陳海波，李國(guó)春，余仿春，譚 振

（中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

航天型號(hào)單機(jī)產(chǎn)品關(guān)鍵要素控制方法

陳海波，李國(guó)春，余仿春，譚 振

（中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

產(chǎn)品可靠性直接影響運(yùn)載火箭的發(fā)射成敗，目前，由于推進(jìn)系統(tǒng)故障導(dǎo)致發(fā)射失敗占全部發(fā)射失敗的51%。以發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵產(chǎn)品為突破口進(jìn)行研究分析，從確保產(chǎn)品功能可靠、全壽命周期性能穩(wěn)定和確保產(chǎn)品批次質(zhì)量一致性等方面提出關(guān)鍵要素識(shí)別線索，確定單機(jī)產(chǎn)品關(guān)鍵要素辨識(shí)與控制的方法和實(shí)施程序，以提高產(chǎn)品的可靠性。

可靠性；單機(jī)產(chǎn)品；關(guān)鍵要素；控制方法

0 引 言

航天型號(hào)中關(guān)鍵產(chǎn)品的可靠性問(wèn)題影響運(yùn)載火箭的發(fā)射成敗，近幾年由于可靠性設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)致的型號(hào)質(zhì)量問(wèn)題很多，其中與可靠性相關(guān)的有：設(shè)計(jì)欠缺、接口不協(xié)調(diào)、測(cè)試覆蓋性不全等問(wèn)題?？煽啃栽O(shè)計(jì)問(wèn)題可反映隊(duì)伍建設(shè)、保證條件、流程規(guī)范、技術(shù)方法、試驗(yàn)驗(yàn)證等方面的不足，需要加大投入，由粗放管理到精益保證轉(zhuǎn)型，通過(guò)體系化建設(shè)予以系統(tǒng)解決[1]。世界各國(guó)的運(yùn)載火箭由于推進(jìn)系統(tǒng)故障導(dǎo)致失敗的約占全部發(fā)射失敗的51%[2]，為此，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院以發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵產(chǎn)品為突破口，分析影響產(chǎn)品質(zhì)量特性的諸因素變化、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)的內(nèi)在聯(lián)系[3]，從確保產(chǎn)品功能可靠、全壽命周期性能穩(wěn)定和確保產(chǎn)品批次質(zhì)量一致性等方面提出單機(jī)產(chǎn)品關(guān)鍵要素識(shí)別線索，確定開(kāi)展航天型號(hào)單機(jī)產(chǎn)品關(guān)鍵要素辨識(shí)與控制的方法和實(shí)施的程序。

1 關(guān)鍵要素控制實(shí)施流程

正確地分析和把握關(guān)鍵要素是制定正確關(guān)鍵策略的前提和基礎(chǔ)[4]。關(guān)鍵要素是在單機(jī)研制生產(chǎn)過(guò)程中控制且須任務(wù)書(shū)提出方驗(yàn)收確認(rèn)的過(guò)程控制項(xiàng)目，以保證產(chǎn)品的批次質(zhì)量一致性，確保功能可靠、性能穩(wěn)定，交付后能持續(xù)滿足任務(wù)要求。

1.1 關(guān)鍵要素控制管理流程

總體或分系統(tǒng)單位根據(jù)產(chǎn)品交付使用情況，圍繞產(chǎn)品功能可靠、性能穩(wěn)定和質(zhì)量一致性要求提出關(guān)鍵要素識(shí)別與控制要求，確定分析的頂事件。

產(chǎn)品研制單位按照總體或分系統(tǒng)單位要求識(shí)別關(guān)鍵控制要素，制定控制措施，并反饋。

總體或分系統(tǒng)單位在分析研制單位提出的關(guān)鍵要素及其控制措施的基礎(chǔ)上，確定需要控制的關(guān)鍵要素，納入產(chǎn)品驗(yàn)收規(guī)范中，并在產(chǎn)品驗(yàn)收時(shí)確認(rèn)研制單位對(duì)關(guān)鍵要素的控制措施已落實(shí)到交付產(chǎn)品上。

