航天型號提高設計質量探索與實踐

翟磊 劉益嘉

【摘要】本文分析了航天型號存在的主要設計質量問題及產生原因，提出提高設計質量可采取的措施，并介紹某型號為提高設計質量進行的探索與實踐。

【關鍵詞】航天型號；提高；設計質量；實踐

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.032

Exploration and Practice of Improving Design Quality of Aerospace Models

ZHAI Lei， LIU Yijia

（ChinaAcademy of Launch Vehicle Technology， Beijing 100076， China）

Abstract： This paper analyzes the main design quality problems of aerospace models and their causes， puts forward the measures to improve the design quality， and introduces the exploration and practice of a certain model to improve the design quality.

Keywords： aerospace model； improve； design quality； practice

0引言

航天型號研制具有意義重大、技術復雜、風險高、協作面廣、投入大、質量與可靠性要求高等特點。采用大海撈針的方式去排查可能存在的隱患，實際效果往往事倍功半，要治根治本地解決此問題，應該從設計和生產質量控制入手，從源頭和核心來說首先要從提高設計質量開始。

下面通過分析航天型號存在的主要設計質量問題及產生原因，結合航天某型號控制設計質量的探索與實踐，淺談航天型號如何實施精細化質量管理，進一步提高設計質量。

1航天型號質量問題統計規律

通過對航天某研究院2015—2023年統計的質量問題進行分析，發現其中設計質量問題占比始終居于首位，在工藝、操作、器材等質量問題中有超過30%的問題與設計有關。通過分析認為，一方面，由于航天型號具有技術復雜、技術難度大的特點，暴露出我們在吃透技術、吃透狀態、吃透規律上存在差距；另一方面，也存在設計差錯、技術狀態更改不到位、判讀漏判、驗收把關不嚴等管理薄弱環節。由此可見，提高設計質量還有相當大的空間，而提高設計質量是提高產品質量的重要途徑。

2存在的主要問題及產生原因

2.1技術未吃透

新型號的研制，特別是存在大量新技術的型號，無以往型號研制經驗借鑒，理論知識的積累和技術儲備不夠，對于某些關鍵技術可能無法進行充分的試驗驗證，僅靠工程分析，有可能在技術上存在個別深層次的隱患；另外，對于繼承的成熟技術和產品，如果對新型號在新環境、新條件下的適用性分析和驗證不充分，也往往會出現問題。

2.2技術狀態更改考慮不充分

該類問題主要暴露出技術狀態更改未深入落實“論證充分、各方認可、試驗驗證、審批完備、落實到位”五項原則，技術狀態變化的影響分析上做得不夠全面、徹底，技術狀態更改部分的可靠性分析和測試覆蓋性分析等不到位。

2.3上下游、相關方溝通協調不夠

目前，型號研制流程是縱向以總體到分系統再到單機為主線，自上而下進行任務書分解。這種流程忽視了橫向間的聯系，缺乏設計流程各環節的回歸確認。因此，很多問題往往是各方協調不積極、不主動、不深入、不細致，往往出了問題才發現，并且上下游之間對設計文件的內容存在理解不一致等問題。

2.4設計工藝性差，造成工藝保證困難或工藝穩定性不夠

按照航天產品正常工作流程，往往設計部門完成設計圖樣后，工廠方才開始考慮工藝方案。當出現產品設計與工廠工藝能力不相匹配的情況時，要么設計人員應工廠工藝審查時的要求進行局部修改，要么工廠只能根據設計要求投入努力，以達到生產合格產品所需要的制造條件。基于多年“設計優先，工藝跟隨”的工作習慣，往往造成設計工藝性差，最終給產品質量帶來很大隱患。

2.5設計人員的技術水平和責任心有待提高

目前，各型號研制的設計師隊伍都趨于年輕化，很多設計人員往往工作一兩年就擔任了重要核心崗位，設計經驗不足；另外，個別人員質量意識不強，思想麻痹松懈，責任心也有待提高。

2.6型號管理效率不高，存在管理不閉合

目前，型號研制往往采用技術評審、復核復算、技術狀態更改控制、問題歸零、質量復查等方式來把關設計質量。采用的方法沒有問題，但實施起來往往流于形式，沒有達到預期效果。例如：質量復查往往當成“運動”來抓，時間緊、內容多、重點不突出，沒有起到提早發現問題的作用，反而成為設計員的一種負擔。

