航空產(chǎn)品研制風(fēng)險(xiǎn)管理過程及方法應(yīng)用

齊 磊，儀曉紅，趙 影，閆莉莎

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

航空產(chǎn)品在研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)、試飛及使用全壽命期內(nèi)各個(gè)環(huán)節(jié)均存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)，開展風(fēng)險(xiǎn)管理可有效識別風(fēng)險(xiǎn)源，分析風(fēng)險(xiǎn)可能性及后果嚴(yán)重性，并按風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指數(shù)進(jìn)行排序，對不可接受風(fēng)險(xiǎn)采取控制措施，消除或降低潛在風(fēng)險(xiǎn)。

1 風(fēng)險(xiǎn)及風(fēng)險(xiǎn)管理的定義

風(fēng)險(xiǎn)，是指某種特定危險(xiǎn)事件（事故或意外事件）發(fā)生的可能性與其產(chǎn)生后果的組合。GB/T 19000-2016《質(zhì)量管理體系基礎(chǔ)和術(shù)語》對風(fēng)險(xiǎn)的定義，風(fēng)險(xiǎn)是指不確定性的影響，并解釋影響是指偏離預(yù)期，可能是正面的或負(fù)面的。GJB 5852-2006《裝備研制風(fēng)險(xiǎn)分析要求》對風(fēng)險(xiǎn)的定義，風(fēng)險(xiǎn)是指在規(guī)定的技術(shù)、費(fèi)用和進(jìn)度等約束條件下，對不能實(shí)現(xiàn)裝備研制目標(biāo)的可能性及所導(dǎo)致的后果嚴(yán)重性的度量。從風(fēng)險(xiǎn)的定義可以看出，風(fēng)險(xiǎn)總是客觀存在的，無論是否認(rèn)識它、相信它、記載它，風(fēng)險(xiǎn)并不隨人的意愿而改變。也就是說只有了解風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)，并使風(fēng)險(xiǎn)降低至可以接受的程度，才能使未來的時(shí)間出現(xiàn)有利的結(jié)局，也就是通常我們說的“風(fēng)險(xiǎn)管理”。

風(fēng)險(xiǎn)管理，是指在降低風(fēng)險(xiǎn)的收益與成本之間進(jìn)行權(quán)衡，并決定采取何種措施的過程。航空產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)管理，是指對航空產(chǎn)品在研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)、試飛及使用全壽命期內(nèi)可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行規(guī)劃、評估、處理、監(jiān)控的過程，以保證出現(xiàn)有利結(jié)局的技術(shù)和科學(xué)手段，也即應(yīng)付風(fēng)險(xiǎn)的行動或?qū)嶋H做法。從風(fēng)險(xiǎn)管理過程來看，其核心是風(fēng)險(xiǎn)分析。

2 風(fēng)險(xiǎn)分析的內(nèi)容、步驟和方法

2.1 風(fēng)險(xiǎn)分析的內(nèi)容

風(fēng)險(xiǎn)分析的目的是識別和分析航空產(chǎn)品在研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)、試飛及使用全壽命期內(nèi)可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)，綜合考慮風(fēng)險(xiǎn)概率和后果，并根據(jù)確定的風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行處理。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)分析的步驟和方法

風(fēng)險(xiǎn)分析一般包括三個(gè)步驟：即風(fēng)險(xiǎn)識別、風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性及后果嚴(yán)重性分析和風(fēng)險(xiǎn)排序，風(fēng)險(xiǎn)分析過程見圖1。上述三個(gè)步驟需交叉并行開展，例如在風(fēng)險(xiǎn)識別的過程中也要進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)分析，對識別出的所有風(fēng)險(xiǎn)源也要進(jìn)行初步排序，以便確定哪些是需要進(jìn)一步分析的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)分析過程

2.2.1 風(fēng)險(xiǎn)識別

1）風(fēng)險(xiǎn)識別的定義

風(fēng)險(xiǎn)識別是對航空產(chǎn)品在研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)、試飛及使用全壽命期內(nèi)可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)，特別是對關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵及特殊過程等開展分析，從而識別和記錄風(fēng)險(xiǎn)源的過程，即確定風(fēng)險(xiǎn)源。識別風(fēng)險(xiǎn)源是風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)，風(fēng)險(xiǎn)源包括技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)的判據(jù)；相似產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)及有關(guān)數(shù)據(jù)；工程模型、樣機(jī)研制及試驗(yàn)結(jié)果或預(yù)測數(shù)據(jù)；其它可用的信息；專家意見等。

