、伸長率、疲勞強度、硬度等；

b）電氣類：主要包括電氣產(chǎn)品累計通電時間、累計動作次數(shù)、電路絕緣性能等；

c）火工類：主要包括裝配應(yīng)力、貯存環(huán)境應(yīng)力、藥柱力學(xué)性能等；

d）發(fā)動機類：主要包括裝配應(yīng)力、貯存環(huán)境應(yīng)力、推進劑力學(xué)性能等。

2.1.3 產(chǎn)品批次質(zhì)量一致性要求

根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量一致性檢驗方法中明確的抽樣檢驗規(guī)則，從同批次產(chǎn)品的配套原材料和元器件、零件加工、外包/外購及產(chǎn)品裝配、測試等全過程，辨識影響產(chǎn)品批次質(zhì)量一致性的關(guān)鍵要素，重點針對火工品、發(fā)動機等一次性使用產(chǎn)品，在出廠檢驗驗收不能100%進行的項目包括環(huán)境試驗、壽命試驗等，識別的依據(jù)如下：

a）對不可量化檢測的手工操作工序質(zhì)量控制一致性；

b）對產(chǎn)品功能、性能有重要影響的工藝參數(shù)控制一致性；

c）對產(chǎn)品功能、性能有重要影響的設(shè)備或工裝狀態(tài)控制一致性；

d）對產(chǎn)品功能、性能有重要影響的元器件、原材料參數(shù)控制一致性；

e）對產(chǎn)品功能、性能有重要影響的生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)控制一致性；

f）對不可檢測工序或環(huán)節(jié)質(zhì)量控制一致性；

g）交付產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)與試驗件技術(shù)狀態(tài)的一致性；

h）產(chǎn)品使用狀態(tài)與地面試驗狀態(tài)的一致性。

2.2 關(guān)鍵要素識別方法

依據(jù)任務(wù)書要求，參考上述提及的識別線索，按照確保產(chǎn)品功能可靠、確保產(chǎn)品全壽命周期性能穩(wěn)定和確保產(chǎn)品批次質(zhì)量一致性等方面的要求，應(yīng)用適用的分析方法，針對產(chǎn)品在技術(shù)設(shè)計、工藝設(shè)計、零部件加工、采購及外包、產(chǎn)品裝配調(diào)試及試驗測試、包裝運輸及使用維護的全過程，逐項分析實現(xiàn)上述要求的影響因素，識別關(guān)鍵因素。

2.2.1 確保產(chǎn)品功能可靠

根據(jù)產(chǎn)品使用情況，針對重點關(guān)注的產(chǎn)品功能，在分析產(chǎn)品歷史質(zhì)量問題的基礎(chǔ)上確定頂事件，使用故障樹分析方法，逐級分解列出底事件，參考上述提及的識別線索，結(jié)合單點故障模式分析和裕度分析的過程和結(jié)果，識別關(guān)鍵要素。識別流程如圖3所示。

2.2.2 確保產(chǎn)品全壽命周期性能穩(wěn)定

根據(jù)產(chǎn)品使用情況，針對重點關(guān)注的產(chǎn)品性能，在分析產(chǎn)品質(zhì)量問題的基礎(chǔ)上確定頂事件，使用故障樹分析方法，逐級分解列出底事件，參考上述提及的識別線索，結(jié)合裕度分析、不可檢測項目識別與控制、數(shù)據(jù)超差/數(shù)據(jù)臨界的影響及成功數(shù)據(jù)包絡(luò)線分析的過程和結(jié)果，識別關(guān)鍵要素。識別流程如圖4所示。

2.2.3 確保產(chǎn)品批次質(zhì)量一致性

通過分析產(chǎn)品歷史上發(fā)生的批次質(zhì)量不一致問題，參考上述提及的識別線索，結(jié)合不可檢測項目識別與控制，數(shù)據(jù)超差、數(shù)據(jù)臨界的影響及成功數(shù)據(jù)包絡(luò)線分析，測試覆蓋性分析的過程和結(jié)果，識別關(guān)鍵要素。識別流程如圖5所示。

