首飛閥門產(chǎn)品質(zhì)量控制探索與實踐

◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 馬飛等

首飛閥門產(chǎn)品質(zhì)量控制探索與實踐

◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 馬飛等*

對參加運載火箭首飛的增壓輸送系統(tǒng)閥門產(chǎn)品的質(zhì)量控制方法進行探索，分別在設計、生產(chǎn)、裝配、試驗和使用環(huán)節(jié)建立質(zhì)量控制措施，提出零組件驗收、極限裝配、指標分級管理和首飛包絡等要求，形成首飛閥門產(chǎn)品質(zhì)量控制方法體系，并成功應用到運載火箭研制實踐工作中。

作為航天型號典型機械類單機產(chǎn)品，閥門產(chǎn)品是一個具備特定功能的機械系統(tǒng)，而這一系統(tǒng)的完成須有自上而下的產(chǎn)品質(zhì)量信息管理策劃和自下而上的數(shù)據(jù)、過程控制保障。閥門產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)、試驗和交付等各環(huán)節(jié)涉及多個獨立性較強的部門，在產(chǎn)品質(zhì)量信息管理沒有明確要求、又缺乏落實的情況下，較難實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的系統(tǒng)管理，無法對完成生產(chǎn)后的閥門產(chǎn)品的生產(chǎn)狀態(tài)和質(zhì)量進行綜合判斷。因此，亟待探索閥門產(chǎn)品質(zhì)量控制方法體系，以實現(xiàn)對閥門產(chǎn)品的全過程質(zhì)量管理。

目前，通過統(tǒng)計多次飛行試驗過程中閥門產(chǎn)品的關(guān)鍵性能數(shù)據(jù)進行包絡分析，以達到控制閥門產(chǎn)品質(zhì)量的目的。然而，對于首次飛行試驗的運載火箭型號則無法通過飛行數(shù)據(jù)進行包絡分析，如何保證首飛閥門產(chǎn)品狀態(tài)可控是擺在型號研制過程中的重要問題。

一、閥門產(chǎn)品質(zhì)量控制方法體系

為確保用于運載火箭首飛的閥門產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)對產(chǎn)品精細化管理、質(zhì)量全過程控制的要求，在產(chǎn)品方案、初樣研制階段就開始落實產(chǎn)品質(zhì)量控制方法，記錄產(chǎn)品全過程質(zhì)量信息，并對產(chǎn)品開展全生命周期質(zhì)量綜合分析，以確保閥門產(chǎn)品質(zhì)量。

在方案、初樣研制階段，以設計、生產(chǎn)、裝配、試驗、驗收和使用各環(huán)節(jié)為主線落實質(zhì)量控制要求，各環(huán)節(jié)質(zhì)量控制方法分為以下幾個方面。

1.產(chǎn)品設計環(huán)節(jié)

為保證型號閥門產(chǎn)品設計與生產(chǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定性和可控性，在設計環(huán)節(jié)提出以下幾個方面的質(zhì)量控制要求：

一是確定關(guān)鍵零組件的原材料性能要求。在閥門產(chǎn)品的設計階段，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點對關(guān)鍵零件(如彈簧、敏感元件、切破件和導磁結(jié)構(gòu)等)的原材料力學性能(抗拉強度、屈服強度和延伸率等)、磁性能和電性能等提出控制要求。

二是識別閥門設計關(guān)注特性項目。根據(jù)閥門產(chǎn)品在使用過程中的功能要求，在零件、組件、整閥不同層面分別確定影響閥門性能的設計要求，并將這些要求作為閥門的關(guān)注特性項目落實到圖紙和技術(shù)文件中。

三是設置強制檢驗點。為確保產(chǎn)品質(zhì)量，在電磁閥的制造、驗收過程中設置強制檢驗點，可以采用數(shù)據(jù)確認和過程確認2種方式對強制檢驗點進行檢查。其中，數(shù)據(jù)確認為設計人員對該檢驗點的測試數(shù)據(jù)進行檢查；過程確認是在設計全程參加該檢驗點測試過程，并對測試過程和測試數(shù)據(jù)進行檢查。

四是提出零組件驗收要求。為確保閥門產(chǎn)品裝配的質(zhì)量，降低閥門裝配后出現(xiàn)反復的風險，提出閥門零組件驗收要求。零組件完成加工后，生產(chǎn)部門在正式裝配前按設計要求準備零組件實物和相關(guān)實測數(shù)據(jù)，供設計人員進行檢查、驗收。

五是提出批次極限裝配要求。根據(jù)閥門產(chǎn)品特點，明確閥門批次極限裝配要求，如導向配合部位、行程關(guān)聯(lián)尺寸部位、阻尼力、摩擦力和切斷部位厚度等。

六是確定首次工藝保證項目。針對新研制閥門產(chǎn)品中首次采用工藝保證的項目，如圖樣中的焊縫、圓角、閥座等無法直接檢測的尺寸、形位要求，形成檢測表格。

2.產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)

