航天型號單機產品關鍵要素控制方法

陳海波，李國春，余仿春，譚 振

（中國運載火箭技術研究院，北京，100076）

航天型號單機產品關鍵要素控制方法

陳海波，李國春，余仿春，譚 振

（中國運載火箭技術研究院，北京，100076）

產品可靠性直接影響運載火箭的發射成敗，目前，由于推進系統故障導致發射失敗占全部發射失敗的51%。以發動機等關鍵產品為突破口進行研究分析，從確保產品功能可靠、全壽命周期性能穩定和確保產品批次質量一致性等方面提出關鍵要素識別線索，確定單機產品關鍵要素辨識與控制的方法和實施程序，以提高產品的可靠性。

可靠性；單機產品；關鍵要素；控制方法

0 引 言

航天型號中關鍵產品的可靠性問題影響運載火箭的發射成敗，近幾年由于可靠性設計問題導致的型號質量問題很多，其中與可靠性相關的有：設計欠缺、接口不協調、測試覆蓋性不全等問題。可靠性設計問題可反映隊伍建設、保證條件、流程規范、技術方法、試驗驗證等方面的不足，需要加大投入，由粗放管理到精益保證轉型，通過體系化建設予以系統解決[1]。世界各國的運載火箭由于推進系統故障導致失敗的約占全部發射失敗的51%[2]，為此，中國運載火箭技術研究院以發動機等關鍵產品為突破口，分析影響產品質量特性的諸因素變化、產品質量波動的內在聯系[3]，從確保產品功能可靠、全壽命周期性能穩定和確保產品批次質量一致性等方面提出單機產品關鍵要素識別線索，確定開展航天型號單機產品關鍵要素辨識與控制的方法和實施的程序。

1 關鍵要素控制實施流程

正確地分析和把握關鍵要素是制定正確關鍵策略的前提和基礎[4]。關鍵要素是在單機研制生產過程中控制且須任務書提出方驗收確認的過程控制項目，以保證產品的批次質量一致性，確保功能可靠、性能穩定，交付后能持續滿足任務要求。

1.1 關鍵要素控制管理流程

總體或分系統單位根據產品交付使用情況，圍繞產品功能可靠、性能穩定和質量一致性要求提出關鍵要素識別與控制要求，確定分析的頂事件。

產品研制單位按照總體或分系統單位要求識別關鍵控制要素，制定控制措施，并反饋。

總體或分系統單位在分析研制單位提出的關鍵要素及其控制措施的基礎上，確定需要控制的關鍵要素，納入產品驗收規范中，并在產品驗收時確認研制單位對關鍵要素的控制措施已落實到交付產品上。

管理流程如圖1所示。

實施關鍵要素控制的管理流程要點是：任務書提出單位在全面分析提出的關鍵要素及其控制措施的基礎上，確定需要控制的關鍵要素，納入產品驗收規范進行管控。以發動機為例，關鍵要素控制實施管理流程如下：

a）圍繞產品功能可靠、性能穩定和質量一致性要求，提出產品關鍵要素控制要求；

b）以總體關注的要素為引導，依據產品結構圖，按照風險辨識控制的方法，從設計、生產、試驗、驗收4個環節對發動機的關鍵和關注環節進行識別與確認，并形成相應的量化控制表，總體和發動機研制單位共同對其設計、工藝和過程控制3類關鍵特性量化控制；

c）總體設計任務書為源頭，以發動機滿足總體設計要求為頂層需求，按照功能、性能、接口和質量控制一致性等方面，系統地分解和細化總體關注的關鍵要素；

d）形成總體《固體火箭發動機驗收技術規范》、《液體火箭發動機驗收技術規范》，并遵照執行。

1.2 關鍵要素控制技術流程

關鍵要素控制技術實施程序包括定義產品及過程、明確過程控制要求、識別關鍵要素及確定關鍵要素控制要求等內容。

當任務書有變化或發生重復性質量問題時需重新按技術流程開展工作。技術流程如圖2所示。

實施關鍵要素控制的技術流程要點是：當任務書有變化或發生重復性質量問題時，需重新按技術流程開展關鍵要素識別和控制工作。以發動機為例，關鍵要素控制實施技術流程如下：

a）圍繞發動機Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式和發動機交付后的指標穩定性，明確發動機過程控制要求。

b）識別總體直接負責的關鍵要素，以及總體不能直接掌控，由發動機研制單位負責，但需總體從系統特性進行閉合的關鍵要素有：

1）針對Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式分析確定關鍵要素，從產品的設計、工藝和（或）過程等方面采取控制措施消除單點故障模式或降低單點故障模式發生的概率及強化檢驗測試環節；

