航天元器件差異化管理研究與實踐

◎中國運載火箭技術(shù)研究院物流中心 彭磊 熊盛陽 官巖 林雄輝 陳朝杰

航天元器件差異化管理研究與實踐

◎中國運載火箭技術(shù)研究院物流中心 彭磊 熊盛陽 官巖 林雄輝 陳朝杰

為保證航天型號研制順利開展，需要結(jié)合型號任務(wù)特點對元器件實行差異化管理，即劃分應(yīng)用等級。劃分的元器件應(yīng)用等級是在綜合評價元器件認定、驗證、供貨、使用、失效等多重因素的情況下予以確定，能夠有針對性地開展元器件選用和質(zhì)量保證工作，提高工作效率，有效的控制研制成本，降低元器件使用風險。

隨著我國航天技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，航天型號產(chǎn)品不斷增多，研制周期縮短、成本壓縮，對元器件的選用需求也逐漸分化，傳統(tǒng)的元器件選用管理方法已不能滿足型號要求，對航天元器件的管理提出了新的挑戰(zhàn)。以往以產(chǎn)品固有可靠性表征形式——質(zhì)量等級為基本依據(jù)對元器件實施用戶方管理的模式，其指導(dǎo)性已下降。為規(guī)避選用風險，規(guī)范元器件的選用管理，航天總體院應(yīng)在現(xiàn)有元器件質(zhì)量等級的基礎(chǔ)上，結(jié)合型號需求實施差異化管理，即劃分元器件應(yīng)用等級，通過評價元器件認定、驗證、供貨、使用、失效等多重因素，可以確定元器件具體的應(yīng)用等級，有針對性地開展元器件選用和質(zhì)量保證工作，以提高工作效率，有效的控制研制成本，降低元器件使用風險。

一、質(zhì)量等級規(guī)范化研究

質(zhì)量等級是反映元器件在生產(chǎn)、檢驗和篩選過程中的質(zhì)量控制等級，是設(shè)計師選用、用戶質(zhì)量保證工作的重要信息項。設(shè)計師按照型號元器件質(zhì)量保證大綱的要求選用元器件，設(shè)計圖紙元器件清單需準確填報元器件質(zhì)量等級，并作為選用評審、電子設(shè)備可靠性預(yù)計、質(zhì)量檢查確認的依據(jù)。用戶實施的下廠監(jiān)制驗收、到貨復(fù)驗、超期管理等質(zhì)量保證措施，均需要按照元器件質(zhì)量等級開展相關(guān)試驗和審查相應(yīng)質(zhì)量證明文件。

1.規(guī)范質(zhì)量等級的目的

通過規(guī)范質(zhì)量等級，能夠達到以下3個目的:明確元器件所依據(jù)標準體系;明確元器件具體質(zhì)量控制水平;明確總體院特殊要求的落實情況。

元器件所依據(jù)的標準體系決定了元器件的生產(chǎn)狀況和固有可靠性。航天型號選用的進口元器件以美軍標、工業(yè)級為主，部分型號選用了少量的ESCC元器件;選用的國產(chǎn)元器件為國軍標(包括企軍標)、“七專”體系。不同類別的單機選用的元器件體系也有差異，新研關(guān)鍵單機主要選用美軍標和國軍標體系產(chǎn)品，成熟單機大量選用了工業(yè)級和“七專”體系產(chǎn)品，在役批產(chǎn)的單機仍在規(guī)模使用“七專”體系產(chǎn)品。通過規(guī)范質(zhì)量等級，可以更準確地分析元器件使用情況，為開展質(zhì)量提升、可靠性預(yù)計、質(zhì)量檢查確認等工作提供有利的條件。

2.質(zhì)量等級規(guī)范化工作內(nèi)容

在規(guī)范質(zhì)量等級時，主要從4個維度劃分。按元器件來源不同，分為國產(chǎn)、進口;按生產(chǎn)線認證和產(chǎn)品鑒定情況，分為不同體系下的國軍標(GJB)/美軍標(MIL)、企軍標(QJB)/準軍級(883)、“七專”(G)、企標(QB)/工業(yè)級(IND);按產(chǎn)品考核水平，依據(jù)實際質(zhì)量保證等級或失效率等級劃分，如GJB(B)、QJB(JANTXV)等;附加航天特殊要求的國產(chǎn)元器件需要按航天質(zhì)量等級規(guī)定予以規(guī)范。

