◎中國空間技術(shù)研究院 郭振偉 黃威 朱北園 馮永 遇今
中國空間技術(shù)研究院建院40多年來研制發(fā)射了近百顆航天器,積累了一定的研制經(jīng)驗,特別是近年來通過開展可靠性工程建設(shè),航天器產(chǎn)品可靠性技術(shù)取得了很大成績,但對于解決“高可靠、長壽命”問題還缺乏足夠的積累,航天器產(chǎn)品的壽命和可靠性總體上較國外先進(jìn)水平還存在差距,在軌壽命散差大,壽命期內(nèi)的可靠性不夠高。因而,有效解決航天器產(chǎn)品中這些突出的可靠性問題成為當(dāng)務(wù)之急。為此,研究院選取了東方紅四號、東方紅三號、導(dǎo)航、低軌遙感、CAST968、CAST2000等六大平臺配套的30類關(guān)鍵單機(jī),深入開展“再設(shè)計、再分析、再驗證”(“三再”)工作,利用正向設(shè)計分析工具,從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、特性分析入手,由上到下逐級進(jìn)行分析,識別出產(chǎn)品的關(guān)鍵特性,開展對產(chǎn)品關(guān)鍵特性及薄弱環(huán)節(jié)的進(jìn)一步識別,采取解決措施,從而不斷提升關(guān)鍵通用產(chǎn)品的成熟度,為航天器產(chǎn)品的定型及實現(xiàn)產(chǎn)品化奠定基礎(chǔ)。
產(chǎn)品開發(fā)要經(jīng)歷一個“V”字形的完整過程。一般來講,經(jīng)過一個完整的“V”字模型開發(fā)過程所形成的產(chǎn)品還不能達(dá)到令人滿意的成熟程度。航天器產(chǎn)品也不例外,必須要在對產(chǎn)品飛行數(shù)據(jù)監(jiān)測和比對分析的基礎(chǔ)上,對產(chǎn)品開展第二個甚至多個“V”字模型過程,這實際上形成了航天器產(chǎn)品開發(fā)與成熟度不斷提升的“W”模型。該模型通過反復(fù)迭代與深化完善,直至滿足航天器產(chǎn)品的高性能、高質(zhì)量、高可靠的要求。
“三再”工作正是航天器產(chǎn)品開發(fā)與成熟度不斷提升的“W”模型中第二個“V”字模型過程,其目的是進(jìn)一步提高航天器產(chǎn)品的“固有可靠性”,完善產(chǎn)品質(zhì)量,逐步提高產(chǎn)品的成熟度?!癢”模型可有效解決航天器產(chǎn)品特殊性與極小子樣研制導(dǎo)致的主要問題,從而實現(xiàn)航天器產(chǎn)品極小子樣情況下的成熟度提升。
“再設(shè)計”就是在對已飛行過的產(chǎn)品(成熟度達(dá)到3~4級)的飛行數(shù)據(jù)監(jiān)測和比對分析的基礎(chǔ)上,針對產(chǎn)品存在的薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵特性開展重新設(shè)計,認(rèn)識和消除影響產(chǎn)品可靠性、安全性的薄弱環(huán)節(jié),同時鍛煉和提升產(chǎn)品開發(fā)隊伍的能力。
“再分析”就是要對關(guān)鍵單機(jī)產(chǎn)品在研、在軌和“再設(shè)計”中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行全面分析,確保問題歸零到位;對產(chǎn)品進(jìn)行特性分析,明確關(guān)鍵、重要特性(主要包括設(shè)計、工藝、過程控制關(guān)鍵特性),將關(guān)鍵、重要特性控制要求落實到產(chǎn)品保證、強(qiáng)制檢驗、數(shù)據(jù)包中,確保后續(xù)生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
“再驗證”就是要確保產(chǎn)品設(shè)計驗證(主要是試驗驗證)的全面性和充分性,補(bǔ)充完善相關(guān)驗證項目,明確產(chǎn)品設(shè)計裕度。
“三再”工作是航天器技術(shù)發(fā)展、持續(xù)提升產(chǎn)品成熟度,以及全面提升空間研究院研制水平與能力的必然要求。
空間研究院的航天器技術(shù)經(jīng)過40多年的發(fā)展,已由原來的注重功能、性能實現(xiàn)的演示驗證研制階段發(fā)展到目前的在軌業(yè)務(wù)應(yīng)用階段,而且正朝著批量化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。這就要求衛(wèi)星由原來的注重功能、性能轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅卦谲壏€(wěn)定、可靠運行。而實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵是對產(chǎn)品實施第二個“V”字模型的“三再”工作,進(jìn)一步提升產(chǎn)品成熟度。
