航天型號技術(shù)風(fēng)險及產(chǎn)品質(zhì)量的量化管控

◎中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院總體設(shè)計部 王小靜

2012年是中國航天科技集團(tuán)公司型號技術(shù)風(fēng)險和產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性全面量化控制之年，也是中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院型號質(zhì)量全面量化控制的強(qiáng)化之年。

按照上級相關(guān)要求，中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院總體設(shè)計部組織各型號研制隊伍積極開展型號技術(shù)風(fēng)險和產(chǎn)品質(zhì)量可靠性量化控制工作策劃，明確工作思路和工作項目，將技術(shù)風(fēng)險和產(chǎn)品質(zhì)量量化控制工作納入全年科研生產(chǎn)工作計劃，以確保各項技術(shù)風(fēng)險和產(chǎn)品質(zhì)量量化控制工作的落實(shí)，目前已取得一定成效。

一、研制流程量化管控思路

總體部采取邊學(xué)習(xí)、邊實(shí)踐、邊總結(jié)的方式，以型號產(chǎn)品研制程序為主線，以技術(shù)風(fēng)險有效管控為目標(biāo)，穩(wěn)步推進(jìn)量化控制工作的開展，逐步形成了“設(shè)計要求量化、試驗驗證量化、生產(chǎn)操作量化、測試比對量化”的技術(shù)風(fēng)險和產(chǎn)品質(zhì)量可靠性量化控制工作思路，如圖1所示。

通過“設(shè)計要求量化”從設(shè)計源頭明確設(shè)計量化要求，從總體、分系統(tǒng)到單機(jī)，從設(shè)計、備料到生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求的準(zhǔn)確量化傳遞。

通過“試驗驗證量化”充分利用初樣研制階段的有利時機(jī)，對產(chǎn)品設(shè)計、工藝、元器件和原材料的正確性、協(xié)調(diào)性、可靠性等進(jìn)行充分的試驗驗證，獲得定量的試驗驗證結(jié)果。試驗中一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，可通過改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計、完善設(shè)計定量要求來提高產(chǎn)品固有可靠性。

型號進(jìn)入試樣階段后，可重點(diǎn)通過“生產(chǎn)操作量化”、“測試比對量化”對正式產(chǎn)品的生產(chǎn)、驗收試驗、綜合試驗、總裝總測、靶場測試等過程實(shí)施有效控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量和使用的可靠性，實(shí)現(xiàn)對技術(shù)風(fēng)險的有效管控。

二、量化控制的實(shí)施

1.技術(shù)風(fēng)險量化控制

為進(jìn)一步落實(shí)航天科技集團(tuán)《宇航型號技術(shù)風(fēng)險分析和控制要求》和研究院《航天型號技術(shù)風(fēng)險分析要求》，以科學(xué)有效的方法提前認(rèn)識、發(fā)現(xiàn)型號研制中存在的技術(shù)風(fēng)險，并通過采取有效措施消除、控制或降低技術(shù)風(fēng)險，保證型號研制順利進(jìn)行，為飛行試驗任務(wù)的圓滿成功提供決策依據(jù)，總體部結(jié)合型號任務(wù)工作特點(diǎn)制定了《型號產(chǎn)品技術(shù)風(fēng)險與控制要求》。該要求明確了技術(shù)風(fēng)險分析與控制的相關(guān)概念，提出了關(guān)鍵技術(shù)風(fēng)險、設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險、產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險和操作質(zhì)量風(fēng)險的“四維度”技術(shù)風(fēng)險體系，規(guī)范了技術(shù)風(fēng)險分析與控制的工作流程，明確了型號研制各階段風(fēng)險控制要求和量化評估要求，強(qiáng)調(diào)大型地面試驗前要進(jìn)行技術(shù)風(fēng)險分析，并給出了風(fēng)險分析報告模板，以更好地指導(dǎo)具體工作。

