宇航推進系統貯箱氣瓶單機產品保證工作研究

姜玉恒、趙積鵬、張 海、李立峰、田 瑜 /蘭州空間技術物理研究所

產品保證是在產品研制、生產全生命過程，為確保產品和服務能夠最終滿足用戶規定的要求所進行的一系列有計劃、有組織的技術和管理活動。產品保證源于20世紀80年代的歐美航天強國，目前國外已形成一套完善的產品保證機制。國內產品保證工作始于20世紀90年代的航天系統，借鑒歐美經驗，結合航天器研制經驗和創新實踐，經過10多年的不斷探索，逐步建立了宇航產品可信性保證模式，2012年，中國空間技術研究院發布了宇航型號產品保證通用要求，從產品保證管理、質量、可靠性、安全性、空間環境適應性、元器件、材料、工藝、軟件、地面支持設備保證等多方面全面準確地闡述了產品研制過程產品保證的方法和要求。2018年，研究院對宇航型號產品保證通用要求進行了修訂，新增生產階段產品保證管理方法，細化了航天器產品研制各階段產品保證要求。

產品保證工作的本質是產品研制全生命周期的風險管理和控制，即風險管控，如何探尋一套完善的風險管控流程，并針對性地建立完備的監控機制，使得產品質量穩步提升，是產品保證人員不斷探索和追尋的真諦。

貯箱氣瓶產品作為衛星動力系統的重要組成部分之一，主要作用是提供衛星所需的燃料，一旦產品發生失效，將使整個衛星失去動力。因此，筆者結合宇航推進系統貯箱氣瓶單機產品研制生產經驗，對現階段貯箱氣瓶單機的產品保證工作方法提出建議，供從事相關業務的單位借鑒。

一、當前宇航貯箱氣瓶產品保證工作存在的薄弱環節

為確保有效推進產品保證工作，結合宇航推進系統貯箱氣瓶單機產品研制生產過程存在的薄弱環節，充分識別風險，提出有效的解決措施，實現產品保證能力的全面提升。

1.質量管理體系運行的有效性需進一步加強

研究院經過20多年的不斷積累和摸索，已經建立了完整的產品保證體系，規范型號產品的質量保證工作。同時，質量管理體系作為宇航型號產品保證能力建設的基石，各廠、所緊密結合GJB9001C-2017《質量管理體系要求》換版工作，完成了新版質量管理體系的建設，將產品保證工作融入新版體系，規范了型號產品的質量保證流程。盡管宇航產品保證工作取得了一定的成績，但由于各廠、所承擔的型號任務較多，涉及的專業領域寬泛，頂層通用質量管理體系要求的崗位質量職責落實的有效性欠佳，使得宇航產品保證工作落實存在一定的困難。

2.貯箱氣瓶單機產品保證通用產保要素規范需進一步細化

2018年，研究院修訂發布了宇航型號產品保證通用要求，建立了型號任務各階段的產品保證要求，同時，基于“風險識別充分、措施落實有效”的原則，新增生產階段產品保證要求，以特性分析為切入點，將識別風險的控制措施以“產品保證要素”的形式納入技術文件指導科研生產工作，并形成研究院航天器生產階段產品保證通用要素，包括電子產品、機構產品、總裝、系統級測試、推進產品、微波產品、機電產品和結構產品。由于貯箱氣瓶類產品型號規格較多，過程質量控制形成的要素管控要求離散，通用要素判據量化難度較大，因此未形成壓力容器產品的通用產品保證要素標準。

3.型號產品生產基線約束力需進一步提升

現階段，由于技術文件要素化、結構化程度和編制水平的限制，單純靠技術文件覆蓋產品研制生產過程全要素難度較大，而生產基線可以有效彌補技術文件覆蓋不足的問題，實現產品研制生產過程“5M1E”要素的識別、固化及約束。目前，生產基線的建立基于重復“復制”已成功產品的基線狀態，對產品研制過程風險的管控較弱，未能將產品研制過程風險控制措施中“人、機、料、法、環、測”的潛在影響因素細化并融入生產基線，使其在產品研制中對風險的預控能力不足。

二、貯箱氣瓶產品研制風險管控方法

1.質量體系建設與班組建設融合，有效落實各崗位質量職責

GJB9001C-2017《質量管理體系要求》于2017年7月正式實施，蘭州空間技術物理研究所于2018年9月發布新版體系文件，截至目前，質量體系已正常運行2年時間，新版質量管理體系基于“過程方法、PDCA與風險思維”的核心概念建設，將產品保證工作融入質量管理體系中，只有質量管理體系有效運行，型號產品質量才能得到保證。由此可見，型號產品質量保證的關鍵在于各崗位質量職責的落實。研究所從事科研生產的單位有12家，共承擔10大類型號產品的研制生產任務，包括“機、電、熱”單機產品、電推進系統產品和空間科學探測載荷等，不同專業領域存在差異性，因此各單位崗位的質量職責也存在差異。為有效推動型號產品保證活動，質量管理體系建設需以“班組建設”為著力點，細化分解研究所頂層通用質量管理體系要求，形成設計、工藝、操作、管理等子體系、三層次和操作規范等文件，將質量管理深入一線，真正做到“以崗定人、崗能匹配”，崗位質量職責有效落地，實現質量管理體系的本地化、產品保證工作接地氣，夯實產品保證基礎。