空間研究院通過對航天器型號在軌故障統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),大多數(shù)故障的發(fā)生是由于產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)中的可靠性設(shè)計、分析不充分,對型號壽命期內(nèi)環(huán)境、機(jī)、電、熱等一體化可靠性設(shè)計的認(rèn)識和研究不夠;對單機(jī)以外的系統(tǒng)接口可靠性分析不到位;一些設(shè)計壽命后期發(fā)生的故障表明,產(chǎn)品設(shè)計中對關(guān)鍵特性在設(shè)計上采取的可靠性措施還不到位。航天器的大量應(yīng)用需求及產(chǎn)品化的可持續(xù)發(fā)展,使得研究院正面臨著進(jìn)一步完善產(chǎn)品設(shè)計、提高產(chǎn)品成熟度的要求?!叭佟惫ぷ髡菫闈M足這一要求,通過對關(guān)鍵單機(jī)產(chǎn)品實施第二個“V”字模型過程,進(jìn)一步提高產(chǎn)品固有質(zhì)量與可靠性,從根本上解決航天器產(chǎn)品長壽命、高可靠應(yīng)用與在軌故障的矛盾。
通過“三再”工作,確保航天器產(chǎn)品在整個開發(fā)過程中功能、性能與可靠性并重,實現(xiàn)航天器關(guān)鍵單機(jī)產(chǎn)品研制從經(jīng)驗型向規(guī)范化轉(zhuǎn)變?!叭佟惫ぷ鞯倪^程,也是進(jìn)一步梳理和規(guī)范航天器產(chǎn)品研制流程、方法、工具、手段及有關(guān)要求,培養(yǎng)設(shè)計師隊伍的過程。通過“三再”工作,全面提升空間研究院航天器產(chǎn)品研制水平與能力。
“三再”工作以關(guān)鍵單機(jī)“產(chǎn)品交付總裝與測試后不出問題、在軌不影響衛(wèi)星穩(wěn)定運行、培養(yǎng)隊伍”為目標(biāo)。通過“三再”工作,完善產(chǎn)品數(shù)據(jù)包,固化產(chǎn)品設(shè)計、工藝、生產(chǎn)、測試、試驗等有關(guān)文件,打造一批更加成熟,具有高可靠、安全、穩(wěn)定的產(chǎn)品;培養(yǎng)一批優(yōu)秀的產(chǎn)品開發(fā)隊伍。
關(guān)鍵單機(jī)“三再”工作的基本要求是“一個充分、六個到位、三個保證”。
“一個充分”——關(guān)鍵單機(jī)薄弱環(huán)節(jié)梳理分析充分。
“六個到位”——產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)分析到位;產(chǎn)品設(shè)計及驗證到位;工藝鑒定全面性到位;測試試驗充分性到位;生產(chǎn)過程控制措施到位;數(shù)據(jù)記錄完備性到位。
“三個保證”——產(chǎn)品“三再”工作組織體系有保證;產(chǎn)品“三再”工作設(shè)備、子樣、經(jīng)費有保證;“三再”工作考核激勵機(jī)制有保證。
根據(jù)關(guān)鍵單機(jī)“三再”工作的策劃,“三再”工作主要內(nèi)容包括管理和技術(shù)兩個方面:
(1)管理方面
明確“三再”工作為各單位“一把手”工程。建立“三再”工作組織體系,明確工作組織機(jī)構(gòu),明確職責(zé),落實各類關(guān)鍵單機(jī)“三再”工作各級責(zé)任人,行政正職親自負(fù)責(zé)1~2類產(chǎn)品的具體工作,積極推進(jìn)關(guān)鍵單機(jī)“三再”工作。
組織30類關(guān)鍵單機(jī)“三再”工作動員會、布置會,定期組織技術(shù)交流會,促進(jìn)“三再”工作思想統(tǒng)一、方法共享、成果共識,推進(jìn)工作的有效開展。
依據(jù)空間研究院《再設(shè)計、再分析、再驗證工作要求》、《30類關(guān)鍵單機(jī)“三再”工作指導(dǎo)意見》及檢查通知要求,對“三再”工作進(jìn)行現(xiàn)場檢查,檢查中發(fā)現(xiàn)的問題須及時反饋,各單位針對存在問題的相關(guān)工作進(jìn)行完善。
(2)技術(shù)方面
“三再”工作從技術(shù)方面包括兩個方面:一是從產(chǎn)品質(zhì)量問題歷史入手,逆向梳理分析產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié);二是從產(chǎn)品使用要求入手,正向開展產(chǎn)品設(shè)計,把握產(chǎn)品所有關(guān)鍵特性和環(huán)節(jié)。針對上述兩個方面梳理的產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)開展設(shè)計及驗證,提升產(chǎn)品的固有質(zhì)量與可靠性,快速提升產(chǎn)品的成熟度。
