航天工程精細化質量管理

袁家軍

(中國航天科技集團公司，北京 100048)

1 前言

中國航天質量管理的發展，是以系統工程理論和方法為指導，以航天重大工程任務為牽引，以“堅持、完善、發展”為原則，不斷總結經驗和教訓并在此基礎上進行理論和管理創新，實現質量管理能力的跨越發展。

“十一五”以來，航天科技工業改革發展建設進入關鍵時期。航天工程研制面臨著“三高兩重”的新形勢和任務，即型號研制、業務運行質量可靠性高要求，研制、發射、飛行任務高密度，參與研制的人員變化高動態;國家重大工程責任重，多型號并舉任務重。在新的形勢和任務面前，航天工程研制暴露出產品成熟度不高，關鍵環節細化量化控制不夠，型號研制風險識別和控制能力不夠，質量基礎建設和團隊能力相對薄弱等突出問題。航天科技集團公司系統總結了中國航天50多年系統工程理論方法和質量管理經驗，特別是重大工程質量管理的最佳實踐，借鑒國外航天質量管理的標準，制定并實施了《航天型號精細化質量管理要求》(新28條)及一系列相關配套標準規范，逐步形成了航天工程精細化質量管理的理論、方法和體系。

2 航天質量管理的發展歷程

現代質量管理的發展一般可分為三個階段:一是質量檢驗階段(20世紀初至40年代)，主要通過嚴格檢驗來保證工序間和出廠產品的質量，側重于“事后把關”;二是統計質量控制階段(20世紀40年代至60年代)，主要應用統計技術對生產過程進行監控，逐步從“事后把關”向“事前預防”轉變;三是全面質量管理階段(20世紀60年代至今)，強調全員、全過程、全企業的質量管理，注重預防為主、過程控制、持續改進。

在世界質量管理發展的總體趨勢下，航天行業質量管理也經歷了從學習借鑒到自主發展的歷程，不斷探索與航天產品特點和企業管理理念相適應的質量管理模式和方法。以美國波音公司為例，其質量管理經歷四個階段的發展，從20世紀90年代中期開始，已經建立起了具有其自身特色的先進質量體系(AQS)［1］，如表 1 所示。

表1 波音公司質量管理發展Table 1 The progress of Boeing’s quality management

中國航天科技集團在學習和借鑒國外先進質量管理理論和方法的同時，緊密結合中國航天工程研制實踐，質量管理的發展經歷了質量檢驗階段、全面質量管理起步階段、全面質量管理深化階段和精細化質量管理階段等4個階段，詳見表2。

表2 中國航天科技集團質量管理的發展Table 2 The progress of CASC’s quality management

續表

3 航天工程精細化質量管理的概念及內涵

我國航天工程精細化質量管理以提升總體設計、整體優化、有效地識別與控制技術風險及快速聚焦、放大和控制關鍵細節的能力為核心，堅持預防為主，從源頭抓起，系統管理，實施全過程精細化質量控制，確保航天型號研制及飛行任務一次成功。其主要內涵包括以下幾個方面:

1)牢固樹立零缺陷質量意識。要求全員樹立“零缺陷”理念，追求各項工作第一次就做對、做好，力求型號研制、生產和服務中各環節全面優質，力求地面試驗、飛行試驗等各項任務的圓滿完成、一次成功。

2)嚴格落實質量責任。遵循全員參與、各負其責的思想，將質量責任系統分解到與工程相關的每一個組織和個人，并通過考核獎懲和責任追究促進責任制落到實處。

3)探索航天產品高質量的本質特征和實現規律。有效識別和充分驗證產品設計、工藝、過程控制三類關鍵特性，強化全過程精細化質量控制。通過產品數據包的建立、豐富和完善、探索開發適用于航天工程特點的產品快速成熟的路徑和方法。

4)頂層策劃、總體優化，有效識別和控制風險。運用系統工程的理論和方法，從系統各階段開展質量策劃，強調相關過程、產品、特性和資源的相互協調和整體優化，突出對技術風險的有效識別和控制。

5)集同工作、放大細節、量化控制。工作中注重跨單位、跨專業、跨部門的相互協同和綜合集成。把握航天工程“細節決定成敗”的特點，快速聚焦、充分識別影響任務成敗的關鍵細節，對產品實現的關鍵過程和產生質量問題的深層原因和薄弱環節加以放大，采取量化、細化的方式和工具手段進行控制和改進。

