航天裝備制造質(zhì)量風(fēng)險分析方法

馬 驥，唐 雷，梁孝彬

（中國運載火箭技術(shù)研究院，100076）

0 引 言

制造作為裝備研制過程中最重要的一環(huán)，其質(zhì)量風(fēng)險對研制進度、費用以及裝備性能有重大影響，據(jù)統(tǒng)計，近年來我國航天裝備發(fā)生的問題中，制造缺陷占比高達50%，因此如何辨識航天裝備制造質(zhì)量風(fēng)險，提高裝備制造可靠性，已成為當(dāng)前工程與學(xué)術(shù)領(lǐng)域共同的研究熱點。現(xiàn)階段常用的制造質(zhì)量風(fēng)險分析方法具有明顯的“原因?qū)颉眱A向，試圖在質(zhì)量體系、制造流程等規(guī)范性文件中識別、評估和消除可能對制造過程產(chǎn)品質(zhì)量造成負面影響的潛在因素，以保證過程產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，降低產(chǎn)品的質(zhì)量風(fēng)險[1-3]。然而隨著體系漏洞的不斷彌補，質(zhì)量管理制度的不斷完善，“原因?qū)颉钡娘L(fēng)險分析方法效果明顯下降，不能滿足更高的制造要求。“結(jié)果導(dǎo)向”的質(zhì)量風(fēng)險分析方法逐漸引起各制造企業(yè)的關(guān)注[4-6]，以評估不良過程質(zhì)量影響為指導(dǎo)思想的“結(jié)果導(dǎo)向”的制造質(zhì)量風(fēng)險分析模式，通常僅關(guān)注加工損失或檢測成本等單一方面，缺乏對各類不良質(zhì)量如何影響產(chǎn)品實際表現(xiàn)的綜合性、全局性分析，也難以得到具有最佳費效比的質(zhì)量管理方式來控制航天裝備制造質(zhì)量風(fēng)險。從不同角度開展制造質(zhì)量風(fēng)險分析的方法差異很大，鑒于單一視角的分析存在一定的局限。為此，本文基于RQR鏈理論[7]，以制造過程質(zhì)量為目標(biāo)，以產(chǎn)品可靠性為核心，集成考慮影響因素與潛在后果，提出了面向可靠性的制造質(zhì)量風(fēng)險分析方法。

1 制造質(zhì)量風(fēng)險內(nèi)涵分析

根據(jù)全壽命周期理論和產(chǎn)品質(zhì)量形成的全過程觀點，裝備質(zhì)量決定于設(shè)計階段，形成于制造階段，進入使用階段后，由于受到環(huán)境應(yīng)力的影響和沖擊，內(nèi)部組件老化，表現(xiàn)為裝備實際性能特別是可靠性發(fā)生退化，甚至出現(xiàn)故障，導(dǎo)致各類直接、間接損失，因此，制造質(zhì)量風(fēng)險與裝備在實際使用中造成的潛在后果關(guān)聯(lián)十分密切。將“裝備自身質(zhì)量問題導(dǎo)致的潛在損失”定義為“裝備質(zhì)量風(fēng)險”，從質(zhì)量形成的全過程來看，裝備質(zhì)量水平主要決定于設(shè)計階段確定的關(guān)鍵指標(biāo)，而制造過程則是保證設(shè)計藍圖能夠順利實現(xiàn)并形成裝備實際質(zhì)量。顯然，設(shè)計質(zhì)量是裝備實際能夠達到的最高性能指標(biāo)，此時對應(yīng)的質(zhì)量風(fēng)險稱為設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險，是實際質(zhì)量風(fēng)險能達到的最低水平。而由于制造過程中人、機、料、法、環(huán)、測等方面的影響，不可避免地會引入各類質(zhì)量偏差和缺陷，導(dǎo)致經(jīng)制造形成的實際質(zhì)量水平總低于設(shè)計理想水平。

裝備制造質(zhì)量越高，其實際性能越貼近設(shè)計理論值，因此，在集中研究制造質(zhì)量風(fēng)險時，必須對裝備設(shè)計指標(biāo)及設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險加以考慮。因此，本文將制造質(zhì)量風(fēng)險定義為“相比于設(shè)計質(zhì)量情況，由制造質(zhì)量缺陷導(dǎo)致裝備具有的額外質(zhì)量風(fēng)險”，圖1為制造質(zhì)量風(fēng)險的具體內(nèi)涵示意圖。

圖1 制造質(zhì)量風(fēng)險內(nèi)涵示意圖

如圖1所示，裝備在同一時刻的實際質(zhì)量風(fēng)險與對應(yīng)的設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險之差，即為該時刻的制造質(zhì)量風(fēng)險。

2 制造質(zhì)量風(fēng)險形成機理

無論開展哪種形式的風(fēng)險分析，明晰風(fēng)險形成的機理至關(guān)重要，是開展風(fēng)險識別、風(fēng)險評估以及風(fēng)險削減與管控的前提與基礎(chǔ)。綜合風(fēng)險分析、質(zhì)量管理與可靠性保證的思想，提出了基于RQR鏈的制造質(zhì)量風(fēng)險形成機理模型，如圖2所示。圖2概括描述了制造質(zhì)量風(fēng)險伴隨產(chǎn)品形成的過程，從制造階段逐漸形成、傳遞，并在使用階段體現(xiàn)。