關(guān)鍵要素識別線索與方法矩陣關(guān)系見表1。

表1 關(guān)鍵要素識別線索與方法矩陣

3 確定關(guān)鍵要素控制要求

3.1 設(shè)計過程關(guān)鍵要素控制

設(shè)計過程關(guān)鍵要素控制方法如下：

a）對識別出的設(shè)計過程關(guān)鍵要素開展技術(shù)分析，如需改進產(chǎn)品設(shè)計，按規(guī)定實施技術(shù)狀態(tài)更改；

b）通過設(shè)置設(shè)計關(guān)鍵特性對設(shè)計過程關(guān)鍵要素實施控制，并由產(chǎn)品設(shè)計單位納入設(shè)計關(guān)鍵特性表；

c）通過設(shè)置強制檢驗點并明確檢驗要求對設(shè)計過程關(guān)鍵要素實施控制，并由產(chǎn)品設(shè)計單位納入強制檢驗點清單。

3.2 生產(chǎn)過程關(guān)鍵要素控制

生產(chǎn)過程關(guān)鍵要素控制方法如下：

a）對識別出的生產(chǎn)過程關(guān)鍵要素開展工藝分析，如需改進工藝設(shè)計，按規(guī)定實施工藝狀態(tài)更改；

b）在落實針對設(shè)計過程關(guān)鍵要素控制設(shè)置的設(shè)計關(guān)鍵特性的同時，針對識別出的生產(chǎn)過程關(guān)鍵要素設(shè)置工藝關(guān)鍵特性和過程控制關(guān)鍵特性，并由產(chǎn)品生產(chǎn)單位納入工藝和過程控制關(guān)鍵特性表；

c）針對識別出的設(shè)計過程和生產(chǎn)過程關(guān)鍵要素，實施多媒體記錄控制。

3.3 產(chǎn)品驗收控制

產(chǎn)品驗收控制方法如下：

a）總體或分系統(tǒng)單位將單機產(chǎn)品關(guān)鍵要素控制要求納入產(chǎn)品驗收規(guī)范中；

b）總體或分系統(tǒng)單位在組織產(chǎn)品驗收時，逐項檢查關(guān)鍵要素控制要求在交付產(chǎn)品上的落實情況，并確認符合要求后方可驗收產(chǎn)品。

以固體發(fā)動機質(zhì)量問題為線索識別出的關(guān)鍵要素為例，對總體不能直接掌控的內(nèi)部組件，如粘接界面、推進劑、喉襯、柔性接頭、擴張段、絕熱頂蓋和內(nèi)防熱組件等導(dǎo)致災(zāi)難性后果發(fā)生的關(guān)鍵部組件，發(fā)動機研制單位整理形成設(shè)計、生產(chǎn)和驗收數(shù)據(jù)包，制定產(chǎn)品驗收技術(shù)規(guī)范。

3.4 產(chǎn)品使用控制

總體或分系統(tǒng)單位跟蹤產(chǎn)品交付后在系統(tǒng)試驗、包裝運輸、使用維護過程中質(zhì)量狀況，針對出現(xiàn)的質(zhì)量問題提出關(guān)鍵要素的識別要求。

4 結(jié)束語

產(chǎn)品研制過程中，需要做到精細、量化的控制[5]，確定單機產(chǎn)品關(guān)鍵要素辨識與控制方法和實施程序，指導(dǎo)開展單機產(chǎn)品關(guān)鍵要素的辨識與控制分析；在完成發(fā)動機等典型單機產(chǎn)品關(guān)鍵要素識別與控制分析后，量化確定任務(wù)書中提出單位需關(guān)注的典型單機產(chǎn)品關(guān)鍵要素控制項目，增強對外包單機質(zhì)量把控的能力；對形成的典型單機產(chǎn)品驗收技術(shù)規(guī)范，可以保證單機產(chǎn)品過程控制結(jié)果達到產(chǎn)品功能和性能合格且穩(wěn)定可靠，交付后能持續(xù)滿足任務(wù)要求的目的。

[1] 王立煒. 質(zhì)量文化建設(shè)探索[J]. 中國質(zhì)量, 2016(1): 44-46.

[2] 曲晶. 國外火箭發(fā)射及故障情況統(tǒng)計分析[J]. 中國航天, 2016(2): 13-18.

[3] 李健. 產(chǎn)品全壽命周期質(zhì)量信息的集成管理[J]. 世界標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量管理, 2006(3): 45-47.

[4] 何斌. 關(guān)鍵要素與關(guān)鍵策略[J]. 工業(yè)工程, 1999(2): 19-21.

[5] 許達哲. 航天型號可靠性守則[M]. 北京: 中國宇航出版社, 2013.

Research on the Control Method of Critical Items for Aerospace Products

Chen Hai-bo, Li Guo-chun,Yu Fang-chun, Tan Zhen
(China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)

The reliability of a launch product directly affects the launch result. By investigating and analyzing the key aerospace products such as solid/liquid motors, identification clues for critical items are proposed, to insure the function reliability, life cycle stability and quality consistency of batch productions. Methods and processes are presented to identify and control the critical items for unit-level products, and the reliability of the products have been improved.

Reliability; Unit-level products; Critical item; Control method

V57

A

1004-7182(2017)03-0054-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20170312

2017-01-12；

2017-04-17

陳海波（1975-），女，高級工程師，主要研究方向為產(chǎn)品質(zhì)量控制