6)不斷完善知識創新及其快速共享的管理體系和制度。建立質量與可靠性信息系統、數據庫，建設并實施質量問題分析、質量體系評估、質量問題快報、質量問題歸零和舉一反三等制度，完善標準規范體系，開展最佳實踐交流，促進知識創新和快速共享。

7)強調技術、產品、管理和隊伍成熟度的同步提升。同步開展關鍵技術成熟度評價、航天通用產品定型、科研生產管理體系評估、質量管理體系審核和全員質量專業培訓等工作，同步提升技術、產品、管理和隊伍的成熟度，保證和提升航天工程的質量與可靠性。

8)注重工程方法、工具的開發與應用。加強質量與可靠性關鍵技術和質量管理方法的研究與推廣應用，推動先進、成熟的質量與可靠性技術的信息化、軟件化、集成化。建立健全產品質量，保證專業技術機構體系，不斷提高產品質量，保證專業技術能力。

4 精細化質量管理的理論與方法

精細化質量管理既具有工程技術的屬性，又具有管理理念和方法的屬性，是對兩者進行交叉融合形成的綜合性技術成果。從理論方法的角度，精細化質量管理是以復雜系統綜合集成方法論為指導，以航天系統工程核心思想為基礎，以航天質量管理原則為基點，以航天產品成熟度理論為核心的一門綜合性技術。以下分別對這4個方面的核心理論、方法和原則進行簡要介紹。

4．1 復雜系統綜合集成方法論

復雜系統綜合集成方法論由錢學森提出，是解決復雜巨系統開發及運行的一般性原則和方法［2］，其主要內涵可簡要歸結為“五個結合，五個轉變”，即:定性與定量相結合，由定性認識向定量認識轉變;宏觀與微觀相結合，由實現宏觀認識向微觀認識轉變;創新與規范結合，技術活動由創新向規范化方向轉變;人與計算機相結合，技術作業由人工作業向自動化作業轉變;不確定性與確定性結合，對系統風險的把握由不確定性向確定性方向轉變［3，4］。

4．2 航天系統工程核心思想

航天系統工程由錢學森提出，是研究和處理航天系統研制過程中跨學科集成和跨部門協作的基本理論和方法［5］，從“兩彈一星”到載人航天，航天系統工程的理論和方法不斷豐富和完善，其核心思想可以概括為“綜合集成、迭代深化、集同工作、總體優化、放大細節、定量控制、持續改進、快速成熟”等8個方面。

其中，“綜合集成”是航天工程需求的構建方式和過程;“迭代深化”是通過信息對系統進行反復設計、分析和驗證，以加速系統的改進和完善;“快速成熟”是針對航天工程小子樣研制特點，探索開發適用于航天工程特點的快速成熟路徑和方法，支持航天型號開展有效的質量可靠性保證工作。

4．3 航天工程質量管理原則

ISO9000《質量管理體系基礎和術語》確立了質量管理的八項原則:即以顧客為關注焦點、領導作用、全員參與、過程方法、管理的系統方法、持續改進、基于事實的決策方法、與供方互利的關系，這也是全面質量管理的核心理念。

我國航天工業的質量管理在吸收世界通用質量管理原則的基礎上，根據航天工程的特點，增加了兩項原則:即預防為主、一次成功。其中，“預防為主”就是要合理配置資源并做好事前策劃和過程控制，預防問題的發生;“一次成功”就是要力求第一次把事情做好并實現預期的目標。

上述十項基本原則，既包含了全面質量管理的核心理念，又體現了航天工程質量管理的特殊要求，構成了精細化質量管理基本原則。

4．4 航天產品成熟度理論［6］

航天產品成熟度是在借鑒國外技術成熟度和制造成熟度的理論和方法的基礎上，針對航天產品研制特點提出的，其基本概念是對產品在研制、生產及使用環節等全壽命周期所有技術要素的合理性、完備性以及在一定功能、性能水平下質量穩定性的一種度量。航天產品成熟度主要研究航天產品高質量的本質特征和實現規律，為探索復雜性系統在小子樣研制條件下實現一次成功提供理論基礎。

航天產品成熟度理論的核心思想是:對產品的設計、工藝和過程控制三類關鍵特性的有效識別和充分驗證是產品成熟的本質特征;將三類關鍵特性作為產品基線，在研制過程中定量控制并不斷完善;應用產品數據包對三類特性進行全過程嚴格記錄，確保產品質量信息可追溯;對關鍵特性再識別、再設計和再驗證，實現成熟度提升;注重人的因素，隊伍的成熟度是質量管理能力提升的關鍵。