2）風(fēng)險(xiǎn)識別的方法

風(fēng)險(xiǎn)識別最便捷的方式是參考其它產(chǎn)品研制過程中已獲取的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，亦可以采取頭腦風(fēng)暴、專家會議等方式，對與會者提出的意見經(jīng)過整理、歸納，反復(fù)討論發(fā)現(xiàn)并識別存在的風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)，形成風(fēng)險(xiǎn)源清單，作為風(fēng)險(xiǎn)識別的輸出。

3）風(fēng)險(xiǎn)識別案例分析

選取某航空產(chǎn)品轉(zhuǎn)軸零件加工過程作為風(fēng)險(xiǎn)分析案例，該零件是連接某型飛機(jī)平尾與機(jī)身的主要受力件和關(guān)鍵件，其加工過程難度大、質(zhì)量難以控制，特別是其疲勞耐久性、可靠性將直接影響飛行安全，對其開展風(fēng)險(xiǎn)分析并對所識別的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行控制，是提高零件質(zhì)量、確保安全的有效途徑。

該轉(zhuǎn)軸零件材料采用30CrMnSiNi2A高強(qiáng)度鋼，熱處理要求為σb=1665±100MPa，其主要包括車銑、磨削等機(jī)械加工過程，回火、淬火、電鍍、除氫等特殊過程，轉(zhuǎn)軸零件加工流程見圖2（綠色區(qū)域?yàn)闄C(jī)械加工、紅色區(qū)域?yàn)樘厥膺^程），整個(gè)加工過程控制中存在不同等級的風(fēng)險(xiǎn)源。

針對轉(zhuǎn)軸零件加工過程，采取頭腦風(fēng)暴及專家會議的方式進(jìn)行討論，車銑、磨削、回火、淬火、電鍍、除氫過程控制均會影響最終零件質(zhì)量，即相關(guān)過程是所識別的風(fēng)險(xiǎn)源，對風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的原因及可能導(dǎo)致的后果進(jìn)行評估確認(rèn)，形成風(fēng)險(xiǎn)源清單，見表1。

圖2 轉(zhuǎn)軸零件加工流程圖

表1 風(fēng)險(xiǎn)源清單

2.2.2 風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性及后果嚴(yán)重性分析

1）風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性及后果嚴(yán)重性分析的定義

風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性及后果嚴(yán)重性分析是對識別出來的風(fēng)險(xiǎn)特別是重大風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步分析，確定每一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性，判定后果嚴(yán)重性和關(guān)鍵過程對預(yù)期目標(biāo)偏離的程度。

2）風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性及后果嚴(yán)重性分析的方法

風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指數(shù)法：由熟悉產(chǎn)品每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)及產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)的專家，在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識別的基礎(chǔ)上，分析風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性及其嚴(yán)重后果。

故障模式、影響分析及危害性分析（FMECA）：確定所有可能的故障，根據(jù)對每一個(gè)故障模式的分析，確定故障模式的影響，找出單點(diǎn)故障，并按故障模式的嚴(yán)酷度及其發(fā)生概率確定其危害性。

故障樹分析（FTA）：是一種邏輯關(guān)系因果圖，描述系統(tǒng)中各種事物直接的因果關(guān)系，將擬分析的重大風(fēng)險(xiǎn)作為“頂事件”。“頂事件”的發(fā)生是由于若干“中間事件”的邏輯組合所導(dǎo)致，“中間事件”又是由各個(gè)“底事件”邏輯組合導(dǎo)致。這樣自上而下地按層次進(jìn)行因果邏輯分析，逐層找出風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的必要而充分的所有原因和原因組合。

可靠性預(yù)計(jì)：根據(jù)以往積累的信息，運(yùn)用自下而上綜合的方法對未來產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行預(yù)先計(jì)算的過程。

建模與仿真：通過計(jì)算機(jī)或?qū)嶓w上建立系統(tǒng)的有效模型，虛擬地復(fù)制產(chǎn)品或過程，并在獲得和易于操作的真實(shí)環(huán)境中模擬這些產(chǎn)品或過程。

3）風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性及后果嚴(yán)重性案例分析

因本文選擇的轉(zhuǎn)軸零件是連接某型飛機(jī)平尾與機(jī)身的主要受力件和關(guān)鍵件，其疲勞耐久性、可靠性不滿足要求可能造成飛機(jī)平尾失效，平尾失效即無法控制飛機(jī)俯仰姿態(tài)，將直接影響飛行安全，導(dǎo)致災(zāi)難性危害，故不采用FMECA方式開展分析，而采用FTA開展分析。

