通過“再設計、再分析、再驗證”提升關鍵單機產品成熟度

◎中國空間技術研究院 郭振偉 黃威 朱北園 馮永 遇今

中國空間技術研究院建院40多年來研制發射了近百顆航天器，積累了一定的研制經驗，特別是近年來通過開展可靠性工程建設，航天器產品可靠性技術取得了很大成績，但對于解決“高可靠、長壽命”問題還缺乏足夠的積累，航天器產品的壽命和可靠性總體上較國外先進水平還存在差距，在軌壽命散差大，壽命期內的可靠性不夠高。因而，有效解決航天器產品中這些突出的可靠性問題成為當務之急。為此，研究院選取了東方紅四號、東方紅三號、導航、低軌遙感、CAST968、CAST2000等六大平臺配套的30類關鍵單機，深入開展“再設計、再分析、再驗證”（“三再”）工作，利用正向設計分析工具，從產品的結構、功能、特性分析入手，由上到下逐級進行分析，識別出產品的關鍵特性，開展對產品關鍵特性及薄弱環節的進一步識別，采取解決措施，從而不斷提升關鍵通用產品的成熟度，為航天器產品的定型及實現產品化奠定基礎。

一、“三再”工作的內涵

產品開發要經歷一個“V”字形的完整過程。一般來講，經過一個完整的“V”字模型開發過程所形成的產品還不能達到令人滿意的成熟程度。航天器產品也不例外，必須要在對產品飛行數據監測和比對分析的基礎上，對產品開展第二個甚至多個“V”字模型過程，這實際上形成了航天器產品開發與成熟度不斷提升的“W”模型。該模型通過反復迭代與深化完善，直至滿足航天器產品的高性能、高質量、高可靠的要求。

“三再”工作正是航天器產品開發與成熟度不斷提升的“W”模型中第二個“V”字模型過程，其目的是進一步提高航天器產品的“固有可靠性”，完善產品質量，逐步提高產品的成熟度。“W”模型可有效解決航天器產品特殊性與極小子樣研制導致的主要問題，從而實現航天器產品極小子樣情況下的成熟度提升。

“再設計”就是在對已飛行過的產品（成熟度達到3～4級）的飛行數據監測和比對分析的基礎上，針對產品存在的薄弱環節和關鍵特性開展重新設計，認識和消除影響產品可靠性、安全性的薄弱環節，同時鍛煉和提升產品開發隊伍的能力。

“再分析”就是要對關鍵單機產品在研、在軌和“再設計”中發現的問題進行全面分析，確保問題歸零到位；對產品進行特性分析，明確關鍵、重要特性（主要包括設計、工藝、過程控制關鍵特性），將關鍵、重要特性控制要求落實到產品保證、強制檢驗、數據包中，確保后續生產的穩定性。

“再驗證”就是要確保產品設計驗證（主要是試驗驗證）的全面性和充分性，補充完善相關驗證項目，明確產品設計裕度。

二、必要性分析

“三再”工作是航天器技術發展、持續提升產品成熟度，以及全面提升空間研究院研制水平與能力的必然要求。

1.航天器技術發展的要求

空間研究院的航天器技術經過40多年的發展，已由原來的注重功能、性能實現的演示驗證研制階段發展到目前的在軌業務應用階段，而且正朝著批量化、產業化方向發展。這就要求衛星由原來的注重功能、性能轉變為注重在軌穩定、可靠運行。而實現這一轉變的關鍵是對產品實施第二個“V”字模型的“三再”工作，進一步提升產品成熟度。

2.解決長壽命、高可靠應用與航天器在軌故障矛盾的要求

空間研究院通過對航天器型號在軌故障統計分析發現，大多數故障的發生是由于產品設計、生產中的可靠性設計、分析不充分，對型號壽命期內環境、機、電、熱等一體化可靠性設計的認識和研究不夠；對單機以外的系統接口可靠性分析不到位；一些設計壽命后期發生的故障表明，產品設計中對關鍵特性在設計上采取的可靠性措施還不到位。航天器的大量應用需求及產品化的可持續發展，使得研究院正面臨著進一步完善產品設計、提高產品成熟度的要求。“三再”工作正是為滿足這一要求，通過對關鍵單機產品實施第二個“V”字模型過程，進一步提高產品固有質量與可靠性，從根本上解決航天器產品長壽命、高可靠應用與在軌故障的矛盾。

3.全面提升航天器研制水平與能力的要求

通過“三再”工作，確保航天器產品在整個開發過程中功能、性能與可靠性并重，實現航天器關鍵單機產品研制從經驗型向規范化轉變。“三再”工作的過程，也是進一步梳理和規范航天器產品研制流程、方法、工具、手段及有關要求，培養設計師隊伍的過程。通過“三再”工作，全面提升空間研究院航天器產品研制水平與能力。

三、工作目標、要求、內容及流程

1.“三再”工作的目標

“三再”工作以關鍵單機“產品交付總裝與測試后不出問題、在軌不影響衛星穩定運行、培養隊伍”為目標。通過“三再”工作，完善產品數據包，固化產品設計、工藝、生產、測試、試驗等有關文件，打造一批更加成熟，具有高可靠、安全、穩定的產品；培養一批優秀的產品開發隊伍。