二、應(yīng)用等級確定原則

應(yīng)用等級是質(zhì)量等級在用戶方開展元器件工作的表征形式，因此應(yīng)用等級首先是與元器件質(zhì)量等級相對應(yīng)，同時根據(jù)元器件的應(yīng)用成熟度、用戶方認定結(jié)果、供貨使用情況等予以確定。

應(yīng)用等級設(shè)定為5級:應(yīng)用等級1級的元器件為可獲得的最高可靠性的元器件，適用于關(guān)鍵任務(wù)或具有最高可靠性要求的工作場合;應(yīng)用等級2級的元器件為高可靠性的元器件，適用于具有高可靠要求的工作場合;應(yīng)用等級3級的元器件為較高可靠性的元器件，適用于可適當放寬風險控制要求的工作場合;應(yīng)用等級4級的元器件為可靠性存在一定隱患的元器件，適用于應(yīng)用環(huán)境條件相對寬松的工作場合;應(yīng)用等級5級的元器件為可靠性存在較大隱患的元器件，除非采取必要的控制措施，否則不建議應(yīng)用于航天領(lǐng)域。

應(yīng)用等級的確定應(yīng)遵循以下原則:

一是應(yīng)用等級與規(guī)范的質(zhì)量等級進行對應(yīng)。而事實上，由于一直以來元器件質(zhì)量等級代碼的不規(guī)范，造成一些定義模糊的標識大范圍的使用，導(dǎo)致元器件固有可靠性無法通過質(zhì)量等級準確的予以反映，因此確定應(yīng)用等級的前提條件是根據(jù)元器件的固有技術(shù)狀態(tài)規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量等級。

二是有可證明的應(yīng)用經(jīng)歷。主要是指產(chǎn)品在型號中是否有成功的應(yīng)用經(jīng)驗，尤其是飛行試驗經(jīng)歷。

三是有明確的元器件技術(shù)狀態(tài)。主要指產(chǎn)品的材料、工藝、結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵考核條件固化，能夠為用戶方開展元器件技術(shù)狀態(tài)評價提供足夠的信息。

四是有明確的技術(shù)狀態(tài)更改記錄。主要是指產(chǎn)品的材料、工藝、結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵考核條件是否發(fā)生變化，以便及時對技術(shù)狀態(tài)改變后的元器件應(yīng)用風險進行用戶方評估。

五是有明確的元器件鑒定(認定)/評價結(jié)果。主要是指用戶方或用戶指定的第三方是否對元器件進行有效的評價與驗證。

六是有明確的生產(chǎn)線狀態(tài)評價結(jié)果。主要是指元器件生產(chǎn)線是否經(jīng)過認證并采取有效的管控措施，支持生產(chǎn)線的組織機構(gòu)是否穩(wěn)定。

七是有明確的供貨能力評價結(jié)果。主要是指用戶方對產(chǎn)品的供貨渠道、周期、價格、數(shù)量等進行評價。

三、應(yīng)用等級內(nèi)涵及使用條件

1.應(yīng)用等級的確定

依據(jù)應(yīng)用等級確定原則，首先需要建立應(yīng)用等級與質(zhì)量等級的對應(yīng)關(guān)系，按照5級應(yīng)用等級的定義，應(yīng)用等級與質(zhì)量等級的對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 應(yīng)用等級與質(zhì)量等級對應(yīng)表

國產(chǎn)元器件應(yīng)用等級的最終確定還應(yīng)根據(jù)確定原則的第2～7條開展評價工作后確定。應(yīng)用等級1級和2級需開展應(yīng)用等級確定原則的第2～7條全部的評價工作并且通過評價，應(yīng)用等級3級需開展應(yīng)用等級確定原則第2、3、4、6、7條的評價工作并且通過評價，應(yīng)用等級4級需開展應(yīng)用等級確定原則第2、3、4、7條的評價工作并且通過評價，應(yīng)用等級5級產(chǎn)品屬于民用元器件，不建議在航天型號中正式應(yīng)用，需要時一般僅對供貨情況進行調(diào)研評估，不予評價。

2.應(yīng)用等級的修正

當元器件未通過評價時，應(yīng)對應(yīng)用等級進行調(diào)整，有以下情況的元器件，應(yīng)用等級下調(diào)一個等級:未經(jīng)驗證的新選用元器件;元器件技術(shù)狀態(tài)更改，采用了未經(jīng)驗證的材料、結(jié)構(gòu)或工藝;采用落后工藝的元器件;采用具有可靠性隱患的結(jié)構(gòu)、工藝或材料;存在斷檔、停產(chǎn)風險的元器件;供貨不及時，交貨后服務(wù)保障能力差;元器件質(zhì)量問題頻發(fā);組織機構(gòu)不穩(wěn)定，管理不善。