5 精細化質量管理體系

精細化質量管理體系由組織層面的質量管理體系和項目層面的產品保證體系構成。質量管理體系和產品保證體系的有機結合和有效運行是航天工程“一次成功”的重要保證。

產品保證體系是面向項目及其產品建立的保證型號任務研制質量的工作體系，通過產品保證管理，質量保證，可靠性安全性保證，EEE元器件保證，機械零件、材料及工藝保證，軟件產品保證等相關活動，保證研制的產品按規范、標準完成規定的工作項目，保證產品安全、可用和可靠［7］。產品保證體系建設的核心是搞好頂層設計、總體優化，有效識別與控制技術風險。產品保證體系建設注重系統開展產品保證策劃，制定產品保證大綱和工作計劃，落實產品保證工作和資源;注重跨學科、不同層面各類人員的深度集同工作能力的提升，確保總體優化、吃透細節;注重有效識別設計、工藝、過程控制三類關鍵特性，明確技術狀態基線，嚴格技術狀態控制;注重開展可靠性設計和驗證工作，確保關鍵特性臨界值的確定、裕度設計及其驗證的充分性;注重有效地識別和控制設計及生產過程中的缺陷和隱患，嚴格過程控制，確保研制技術風險可控。

質量管理體系是面向組織建立的，是對組織或本單位質量管理的基本、通用的要求。質量管理體系建設的目的是為航天工程研制構筑質量保證基礎平臺。航天科技集團公司在質量管理體系國際標準(ISO 9000)基礎上，結合航天工程研制生產的特點，制定并實施了更高要求的航天質量管理體系標準(QJ 9000)。院、廠所組織層面按照QJ 9000建立質量管理體系，重點內容是:健全組織機構，明確管理職責，優化資源配置，開展質量管理體系評估，制定并實施一套系統、完善、操作性強的質量管理體系文件。質量管理體系建設的關鍵是確保體系運行的有效性、產品成熟度的快速提升以及建立與多任務、高密度研制與發射任務要求相適應的體系與機制。質量管理體系建設注重單機產品定型管理，通過規范產品型譜，實現小批量生產，探索不同類別產品成熟度快速提升的途徑與方法，建立產品定型工程技術和管理體系，實現小子樣研制情況下產品質量和可靠性的快速提高，不斷提高產品成熟度;注重總結經驗，推廣最佳實踐，發現薄弱環節，持續改進質量管理體系，提高管理成熟度;注重完善質量與可靠性信息平臺，加強信息的溝通與傳遞，建立質量問題歸零和舉一反三快速反應機制，實現技術與管理知識的快速創造、集成與共享;注重完善質量管理方法、工具和手段，不斷加強質量管理技術研究和應用，創新管理機制和方法;注重完善團隊協同工作與快速成長管理模式，不斷提高預防問題、發現問題、處理問題和持續改進的能力，不斷提高研制隊伍成熟度。

6 精細化質量管理的主要做法

精細化質量管理的內容涵蓋了質量管理體系、型號過程質量控制和質量基礎能力建設等多個方面［8］，僅就其中幾種主要的做法作簡要介紹。

6．1 設計與驗證

以可靠性設計為重點，開展頂層設計，確保總體優化。重點開展抗力學環境設計、熱設計、電磁兼容設計、靜電防護設計、抗輻射設計、裕度設計等。在設計過程中，采用集同工作模式，對三類關鍵特性充分識別，并在此基礎上搞好關鍵特性的裕度設計。

設計驗證工作應確保驗證的充分性，對不能在地面進行試驗驗證的項目開展最壞情況分析及仿真分析，做好單點故障模式識別與控制。對關鍵特性裕度設計進行驗證，驗證的條件要模擬真實的任務環境剖面，不能模擬的環境因素要進行后果分析，提出風險對策。對關鍵和強制檢測點的設置要求和數據的可信度進行確認。

6．2 技術狀態控制

明確技術狀態基線。航天產品的研制是按階段進行的，每個階段的起點均由一個里程碑確定下來，并建立了一個受控的基線，表明要求和設計已獲批準，并作為進一步演變的起點，明確技術狀態基線是使技術狀態受控的基礎。技術狀態基線的確定以產品三類關鍵特性為主線，并隨著研制過程認識的深化不斷完善。

