涂積奇，李 丹，張 蕊，宋凱歌，劉 濤

（1.中國運載火箭技術研究院，北京，100076；2.空間物理重點實驗室，北京，100076）

0 引 言

某航天器工程作為復雜巨系統(tǒng)，涉及專業(yè)、配套協(xié)作單位和科研生產人員多，高新技術密集，技術難度大，技術風險高，飛行試驗任務更是總體方案和產品質量的綜合考驗，是影響范圍最大、考核內容最多、實施風險最高的系統(tǒng)級驗證。該工程有別于傳統(tǒng)航天工程項目質量管理的諸多特點和規(guī)律，既無法直接引用傳統(tǒng)武器型號質量管理模式也不能采用預先研究項目的質量管理模式，在國際范圍內，該航天器在技術實現(xiàn)上尚無成功先例，質量管理也無先例可參照，如NASA 項目是基于經典系統(tǒng)工程“V”框架，在生命周期內遵循從需求到研發(fā)生產、組件/子系統(tǒng)驗證、系統(tǒng)確認、認證和操作的技術整合過程實施全過程質量管理。工程為確保各項任務的圓滿完成、最大程度化解研制中的質量風險，構建了“三齒輪式”質量管控模式，通過穩(wěn)抓需求及理論基礎、緊扣風險與狀態(tài)核心、錨定產品與試驗驗證，最終達到了“準時發(fā)射、穩(wěn)定飛行、可靠制動、安全平穩(wěn)、落入?yún)^(qū)域、獲取數(shù)據(jù)”的工程質量目標。

1 新領域航天器質量管理的特點與難點

作為中國首次研發(fā)的航天器，缺乏可供借鑒的成功樣例，技術匱乏、基礎薄弱。面對外形設計的困惑、空間環(huán)境條件的未知、新型材料的研制、先進工藝的攻關和試驗驗證能力的突破等困局，設計方案、工藝可行性，試驗設計的合理性等方面面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

工程技術難度大，系統(tǒng)龐大復雜，必須通過中國國內大協(xié)作，聯(lián)合國內各領域、各層級、各專業(yè)的優(yōu)勢技術單位集智攻關，加大對各層級供應商質量風險的管控。尤其是一些尖端的技術研究，還需要與高校和科研院所協(xié)作，完成技術研究到工程實現(xiàn)的快速轉化，加強對高校和科研院所的工程質量管控。

工程是在未知的情況下開展的科學探索、技術攻關和工程研究，鑒于工程創(chuàng)新跨度大，組織管理難度高，為降低研制風險，在工程初期提出了“分段實施、分步決策”的工作思路，創(chuàng)新性地采用了“邊探索、邊研究、邊驗證、邊研制”的研究模式，系統(tǒng)謀劃、循序漸進，根據(jù)前一階段的技術攻關情況來確定后續(xù)的技術途徑。在研制階段采取了三步走的戰(zhàn)略，即按照“打牢基礎、攻關集成、飛行驗證”3 個階段組織實施。基于工程的研制模式和指導思想，在質量管理中呈現(xiàn)了技術狀態(tài)多線并舉，相互交疊，技術風險逐步迭代、逐次化解的局面，因此整個工程的多條技術狀態(tài)線及風險的統(tǒng)籌管控，乃至每條技術狀態(tài)線之間、每項風險之間的相互關系是工程質量管控的重中之重，是工程每個階段質量目標順利推進和整體質量目標全面實現(xiàn)的重要保障。