轉(zhuǎn)軸零件疲勞耐久性、可靠性不滿足要求的原因是轉(zhuǎn)軸零件斷裂，故以轉(zhuǎn)軸零件斷裂為“頂事件”建立故障樹，見圖3。轉(zhuǎn)軸零件斷裂可能因S1原材料選用不當(dāng)、S2加工過程控制不到位兩個(gè)原因?qū)е拢鳶2加工過程控制不到位可根據(jù)轉(zhuǎn)軸零件加工過程，存在S21機(jī)械粗加工工藝控制不到位、S22高溫回火工藝控制不到位、S23等溫淬火工藝控制不到位、S24機(jī)械精加工工藝控制不嚴(yán)、S25磨削工藝控制不到位、S26消除應(yīng)力回火工藝控制不到位、S27電鍍工藝控制不到位、S28除氫工藝控制不到位8個(gè)“底事件”組成。針對9個(gè)“底事件”逐項(xiàng)開展分析，對其發(fā)生可能性及后果嚴(yán)重性進(jìn)行評估。

圖3 故障樹

S1原材料選用不當(dāng)：轉(zhuǎn)軸零件設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮其受力情況，并進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算及靜力試驗(yàn)考核，其風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性為不可能，但導(dǎo)致的后果是嚴(yán)重的。

S21機(jī)械粗加工工藝控制不到位：機(jī)械車銑是成熟、簡單工藝、自動化操作，零件生產(chǎn)前均已通過了軟件仿真及試切，其風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性為極少。若零件超差、燒蝕將會進(jìn)行審理，不滿足要求的將予以報(bào)廢，故導(dǎo)致的后果是輕微的。

S22高溫回火工藝控制不到位：高溫回火有嚴(yán)格的工藝標(biāo)準(zhǔn)，但可能存在過程控制不符合標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)，造成應(yīng)力消除不徹底，其風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性是有時(shí)，但后續(xù)加工過程還有一次回火，可以進(jìn)一步消除殘余應(yīng)力，故其導(dǎo)致的后果是輕微的。

S23等溫淬火工藝控制不到位：淬火工藝有嚴(yán)格的工藝標(biāo)準(zhǔn)，但可能存在過程控制不符合標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)，造成零件強(qiáng)度不滿足要求，其風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性是有時(shí)。零件設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮安全余量，強(qiáng)度略低不會造成危害性風(fēng)險(xiǎn)，故其導(dǎo)致的后果是輕度的。

S24機(jī)械精加工工藝控制不到位：機(jī)械車銑是成熟、簡單工藝、自動化操作，零件生產(chǎn)前均已通過了軟件仿真及試切，且機(jī)械精加工工序進(jìn)刀量并不大，極不容易造成零件超差或燒蝕，其風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性為不可能，故導(dǎo)致的后果是輕微的。

S25磨削工藝控制不到位：轉(zhuǎn)軸零件加工過程中，共涉及2道磨削工序，第一道是精加工后磨削，保證零件表面粗糙度，其磨削量很小，不會對產(chǎn)品造成不可逆影響；第二道是對電鍍鉻層進(jìn)行磨削，保證零件尺寸，磨削進(jìn)刀量大、偏心及冷卻不足都將導(dǎo)致零件燒蝕，并產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，其風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性是有時(shí)。2道磨削工序后，雖都安排了去應(yīng)力回火工序，但如果未有效去除零件內(nèi)部殘余應(yīng)力，將會導(dǎo)致零件開裂，故其導(dǎo)致的后果較嚴(yán)重。

S26消除應(yīng)力回火工藝控制不到位：消除應(yīng)力回火有嚴(yán)格的工藝標(biāo)準(zhǔn)，但可能存在過程控制不符合標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)，造成殘余應(yīng)力存在，其風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性為很可能，較小的殘余應(yīng)力本身對零件影響不大，故其導(dǎo)致的后果嚴(yán)重性是輕度的。

S27電鍍工藝控制不到位：電鍍工藝本身有嚴(yán)格的工藝標(biāo)準(zhǔn)，即使過程控制不嚴(yán)，也僅對電鍍質(zhì)量有影響，不會直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸零件受損，其風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性為極少，其導(dǎo)致的后果嚴(yán)重性是輕微的。

S28除氫工藝控制不到位：電鍍硬鉻不可避免的造成滲氫，溶入金屬的氫若沒能及時(shí)釋放出來，向金屬中缺陷附近擴(kuò)散，原子氫在缺陷處結(jié)合成分子氫并不斷聚集，從而在巨大的應(yīng)力作用下，使金屬發(fā)生裂紋。除氫是電鍍工藝后必不可少的加工過程，電鍍后除氫間隔時(shí)間，直接決定除氫的程度，其風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性為很可能，其導(dǎo)致的后果嚴(yán)重性是嚴(yán)重的。