為保證產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，對生產(chǎn)過程提出以下幾方面要求：

一是復驗關(guān)鍵零組件原材料性能數(shù)據(jù)。物資部門按圖樣和技術(shù)文件要求進行關(guān)鍵零組件的原材料性能數(shù)據(jù)復驗，并記錄實測數(shù)據(jù)。

二是實測零組件關(guān)注特性項目。生產(chǎn)部門按閥門圖樣和技術(shù)文件要求將零組件關(guān)注特性項目落實在工藝文件中，保證每項工序進行過程中按要求實測零組件的關(guān)注特性數(shù)據(jù)，并記錄實測值。

三是落實強制檢驗點要求。根據(jù)閥門產(chǎn)品設定的強制檢查點要求，設計與生產(chǎn)部門人員共同對強制檢驗項目進行檢查，并進行狀態(tài)簽署確認。

四是落實首次工藝保證措施。針對新研閥門產(chǎn)品中的首次工藝保證項目，生產(chǎn)部門提出工藝保證措施，并落實到工藝控制文件中，同時將實測結(jié)果反饋給設計人員進行檢查確認。

3.產(chǎn)品裝配環(huán)節(jié)

為有效控制批次產(chǎn)品裝配的質(zhì)量，在裝配環(huán)節(jié)提出以下幾方面的要求：

一是開展零組件驗收。一方面，在零組件加工完進行裝配前，設計下廠對零件的生產(chǎn)質(zhì)量情況進行檢查，對實物特別是導向和密封部位進行檢查，確保產(chǎn)品表面不存在缺陷或多余物等情況；另一方面，比對設計關(guān)注特性和工藝記錄的實測情況，檢查是否存在缺項或不滿足設計要求的情況，保證閥門零組件生產(chǎn)狀態(tài)的可控性。

二是進行閥門極限裝配。針對影響閥門性能的關(guān)鍵部位，如導向配合部位、行程關(guān)聯(lián)尺寸部位、阻尼力、摩擦力和切斷部位厚度等，通過設計選配保證裝配出的極限狀態(tài)產(chǎn)品能夠表征批次產(chǎn)品的質(zhì)量。

三是實測整閥關(guān)注特性項目。閥門產(chǎn)品裝配過程中，按閥門圖樣和技術(shù)文件要求實測整閥關(guān)注特性項目的關(guān)注特性數(shù)據(jù)，如行程、摩擦力和力矩等，并記錄實測值。

4.產(chǎn)品試驗環(huán)節(jié)

為保證批次驗證試驗的有效性，對產(chǎn)品試驗環(huán)節(jié)的要求包括以下幾個方面：

一是實測閥門性能試驗數(shù)據(jù)。按閥門技術(shù)文件要求開展閥門性能試驗，記錄批次每件閥門產(chǎn)品的性能試驗數(shù)據(jù)。

二是開展極限環(huán)境試驗。將閥門極限裝配出的極限狀態(tài)產(chǎn)品作為批次典試試驗件，按極限環(huán)境條件(如高低溫、振動條件、工作壓力、工作電壓等)進行試驗，考核極限裝配狀態(tài)產(chǎn)品在極限環(huán)境條件下的性能，從而形成批次產(chǎn)品狀態(tài)有效包絡。

三是性能指標分級管理。為將閥門性能質(zhì)量控制點前移，結(jié)合產(chǎn)品先期多批次研制情況對影響產(chǎn)品性能的關(guān)鍵項目按單機、典試、總裝和靶場逐級放寬管理的方式，在閥門制造驗收技術(shù)條件中進行明確。

5.產(chǎn)品驗收環(huán)節(jié)

為確保閥門產(chǎn)品批次驗收質(zhì)量，在驗收環(huán)節(jié)制定以下幾方面要求：

一是表格化預驗收。由于閥門產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程較多，在驗收過程中需要檢查的資料較多，如產(chǎn)品原加工質(zhì)控卡、材料入廠復驗情況、關(guān)鍵特性數(shù)據(jù)、閥門試驗數(shù)據(jù)以及“舉一反三”情況等。為了保證閥門產(chǎn)品驗收工作的完整性，針對在預驗收環(huán)節(jié)需要檢查項目形成閥門產(chǎn)品預驗收表格。

二是驗收過程問題跟蹤。在批次產(chǎn)品驗收的過程中重點關(guān)注產(chǎn)品生產(chǎn)、裝配和試驗環(huán)節(jié)的不合格品或不滿足設計要求項目，并對具體原因進行分析。同時，在驗收過程中嚴格執(zhí)行驗收資料準備不全不進行產(chǎn)品驗收和驗收發(fā)現(xiàn)的問題不解決不簽合格證的原則。

6.首飛產(chǎn)品包絡分析

由于用于首飛的閥門產(chǎn)品不同于成熟型號的產(chǎn)品，沒有可進行成功包絡分析的飛行試驗數(shù)據(jù)，為有效控制首飛閥門產(chǎn)品的狀態(tài)，筆者提出了基于閥門產(chǎn)品研制階段數(shù)據(jù)開展用于型號首飛的閥門產(chǎn)品包絡分析方法，包絡分析項目的選取原則如下：