2 “三齒輪式”質量管理的內涵與實踐

基于工程質量管控的特點和重點，緊密結合工程的實施理念，構建了“三齒輪式”的質量管控模式，如圖1 所示。

圖1 “三齒輪式”質量管理模型Fig.1 Trigear Quality Management Model

圍繞工程第1 階段的目標和任務，主要開展相關領域的基礎理論研究，建設一套研制和保障體系，質量管理主要從需求管理層面開展頂層謀劃，并按質量準則逐級落實。以往型號皆按照傳統(tǒng)的武器系統(tǒng)研制程序在不同階段采取相應質量管理方法和工具，而工程因多任務、多考核、多目標等研制特點無法序貫式實施質量管理，要根據(jù)項目開展過程中的需要，不斷整合、迭代，制定針對性的辦法和措施。基礎輪的質量工作不僅包括工程總體方案的質量把關，并打牢核心輪和驗證輪的質量基礎，隨著第2、第3 階段工程的推進和認識的不斷深入，持續(xù)修正質量目標，完善質量策劃，豐富質量要求，不斷改進基礎輪的質量保障，與核心輪和驗證輪形成整個工程的、具有自適應調整能力的、快速閉環(huán)改進的質量管理模式，為工程連續(xù)取得飛行試驗任務的圓滿成功提供有力保證。

2.1 “基礎輪”

“三齒輪”模型最底層齒輪為“基礎輪”，是工程質量管理的基石，也是底層邏輯。“基礎輪”結合源頭抓起的質量管理原則，從需求管理出發(fā)，牢牢把握需求與要求、需求與實現(xiàn)間關系，聚焦基礎理論研究、系統(tǒng)方案設想、運用使用方向，制定需求識別、需求分析與需求控制的結構化需求管理措施，確保需求正確。

工程在需求明確后開展全周期、全要素質量策劃，提出了工程質量行為規(guī)范圈的管理思路，以質量為中心，型號活動為邊界，形成行為規(guī)范圈，如圖2 所示。針對研制設計、生產、試驗過程中的各種行為明確相應質量要求，使各項行為有據(jù)可依，從而對研制各個環(huán)節(jié)進行質量控制，其目的就是要保證產品研制全壽命周期內的質量，使最終產品滿足顧客的要求。隨著型號活動邊界的外擴，不斷補充相應的質量管理要求，確保項目各項工作的質量受控。同時融入系統(tǒng)管理的理念，依循“樹干級→枝叉級→葉片級”的思路，逐級逐層構建管理脈絡，規(guī)范各類作業(yè)行為，使項目運作更加有序。其中樹干級的管理規(guī)范覆蓋范圍要盡可能寬泛、全面，葉片級管理規(guī)范要盡可能具體、細化。

圖2 工程質量行為規(guī)范圈Fig.2 Circle of Quality Behavioral Norm

在頂層策劃的前提下，從設計源頭入手，以精細量化控制為切入點，細化了研制工作中設計輸入輸出控制、可靠性安全性、技術風險分析、技術狀態(tài)控制、電磁兼容性、環(huán)境適應性、測試覆蓋性、強制檢驗點控制、質量問題歸零與舉一反三、軟件質量控制、試驗質量控制、工藝管理、生產過程質量控制、外協(xié)與外購控制、設計評審、復核復算、質量檢查確認與產品驗收、產品數(shù)據(jù)包和多媒體、老煉和通電時間、緊急和例外放行、產品交付、復查確認及靶場“雙想”工作等質量工作準則。在需求、策劃與準則環(huán)節(jié)順利實施后，方案把關工作是基礎輪的第4 道環(huán)節(jié)也是核心輪的第1 道環(huán)節(jié)，方案把關工作承下啟上，是實現(xiàn)第1 階段質量目標的關鍵路徑。

2.2 核心輪

“核心輪”是工程質量管理的核心，方案的正確性、技術狀態(tài)、風險及產品質量更是工程成敗的核心。工程以“循道求質”為理念，駕馭全局、把握關鍵，正確處理工程質量管理主要與次要的辯證關系，提出三大質量管理機制：風險動態(tài)管理機制、產品質量保證機制及技術狀態(tài)分級管控機制。

a）風險動態(tài)管理機制。

工程將解決“飛得起、控得住、燒不壞、隔住熱、測得到”五大核心技術問題作為關鍵風險環(huán)節(jié)（如圖3所示），圍繞風險管理核心要素，建立以流程為牽引、方法為核心、組織為保障的動態(tài)管理機制。