經(jīng)過充分的驗證，元器件可靠性滿足型號使用要求，且無法獲得更高等級的元器件時，應(yīng)用等級可上調(diào)一個等級。

3.應(yīng)用等級的使用

應(yīng)用等級的主要作用是將元器件根據(jù)其使用風險進行層級劃分，以方便設(shè)計師選用以及開展后續(xù)的質(zhì)量保證。

應(yīng)用等級在規(guī)范選用管理工作時，應(yīng)與型號系統(tǒng)以及應(yīng)用部位進行對應(yīng)，按照任務(wù)要求可將航天型號分為4類:一類(非常重要型號)、二類(比較重要型號)、三類(重要型號)、四類(常規(guī)型號)，設(shè)備按關(guān)鍵程度和部位也分為4類:一類(任務(wù)載體關(guān)鍵設(shè)備)、二類(任務(wù)載體非關(guān)鍵設(shè)備及地面任務(wù)關(guān)鍵設(shè)備)、三類(地面任務(wù)一般設(shè)備)、四類(其它設(shè)備)。元器件應(yīng)用等級的選用要求見表2，中國運載火箭技術(shù)研究院元器件選用目錄中應(yīng)明確元器件的應(yīng)用等級，具體型號的元器件應(yīng)用等級選用要求在各型號元器件質(zhì)量保證大綱中明確。

質(zhì)量保證工作應(yīng)按應(yīng)用等級對不同種類元器件分別制定鑒定檢驗、QCI(質(zhì)量一致性檢驗)、篩選試驗等具體試驗項目，并對相應(yīng)等級元器件的可靠性進行考核。

4.工程案例

研究院對瓷介電容器實施了差異化管理，梳理當前應(yīng)用的瓷介電容器的現(xiàn)狀如圖1所示。

瓷介電容器在型號中大量應(yīng)用，有豐富的應(yīng)用經(jīng)歷，技術(shù)狀態(tài)已固化且受控，附加了航天質(zhì)量保證技術(shù)條件，已通過二方或三方鑒定，生產(chǎn)線狀況穩(wěn)定，有持續(xù)供貨的能力。

表2 元器件應(yīng)用等級的選用要求

按應(yīng)用等級與質(zhì)量等級的對應(yīng)關(guān)系，瓷介電容器應(yīng)用等級分 為 1級 [GJB(P)/K+、GJB(P)/K]、2級 [QJB(M)/K+、QJB(M)/K、QJB/K]。根據(jù)應(yīng)用等級修正的8條原則對瓷介電容器進行再評估，識別出質(zhì)量等級為QJB/K的瓷介電容器其內(nèi)部電極材料為鎳，鎳電極瓷介電容器在應(yīng)用過程中絕緣電阻值會有一定的下降，對使用帶來一定的可靠性隱患，符合“采用具有可靠性隱患的結(jié)構(gòu)、工藝或材料”的應(yīng)用等級下調(diào)條件，應(yīng)用等級下調(diào)一個等級，不建議在關(guān)鍵設(shè)備中使用，在一般設(shè)備中使用前需要開展充分的驗證，以保證絕緣電阻性能下降不影響任務(wù)的順利實施。

根據(jù)以上分析，瓷介電容器的應(yīng)用等級最終確定為1級[GJB(P)/K+、GJB(P)/K]、2 級[QJB(M)/K+、QJB(M)/K]、3 級[QJB/K]，關(guān)鍵任務(wù)型號的關(guān)鍵單機優(yōu)選1級，其它飛行控制設(shè)備至少選用2級，遙測設(shè)備和地面設(shè)備可選用3級;1級和2級產(chǎn)品的質(zhì)量控制措施為附加航天元器件技術(shù)條件的國軍標考核要求，3級產(chǎn)品的試驗考核項目與1級、2級產(chǎn)品相同，但根據(jù)產(chǎn)品摸底試驗結(jié)果，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，適當放寬考核判據(jù)。

實施差異化管理是航天元器件的未來發(fā)展趨勢，應(yīng)用等級是用戶方實現(xiàn)元器件差異化管理的核心措施及最終表現(xiàn)形式，通過劃分應(yīng)用等級，可以有針對性的對元器件開展評估工作，元器件的固有可靠性和應(yīng)用風險能夠得到正確的體現(xiàn)，保證設(shè)計師系統(tǒng)在信息受限的情況下能夠正確地選擇符合要求的元器件，避免選用不當給航天型號任務(wù)帶來不可預(yù)估的風險。