2）針對發動機總裝接口協調、可測項目，根據發動機在全箭總裝廠的總裝、測試項目和發射場測試項目，梳理發動機交付后可能出現的總裝故障和測試故障，確定為關鍵要素；

3）針對發動機交付后不可測的成敗型性能指標，從發動機設計、生產和試驗等方面確定關鍵要素。

c）圍繞歷史質量問題、任務書差異性、與伺服協調要求差異性等方面進行分析，不斷完善發動機關鍵要素。

d）確定總體需掌控的固體發動機35項、常溫液體發動機33項、低溫液體發動機54項的關鍵要素控制要求，提升總體抓總能力。

2 識別關鍵要素

2.1 關鍵要素識別線索

2.1.1 產品功能要求

根據任務書，梳理產品的性能要求，從產品研制及交付使用的全過程辨識影響性能可靠的關鍵要素。可依據以下線索識別：

a）接口：主要包括機械接口、電氣接口、氣液接口、位置狀態接口和空間包絡接口等；

b）環境適應性：主要包括電磁兼容、力學環境（含飛行和地面運輸力學環境）、自然環境（含高溫、低溫、濕度、鹽霧、霉菌、沙塵、海拔等）、空間環境（真空、輻射、低溫等）適應性等；

c）關鍵功能：針對機械結構類產品，重點關注安全系數、剩余強度系數、緊固件擰緊力矩等，管路閥門類產品關注運動間隙、強度安全系數等；

d）電氣類：關注設備啟動/停止（含重啟）、供配電、時序匹配、通信、數據存儲與處理、絕緣等；

e）火工品類：關注傳爆間隙、最小裝藥量、最小發火電流、藥劑含水量等；

f）固體發動機類：關注殼體爆破壓強、燃燒室界面粘接質量、燃燒室絕熱層、喉襯抗燒蝕性能、推進劑內部缺陷控制和柔性接頭粘接質量等；

g）其它：包括密封性、防差錯功能等。

2.1.2 產品性能要求

根據任務書，梳理產品的性能要求，辨識影響產品全壽命周期內性能穩定的關鍵要素。針對影響產品預定性能實現的關鍵要素的識別依據如下：

a）機械類：主要包括影響承載能力的結構尺寸、材料強度和延伸率等；

b）電氣類：主要包括電氣參數輸出特性等；

c）火工類：包括輸出爆壓、推力、爆速、沖量等；

d）發動機類：包括輸出推力、總沖、比沖、質量比等。

針對產品全壽命周期內影響性能穩定的關鍵要素的識別依據如下：

a）機械類：主要包括裝配應力、貯存環境應力、機構運動部件的累計動作次數、非金屬材料的彈性模量、伸長率、疲勞強度、硬度等；

b）電氣類：主要包括電氣產品累計通電時間、累計動作次數、電路絕緣性能等；

c）火工類：主要包括裝配應力、貯存環境應力、藥柱力學性能等；

d）發動機類：主要包括裝配應力、貯存環境應力、推進劑力學性能等。

2.1.3 產品批次質量一致性要求

根據產品質量一致性檢驗方法中明確的抽樣檢驗規則，從同批次產品的配套原材料和元器件、零件加工、外包/外購及產品裝配、測試等全過程，辨識影響產品批次質量一致性的關鍵要素，重點針對火工品、發動機等一次性使用產品，在出廠檢驗驗收不能100%進行的項目包括環境試驗、壽命試驗等，識別的依據如下：

a）對不可量化檢測的手工操作工序質量控制一致性；

b）對產品功能、性能有重要影響的工藝參數控制一致性；

c）對產品功能、性能有重要影響的設備或工裝狀態控制一致性；

d）對產品功能、性能有重要影響的元器件、原材料參數控制一致性；

e）對產品功能、性能有重要影響的生產環境參數控制一致性；

f）對不可檢測工序或環節質量控制一致性；

g）交付產品的技術狀態與試驗件技術狀態的一致性；

h）產品使用狀態與地面試驗狀態的一致性。

2.2 關鍵要素識別方法

依據任務書要求，參考上述提及的識別線索，按照確保產品功能可靠、確保產品全壽命周期性能穩定和確保產品批次質量一致性等方面的要求，應用適用的分析方法，針對產品在技術設計、工藝設計、零部件加工、采購及外包、產品裝配調試及試驗測試、包裝運輸及使用維護的全過程，逐項分析實現上述要求的影響因素，識別關鍵因素。

2.2.1 確保產品功能可靠

根據產品使用情況，針對重點關注的產品功能，在分析產品歷史質量問題的基礎上確定頂事件，使用故障樹分析方法，逐級分解列出底事件，參考上述提及的識別線索，結合單點故障模式分析和裕度分析的過程和結果，識別關鍵要素。識別流程如圖3所示。