表1 工程關鍵風險環(huán)節(jié)Tab.1 The Key Risk Ink of Project

b）技術狀態(tài)分級管控機制。

在采取風險動態(tài)管控機制使風險得到化解或降級后，工程會適時選擇技術狀態(tài)項，基于“分段試驗、分步研究”的工作思路，工程產品存在“攻（關）、研（制）、驗（證）”一體及多狀態(tài)并舉特點，直接表現(xiàn)為產品投產和實際交付存在跨研制階段、多狀態(tài)圖紙共存于生產一線狀況，給產品的狀態(tài)控制和可追溯性管理帶來極大風險。工程在遵照GJB3206 要求的基礎上，建立四級技術狀態(tài)控制委員會管控機制，分別負責審定工程的研制總方案及飛行產品I 類更改，審議工程任務飛行產品I 類更改，審定工程技術狀態(tài)項、技術狀態(tài)基線及產品II 類更改，主要審定本單位設計方案、產品更改、偏離和超差讓步等，有效保證了整個工程的技術狀態(tài)的正確性。

工程運用傳統(tǒng)系統(tǒng)工程原理和控制理論，將風險管理過程各環(huán)節(jié)活動融入工程研制各階段的技術活動中，形成系統(tǒng)、科學、規(guī)范的風險管理流程，實現(xiàn)控制原理、技術風險管理和工程項目研制過程的有機結合，使產品研制過程局部和整體皆得到有效控制。同時重點強調和發(fā)揮工程隊伍人員在風險控制過程中的作用，一方面依靠工程研制隊伍自身，建立并充分發(fā)揮跨建制的行政、技術兩條指揮線的作用，建立工程任務發(fā)射場風險管控工作組，以有效的組織溝通避免管理風險，以現(xiàn)場表格化管理杜絕操作風險，以“雙想”形式挖掘技術和產品風險；另一方面充分利用行業(yè)專業(yè)內經驗豐富的專家資源突破能力壁壘，如開展第三方獨立評估、復核復算等工作。

c）產品質量保證機制。

在風險可控、技術狀態(tài)清楚的前提下，工程依據(jù)產品研制特點，通過建立工作制度、明確工作職責、健全工作隊伍、制定標準規(guī)范、完善保障條件，將產品保證各要素在產品實現(xiàn)全過程予以精準落實，在研制初期推進研究院專業(yè)技術支撐能力建設工作，充分發(fā)揮通用質量特性、軟件、元器件等各專業(yè)技術支撐機構的支撐作用。系統(tǒng)開展產品質量與可靠性量化控制工作，圍繞目標、過程、要素、接口，從要求、記錄、驗證、評價、反饋與改進等方面實施量化的控制機制，通過實施需求量化、流程量化、工作要求量化、過程記錄及數(shù)據(jù)管理量化，最終落實到表格化確認，形成反饋和數(shù)據(jù)包。在產品驗收、轉階段、出廠前檢查確認等關鍵控制節(jié)點, 按照單機——分系統(tǒng)——全系統(tǒng)的產品結構層次對各關鍵控制要素的量化記錄結果進行集成和確認，形成反饋和數(shù)據(jù)包，使出廠把關檢查數(shù)據(jù)化，實現(xiàn)研制全流程全要素的量化評價，提升了工程過程精細化管控能力。開展全級次供應商的風險分析，針對航天系統(tǒng)外高校和企業(yè)新增供方，通過實施產品質量保證能力評價工作，提高承研承制單位產品研制質量，增強持續(xù)保證成功的能力。

2.3 驗證輪

“驗證輪”是三齒輪的最后一輪，也是為解決工程第3 步目標“技術集成、系統(tǒng)驗證、協(xié)調匹配”的統(tǒng)籌輪。工程貫徹“一切通過總體、一切通過地面試驗”的驗證理念，將產品設計與試驗驗證有機結合，使試驗貫穿于產品設計的全過程，為設計提供必要的支撐和驗證。