管理流程如圖1所示。

實(shí)施關(guān)鍵要素控制的管理流程要點(diǎn)是：任務(wù)書(shū)提出單位在全面分析提出的關(guān)鍵要素及其控制措施的基礎(chǔ)上，確定需要控制的關(guān)鍵要素，納入產(chǎn)品驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行管控。以發(fā)動(dòng)機(jī)為例，關(guān)鍵要素控制實(shí)施管理流程如下：

a）圍繞產(chǎn)品功能可靠、性能穩(wěn)定和質(zhì)量一致性要求，提出產(chǎn)品關(guān)鍵要素控制要求；

b）以總體關(guān)注的要素為引導(dǎo)，依據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖，按照風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)控制的方法，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、驗(yàn)收4個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵和關(guān)注環(huán)節(jié)進(jìn)行識(shí)別與確認(rèn)，并形成相應(yīng)的量化控制表，總體和發(fā)動(dòng)機(jī)研制單位共同對(duì)其設(shè)計(jì)、工藝和過(guò)程控制3類(lèi)關(guān)鍵特性量化控制；

c）總體設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)為源頭，以發(fā)動(dòng)機(jī)滿足總體設(shè)計(jì)要求為頂層需求，按照功能、性能、接口和質(zhì)量控制一致性等方面，系統(tǒng)地分解和細(xì)化總體關(guān)注的關(guān)鍵要素；

d）形成總體《固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》、《液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》，并遵照?qǐng)?zhí)行。

1.2 關(guān)鍵要素控制技術(shù)流程

關(guān)鍵要素控制技術(shù)實(shí)施程序包括定義產(chǎn)品及過(guò)程、明確過(guò)程控制要求、識(shí)別關(guān)鍵要素及確定關(guān)鍵要素控制要求等內(nèi)容。

當(dāng)任務(wù)書(shū)有變化或發(fā)生重復(fù)性質(zhì)量問(wèn)題時(shí)需重新按技術(shù)流程開(kāi)展工作。技術(shù)流程如圖2所示。

實(shí)施關(guān)鍵要素控制的技術(shù)流程要點(diǎn)是：當(dāng)任務(wù)書(shū)有變化或發(fā)生重復(fù)性質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，需重新按技術(shù)流程開(kāi)展關(guān)鍵要素識(shí)別和控制工作。以發(fā)動(dòng)機(jī)為例，關(guān)鍵要素控制實(shí)施技術(shù)流程如下：

a）圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)Ⅰ、Ⅱ類(lèi)單點(diǎn)故障模式和發(fā)動(dòng)機(jī)交付后的指標(biāo)穩(wěn)定性，明確發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程控制要求。

b）識(shí)別總體直接負(fù)責(zé)的關(guān)鍵要素，以及總體不能直接掌控，由發(fā)動(dòng)機(jī)研制單位負(fù)責(zé)，但需總體從系統(tǒng)特性進(jìn)行閉合的關(guān)鍵要素有：

1）針對(duì)Ⅰ、Ⅱ類(lèi)單點(diǎn)故障模式分析確定關(guān)鍵要素，從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝和（或）過(guò)程等方面采取控制措施消除單點(diǎn)故障模式或降低單點(diǎn)故障模式發(fā)生的概率及強(qiáng)化檢驗(yàn)測(cè)試環(huán)節(jié)；

2）針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總裝接口協(xié)調(diào)、可測(cè)項(xiàng)目，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在全箭總裝廠的總裝、測(cè)試項(xiàng)目和發(fā)射場(chǎng)測(cè)試項(xiàng)目，梳理發(fā)動(dòng)機(jī)交付后可能出現(xiàn)的總裝故障和測(cè)試故障，確定為關(guān)鍵要素；

3）針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)交付后不可測(cè)的成敗型性能指標(biāo)，從發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和試驗(yàn)等方面確定關(guān)鍵要素。

c）圍繞歷史質(zhì)量問(wèn)題、任務(wù)書(shū)差異性、與伺服協(xié)調(diào)要求差異性等方面進(jìn)行分析，不斷完善發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵要素。

d）確定總體需掌控的固體發(fā)動(dòng)機(jī)35項(xiàng)、常溫液體發(fā)動(dòng)機(jī)33項(xiàng)、低溫液體發(fā)動(dòng)機(jī)54項(xiàng)的關(guān)鍵要素控制要求，提升總體抓總能力。

