孫丹鈞 汪松 薛丹

(中航工業(yè)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所，江蘇 無(wú)錫 214063)

五大質(zhì)量工具在航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)研制項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

孫丹鈞 汪松 薛丹

(中航工業(yè)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所，江蘇 無(wú)錫 214063)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字電子控制系統(tǒng)(數(shù)控系統(tǒng))是一個(gè)非常復(fù)雜的電子與機(jī)械式系統(tǒng)，其研制過(guò)程也是一項(xiàng)極其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)工程。通過(guò)研究ISO/TS16949中五大質(zhì)量工具的輸入輸出，分析探討了五大質(zhì)量工具與航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)流程的應(yīng)用融合。結(jié)果表明在數(shù)控系統(tǒng)全生命周期的研制項(xiàng)目中采用五大質(zhì)量工具進(jìn)行項(xiàng)目策劃和過(guò)程控制，可以更加有效地降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)對(duì)所需更改的早期識(shí)別，引導(dǎo)資源，增進(jìn)客戶(hù)的滿(mǎn)意度。

數(shù)字電子控制系統(tǒng)；五大質(zhì)量工具；航空發(fā)動(dòng)機(jī)；研制項(xiàng)目

0 引言

隨著我國(guó)航空工業(yè)的蓬勃發(fā)展，大量的新技術(shù)、新材料不斷應(yīng)用，航空裝備的結(jié)構(gòu)變得日益復(fù)雜，作為軍用武器裝備航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)也變得極其復(fù)雜，狀態(tài)檢測(cè)及故障檢測(cè)的要求越來(lái)越高。保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)安全穩(wěn)定的運(yùn)行是控制系統(tǒng)的最基本要求。因此，如何在項(xiàng)目全生命周期內(nèi)研制出高質(zhì)量、高穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)，已成為目前迫切需要解決的問(wèn)題。

汽車(chē)行業(yè)在推行TS16949質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中，使用質(zhì)量管理的五大工具：統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC)、生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序(PPAP)、測(cè)量系統(tǒng)分析(MSA)、潛在失效模式及后果分析(FMEA)、先期產(chǎn)品質(zhì)量策劃與控制計(jì)劃(APQP/CP)。它們是QS9000/TS16949質(zhì)量管理體系的子系統(tǒng)，由美國(guó)三大汽車(chē)公司通用、福特、克萊斯勒聯(lián)合制定并且在汽車(chē)行業(yè)中成熟應(yīng)用。五大質(zhì)量工具在滿(mǎn)足顧客需求和期望、促進(jìn)供方和顧客良好溝通、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、提高生產(chǎn)效率等方面提供了有效的管理方法和技術(shù)途徑?？刂葡到y(tǒng)作為與汽車(chē)可類(lèi)比的復(fù)雜系統(tǒng)，如能將五大質(zhì)量工具應(yīng)用到控制系統(tǒng)領(lǐng)域，借助其成熟的管理理念、方法和工具，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)更優(yōu)的管理效果。

1 五大質(zhì)量工具概念

五大質(zhì)量工具是TS16949標(biāo)準(zhǔn)體系中最核心的部分。而APQP是五大質(zhì)量工具中最重要的，貫穿產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、制造的所有過(guò)程。APQP分為五大階段，其余四種工具在APQP的流程中都有各自的應(yīng)用并且都屬于其階段任務(wù)。五大質(zhì)量工具間相互關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 五大質(zhì)量工具相互關(guān)系圖

1.1 先期產(chǎn)品質(zhì)量策劃

APQP是生產(chǎn)單位在制造出新產(chǎn)品后進(jìn)行批量生產(chǎn)前的一種策劃活動(dòng)。它是聯(lián)系整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的過(guò)程(對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)：系統(tǒng)-子系統(tǒng)-附件)；同時(shí)它也是一種分階段的結(jié)構(gòu)化的生產(chǎn)活動(dòng)和步驟，用以確保所交付產(chǎn)品滿(mǎn)足客戶(hù)需求。

實(shí)施APQP的核心是在正確理解和獲取客戶(hù)需求的前提下，對(duì)自身產(chǎn)品或服務(wù)進(jìn)行提前的質(zhì)量管控，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)進(jìn)行事前介入和預(yù)防。APQP的目標(biāo)是促進(jìn)產(chǎn)品或服務(wù)在整個(gè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中所涉及的人員之間能夠得到及時(shí)有效的溝通，確保所要求的行為和步驟能夠有效完成，使產(chǎn)品投產(chǎn)后質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)降低至最小。