嚴格實施技術狀態更改的控制。對技術狀態更改實施分階段、分級和分類管理，按照“論證充分、各方認可、試驗驗證、審批完備、落實到位”五條原則嚴格實施技術狀態更改控制。對提出的更改建議，必須充分驗證更改的合理性，取得客觀證據，把批準的更改落實到相關的文件和產品中，做到文文一致，文實相符。

6．3 數據包管理［9］

航天產品數據包是指航天產品設計、制造、檢驗、交付全過程技術活動量化控制結果的總和。產品數據包作為貫穿航天產品研制全過程的歸一化管理工具，是航天產品保證工作的重要內容之一。

按照總體策劃、系統分析、確定清單、形成記錄、確認驗證、持續改進等階段，建立產品數據包，通過建立和完善數據包管理體系，確保數據的系統性、完整性、正確性、關鍵性、可追溯性、可對比性。

關鍵特性數據是航天產品數據包的核心內容，主要由設計、工藝、產品實現過程質量控制等方面人員集同工作共同確定，通過產品設計關鍵特性表、工藝關鍵特性表、過程控制關鍵特性表來表征，并在研制過程中不斷完善和應用，推動產品保證體系和質量管理體系持續改進。

6．4 技術評審與重大工程關鍵技術的獨立評估

技術評審是質量把關的重要手段。航天產品技術評審包括設計(含工藝設計)評審、轉研制階段評審、出廠評審和專項(元器件、軟件、可靠性和安全性、技術狀態控制和質量問題歸零)評審。對評審工作進行系統策劃，納入研制計劃;建立分級把關制度，明確責任，充分發揮同行專家的咨詢把關作用;對專家的建議、意見實施跟蹤，閉環管理，建立評審信息庫和專家庫，結合研制程序，及時開展相關評審，為決策提供依據。

對重大工程關鍵技術開展獨立評估，是對重大技術關鍵針對性很強的獨立把關措施。評估工作強調組織獨立性和工作深入性。評估專家完全獨立于型號隊伍，評估組專家的專業要覆蓋重大風險項目所涉及的各個技術領域，通過座談交流、現場調研、資料分析、專題研討和復核復算等方式集同工作，對重大技術關鍵的解決情況及殘余風險進行嚴格把關。

6．5 基礎性產品保證

按國際宇航界通行做法開展產品保證工作，包括產品保證管理，質量保證、可靠性保證、維修性保證、安全性保證、元器件保證、機械零件、材料和工藝保證、軟件產品保證等。

在實施產品保證過程中，特別關注以下幾點:產品保證策劃，包括產品保證大綱、產品保證計劃、對承包商產品保證要求的制定;關鍵項目管理，包括關鍵項目的識別、控制措施的制定和控制結果的確認;關鍵和強制檢驗點的設置與控制;產品保證專業機構建設，包括技術研究機構、專業檢測機構等;對元器件實施“五統一”管理，實行統一選用、統一采購、統一監制驗收、統一篩選復驗、統一失效分析，對元器件供應商進行質量認定，進一步形成對元器件設計選用、采購、儲存和使用全過程控制。此外，注重軟件工程化管理，將軟件列入型號產品配套表，開發過程遵循標準規范，做好頂層設計分析，充分考慮軟件的最壞使用環境，按軟件開發過程和成熟程度建立軟件的開發庫、受控庫和產品庫，實行獨立的第三方軟件評測，努力提高測試的覆蓋性［10］。

6．6 產品操作、測試過程的質量控制

實施表格化管理，對操作類的技術文件實行表格化，做到程序清晰、內容和記錄完整、可追溯。對測試數據進行判讀，對異常和臨界數據及時分析和處理，剔除質量隱患。對測量結果進行數據比對，進行變化趨勢或性能穩定性分析，以有效規避風險。將數據的記錄、分析、比對結果納入數據包管理，為產品成熟度的提升提供依據。

開展成功數據包絡分析，在多次飛行試驗產品各項參數滿足設計要求的前提下，確認飛行試驗產品各項參數是否在產品成功數據包絡內，并對超出數據包絡的參數展開技術風險分析，進而評估產品參加本次飛行試驗的風險。成功數據包絡分析是航天產品數據包管理成果的應用，對于完善和優化關鍵特性數據、提升產品數據包的精細化程度、分析產品各項指標的離散程度、提高產品的一致性水平具有重要作用。