2 識(shí)別關(guān)鍵要素

2.1 關(guān)鍵要素識(shí)別線索

2.1.1 產(chǎn)品功能要求

根據(jù)任務(wù)書(shū)，梳理產(chǎn)品的性能要求，從產(chǎn)品研制及交付使用的全過(guò)程辨識(shí)影響性能可靠的關(guān)鍵要素?？梢罁?jù)以下線索識(shí)別：

a）接口：主要包括機(jī)械接口、電氣接口、氣液接口、位置狀態(tài)接口和空間包絡(luò)接口等；

b）環(huán)境適應(yīng)性：主要包括電磁兼容、力學(xué)環(huán)境（含飛行和地面運(yùn)輸力學(xué)環(huán)境）、自然環(huán)境（含高溫、低溫、濕度、鹽霧、霉菌、沙塵、海拔等）、空間環(huán)境（真空、輻射、低溫等）適應(yīng)性等；

c）關(guān)鍵功能：針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)類(lèi)產(chǎn)品，重點(diǎn)關(guān)注安全系數(shù)、剩余強(qiáng)度系數(shù)、緊固件擰緊力矩等，管路閥門(mén)類(lèi)產(chǎn)品關(guān)注運(yùn)動(dòng)間隙、強(qiáng)度安全系數(shù)等；

d）電氣類(lèi)：關(guān)注設(shè)備啟動(dòng)/停止（含重啟）、供配電、時(shí)序匹配、通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理、絕緣等；

e）火工品類(lèi)：關(guān)注傳爆間隙、最小裝藥量、最小發(fā)火電流、藥劑含水量等；

f）固體發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)：關(guān)注殼體爆破壓強(qiáng)、燃燒室界面粘接質(zhì)量、燃燒室絕熱層、喉襯抗燒蝕性能、推進(jìn)劑內(nèi)部缺陷控制和柔性接頭粘接質(zhì)量等；

g）其它：包括密封性、防差錯(cuò)功能等。

2.1.2 產(chǎn)品性能要求

根據(jù)任務(wù)書(shū)，梳理產(chǎn)品的性能要求，辨識(shí)影響產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)性能穩(wěn)定的關(guān)鍵要素。針對(duì)影響產(chǎn)品預(yù)定性能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵要素的識(shí)別依據(jù)如下：

a）機(jī)械類(lèi)：主要包括影響承載能力的結(jié)構(gòu)尺寸、材料強(qiáng)度和延伸率等；

b）電氣類(lèi)：主要包括電氣參數(shù)輸出特性等；

c）火工類(lèi)：包括輸出爆壓、推力、爆速、沖量等；

d）發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)：包括輸出推力、總沖、比沖、質(zhì)量比等。

針對(duì)產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)影響性能穩(wěn)定的關(guān)鍵要素的識(shí)別依據(jù)如下：

a）機(jī)械類(lèi)：主要包括裝配應(yīng)力、貯存環(huán)境應(yīng)力、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部件的累計(jì)動(dòng)作次數(shù)、非金屬材料的彈性模量、伸長(zhǎng)率、疲勞強(qiáng)度、硬度等；

b）電氣類(lèi)：主要包括電氣產(chǎn)品累計(jì)通電時(shí)間、累計(jì)動(dòng)作次數(shù)、電路絕緣性能等；

c）火工類(lèi)：主要包括裝配應(yīng)力、貯存環(huán)境應(yīng)力、藥柱力學(xué)性能等；

d）發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)：主要包括裝配應(yīng)力、貯存環(huán)境應(yīng)力、推進(jìn)劑力學(xué)性能等。

2.1.3 產(chǎn)品批次質(zhì)量一致性要求

根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量一致性檢驗(yàn)方法中明確的抽樣檢驗(yàn)規(guī)則，從同批次產(chǎn)品的配套原材料和元器件、零件加工、外包/外購(gòu)及產(chǎn)品裝配、測(cè)試等全過(guò)程，辨識(shí)影響產(chǎn)品批次質(zhì)量一致性的關(guān)鍵要素，重點(diǎn)針對(duì)火工品、發(fā)動(dòng)機(jī)等一次性使用產(chǎn)品，在出廠檢驗(yàn)驗(yàn)收不能100%進(jìn)行的項(xiàng)目包括環(huán)境試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)等，識(shí)別的依據(jù)如下：