1.2 潛在失效模式和后果分析

FMEA是一種在設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)品時(shí)，為了消除產(chǎn)品質(zhì)量缺陷和故障起因、提前對(duì)產(chǎn)品的故障或缺陷進(jìn)行確定和檢測(cè)的一種有效工具。它是由故障模式分析(FMA)和故障影響分析(FEA)組合而成，用以評(píng)估和分析產(chǎn)品可能存在的故障，以便在現(xiàn)有條件或技術(shù)下將隱患或風(fēng)險(xiǎn)降至最低水平。根據(jù)產(chǎn)品故障產(chǎn)生對(duì)象的不同，F(xiàn)MEA可以細(xì)分為過(guò)程FMEA(PFMEA)、設(shè)計(jì)FMEA(DFMEA)、使用FMEA和服務(wù)FMEA四類(lèi)，其中以PFMEA和DFMEA最為常用。

在對(duì)產(chǎn)品或服務(wù)進(jìn)行FMEA分析時(shí)，其主要過(guò)程包括：

(1)找到產(chǎn)品(過(guò)程)中的故障模式。

(2)按照客戶(hù)的需求和評(píng)價(jià)體系，分析和評(píng)估所有的故障模式。

(3)根據(jù)分析結(jié)果尋找故障起因機(jī)理，據(jù)此向客戶(hù)提出預(yù)防和改進(jìn)的措施。

1.3 測(cè)量系統(tǒng)分析

MSA是一種普遍用于工業(yè)界并選擇介紹各種方法來(lái)評(píng)定測(cè)量系統(tǒng)的工具，其重點(diǎn)是對(duì)每個(gè)零件能重復(fù)讀數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)。使用MSA時(shí)可以對(duì)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，并使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和圖表的方法對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的分辨率和誤差進(jìn)行分析，從而確保使用了合適的數(shù)據(jù)分析方法(SPC工具、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、方差分析、回歸分析等)以及測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。測(cè)量系統(tǒng)誤差分析方法可以分成五種類(lèi)型：偏倚分析，重復(fù)性分析，再現(xiàn)性分析，穩(wěn)定性分析，線性分析。

1.4 統(tǒng)計(jì)過(guò)程分析

SPC是運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中記錄的連續(xù)的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，通過(guò)觀察和分析控制圖來(lái)及時(shí)了解整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)狀況以及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。它能夠達(dá)到及時(shí)預(yù)警不合格產(chǎn)品的出現(xiàn)，并立即采取有效控制措施，從而達(dá)到事先預(yù)防的作用。

1.5 生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序

PPAP是對(duì)生產(chǎn)件的控制程序，也是對(duì)質(zhì)量的一種管理方法，產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)在向客戶(hù)提交產(chǎn)品時(shí)需進(jìn)行PPAP?？蛻?hù)只有在產(chǎn)品供應(yīng)商所提供的PPAP文件完全合格后才能接收產(chǎn)品。此外，當(dāng)工程變更后還須提交報(bào)告。

2 五大質(zhì)量工具在數(shù)控系統(tǒng)研制項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

2.1 數(shù)控系統(tǒng)研制流程

中航工業(yè)航空動(dòng)力控制系統(tǒng)研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)控所)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字電子控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控系統(tǒng))全生命周期的研發(fā)項(xiàng)目中是基于ARP4754A通用系統(tǒng)研發(fā)流程，“V”型研發(fā)流程見(jiàn)圖2。該流程要求在整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用“自上而下設(shè)計(jì)分解，自下而上集成驗(yàn)證”的原則，每一階段的設(shè)計(jì)活動(dòng)都必須具有對(duì)應(yīng)的輸入輸出物。

2.2 數(shù)控系統(tǒng)研制項(xiàng)目中五大質(zhì)量工具的具體應(yīng)用

數(shù)控系統(tǒng)總體研發(fā)流程主要分為五個(gè)階段：頂層設(shè)計(jì)、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成與驗(yàn)證和系統(tǒng)維護(hù)階段。通過(guò)分析在數(shù)控系統(tǒng)研制項(xiàng)目中的輸入輸出物，研究討論五大質(zhì)量工具在數(shù)控系統(tǒng)研制項(xiàng)目中的應(yīng)用，示意圖見(jiàn)圖3。

2.2.1 第一階段：項(xiàng)目計(jì)劃和定義

該階段主要是描述顧客(主機(jī)所)的需求和期望，以計(jì)劃和規(guī)定研制項(xiàng)目的質(zhì)量。所有的工作應(yīng)考慮顧客的需求，并提供比競(jìng)爭(zhēng)者更好的產(chǎn)品和服務(wù)。

該階段的主要工作是成立一個(gè)包括系統(tǒng)、軟件、電子控制器等各部件專(zhuān)業(yè)的共同工作小組，明確項(xiàng)目組的成員及成員責(zé)任(明確主辦單位、協(xié)辦單位以及被知會(huì)單位)。