以某重點(diǎn)型號為例，出廠前嚴(yán)格按照航天科技集團(tuán)和研究院技術(shù)風(fēng)險分析與控制的相關(guān)要求，結(jié)合型號任務(wù)特點(diǎn)，通過采用“九新”分析、單點(diǎn)失效模式分析、飛行時序動作分析、試驗充分性分析等方法，從技術(shù)風(fēng)險、設(shè)計風(fēng)險、產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險和工作質(zhì)量風(fēng)險四個維度識別風(fēng)險源。在此基礎(chǔ)上，對風(fēng)險因素的影響進(jìn)行定量分析，估算出各個風(fēng)險發(fā)生的概率及其可能導(dǎo)致的損失程度，按風(fēng)險大小進(jìn)行量化排列，形成技術(shù)風(fēng)險排序表。針對不可接受的風(fēng)險詳細(xì)制定風(fēng)險控制計劃，通過關(guān)鍵特性分析、設(shè)計裕度分析、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析、試驗充分性與測試覆蓋性分析、強(qiáng)制檢驗點(diǎn)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)包、產(chǎn)品最終狀態(tài)確認(rèn)、故障預(yù)案等控制手段，在設(shè)計、分析、試驗、管理上采取相應(yīng)措施將風(fēng)險降至最低；對于殘余風(fēng)險，制定具體措施加以應(yīng)對，使其處于可接受的程度。

2.產(chǎn)品質(zhì)量量化控制

圖1 結(jié)合型號研制流程的量化控制示意圖

（1）設(shè)計要求量化控制

設(shè)計是型號產(chǎn)品研制的源頭，是提高產(chǎn)品質(zhì)量可靠性、控制技術(shù)風(fēng)險的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。多年來，航天型號研制工作主要通過任務(wù)書、環(huán)境條件等形式傳遞總體對分系統(tǒng)、分系統(tǒng)對單機(jī)設(shè)計技術(shù)要求，通過圖樣、技術(shù)條件等形式傳遞設(shè)計對生產(chǎn)的技術(shù)要求。近年發(fā)生的一些質(zhì)量問題暴露出在設(shè)計要求上還存在量化程度不夠的問題，為此，總體部組織開展了相應(yīng)工作，尤其是針對Ⅰ、Ⅱ類單點(diǎn)故障涉及的產(chǎn)品設(shè)置了設(shè)計關(guān)鍵特性，針對接口管控開展了接口數(shù)據(jù)表單（IDS）試點(diǎn)工作。

一是Ⅰ、Ⅱ類單點(diǎn)故障分析和設(shè)計關(guān)鍵特性設(shè)置。

Ⅰ、Ⅱ類單點(diǎn)故障是彈（箭）型號最主要的技術(shù)風(fēng)險源之一。2011年以來，按照中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院李洪院長提出的“將單點(diǎn)故障模式分析與控制進(jìn)行到底，將產(chǎn)品測試覆蓋性分析進(jìn)行到底，將擰緊力矩控制進(jìn)行到底”的要求，總體部根據(jù)Q/QJA 71《航天型號單點(diǎn)故障模式識別與控制要求》、《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)型號單點(diǎn)故障模式及關(guān)鍵特性分析與控制要求的通知》等規(guī)范和文件，在各型號中全面開展了Ⅰ、Ⅱ類單點(diǎn)故障模式分析與控制工作，總體部制定了《型號產(chǎn)品Ⅰ、Ⅱ類單點(diǎn)故障模式識別與控制指南》，進(jìn)一步細(xì)化了工作流程，形成了Ⅰ、Ⅱ類單點(diǎn)故障模式、設(shè)計關(guān)鍵特性和強(qiáng)制檢驗點(diǎn)清單，對Ⅰ、Ⅱ類單點(diǎn)故障模式產(chǎn)品的關(guān)鍵特性及強(qiáng)制檢驗點(diǎn)的設(shè)置、控制措施和確認(rèn)結(jié)果明確了量化要求。