圖2 基于R Q R鏈的制造質(zhì)量風(fēng)險形成機理

3 面向可靠性的制造質(zhì)量風(fēng)險分析

可靠性退化程度不僅是影響產(chǎn)品制造質(zhì)量風(fēng)險水平的決定性因素，也是表征制造過程質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。因此，作為連接制造過程和實際使用的橋梁，產(chǎn)品可靠性必將在制造質(zhì)量風(fēng)險分析和控制工作中占據(jù)樞紐與核心的地位。在圖2所示的制造質(zhì)量風(fēng)險形成機理的基礎(chǔ)上，提出制造質(zhì)量風(fēng)險分析途徑如圖3所示。

圖3 制造質(zhì)量風(fēng)險分析途徑

制造質(zhì)量風(fēng)險源的識別工作，必須從產(chǎn)品在使用過程中實際風(fēng)險表現(xiàn)出發(fā)，正確評估不同功能故障導(dǎo)致的質(zhì)量事故的風(fēng)險水平，確定需要重點分析的功能故障類型與相應(yīng)的產(chǎn)品組件，并對組件的關(guān)鍵質(zhì)量特性向制造過程中逐步分解，最終完成制造質(zhì)量風(fēng)險源（即關(guān)鍵制造過程參數(shù)和對應(yīng)工序）的識別，其具體流程如圖4所示。

圖4 面向制造過程的質(zhì)量偏差風(fēng)險源識別流程

在對已識別的關(guān)鍵風(fēng)險源進行一定程度的控制后，需要合適的手段來評價其控制效果，評價流程如圖5所示。

圖5 基于過程質(zhì)量數(shù)據(jù)的制造質(zhì)量風(fēng)險評估流程

制造質(zhì)量風(fēng)險評估可以視為制造質(zhì)量風(fēng)險識別的逆過程。首先收集執(zhí)行風(fēng)險削減措施后的制造過程質(zhì)量數(shù)據(jù)，基于過程質(zhì)量—產(chǎn)品可靠性退化關(guān)聯(lián)模型確定各功能組件的可靠性退化情況，最后基于風(fēng)險評價模型，評估削減后的制造質(zhì)量風(fēng)險，驗證風(fēng)險控制工作的有效性。

4 制造質(zhì)量風(fēng)險分析在生產(chǎn)中的應(yīng)用

結(jié)合國內(nèi)某廠研發(fā)的一款數(shù)控液壓設(shè)備的制造質(zhì)量風(fēng)險分析需求，對本文提出的基于RQR鏈中的制造質(zhì)量風(fēng)險框架、面向產(chǎn)品可靠性的制造質(zhì)量風(fēng)險分析與控制等進行了系統(tǒng)地應(yīng)用。

從數(shù)控液壓機的實際售后數(shù)據(jù)出發(fā)，應(yīng)用制造質(zhì)量風(fēng)險的形成機理與分析技術(shù)對主要的質(zhì)量問題的風(fēng)險程度進行排序，重點選擇“壓力超限不報警”對應(yīng)的風(fēng)險類型作為分析和削減的對象。首先，根據(jù)產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)，結(jié)合底層功能故障概率實際值與理想值完成概率因子計算；根據(jù)售后數(shù)據(jù)與損失成本確定嚴重性，完成制造質(zhì)量風(fēng)險類型的重要度排序。隨后，關(guān)注密封測量室的可靠性退化對制造質(zhì)量風(fēng)險的影響，在識別了全部的過程參數(shù)后，對敏感柵的制造過程進行監(jiān)控優(yōu)化，以在有限的成本空間內(nèi)盡可能減少敏感柵的可靠性退化情況，以降低“壓力超限不報警”帶來的制造質(zhì)量風(fēng)險。

分別利用TBE控制圖系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)和設(shè)備維修與過程控制聯(lián)合模型優(yōu)化設(shè)計技術(shù)對敏感柵制造過程進行面向可靠性的控制，以產(chǎn)品可靠性退化期望最小為目標(biāo)，得到最優(yōu)的控制策略，通過對比分析發(fā)現(xiàn)，采用面向可靠性的制造質(zhì)量風(fēng)險分析與控制技術(shù)，減少了10.5%的因制造過程導(dǎo)致的可靠性退化量，且同時節(jié)約了1.25%的運行成本。

5 結(jié)論

在航天裝備全壽命周期質(zhì)量觀與質(zhì)量形成全過程分析的基礎(chǔ)上，深入分析了以實際性能退化為特征的制造質(zhì)量風(fēng)險內(nèi)涵，基于RQR鏈，闡述了制造質(zhì)量形成過程，剖析了制造質(zhì)量風(fēng)險形成機理，提出了面向可靠性的制造質(zhì)量風(fēng)險分析方法，為制造質(zhì)量風(fēng)險分析及管控措施有效性的驗證提供了支撐和參考。