圖2 數(shù)控系統(tǒng)研制項(xiàng)目流程

圖3 五大質(zhì)量工具在數(shù)控系統(tǒng)研制項(xiàng)目中的應(yīng)用示意圖

該階段的輸入主要包括：主機(jī)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)要求、數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)協(xié)議等客戶(hù)需求，以及項(xiàng)目組成員的習(xí)得經(jīng)驗(yàn)、標(biāo)桿單位的數(shù)據(jù)及先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)等。項(xiàng)目小組成立后即可根據(jù)主機(jī)的輸入開(kāi)展數(shù)控系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)工作、計(jì)劃協(xié)調(diào)、設(shè)備采購(gòu)、部件測(cè)試等前期工作。

項(xiàng)目組根據(jù)獲得的需求及習(xí)得的經(jīng)驗(yàn)，編制項(xiàng)目任務(wù)書(shū)，繪制研制流程圖等各頂層文件。在該階段主要輸出物見(jiàn)表1。

表1 基于APQP的數(shù)控系統(tǒng)研制第一階段輸出

2.2.2 第二階段：數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

在本階段的研制過(guò)程中，項(xiàng)目組根據(jù)上一階段輸出的頂層設(shè)計(jì)文件，主要是進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)，制定產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)和計(jì)劃、確定技術(shù)狀態(tài)基線、制定設(shè)計(jì)規(guī)范，編寫(xiě)部件技術(shù)要求以及試驗(yàn)任務(wù)書(shū)等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及的方案，圖樣和規(guī)范的更改都需要設(shè)計(jì)更改單。數(shù)控系統(tǒng)研制過(guò)程輸出見(jiàn)表2。

表2 基于APQP的數(shù)控系統(tǒng)研制第二階段輸出

2.2.3 第三階段：數(shù)控系統(tǒng)過(guò)程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

數(shù)控系統(tǒng)的研制在該階段屬于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，包括系統(tǒng)的集成與驗(yàn)證。當(dāng)項(xiàng)目進(jìn)入此階段后，需要進(jìn)行各部件和分系統(tǒng)等詳細(xì)設(shè)計(jì)，并形成相應(yīng)的設(shè)計(jì)報(bào)告及使用維護(hù)說(shuō)明書(shū)。數(shù)控系統(tǒng)研制過(guò)程第三階段輸出見(jiàn)表3。

表3 基于APQP的數(shù)控系統(tǒng)研制第三階段輸出

同樣，數(shù)控系統(tǒng)的部件及子系統(tǒng)也可以根據(jù)APQP進(jìn)行五階段的開(kāi)發(fā)，并且在開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段要組織進(jìn)行設(shè)計(jì)方案及成果評(píng)審，以取得管理者的長(zhǎng)期支持。

2.2.4 第四階段：項(xiàng)目的產(chǎn)品和過(guò)程確認(rèn)

在第二、三階段產(chǎn)品和過(guò)程的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，始終需要對(duì)項(xiàng)目的產(chǎn)品和過(guò)程進(jìn)行確認(rèn)。數(shù)控系統(tǒng)在產(chǎn)品和過(guò)程確認(rèn)階段是配合主機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行小批量生產(chǎn)，以檢查確認(rèn)數(shù)控系統(tǒng)是否滿(mǎn)足主機(jī)以及批產(chǎn)的要求，本階段具體輸出物見(jiàn)表4。其中測(cè)量系統(tǒng)需要采用MSA質(zhì)量工具對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)(頻率信號(hào)，離散量，開(kāi)關(guān)量測(cè)量，電傳系統(tǒng))，分系統(tǒng)對(duì)部件的測(cè)量系統(tǒng)/測(cè)量工具進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表4 基于APQP的數(shù)控系統(tǒng)研制第四階段輸出

(續(xù))

當(dāng)項(xiàng)目所有的產(chǎn)品和過(guò)程得到確認(rèn)后，動(dòng)控所作為各附件單位客戶(hù)，可以要求各個(gè)附件供應(yīng)商滿(mǎn)足PPAP后才能進(jìn)行各附件產(chǎn)品的批產(chǎn)研制。而動(dòng)控所作為主機(jī)所的數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)商，也應(yīng)根據(jù)主機(jī)所要求的提交等級(jí)進(jìn)行生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序。如果PPAP未能獲顧客批準(zhǔn)，則須糾正后再次提交PPAP項(xiàng)目文件或過(guò)程，并保留原版為今后產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供經(jīng)驗(yàn)。