重要原材料數(shù)據(jù)包括強度薄弱零件或敏感元件的原材料數(shù)據(jù)，影響動作、密封性能和承壓強度等閥門關(guān)鍵性能的原材料數(shù)據(jù)，影響閥門裕度、壽命的關(guān)鍵原材料數(shù)據(jù)。

組件測試數(shù)據(jù)包括電爆閥液壓切斷壓力、電磁鐵的吸力、敏感元件壽命試驗次數(shù)和濾芯起泡點壓力等。

裝配數(shù)據(jù)是指對性能、功能有重要影響的裝配數(shù)據(jù)，包括行程、空程、氣隙、導向間隙、摩擦力、擰緊力矩等。

性能試驗數(shù)據(jù)是指系統(tǒng)關(guān)注的重要單機數(shù)據(jù)(如閥門響應時間、流阻等)。

典試件試驗數(shù)據(jù)是指首飛批次典試件中關(guān)鍵數(shù)據(jù)與研制數(shù)據(jù)的比對，如動作次數(shù)、高低溫關(guān)鍵數(shù)據(jù)等。

7.交付、使用環(huán)節(jié)

根據(jù)閥門研制階段包絡分析結(jié)果，確定交付用于首飛的閥門產(chǎn)品。為保證產(chǎn)品的正確使用、操作和對使用過程中的現(xiàn)象準確判定，編制每項閥門產(chǎn)品使用維護技術(shù)條件，對閥門產(chǎn)品的操作注意事項、使用過程中的正常現(xiàn)象和故障處理方案進行說明。

二、首飛閥門產(chǎn)品質(zhì)量控制應用

以應用于某型號首飛的電磁閥產(chǎn)品為例，說明產(chǎn)品質(zhì)量控制實踐方法。

在設計環(huán)節(jié)，根據(jù)電磁閥產(chǎn)品的特點識別出重要零組件原材料性能數(shù)據(jù)要求，確定閥門的關(guān)注特性數(shù)據(jù)項目；在電磁閥零組件生產(chǎn)過程中按要求對接管嘴、線圈、閥芯骨架和閥芯等零件的設計關(guān)注特性項目進行實測記錄；在產(chǎn)品裝配過程中按要求對電磁閥行程、裝配力矩和質(zhì)量等進行實測記錄；在試驗環(huán)節(jié)系統(tǒng)關(guān)注重要單機數(shù)據(jù)，如閥門響應時間、流阻等；在驗收環(huán)節(jié)應嚴格執(zhí)行預驗收表格要求，并對批驗收過程中的問題進行分析和跟蹤處理。

結(jié)合電磁閥產(chǎn)品的特點將影響產(chǎn)品性能的關(guān)鍵項目作為包絡分析對象，基于電磁閥研制階段的2批產(chǎn)品數(shù)據(jù)，確定電磁閥產(chǎn)品包絡分析項目的包絡范圍，列出用于首飛電磁閥產(chǎn)品的相應數(shù)據(jù)，并將其與研制批包絡范圍比較是否包絡、與設計指標相比是否超差，給出“合格/包絡”、“合格/不包絡”、“超差/包絡”或“超差/不包絡”結(jié)論。最后針對每一個超差項目、不包絡項目進行具體分析，給出是否存在風險的結(jié)論。

在交付、使用環(huán)節(jié)，根據(jù)包絡分析結(jié)果挑選用于首飛的電磁閥產(chǎn)品，并在電磁閥產(chǎn)品的研制階段編寫《電磁閥使用維護技術(shù)條件》。

三、應用效果

自2014年起，首飛閥門產(chǎn)品質(zhì)量控制方法已在XX-1和XX-7型號的首飛試驗中成功應用，通過對閥門產(chǎn)品原材料、生產(chǎn)、裝配、試驗和使用環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，有效保證了閥門首飛的質(zhì)量，具體體現(xiàn)在以下幾點：

一是XX-1和XX-7型號首飛閥門產(chǎn)品在總裝測試、靶場測試和飛行試驗過程中零問題。

二是對已成功首飛的增壓輸送系統(tǒng)閥門產(chǎn)品研制階段和飛行試驗數(shù)據(jù)進行了系統(tǒng)的梳理，已初步形成箭體閥門產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)包絡線，為今后箭體閥門的成功飛行數(shù)據(jù)包絡分析奠定了基礎。

三是通過產(chǎn)品研制過程質(zhì)量的全周期策劃，建立起批次閥門產(chǎn)品質(zhì)量信息，形成完整、科學的閥門產(chǎn)品數(shù)據(jù)包。

四是通過首飛閥門產(chǎn)品質(zhì)量控制的探索，形成包絡項目的選取原則和包絡分析的固化模板，在專業(yè)內(nèi)部得到了深化應用。

*其他作者：王細波、石朝鋒、崔景芝、岳兵、李文斌