3提升設計質量措施的探索與實踐

3.1頂層策劃，確定設計原則

周密細致的策劃是做好一切工作的前提。在某型號立項后，該型號總指揮和總設計師組織進行了對該型號全壽命全要素的系統策劃，形成了型號研制準則和研制流程，并全面梳理了關鍵技術、技術風險、大型地面試驗項目；同時，明確指出提高設計質量的最重要措施是在方案設計中要嚴格遵循簡潔設計的原則。基本原則為：1）設計方案是否簡單，沒有多余的細節、零部件，沒有型號本身功能不需要，純粹是為了單項技術的先進性而所謂的“創新”或“預埋”；2）將可靠性放到第一位，而不是片面地追求性能的先進性，總體方案合理科學，分系統和單機做到了簡潔可靠，杜絕設計指標的無謂提高；3）可制造性強，易于生產，在采用新材料和新工藝前，對成熟的材料和工藝可繼承進行了充分的論證；4）可測試性強，可以證明自己的產品健康性，沒有僅通過人員保證而無法通過測試和檢查來證明產品質量的設計。

3.2抓源頭，嚴格對技術方案把關

型號研制必須抓好技術方案的把關工作，方案設計要進行多方案充分論證對比，規范方案論證審查流程，只有技術方案正確，后續各項工作才有成功的基礎，這也是型號研制方案階段工作的重中之重。某型號為確保設計方案合理可行，在方案階段組織完成了百余項分系統和重要單機的設計方案審查，通過多方案進行綜合評價，比較擇優確定最終的設計方案。

3.3嚴格控制設計文件質量，加強系統間協調

設計文件是開展型號研制的基礎，除加強對設計文件的三級審簽、專家審查外，對于設計文件提出方和接收方對文件的理解一致性問題應該特別引起關注，往往很多問題是設計文件內容有歧義，雙方溝通協調不夠造成的。某型號在初樣階段通過任務書解讀會形式開展設計要求清理，各相關方面對面，逐條討論任務書要求，確保任務書提出方和接收方對各項內容理解一致，避免產生歧義。該項工作發現了大量不協調問題，成效顯著。另外，組織各單位在設計結束后，對設計輸出滿足設計輸入進行檢查確認，形成了完整的設計檢查確認表，確保工作閉合。

3.4抓薄弱環節，加強可靠性設計

加強可靠性設計是提高設計質量的基礎。型號研制從方案設計早期就要按照“充分借鑒以往型號可靠性工作成功做法，根據自身特點選擇相關中華人民共和國國家軍用標準和航空航天標準規定的可靠性工作項目，適當創新可靠性工作，通過全型號、全過程、全員的高質量工作保證型號的可靠性”的總體思路，大力推進可靠性工作。某型號除開展常規可靠性工作，還專門制定了全壽命周期可靠性工作實施方案，系統策劃了各研制階段的可靠性工作項目，建立了可靠性工作系統，確定了可靠性種子隊員，成立了專家顧問組。另外，某型號是首個在方案階段就全面開展了功能FMEA、可靠性預計等工作的型號，奠定了型號可靠性工作基礎。

3.5嚴格技術狀態控制

某型號研制立項后即建立了技術狀態控制委員會，按節點定期進行技術狀態和技術接口的清理，尤其是嚴格按照“論證充分、各方認可、試驗驗證、審批完備、落實到位”五條原則進行技術狀態更改控制，注重分析狀態變化的影響以及對產品質量的負面影響，驗證更改措施有效性，杜絕技術狀態失控，防止“小改出大錯”。此外，要正確處理技術繼承和發展的關系，對借用的成熟技術（產品）必須進行再認識，不能盲目照搬，要重點分析借用技術（產品）對新環境、新條件的適應性，嚴格狀態控制，杜絕因對借用產品分析不到位而帶來新的問題。

3.6強化技術風險分析

型號各研制階段應全面開展技術風險分析工作，提高辨識風險、控制風險、駕馭風險的能力。通過全時域分析、全空域分析、差異分析、影響域分析、環境適應性分析和裕度分析來辨識風險；通過設計輸入輸出確認、設計過程確認、產品地面試驗驗證、分析與仿真等途徑，綜合評價該項風險的消減程度；有計劃地、規范地組織同行專家開展設計復核復算，充分發揮專家對型號研制的技術把關作用。某型號再從方案階段開始進行全面技術風險分析，開展專項復核復算、“九新”系統分析等，并結合FMEA分析結果，進一步識別風險，其中對于較高技術風險，還專門制定了風險放行準則，通過采取有效措施，消除、控制或降低技術風險。