2.2.5 第五階段：反饋、評(píng)價(jià)和糾正措施

反饋、評(píng)定和糾正措施應(yīng)該始終貫穿于整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的研制過(guò)程。從項(xiàng)目策劃階段至數(shù)控系統(tǒng)交付后的生產(chǎn)服務(wù)階段，一旦變差，應(yīng)及時(shí)與主機(jī)所或客戶(hù)進(jìn)行反饋、評(píng)定并給出糾正措施。本階段屬于不停的迭代回歸，數(shù)控系統(tǒng)研制在本階段的輸出物主要是各類(lèi)研制總結(jié)報(bào)告、產(chǎn)品使用手冊(cè)、外場(chǎng)服務(wù)及評(píng)價(jià)等。

2.3 五大質(zhì)量工具實(shí)施需要注意的事項(xiàng)

根據(jù)以上對(duì)五大質(zhì)量工具的分析研究，對(duì)其優(yōu)越性和適用性得到了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。但是，數(shù)控系統(tǒng)在實(shí)施推廣五大質(zhì)量工具時(shí)還須考慮以下問(wèn)題：

(1)如何將動(dòng)控所目前的質(zhì)量管理體系與TS16949質(zhì)量管理體系進(jìn)行對(duì)接，以及五大質(zhì)量工具如何與動(dòng)控所信息化平臺(tái)相結(jié)合，是在推廣使用五大質(zhì)量工具時(shí)須首要考慮的問(wèn)題。

(2)考慮控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生命周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，在進(jìn)行開(kāi)發(fā)使用五大質(zhì)量工具時(shí)，不能只注重信息化管理系統(tǒng)功能與TS16949的結(jié)合，而應(yīng)該將TS16949的業(yè)務(wù)流程分析清楚，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)全生命周期的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出適合于航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)控系統(tǒng)質(zhì)量管理體系的工具。

(3)五大質(zhì)量工具在實(shí)際運(yùn)行時(shí)往往用不上，因?yàn)樘峁┮惶淄暾腁PQP到提交PPAP之前，起碼需要半年的時(shí)間，但是在實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行及市場(chǎng)開(kāi)發(fā)階段，往往不會(huì)有很長(zhǎng)的時(shí)間。

(4)APQP需要?jiǎng)涌厮⒅鳈C(jī)所及供應(yīng)商同步進(jìn)行質(zhì)量管控。如何保證和說(shuō)服客戶(hù)或供應(yīng)商配合動(dòng)控所進(jìn)行APQP質(zhì)量管控是一大挑戰(zhàn)。

(5)在進(jìn)行SPC的時(shí)候，對(duì)測(cè)試設(shè)備的精度要求很高，但是目前大多數(shù)國(guó)內(nèi)企業(yè)設(shè)備的精度都達(dá)不到要求。當(dāng)CPK<1.33時(shí)就需要進(jìn)行整改，而考慮經(jīng)營(yíng)成本等因素，管理者通常不會(huì)輕易放棄自己的設(shè)備。

(6)五大質(zhì)量工具是為資源充沛的大企業(yè)打造的，在實(shí)際使用五大質(zhì)量工具的過(guò)程中，需要企業(yè)具有很完善的管理制度及培訓(xùn)制度。如果員工責(zé)任心不強(qiáng)，得不到很好的培訓(xùn)，APQP很容易流于形式，很難使產(chǎn)品質(zhì)量真正達(dá)到很好的管控要求。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析可以看出，在數(shù)控系統(tǒng)研制過(guò)程中使用五大質(zhì)量工具進(jìn)行質(zhì)量管控，能夠有效引導(dǎo)資源，使客戶(hù)滿(mǎn)意。

但是，考慮到動(dòng)控所的質(zhì)量管理體系和APQP所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)體系不一樣，以及五大質(zhì)量工具在數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中的適用性要求。數(shù)控系統(tǒng)在產(chǎn)品策劃和研制過(guò)程中，通過(guò)各階段的主要活動(dòng)、輸入輸出內(nèi)容、過(guò)程管控形式、結(jié)果表現(xiàn)手法、表單內(nèi)容等在細(xì)節(jié)上借鑒APQP的做法，從而實(shí)現(xiàn)完善質(zhì)量管理體系，優(yōu)化管控效果。

[1]邵進(jìn)濤.產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)中TS16949質(zhì)量控制方法研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2012.

[2]陳坤.先期產(chǎn)品質(zhì)量策劃(APQP)在彩印鋼化玻璃加工中的應(yīng)用研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2008.

[3]劉璇，尹顯東，喬建軍，等.企業(yè)應(yīng)用ISO/TS16949特殊要求的研究[J].標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)，2011(12):44-47.PMT

2016-04-20