a）對(duì)不可量化檢測(cè)的手工操作工序質(zhì)量控制一致性；

b）對(duì)產(chǎn)品功能、性能有重要影響的工藝參數(shù)控制一致性；

c）對(duì)產(chǎn)品功能、性能有重要影響的設(shè)備或工裝狀態(tài)控制一致性；

d）對(duì)產(chǎn)品功能、性能有重要影響的元器件、原材料參數(shù)控制一致性；

e）對(duì)產(chǎn)品功能、性能有重要影響的生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)控制一致性；

f）對(duì)不可檢測(cè)工序或環(huán)節(jié)質(zhì)量控制一致性；

g）交付產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)與試驗(yàn)件技術(shù)狀態(tài)的一致性；

h）產(chǎn)品使用狀態(tài)與地面試驗(yàn)狀態(tài)的一致性。

2.2 關(guān)鍵要素識(shí)別方法

依據(jù)任務(wù)書(shū)要求，參考上述提及的識(shí)別線索，按照確保產(chǎn)品功能可靠、確保產(chǎn)品全壽命周期性能穩(wěn)定和確保產(chǎn)品批次質(zhì)量一致性等方面的要求，應(yīng)用適用的分析方法，針對(duì)產(chǎn)品在技術(shù)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、零部件加工、采購(gòu)及外包、產(chǎn)品裝配調(diào)試及試驗(yàn)測(cè)試、包裝運(yùn)輸及使用維護(hù)的全過(guò)程，逐項(xiàng)分析實(shí)現(xiàn)上述要求的影響因素，識(shí)別關(guān)鍵因素。

2.2.1 確保產(chǎn)品功能可靠

根據(jù)產(chǎn)品使用情況，針對(duì)重點(diǎn)關(guān)注的產(chǎn)品功能，在分析產(chǎn)品歷史質(zhì)量問(wèn)題的基礎(chǔ)上確定頂事件，使用故障樹(shù)分析方法，逐級(jí)分解列出底事件，參考上述提及的識(shí)別線索，結(jié)合單點(diǎn)故障模式分析和裕度分析的過(guò)程和結(jié)果，識(shí)別關(guān)鍵要素。識(shí)別流程如圖3所示。

2.2.2 確保產(chǎn)品全壽命周期性能穩(wěn)定

根據(jù)產(chǎn)品使用情況，針對(duì)重點(diǎn)關(guān)注的產(chǎn)品性能，在分析產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的基礎(chǔ)上確定頂事件，使用故障樹(shù)分析方法，逐級(jí)分解列出底事件，參考上述提及的識(shí)別線索，結(jié)合裕度分析、不可檢測(cè)項(xiàng)目識(shí)別與控制、數(shù)據(jù)超差/數(shù)據(jù)臨界的影響及成功數(shù)據(jù)包絡(luò)線分析的過(guò)程和結(jié)果，識(shí)別關(guān)鍵要素。識(shí)別流程如圖4所示。

2.2.3 確保產(chǎn)品批次質(zhì)量一致性

通過(guò)分析產(chǎn)品歷史上發(fā)生的批次質(zhì)量不一致問(wèn)題，參考上述提及的識(shí)別線索，結(jié)合不可檢測(cè)項(xiàng)目識(shí)別與控制，數(shù)據(jù)超差、數(shù)據(jù)臨界的影響及成功數(shù)據(jù)包絡(luò)線分析，測(cè)試覆蓋性分析的過(guò)程和結(jié)果，識(shí)別關(guān)鍵要素。識(shí)別流程如圖5所示。

關(guān)鍵要素識(shí)別線索與方法矩陣關(guān)系見(jiàn)表1。

表1 關(guān)鍵要素識(shí)別線索與方法矩陣

3 確定關(guān)鍵要素控制要求

3.1 設(shè)計(jì)過(guò)程關(guān)鍵要素控制

設(shè)計(jì)過(guò)程關(guān)鍵要素控制方法如下：

a）對(duì)識(shí)別出的設(shè)計(jì)過(guò)程關(guān)鍵要素開(kāi)展技術(shù)分析，如需改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，按規(guī)定實(shí)施技術(shù)狀態(tài)更改；

b）通過(guò)設(shè)置設(shè)計(jì)關(guān)鍵特性對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程關(guān)鍵要素實(shí)施控制，并由產(chǎn)品設(shè)計(jì)單位納入設(shè)計(jì)關(guān)鍵特性表；

c）通過(guò)設(shè)置強(qiáng)制檢驗(yàn)點(diǎn)并明確檢驗(yàn)要求對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程關(guān)鍵要素實(shí)施控制，并由產(chǎn)品設(shè)計(jì)單位納入強(qiáng)制檢驗(yàn)點(diǎn)清單。