逆向梳理產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)工作包括:
◆對30類關(guān)鍵單機(jī)在6個平臺上應(yīng)用的所有技術(shù)狀態(tài)產(chǎn)品進(jìn)行清理,形成產(chǎn)品清單。各單位確保開展“三再”工作覆蓋清單上的所有產(chǎn)品。
◆對產(chǎn)品研制過程、在軌運行出現(xiàn)的質(zhì)量問題,包括質(zhì)量歸零、不符合項、超差項等,從問題的機(jī)理入手,按照“雙五條歸零”的要求,對復(fù)查中發(fā)現(xiàn)的歸零不徹底、尚需進(jìn)一步開展工作的質(zhì)量問題列出清單。
◆根據(jù)中國航天科技集團(tuán)公司關(guān)于加強(qiáng)航天產(chǎn)品數(shù)據(jù)包管理的有關(guān)要求,并結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計、工藝和過程控制關(guān)鍵特性對產(chǎn)品數(shù)據(jù)包進(jìn)行梳理,明確關(guān)鍵單機(jī)“航天產(chǎn)品數(shù)據(jù)包要求”。依據(jù)要求對產(chǎn)品數(shù)據(jù)包內(nèi)容的完整性進(jìn)行確認(rèn),確保發(fā)射型號單機(jī)產(chǎn)品不再開蓋檢查,對于需要補(bǔ)充和完善的數(shù)據(jù)內(nèi)容列出清單,及時補(bǔ)充。
◆對照航天科技集團(tuán)《航天產(chǎn)品禁(限)用工藝目錄》及空間研究院發(fā)布的《航天器產(chǎn)品禁(限)用工藝清單》,明確是否存在禁/限用工藝;按照工藝標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品工藝規(guī)程進(jìn)行復(fù)查,對于不符合標(biāo)準(zhǔn)的工藝規(guī)程列出清單。
◆對比產(chǎn)品設(shè)計、分析、驗證與國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)及空間研究院“1+6+2”(故障模式和影響分析、6項可靠性專項設(shè)計、元器件可靠性使用與試驗驗證)要求的一致性,找出差距并列出問題清單,形成產(chǎn)品設(shè)計和實現(xiàn)過程與國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)一致性的復(fù)查報告。
◆對產(chǎn)品測試大綱和驗收大綱內(nèi)容的完整性、正確性進(jìn)行確認(rèn),對于缺失的測試項目及驗收項目列出清單。
產(chǎn)品正向設(shè)計工作主要包括:
◆依據(jù)產(chǎn)品既定的任務(wù)要求(使命),分析產(chǎn)品全壽命周期技術(shù)指標(biāo)體系,包括從產(chǎn)品整機(jī)功能、性能、可靠性、使用條件、對外接口關(guān)系、可測試性、設(shè)計工藝性等方面梳理技術(shù)指標(biāo)。
◆依據(jù)產(chǎn)品整機(jī)技術(shù)指標(biāo)開展產(chǎn)品功能、結(jié)構(gòu)分析,給出產(chǎn)品的完整功能—結(jié)構(gòu)圖,進(jìn)一步形成單機(jī)組成模塊、部件、元器件、零件、材料等的量化指標(biāo),形成產(chǎn)品完整的技術(shù)指標(biāo)體系;對照國內(nèi)外產(chǎn)品有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范,進(jìn)一步梳理產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo),力求產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)體系全面、清晰、量化。
◆從產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)(要求)體系入手,以故障模式和影響分析(FMEA)、優(yōu)先次序矩陣法等工具開展產(chǎn)品特性分析,梳理產(chǎn)品設(shè)計、工藝、過程控制關(guān)鍵特性。