2.“三再”工作的要求

關鍵單機“三再”工作的基本要求是“一個充分、六個到位、三個保證”。

“一個充分”——關鍵單機薄弱環節梳理分析充分。

“六個到位”——產品技術狀態分析到位；產品設計及驗證到位；工藝鑒定全面性到位；測試試驗充分性到位；生產過程控制措施到位；數據記錄完備性到位。

“三個保證”——產品“三再”工作組織體系有保證；產品“三再”工作設備、子樣、經費有保證；“三再”工作考核激勵機制有保證。

3.“三再”工作的內容

根據關鍵單機“三再”工作的策劃，“三再”工作主要內容包括管理和技術兩個方面：

（1）管理方面

明確“三再”工作為各單位“一把手”工程。建立“三再”工作組織體系，明確工作組織機構，明確職責，落實各類關鍵單機“三再”工作各級責任人，行政正職親自負責1～2類產品的具體工作，積極推進關鍵單機“三再”工作。

組織30類關鍵單機“三再”工作動員會、布置會，定期組織技術交流會，促進“三再”工作思想統一、方法共享、成果共識，推進工作的有效開展。

依據空間研究院《再設計、再分析、再驗證工作要求》、《30類關鍵單機“三再”工作指導意見》及檢查通知要求，對“三再”工作進行現場檢查，檢查中發現的問題須及時反饋，各單位針對存在問題的相關工作進行完善。

（2）技術方面

“三再”工作從技術方面包括兩個方面：一是從產品質量問題歷史入手，逆向梳理分析產品薄弱環節；二是從產品使用要求入手，正向開展產品設計，把握產品所有關鍵特性和環節。針對上述兩個方面梳理的產品薄弱環節和關鍵環節開展設計及驗證，提升產品的固有質量與可靠性，快速提升產品的成熟度。

逆向梳理產品薄弱環節工作包括：

◆對30類關鍵單機在6個平臺上應用的所有技術狀態產品進行清理，形成產品清單。各單位確保開展“三再”工作覆蓋清單上的所有產品。

◆對產品研制過程、在軌運行出現的質量問題，包括質量歸零、不符合項、超差項等，從問題的機理入手，按照“雙五條歸零”的要求，對復查中發現的歸零不徹底、尚需進一步開展工作的質量問題列出清單。

◆根據中國航天科技集團公司關于加強航天產品數據包管理的有關要求，并結合產品設計、工藝和過程控制關鍵特性對產品數據包進行梳理，明確關鍵單機“航天產品數據包要求”。依據要求對產品數據包內容的完整性進行確認，確保發射型號單機產品不再開蓋檢查，對于需要補充和完善的數據內容列出清單，及時補充。

◆對照航天科技集團《航天產品禁（限）用工藝目錄》及空間研究院發布的《航天器產品禁（限）用工藝清單》，明確是否存在禁/限用工藝；按照工藝標準對產品工藝規程進行復查，對于不符合標準的工藝規程列出清單。

◆對比產品設計、分析、驗證與國內外標準及空間研究院“1+6+2”（故障模式和影響分析、6項可靠性專項設計、元器件可靠性使用與試驗驗證）要求的一致性，找出差距并列出問題清單，形成產品設計和實現過程與國內外標準一致性的復查報告。

◆對產品測試大綱和驗收大綱內容的完整性、正確性進行確認，對于缺失的測試項目及驗收項目列出清單。

產品正向設計工作主要包括：

◆依據產品既定的任務要求（使命），分析產品全壽命周期技術指標體系，包括從產品整機功能、性能、可靠性、使用條件、對外接口關系、可測試性、設計工藝性等方面梳理技術指標。

◆依據產品整機技術指標開展產品功能、結構分析，給出產品的完整功能—結構圖，進一步形成單機組成模塊、部件、元器件、零件、材料等的量化指標，形成產品完整的技術指標體系；對照國內外產品有關標準及相關規范，進一步梳理產品技術指標，力求產品技術指標體系全面、清晰、量化。

◆從產品技術指標（要求）體系入手，以故障模式和影響分析（FMEA）、優先次序矩陣法等工具開展產品特性分析，梳理產品設計、工藝、過程控制關鍵特性。

◆在產品技術狀態清理、質量問題歸零徹底性復查、工藝符合性復查、與國內外標準一致性復查、“1+6+2”復查、測試與驗收大綱內容完整性與正確性復查、產品正向設計的基礎上，分析、梳理出影響產品質量與可靠性且須改進的薄弱環節和關鍵特性并形成清單，編制產品薄弱環節、關鍵特性的分析報告。

◆針對梳理出的產品薄弱環節、關鍵特性開展“再設計”，通過設計完善，尋求產品的規格極限、使用極限、設計極限、生存極限，并針對設計制定測試計劃，開展設計指標的測試、試驗驗證。