二是IDS試點(diǎn)工作。

針對近年來各型號研制和發(fā)射過程中因接口不協(xié)調(diào)而誘發(fā)的質(zhì)量問題，為加強(qiáng)接口管控，總體部以總體—分系統(tǒng)—單機(jī)為主線繪制了各系統(tǒng)和各單機(jī)產(chǎn)品技術(shù)接口關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖，通過接口數(shù)據(jù)表單對技術(shù)接口進(jìn)行管控，實(shí)現(xiàn)彈（箭）上、地面全方位的面向產(chǎn)品的接口管控。以某型號為例，總體部針對技術(shù)接口量化控制開展了IDS試點(diǎn)工作，牽頭制定了電子產(chǎn)品、機(jī)電產(chǎn)品、火工品等4類、9個接口數(shù)據(jù)表單模板。

（2）試驗驗證量化控制

一是環(huán)境適應(yīng)性量化驗證。

在研型號除按常規(guī)開展力學(xué)環(huán)境鑒定試驗外，還借鑒載人運(yùn)載火箭研制經(jīng)驗策劃了環(huán)境安全余量試驗，如在某型號研制中明確提出了關(guān)鍵電子產(chǎn)品要開展環(huán)境安全余量試驗的要求，加大隨機(jī)振動量級和溫度上下限，以摸清關(guān)鍵電子產(chǎn)品對于力學(xué)環(huán)境、熱環(huán)境的耐受極限。

二是設(shè)計裕度量化驗證。

對于影響產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵參數(shù)，必須留有適當(dāng)?shù)脑O(shè)計裕度，并經(jīng)過充分的分析和驗證。“長征”三號甲系列型號按照關(guān)鍵特性的裕度要求做到100%分析和驗證，在每發(fā)火箭產(chǎn)品驗收、出廠之前，對單機(jī)、分系統(tǒng)和總體關(guān)鍵特性參數(shù)的設(shè)計裕度及鑒定試驗的充分性100%進(jìn)行分析和確認(rèn)，并納入出廠復(fù)查工作。總體部對在研型號也策劃了設(shè)計裕度的定量驗證工作，制定了驗證方案，明確提出在初樣試驗中要100%進(jìn)行試驗驗證，并通過定量結(jié)果對設(shè)計裕度進(jìn)行評估，確保關(guān)鍵設(shè)計具有適當(dāng)裕度。

三是可靠性指標(biāo)量化驗證。

目前，為實(shí)現(xiàn)新研制型號各類產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)量化驗證，總體部組織設(shè)計人員和可靠性專業(yè)人員共同開展了深入的研究工作，對各級各類產(chǎn)品均提出了可靠性指標(biāo)要求。對電子產(chǎn)品充分借鑒以往型號的成功經(jīng)驗，通過可靠性增長試驗實(shí)現(xiàn)增長和驗證目的；對閥門、管路、結(jié)構(gòu)、火工品等非電產(chǎn)品，分析了其故障模式與故障機(jī)理、可靠性特征量及其分布類型，制定了各類產(chǎn)品可靠性驗證方案。目前，初樣可靠性試驗正在全面展開。

（3）生產(chǎn)操作量化控制

針對單機(jī)生產(chǎn)制造過程、彈（箭）總裝過程、靶場操作過程等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，總體部組織型號隊伍積極研究并應(yīng)用了強(qiáng)制檢驗點(diǎn)、量化螺栓擰緊力矩與防松、MindManager輔助管理等方法和手段，如圖2所示。

一是設(shè)置強(qiáng)制檢驗點(diǎn)。

對于存在Ⅰ、Ⅱ類單點(diǎn)故障模式的產(chǎn)品，在單機(jī)生產(chǎn)制造過程、彈（箭）總裝過程或靶場操作過程中設(shè)置了強(qiáng)制檢驗點(diǎn)，由設(shè)計人員對加工、裝配、檢驗或防護(hù)等工序進(jìn)行檢查確認(rèn)，對確認(rèn)結(jié)果給出量化結(jié)論，確保質(zhì)量和可靠性關(guān)鍵環(huán)節(jié)受控。