◆在產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)清理、質(zhì)量問題歸零徹底性復(fù)查、工藝符合性復(fù)查、與國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)一致性復(fù)查、“1+6+2”復(fù)查、測試與驗收大綱內(nèi)容完整性與正確性復(fù)查、產(chǎn)品正向設(shè)計的基礎(chǔ)上,分析、梳理出影響產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性且須改進(jìn)的薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵特性并形成清單,編制產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)、關(guān)鍵特性的分析報告。
◆針對梳理出的產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)、關(guān)鍵特性開展“再設(shè)計”,通過設(shè)計完善,尋求產(chǎn)品的規(guī)格極限、使用極限、設(shè)計極限、生存極限,并針對設(shè)計制定測試計劃,開展設(shè)計指標(biāo)的測試、試驗驗證。
◆根據(jù)已確定的航天產(chǎn)品數(shù)據(jù)包要求和產(chǎn)品“三再”工作過程形成的成果,完善產(chǎn)品數(shù)據(jù)包。
◆總結(jié)產(chǎn)品設(shè)計、分析與驗證,形成產(chǎn)品研制(可靠性)規(guī)范,確保產(chǎn)品正向研制流程把握所有關(guān)鍵特性。
“三再”工作的基本流程詳見圖1。
技術(shù)指標(biāo)(要求)分析要求,依據(jù)產(chǎn)品既定的任務(wù)要求(使命)分析產(chǎn)品全壽命周期技術(shù)指標(biāo),并對照國內(nèi)外產(chǎn)品有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范,進(jìn)一步梳理產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo),力求產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)全面、清晰、量化。
“再設(shè)計”及一致性分析要求,根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)(要求)體系開展產(chǎn)品的正向設(shè)計,并對設(shè)計指標(biāo)進(jìn)行測試、試驗驗證;對照產(chǎn)品設(shè)計(工藝)文檔、圖紙等相關(guān)設(shè)計資料,逐項對產(chǎn)品設(shè)計指標(biāo)與要求的一致性進(jìn)行“再分析”。
關(guān)鍵特性分析要求,結(jié)合產(chǎn)品功能—結(jié)構(gòu)—特性圖分析產(chǎn)品設(shè)計關(guān)鍵特性,針對每項技術(shù)指標(biāo)要求形成清單。在設(shè)計關(guān)鍵特性分析的基礎(chǔ)上分析工藝關(guān)鍵特性,逐一梳理產(chǎn)品工藝,復(fù)核工藝關(guān)鍵特性在工藝文件中的細(xì)化、量化過程,形成工藝、過程控制關(guān)鍵特性清單。
圖1 關(guān)鍵單機(jī)“三再”工作流程
設(shè)計驗證分析要求,通過檢查或提供客觀證據(jù)(理論的,實驗性的)證明產(chǎn)品設(shè)計已滿足規(guī)定的產(chǎn)品技術(shù)要求。必須通過設(shè)計驗證確認(rèn)設(shè)計的合理性、正確性,暴露并糾正設(shè)計缺陷。
完善數(shù)據(jù)包、固化產(chǎn)品設(shè)計要求,對于已通過驗證證明為合理、正確的設(shè)計,需將產(chǎn)品設(shè)計關(guān)鍵特性納入產(chǎn)品數(shù)據(jù)包,完善產(chǎn)品的相關(guān)設(shè)計文件,形成產(chǎn)品設(shè)計規(guī)范,固化產(chǎn)品設(shè)計。
由于30類關(guān)鍵單機(jī)的“三再”工作是一項探索性、開創(chuàng)性的工作,各項工作的程序與方法是一個不斷摸索與完善的過程,目前這一工作已取得初步成效。到目前為止,各類單機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)完成了技術(shù)狀態(tài)清理、質(zhì)量問題歸零徹底性確認(rèn)、數(shù)據(jù)包復(fù)查、工藝符合性復(fù)查、設(shè)計和實現(xiàn)過程與國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)一致性復(fù)查以及“1+6+2”設(shè)計復(fù)查,個別單機(jī)完成了關(guān)鍵特性分析。已經(jīng)取得的初步成效包括:
一是30類關(guān)鍵單機(jī)共梳理出上百種基線、數(shù)百種狀態(tài)、數(shù)千臺(套)實物產(chǎn)品,進(jìn)一步完善了各狀態(tài)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)體系,并進(jìn)一步明確了產(chǎn)品的使用環(huán)境、接口關(guān)系。
二是在質(zhì)量問題歸零徹底性確認(rèn)、工藝符合性復(fù)查、與國內(nèi)外產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)一致性、產(chǎn)品“1+6+2”設(shè)計復(fù)查的基礎(chǔ)上,查找產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)數(shù)百項,針對薄弱環(huán)節(jié)補(bǔ)充開展鑒定試驗、可靠性試驗幾十項,完成上百項薄弱環(huán)節(jié)的改進(jìn)。
三是針對30類關(guān)鍵單機(jī)涉及的上百項禁(限)用工藝,完成了近200臺新交付產(chǎn)品的工藝改進(jìn)。
四是通過產(chǎn)品特性分析,梳理產(chǎn)品設(shè)計關(guān)鍵特性近百項,工藝關(guān)鍵特性幾十項,過程關(guān)鍵特性近百項,并制定了控制措施。
五是通過分析,2010年6~12月,30類關(guān)鍵單機(jī)出現(xiàn)的質(zhì)量問題占同期型號質(zhì)量問題總數(shù)的19.5%,與2009年質(zhì)量問題占32.8%相比大幅下降?!叭佟惫ぷ魇沟卯a(chǎn)品質(zhì)量與可靠性得到明顯改善。
參與“三再”工作的各級人員必須深刻理解關(guān)鍵單機(jī)“三再”工作的本質(zhì)含義,“三再”工作絕不是對關(guān)鍵單機(jī)產(chǎn)品零散的修善、“頭疼醫(yī)頭”、“腳疼醫(yī)腳”,而是需要設(shè)計師系統(tǒng)按照“三再”工作理論、要求、方法和手段認(rèn)真進(jìn)行大量堅實的工作。這些工作包括設(shè)計及設(shè)計驗證,特別是對于以往驗證不徹底或不完全的試驗驗證。不能流于簡單地完善設(shè)計報告,這會使“三再”工作失去其應(yīng)有的成效。
航天器的開發(fā)吃透技術(shù)是關(guān)鍵,其中設(shè)計又是決定產(chǎn)品固有可靠性的關(guān)鍵。為此,“三再”工作必須大力加強(qiáng)產(chǎn)品正向設(shè)計技術(shù)與方法的研究與應(yīng)用;必須在認(rèn)真總結(jié)研究院航天器產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)工程實踐的基礎(chǔ)上,深入調(diào)研當(dāng)今國際航天器產(chǎn)品設(shè)計與方法,形成規(guī)范化的航天器產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)指南,包括設(shè)計、工藝、測試試驗、生產(chǎn)等方面,并將研究成果運用于“三再”工作實踐。
做好關(guān)鍵單機(jī)“三再”工作的關(guān)鍵是人才隊伍的建設(shè),包括“三再”專家隊伍及設(shè)計師隊伍。通過專家隊伍的建立,為“三再”工作提供技術(shù)指導(dǎo)、培訓(xùn)及設(shè)計把關(guān);通過設(shè)計師隊伍的建立,將“三再”工作落在實處。
通過對關(guān)鍵單機(jī)產(chǎn)品的“三再”,對常用的且采取過相應(yīng)可靠性措施的元器件、原材料和單機(jī)的可靠性信息要進(jìn)行系統(tǒng)地收集、整理,形成與型號現(xiàn)實相符的可靠性數(shù)據(jù)庫。
“三再”工作是高風(fēng)險、高質(zhì)量、高要求、極小子樣航天器產(chǎn)品成熟度提高的有效途徑,對關(guān)鍵單機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行“三再”并通過其形成航天器產(chǎn)品開發(fā)規(guī)范、固化產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)出一批好產(chǎn)品、帶出一支好隊伍是必要的。通過廣大有關(guān)人員的努力,實現(xiàn)真正意義上的關(guān)鍵單機(jī)產(chǎn)品“三再”工作的目標(biāo),大幅提升關(guān)鍵單機(jī)產(chǎn)品的成熟度也是可能的。