3.7試驗項目設置合理，確保試驗充分有效

試驗項目的設置應根據型號力學環境、熱環境及電磁兼容環境等要求來確定，應充分考慮地面試驗內容的充分性和試驗結果的有效性，充分考慮極限工況、試驗子樣數量、可靠性指標的實現以及全壽命周期的可靠性要求等。某型號創新建立了試驗設計矩陣表，通過開展單機/組件級驗證試驗項目、系統/整機級驗證試驗項目、系統間聯合/匹配驗證試驗項目、全箭驗證試驗項目的分析，確保了試驗項目設置的系統性、充分性和合理性，同時，遵循PDCA原則設立了13項活動組成的試驗質量控制環，設置了試驗任務書、試驗大綱、試驗實施方案、試驗有效性分析、試驗準備檢查、試驗結果評審、遺留問題閉環落實等主要質量控制點，并明確了各控制點的評審把關要素，提高了試驗評審工作的有效性。

3.8加強設計可測試性分析及測試覆蓋性分析

在產品設計中，應充分考慮產品可測試性和測試覆蓋性問題，并應采取有效措施逐步減少不可測試項目。在進行產品設計時，應同步開展產品的可測試性設計，制定測試性工作計劃，確定測試方案和測試性要求，并進行測試性驗證。同時，應進一步開展測試覆蓋性分析，原則上單元測試中不能覆蓋的設計邊界和接口等項目，應在分系統測試中得到覆蓋，分系統測試中不能覆蓋的項目，應在全箭測試中得到覆蓋，全箭的地面試驗及測試應覆蓋飛行狀態，對不能覆蓋的項目應列出不能覆蓋的測試項目清單，制定并落實控制措施。

3.9利用數字化手段，確保全系統接口的精細化協調

型號應充分利用三維數字樣機進行全系統接口的精細化協調，消除系統間機械接口協調風險；充分利用三維數字樣機進行設計工藝并行工作，進行關鍵產品的制造仿真，以期減少生產反復，降低生產風險。同時，開展全型號及系統、單機的數字化試驗和仿真，并加大驗證規模和驗證覆蓋面，通過數字化試驗更深入地深化系統產品及其工作過程的規律認識，在此基礎上指導試驗，降低試驗風險，提高試驗驗證的效率和有效性。

3.10建立“設計—工藝聯合開發小組”，確保設計與工藝無縫結合

加強設計與工藝的密切聯系，開展設計與工藝相互技術交底工作，使參與產品設計、工藝人員全面翔實地了解產品的設計方案、技術要求、工藝方法、產品檢測和質量控制的基本內容。某型號在方案階段初期建立了“設計—工藝聯合開發小組”，全面開展型號產品設計方案工藝可行性分析工作，對所有設計方案均進行工藝可行性評審，提高產品的可制造性。

3.11嚴格三級審簽，提高技術評審有效性

為保證設計文件的“合格”，要建立“三檢”制度，即質量復查為“自檢”；三級審簽為“互檢”；復核復算或評審為“專檢”。同時，三級審簽采取“串并聯”結合的方式，即對于設計師系統確定的關鍵項目采取討論審查的審簽方式。另外，型號各級技術評審應制定嚴格的評審前置條件，不達標準不予評審，從內容到形式嚴格控制評審報告的質量，確保評審的有效性。

4結束語

設計質量決定產品質量。抓好設計質量，是保證航天型號能否順利研制成功的關鍵。推動精細化管理、程序化管理、標準化管理是型號提高設計質量的努力方向，需要不斷創新，持續探索和實踐提高設計質量的有效方法。

【參考文獻】

[1]張麗，潘金龍，周竑，等.加強設計質量管理提升產品設計質量[J].質量與可靠性，2017（5）：5-8.

[2]張陶.關于提升航天產品設計質量的思考[J].航天標準化，2009（3）：44-46.

[3]韓曉紅，邵亞楠.開展航天產品正向設計的基礎和原則[J].質量與可靠性，2017（6）：15-17.

【作者簡介】

翟磊，男，1979年出生，高級工程師，碩士，研究方向為質量管理。

（編輯：劉一童）