◆根據已確定的航天產品數據包要求和產品“三再”工作過程形成的成果，完善產品數據包。

◆總結產品設計、分析與驗證，形成產品研制（可靠性）規范，確保產品正向研制流程把握所有關鍵特性。

4.“三再”工作的流程

“三再”工作的基本流程詳見圖1。

技術指標（要求）分析要求，依據產品既定的任務要求（使命）分析產品全壽命周期技術指標，并對照國內外產品有關標準及相關規范，進一步梳理產品技術指標，力求產品技術指標全面、清晰、量化。

“再設計”及一致性分析要求，根據產品技術指標（要求）體系開展產品的正向設計，并對設計指標進行測試、試驗驗證；對照產品設計（工藝）文檔、圖紙等相關設計資料，逐項對產品設計指標與要求的一致性進行“再分析”。

關鍵特性分析要求，結合產品功能—結構—特性圖分析產品設計關鍵特性，針對每項技術指標要求形成清單。在設計關鍵特性分析的基礎上分析工藝關鍵特性，逐一梳理產品工藝，復核工藝關鍵特性在工藝文件中的細化、量化過程，形成工藝、過程控制關鍵特性清單。

圖1 關鍵單機“三再”工作流程

設計驗證分析要求，通過檢查或提供客觀證據(理論的，實驗性的)證明產品設計已滿足規定的產品技術要求。必須通過設計驗證確認設計的合理性、正確性，暴露并糾正設計缺陷。

完善數據包、固化產品設計要求，對于已通過驗證證明為合理、正確的設計，需將產品設計關鍵特性納入產品數據包，完善產品的相關設計文件，形成產品設計規范，固化產品設計。

四、工作進展及初步成效

由于30類關鍵單機的“三再”工作是一項探索性、開創性的工作，各項工作的程序與方法是一個不斷摸索與完善的過程，目前這一工作已取得初步成效。到目前為止，各類單機產品已經完成了技術狀態清理、質量問題歸零徹底性確認、數據包復查、工藝符合性復查、設計和實現過程與國內外標準一致性復查以及“1+6+2”設計復查，個別單機完成了關鍵特性分析。已經取得的初步成效包括：

一是30類關鍵單機共梳理出上百種基線、數百種狀態、數千臺（套）實物產品，進一步完善了各狀態產品技術指標體系，并進一步明確了產品的使用環境、接口關系。

二是在質量問題歸零徹底性確認、工藝符合性復查、與國內外產品標準一致性、產品“1+6+2”設計復查的基礎上，查找產品薄弱環節數百項，針對薄弱環節補充開展鑒定試驗、可靠性試驗幾十項，完成上百項薄弱環節的改進。

三是針對30類關鍵單機涉及的上百項禁（限）用工藝，完成了近200臺新交付產品的工藝改進。

四是通過產品特性分析，梳理產品設計關鍵特性近百項，工藝關鍵特性幾十項，過程關鍵特性近百項，并制定了控制措施。

五是通過分析，2010年6～12月，30類關鍵單機出現的質量問題占同期型號質量問題總數的19.5%，與2009年質量問題占32.8%相比大幅下降。“三再”工作使得產品質量與可靠性得到明顯改善。

五、開展“三再”工作須把握的幾個關鍵點

1.深刻理解 “三再”工作的本質

參與“三再”工作的各級人員必須深刻理解關鍵單機“三再”工作的本質含義，“三再”工作絕不是對關鍵單機產品零散的修善、“頭疼醫頭”、“腳疼醫腳”，而是需要設計師系統按照“三再”工作理論、要求、方法和手段認真進行大量堅實的工作。這些工作包括設計及設計驗證，特別是對于以往驗證不徹底或不完全的試驗驗證。不能流于簡單地完善設計報告，這會使“三再”工作失去其應有的成效。

2.加強產品正向設計技術與方法的研究、應用

航天器的開發吃透技術是關鍵，其中設計又是決定產品固有可靠性的關鍵。為此，“三再”工作必須大力加強產品正向設計技術與方法的研究與應用；必須在認真總結研究院航天器產品設計開發工程實踐的基礎上，深入調研當今國際航天器產品設計與方法，形成規范化的航天器產品設計開發指南，包括設計、工藝、測試試驗、生產等方面，并將研究成果運用于“三再”工作實踐。

3.人才隊伍的建設

做好關鍵單機“三再”工作的關鍵是人才隊伍的建設，包括“三再”專家隊伍及設計師隊伍。通過專家隊伍的建立，為“三再”工作提供技術指導、培訓及設計把關；通過設計師隊伍的建立，將“三再”工作落在實處。

4.加強設計、分析與驗證的信息基礎建設

通過對關鍵單機產品的“三再”，對常用的且采取過相應可靠性措施的元器件、原材料和單機的可靠性信息要進行系統地收集、整理，形成與型號現實相符的可靠性數據庫。

“三再”工作是高風險、高質量、高要求、極小子樣航天器產品成熟度提高的有效途徑，對關鍵單機產品進行“三再”并通過其形成航天器產品開發規范、固化產品設計、生產出一批好產品、帶出一支好隊伍是必要的。通過廣大有關人員的努力，實現真正意義上的關鍵單機產品“三再”工作的目標，大幅提升關鍵單機產品的成熟度也是可能的。