2.2.2 確保產品全壽命周期性能穩定

根據產品使用情況，針對重點關注的產品性能，在分析產品質量問題的基礎上確定頂事件，使用故障樹分析方法，逐級分解列出底事件，參考上述提及的識別線索，結合裕度分析、不可檢測項目識別與控制、數據超差/數據臨界的影響及成功數據包絡線分析的過程和結果，識別關鍵要素。識別流程如圖4所示。

2.2.3 確保產品批次質量一致性

通過分析產品歷史上發生的批次質量不一致問題，參考上述提及的識別線索，結合不可檢測項目識別與控制，數據超差、數據臨界的影響及成功數據包絡線分析，測試覆蓋性分析的過程和結果，識別關鍵要素。識別流程如圖5所示。

關鍵要素識別線索與方法矩陣關系見表1。

表1 關鍵要素識別線索與方法矩陣

3 確定關鍵要素控制要求

3.1 設計過程關鍵要素控制

設計過程關鍵要素控制方法如下：

a）對識別出的設計過程關鍵要素開展技術分析，如需改進產品設計，按規定實施技術狀態更改；

b）通過設置設計關鍵特性對設計過程關鍵要素實施控制，并由產品設計單位納入設計關鍵特性表；

c）通過設置強制檢驗點并明確檢驗要求對設計過程關鍵要素實施控制，并由產品設計單位納入強制檢驗點清單。

3.2 生產過程關鍵要素控制

生產過程關鍵要素控制方法如下：

a）對識別出的生產過程關鍵要素開展工藝分析，如需改進工藝設計，按規定實施工藝狀態更改；

b）在落實針對設計過程關鍵要素控制設置的設計關鍵特性的同時，針對識別出的生產過程關鍵要素設置工藝關鍵特性和過程控制關鍵特性，并由產品生產單位納入工藝和過程控制關鍵特性表；

c）針對識別出的設計過程和生產過程關鍵要素，實施多媒體記錄控制。

3.3 產品驗收控制

產品驗收控制方法如下：

a）總體或分系統單位將單機產品關鍵要素控制要求納入產品驗收規范中；

b）總體或分系統單位在組織產品驗收時，逐項檢查關鍵要素控制要求在交付產品上的落實情況，并確認符合要求后方可驗收產品。

以固體發動機質量問題為線索識別出的關鍵要素為例，對總體不能直接掌控的內部組件，如粘接界面、推進劑、喉襯、柔性接頭、擴張段、絕熱頂蓋和內防熱組件等導致災難性后果發生的關鍵部組件，發動機研制單位整理形成設計、生產和驗收數據包，制定產品驗收技術規范。

3.4 產品使用控制

總體或分系統單位跟蹤產品交付后在系統試驗、包裝運輸、使用維護過程中質量狀況，針對出現的質量問題提出關鍵要素的識別要求。

4 結束語

產品研制過程中，需要做到精細、量化的控制[5]，確定單機產品關鍵要素辨識與控制方法和實施程序，指導開展單機產品關鍵要素的辨識與控制分析；在完成發動機等典型單機產品關鍵要素識別與控制分析后，量化確定任務書中提出單位需關注的典型單機產品關鍵要素控制項目，增強對外包單機質量把控的能力；對形成的典型單機產品驗收技術規范，可以保證單機產品過程控制結果達到產品功能和性能合格且穩定可靠，交付后能持續滿足任務要求的目的。

[1] 王立煒. 質量文化建設探索[J]. 中國質量, 2016(1): 44-46.

[2] 曲晶. 國外火箭發射及故障情況統計分析[J]. 中國航天, 2016(2): 13-18.

[3] 李健. 產品全壽命周期質量信息的集成管理[J]. 世界標準化與質量管理, 2006(3): 45-47.

[4] 何斌. 關鍵要素與關鍵策略[J]. 工業工程, 1999(2): 19-21.

[5] 許達哲. 航天型號可靠性守則[M]. 北京: 中國宇航出版社, 2013.

Research on the Control Method of Critical Items for Aerospace Products

Chen Hai-bo, Li Guo-chun,Yu Fang-chun, Tan Zhen
(China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)

The reliability of a launch product directly affects the launch result. By investigating and analyzing the key aerospace products such as solid/liquid motors, identification clues for critical items are proposed, to insure the function reliability, life cycle stability and quality consistency of batch productions. Methods and processes are presented to identify and control the critical items for unit-level products, and the reliability of the products have been improved.

Reliability; Unit-level products; Critical item; Control method

V57

A

1004-7182(2017)03-0054-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20170312

2017-01-12；

2017-04-17

陳海波（1975-），女，高級工程師，主要研究方向為產品質量控制