為確保“驗證輪”有效運轉，工程以可靠的產品質量為驅動力，通過充分的地面試驗來考核產品在各項工作條件下的功能性能，再通過產品各項測試項目及實施要素以覆蓋產品設計任務書和相關技術文件規(guī)定的狀態(tài)，最終確保飛行任務的可靠性。

工程尤其關注地面試驗策劃工作，遵循“3+10”要求即3 條總體思路與10 條工作要求。

a）3 條總體思路：突出系統(tǒng)總體牽引作用度及試驗過程上下游左右鄰關系清晰度；突出責任落實到人的必要性；突出試驗策劃閉環(huán)回饋的重要性。

b）10 條工作要求：簡明扼要、切中主題的確定試驗項目名稱；全面、具體地明確試驗目的；列出試驗開始前所需的必要條件；把握試驗的技術狀態(tài)；剖析試驗施加條件與飛行試驗條件的差異對試驗結果的影響；確保試驗對飛行狀態(tài)邊界條件模擬的真實性和有效性；判定試驗性質、統(tǒng)籌試驗資源；排定試驗周期；集智研究試驗方案，避免試驗反復及關注試驗質量控制措施的有效性。

工程采取嚴格的“器件—單機—系統(tǒng)—總體”金字塔形的考核流程，元器件要通過篩選試驗合格后才能裝機，單機要完成驗收及例試后才能交付分系統(tǒng)，分系統(tǒng)要完成綜合試驗后才允許交付全彈總裝測試，全系統(tǒng)通過總裝測試、靶場測試結果合格后方可允許參加飛行試驗，整個過程充分檢驗了產品的設計可靠性，確保設計方案的正確性。

3 “三齒輪式”質量管理實踐效果

3.1 保證過程管理有成效

工程第3 階段，按兩步走的任務特點，策劃并完成以考核新研艙段總體方案及驗證環(huán)境適應性為目標的一階段獨立評估和解決飛行安全性和試驗充分性問題的二階段獨立評估工作?？偨Y梳理出166 項問題和建議，均予以答復與閉環(huán)落實。以動力系統(tǒng)評估組為例，以6 次不同量級來流交匯流試驗驗證動力系統(tǒng)在稀薄來流條件下發(fā)動機工作可靠性問題，推力室啟動、關機正常，曲線平穩(wěn)且重合度好，推力室結構均無異常，結果表明，模擬飛行環(huán)境來流對發(fā)動機結構和工作性能無影響。在最終的飛行試驗任務中，動力系統(tǒng)工程正常，體現(xiàn)了獨立評估工作的精準性和有效性。

3.2 實現(xiàn)結果達成有保障

通過“三齒輪式”質量管理的有效運轉，工程10余次飛行試驗連續(xù)取得圓滿成功，3 個階段質量問題數(shù)占比從72.8%、15.8%降至11.4%，問題數(shù)量呈收斂趨勢。3 個階段總裝測試環(huán)節(jié)發(fā)生的問題數(shù)占比從61.1%、27.8%降至11.1%，且在第3 階段實現(xiàn)了工程任務發(fā)射場零問題、飛行零故障。

3.3 促進規(guī)范執(zhí)行有依據(jù)

通過10 余年的積累，工程獲取了一套方案設計、仿真分析、試驗驗證等關鍵參數(shù)，形成了一套本領域產品的設計準則、技術條件、試驗規(guī)范和管理要求共288 份，為工程后續(xù)實戰(zhàn)化應用、體系化構建、系列化發(fā)展奠定了堅實基礎，為后續(xù)具備集預研和型號于一體特點的其他項目提供了質量管理的實踐參考。

4 結束語

隨著中國新時代“研、建、用、管、?！币惑w貫通的武器裝備現(xiàn)代化管理體系的逐步構建及航天事業(yè)的高質量、高效益、高效率發(fā)展，某重大科技工程新領域航天器質量管理實踐證明，緊密耦合、敏捷高效、執(zhí)行力強的“三齒輪式”質量管理能有效解決新技術多、技術難度大、技術風險高的工程管理難題，對后續(xù)新型航天器研制的質量管理具備借鑒意義。