2.2.3 風(fēng)險(xiǎn)排序

1）風(fēng)險(xiǎn)排序的定義

風(fēng)險(xiǎn)排序是對風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性及其后果嚴(yán)重性的綜合量化結(jié)果進(jìn)行排序，找出關(guān)鍵和重要的風(fēng)險(xiǎn)。除考慮綜合影響外，對于發(fā)生的可能性大或后果影響嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)給予特別的關(guān)注。風(fēng)險(xiǎn)排序清單是風(fēng)險(xiǎn)處置的依據(jù)。

2）風(fēng)險(xiǎn)排序的方法

專家投票、會簽法：由風(fēng)險(xiǎn)分析專家組根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行投票或打分，投票或打分結(jié)果反饋至專家組，再開展第二輪投票或打分，反復(fù)迭代，直至專家組一致認(rèn)可，獲得各風(fēng)險(xiǎn)排序。

兩兩比較法：專家組集體討論，將每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源兩兩比較，將比較結(jié)果進(jìn)行矩陣運(yùn)算，獲得各風(fēng)險(xiǎn)的排序。

風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指數(shù)排序法：對每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行排序，排序的過程是對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步評價(jià)的過程，從風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性的大小及可能造成后果的嚴(yán)重性進(jìn)行綜合度量。

3）風(fēng)險(xiǎn)排序案例分析

針對轉(zhuǎn)軸零件識別的風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性及后果嚴(yán)重性分析結(jié)果，開展風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指數(shù)量化排序，按照可能性1-5等級、嚴(yán)重性1-5等級，風(fēng)險(xiǎn)排序見表2，確定風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指數(shù)（R）。風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指數(shù)為嚴(yán)重性及可能性的乘積，乘積表示，指數(shù)越高風(fēng)險(xiǎn)越大，風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則見表3，即當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指數(shù)大于等于10，為不可接受風(fēng)險(xiǎn)。

表2 風(fēng)險(xiǎn)排序圖

表3 風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則

針對轉(zhuǎn)軸零件加工過程，識別出所有潛在的風(fēng)險(xiǎn)源，并征求專家意見、利用故障樹開展分析，確定所有風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性及后果嚴(yán)重性，按照風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指數(shù)結(jié)果，S28除氫工藝控制不到位屬不可接受風(fēng)險(xiǎn)，須采取控制措施，消除或降低潛在風(fēng)險(xiǎn)。轉(zhuǎn)軸零件風(fēng)險(xiǎn)排序結(jié)果見表4。

表4 轉(zhuǎn)軸零件風(fēng)險(xiǎn)排序結(jié)果

2.3 風(fēng)險(xiǎn)處置

GJB480A-95《金屬鍍覆和化學(xué)覆蓋工藝質(zhì)量控制要求》中明確，為了減少零件鍍覆后的氫脆敏感性，凡抗拉強(qiáng)度大于或等于1050MPa的鋼制零件及技術(shù)文件規(guī)定除氫的其它零件，鍍覆后都應(yīng)進(jìn)行除氫處理，除氫處理一般是將零件加熱到150～200℃，持續(xù)3～23h。HB/Z 5072-1992《電鍍鉻工藝》，抗拉強(qiáng)度 σb大于1240MPa的金屬電鍍后除氫間隔時(shí)間應(yīng)不大于4h，即電鍍后除氫間隔時(shí)間越大，除氫效果越不佳。

轉(zhuǎn)軸零件材料采用30CrMnSiNi2A高強(qiáng)度鋼，熱處理要求為σb=1665±100MPa，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，轉(zhuǎn)軸零件除氫與電鍍間隔時(shí)間不得超過4h，也就是說除氫與電鍍間隔時(shí)間是風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵要素，零件電鍍前應(yīng)充分考慮，確保電鍍后的零件能在4h之內(nèi)進(jìn)入除氫箱。

3 結(jié)語

本文在闡述風(fēng)險(xiǎn)管理過程及方法的基礎(chǔ)上，以轉(zhuǎn)軸零件制造過程為典型案例，詳述風(fēng)險(xiǎn)管理過程及風(fēng)險(xiǎn)管理結(jié)果應(yīng)用，并提出，識別潛在風(fēng)險(xiǎn)、并采取措施的風(fēng)險(xiǎn)管理過程，對提升航空產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本具有重要意義。