6．7 產品定型管理［11］

航天產品定型是指在產品完成全部研制工作的基礎上，依據產品成熟度理論，通過飛行考核驗證，確定其達到可以定型的成熟度等級條件要求，履行相關程序，固化技術狀態，支持后續型號選用和重復生產的活動。產品定型工作是產品完成小批量生產和應用驗證后的狀態固化和持續改進過程，是產品進入貨架供應模式并進一步提升其成熟度的重要工作。

產品定型的重點是:確定產品型譜，依據產品成熟度理論模型實施評價和驗證;以三類關鍵特性的再識別、再設計、再驗證為途徑，提高貨架產品的成熟度。產品成熟度模型和定型管理流程方法應隨著相應工作的實施不斷完善。

6．8 質量問題歸零管理

質量問題歸零是指對設計、生產、試驗、服務中出現的質量問題，從技術上、管理上分析問題產生的原因、機理，并采取糾正措施、預防措施，以避免問題重復發生的活動。質量問題技術歸零“五條標準”是:定位準確、機理清楚、問題復現、措施有效、舉一反三;質量問題管理歸零“五條標準”是:過程清楚、責任明確、措施落實、嚴肅處理、完善規章［12］。

為做好歸零工作，強調在技術歸零的同時，還從管理上查找原因，重視完善規章、標準和規范;注重定期對質量問題進行清理，對關鍵節點(產品驗收、研制轉階段、出廠等)開展專項質量審查;建立并運行了快速歸零和舉一反三管理機制;將歸零措施納入數據包管理，為改進產品成熟度提供依據。質量問題歸零的科學性和有效性已經被航天工程的成功實踐所證實，并在國防科技工業得到推廣應用。

6．9 技術風險的識別與控制

航天型號技術風險識別與控制的重點是:關注沒有經過實際應用考核的要素，開展“九新”分析(新技術、新材料、新工藝、新狀態、新環境、新單位、新崗位、新人員和新設備)識別出新技術要素，對這些新技術要素逐一進行技術狀態匹配性分析及試驗驗證充分性分析。關注不可測試項目控制措施落實的有效性;關注單點失效環節的分析及識別，對每一個單點失效部件的關鍵特性設置關鍵控制點和強制檢測點，對這些關鍵特性的實測結果進行逐一審核。

對識別出的技術風險進行嚴格管理，做到階段把關，跟蹤落實。對具有新要素、不可測試項及單點失效部件共同屬性的環節采取的控制措施落實結果進行獨立審核。對落實結果做到“四確認”，即測試驗證的覆蓋性、充分性確認;可靠性安全性措施的有效性確認;質量問題歸零和舉一反三的檢查確認;故障預案充分性及其驗證情況的確認。

7 結語

航天工程精細化質量管理強調技術、產品、隊伍和項目管理成熟度的同步提升，突出頂層設計、總體優化、有效識別與控制技術風險和放大細節、量化控制兩個重點，注重完善單位質量管理和型號產品保證兩個體系，既重視管理要求的完備性，更重視實用管理工具的開發和運用。

［1］The Boeing company．Advanced quality system［J/OL］，2000．http://www．boeing．com/history/chronology/index．html．

［2］錢學森，于景元，戴汝為．一個科學新領域——開放的復雜巨系統及其方法論［J］．自然雜志，1990，13(1):3-10．

［3］許國志．系統科學［M］．上海:上海科技教育出版社，2000．

［4］殷瑞鈺，汪應洛，李伯聰，等．工程哲學［M］．北京:高等教育出版社，2007．

［5］錢學森，許國志，王壽云．組織管理的技術——系統工程［N］．文匯報，1979－9－27．

［6］袁ring agriculture in Heilongjiang Pro器工程，2011，20(1):1-7．

［7］ECSS－Q －ST－20C．Quality assurance［S］，2008．

［8］袁家軍．實施精細化質量管理加速實現航天質量管理能力的新跨越［J］．質量與可靠性，2009(1):1-4．

［9］袁家軍．航天產品質量與可靠性數據包及其應用［J］．中國質量，2009(4):8-10．

［10］袁家軍．神舟飛船系統工程管理［M］．北京:機械工業出版社，2005．

［11］袁家軍．航天產品工程［M］．北京:中國宇航出版社，2011．

［12］QJ3183－2003．航天產品質量問題歸零實施指南［S］．2003．