2.加速產品化的推進，逐步建立通用產保要素規范

近年來，我國宇航領域呈現多型號、小批量的快速發展趨勢，貯箱氣瓶產品作為宇航關鍵單機，同樣也面臨著高密度的研制任務，研究所宇航貯箱氣瓶產品研制生產的市場占有率達90%以上，這無疑對貯箱氣瓶的產品保證能力提出了更大的挑戰。

產品化是以成熟產品為對象，總結研制生產經驗，梳理產品技術規范，實現產品研制過程的通用化、系列化、模塊化，使產品保證推進工作簡化、規范、有效。

產品保證能力提升的關鍵在于風險的管控，面對多類型的產品，如何建立貯箱氣瓶通用產品保證規范，使產品研制生產過程的風險管理條目化、集中化，開展產品化工作必然是不二之選。同時，貯箱氣瓶產品具有應用型號廣泛、技術指標單一、結構相對獨立的天然優勢，產品成熟度高，具備產品化工作建設的基礎。

貯箱氣瓶產品是典型的通用機械類產品，宇航領域涉及的貯箱氣瓶產品主要包括網式表面張力貯箱、板式表面張力貯箱、橡膠隔膜貯箱、金屬隔膜貯箱、異型金屬高壓氣瓶、復合材料氣瓶、全復合材料氣瓶，產品型譜如圖1所示。然而，產品型譜的構建僅是產品化工作的基礎，由于產品規格多、技術指標不統一等原因，依然面臨重復策劃、設計、驗證及過程管控等繁瑣工作，因此在后續產品化推進工作中，應對標國際專業先進水平，以“市場需求和技術發展”為牽引，統一貯箱氣瓶技術狀態，壓縮產品規格種類，實現零（部）組件的“三化”，梳理規整過程質量管控要素，固化技術風險管控措施，逐步健全貯箱氣瓶通用產品保證機制，提升產品保證能力。

圖1 宇航貯箱氣瓶產品型譜

現階段貯箱氣瓶產品通用產保要素規范的建設應利用“包絡分析、聚點成面”的方法，逐步建立貯箱氣瓶產品通用產保要素規范，如圖2所示。首先，開展單個產品成功參數包絡匯總，固化單一產品風險管控專用要素的判據；其次，以產品化為基礎，對同類型產品研制成功參數實現最小包絡，形成量化的風險管控通用要素判據；最后，建立貯箱氣瓶產品研制成功包絡數據庫，規范貯箱氣瓶產品設計和產品保證工作。

圖2 貯箱氣瓶產品通用產保規范建立模式

3.風險管控融入基線，提升基線的約束力

生產基線是指在產品工藝鑒定和產品鑒定完成后、首飛產品生產開始前，經審查或評審確認、以產品技術狀態為基礎、用文件描述和規定產品生產狀態。目前，生產基線建立的核心是總結成功產品研制生產過程有效管控工藝技術流程中各環節“5M1E”狀態的經驗，將保證研制階段工藝鑒定、產品鑒定和同類型產品生產階段成功的“人、機、料、法、環、測”6個方面固化形成基線報告指導科研生產，包括人員能力、設備型號、材料清單、工藝方法、環境要求、檢測方法等要求。但是，在產品研制生產過程中影響生產基線穩定性的關鍵在于“5M1E”潛在風險的管控，僅通過研制成功產品經驗的復制，簡單地對“5M1E”進行設備型號、材料清單等宏觀約束，導致基線對產品質量的約束能力偏弱。因此，六要素的管理應結合產品研制生產風險實現“面→點”向“點→面”控制的轉變，形成“產保促建、基線約束”的管控模式，不斷完善生產基線的管控要求。以貯箱氣瓶電子束焊接設備風險管控為例，如圖3所示，在基線報告中明確電子束焊接設備編號，針對設備提出“設備完好、檢定合格”等質量管控措施，實際影響設備穩定性的關鍵環節在陰極使用壽命，主要影響焊接參數的穩定性、束流的穿透能力、焊縫最終合格率，且設備陰極的真正有效壽命遠低于設備檢定和完好周期，因此在設備管控方面應從“風險預防”的思路出發，細化控制措施，在確認設備完好、計量合格的同時將設備陰極使用壽命納入基線進行管控，有效提升生產基線對產品保證工作的約束力。

圖3 貯箱氣瓶電子束焊接設備風險管控模式

宇航產品保證工作是推動產品質量穩定與可靠的有效途徑，目前，研究院已建立了全面產品保證體系，從設計開發、研制流程、過程管控等多個方面形成頂層的產品保證規范，實現產品保證工作由“面→點”的全面策劃和管控。結合貯箱氣瓶單機產品研制生產過程產品保證要求落實情況，從質量體系的有效落地、單機產品保證規范的完善、生產基線約束力的提升3個方面入手，充分識別產品研制生產過程的風險點，總結提煉經驗教訓，開展由“點→面”的產品保證通用要求的持續完善工作，真正實現風險全面、有效的管控。產品保證工作只有通過“自上而下、自下而上”不斷的循環迭代，才能從根本上提高宇航產品質量和可靠性保證的整體水平，成為航天產品成功發射的堅強后盾。