二是量化螺栓擰緊力矩和防松措施。

針對型號研制和飛行試驗中暴露出的連接螺栓擰緊力矩不足問題，總體部成立了量化螺栓擰緊力矩專題小組，針對彈（箭）連接螺栓擰緊力矩量化控制工作進(jìn)行深入攻關(guān)，分3個階段推進(jìn)螺栓擰緊力矩量化控制工作。第一階段為全面梳理彈（箭）連接螺栓使用情況；第二階段為對復(fù)雜部位連接螺栓進(jìn)行試驗和理論分析，結(jié)合實(shí)測力矩要求、理論分析和試驗結(jié)果，確定復(fù)雜部位螺栓擰緊力矩；第三階段為制定彈（箭）螺栓連接擰緊力矩標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和擰緊力矩數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。目前，第一階段工作已完成，第二階段工作正在穩(wěn)步推進(jìn)。

圖2 生產(chǎn)操作量化控制示意圖

三是采用MindManager輔助靶場操作流程管理。

靶場操作是彈（箭）發(fā)射前的最后一環(huán)，其工作質(zhì)量直接影響飛行成敗。為實(shí)現(xiàn)靶場操作的精細(xì)化、規(guī)范化管理，杜絕操作不到位、確認(rèn)不到位、判讀有遺漏的情況出現(xiàn)，“長征”二號丙型號隊伍組織各系統(tǒng)實(shí)施靶場操作全過程表格化管理，并借助MindManager軟件輔助靶場操作流程管理，對靶場每日工作項目按表格化進(jìn)行確認(rèn)，保證了各項工作操作到位、確認(rèn)到位。

（4）測試比對量化控制

為有效控制型號飛行試驗技術(shù)風(fēng)險，總體部組織各型號隊伍對產(chǎn)品從制造、驗收到測試的全過程關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，以有效發(fā)現(xiàn)超差、臨界、超包絡(luò)、跳變等異常情況，并及時采取控制措施。“長征”三號甲型號隊伍通過對靶場測試數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致判讀比對和包絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)了一級助推尾艙內(nèi)空氣溫度參數(shù)與實(shí)際環(huán)境溫度不符等3個問題，通過認(rèn)真查找問題原因，采取了針對性措施，確保了產(chǎn)品質(zhì)量。

三、后續(xù)工作

為全面實(shí)現(xiàn)型號技術(shù)風(fēng)險及產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性關(guān)鍵環(huán)節(jié)的量化控制，總體部后續(xù)將重點(diǎn)開展以下工作：

一是貫徹落實(shí)“三個進(jìn)行到底”要求，全面推進(jìn)螺栓擰緊力矩量化控制工作，實(shí)現(xiàn)連接螺栓100%的進(jìn)行量化擰緊力矩分析或有防松措施控制，并形成量化力矩標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

二是以技術(shù)風(fēng)險的識別與控制為主線，有針對性地系統(tǒng)梳理質(zhì)量與可靠性控制方法，研究提出量化控制點(diǎn)、控制方法和控制手段，形成技術(shù)手冊或指南。

實(shí)踐證明，量化控制是將型號研制質(zhì)量控制工作向精細(xì)化、規(guī)范化、流程化和表格化方向推進(jìn)的有力抓手，是加強(qiáng)和規(guī)范型號技術(shù)風(fēng)險及產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性工作的重要手段。在上級單位的領(lǐng)導(dǎo)下，中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院總體設(shè)計部已在型號研制中全面推進(jìn)量化控制工作，并取得了很好的效果。后續(xù)，總體部將繼續(xù)加強(qiáng)量化控制方法研究和手段建設(shè)，狠抓型號研制的全過程量化控制，不斷提升總體設(shè)計和技術(shù)抓總能力，確保型號任務(wù)圓滿成功。