3.2 生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵要素控制

生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵要素控制方法如下：

a）對(duì)識(shí)別出的生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵要素開(kāi)展工藝分析，如需改進(jìn)工藝設(shè)計(jì)，按規(guī)定實(shí)施工藝狀態(tài)更改；

b）在落實(shí)針對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程關(guān)鍵要素控制設(shè)置的設(shè)計(jì)關(guān)鍵特性的同時(shí)，針對(duì)識(shí)別出的生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵要素設(shè)置工藝關(guān)鍵特性和過(guò)程控制關(guān)鍵特性，并由產(chǎn)品生產(chǎn)單位納入工藝和過(guò)程控制關(guān)鍵特性表；

c）針對(duì)識(shí)別出的設(shè)計(jì)過(guò)程和生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵要素，實(shí)施多媒體記錄控制。

3.3 產(chǎn)品驗(yàn)收控制

產(chǎn)品驗(yàn)收控制方法如下：

a）總體或分系統(tǒng)單位將單機(jī)產(chǎn)品關(guān)鍵要素控制要求納入產(chǎn)品驗(yàn)收規(guī)范中；

b）總體或分系統(tǒng)單位在組織產(chǎn)品驗(yàn)收時(shí)，逐項(xiàng)檢查關(guān)鍵要素控制要求在交付產(chǎn)品上的落實(shí)情況，并確認(rèn)符合要求后方可驗(yàn)收產(chǎn)品。

以固體發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量問(wèn)題為線索識(shí)別出的關(guān)鍵要素為例，對(duì)總體不能直接掌控的內(nèi)部組件，如粘接界面、推進(jìn)劑、喉襯、柔性接頭、擴(kuò)張段、絕熱頂蓋和內(nèi)防熱組件等導(dǎo)致災(zāi)難性后果發(fā)生的關(guān)鍵部組件，發(fā)動(dòng)機(jī)研制單位整理形成設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和驗(yàn)收數(shù)據(jù)包，制定產(chǎn)品驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范。

3.4 產(chǎn)品使用控制

總體或分系統(tǒng)單位跟蹤產(chǎn)品交付后在系統(tǒng)試驗(yàn)、包裝運(yùn)輸、使用維護(hù)過(guò)程中質(zhì)量狀況，針對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題提出關(guān)鍵要素的識(shí)別要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

產(chǎn)品研制過(guò)程中，需要做到精細(xì)、量化的控制[5]，確定單機(jī)產(chǎn)品關(guān)鍵要素辨識(shí)與控制方法和實(shí)施程序，指導(dǎo)開(kāi)展單機(jī)產(chǎn)品關(guān)鍵要素的辨識(shí)與控制分析；在完成發(fā)動(dòng)機(jī)等典型單機(jī)產(chǎn)品關(guān)鍵要素識(shí)別與控制分析后，量化確定任務(wù)書(shū)中提出單位需關(guān)注的典型單機(jī)產(chǎn)品關(guān)鍵要素控制項(xiàng)目，增強(qiáng)對(duì)外包單機(jī)質(zhì)量把控的能力；對(duì)形成的典型單機(jī)產(chǎn)品驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范，可以保證單機(jī)產(chǎn)品過(guò)程控制結(jié)果達(dá)到產(chǎn)品功能和性能合格且穩(wěn)定可靠，交付后能持續(xù)滿足任務(wù)要求的目的。

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Research on the Control Method of Critical Items for Aerospace Products

Chen Hai-bo, Li Guo-chun,Yu Fang-chun, Tan Zhen
(China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076)

The reliability of a launch product directly affects the launch result. By investigating and analyzing the key aerospace products such as solid/liquid motors, identification clues for critical items are proposed, to insure the function reliability, life cycle stability and quality consistency of batch productions. Methods and processes are presented to identify and control the critical items for unit-level products, and the reliability of the products have been improved.

Reliability; Unit-level products; Critical item; Control method

V57

A

1004-7182(2017)03-0054-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20170312

2017-01-12；

2017-04-17

陳海波（1975-），女，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楫a(chǎn)品質(zhì)量控制