廖 欣，朱建華，卞付國，李克勇

（上海機電工程研究所，上海 201109）

0 引 言

當(dāng)前武器裝備“能打仗、打勝仗”的實戰(zhàn)化運用理念日趨深入，導(dǎo)彈武器裝備所面臨的復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)能力和作戰(zhàn)使用性能健壯性等要求均極為嚴(yán)酷，一次設(shè)計往往不能完全滿足實戰(zhàn)化需要。尤其是在研制型號數(shù)量快速增加、研制周期大幅縮短的背景下，在迭代設(shè)計、關(guān)重特性控制和驗證充分性等方面的潛在風(fēng)險進一步增加，主要體現(xiàn)在以下三個方面：

一是產(chǎn)品設(shè)計過程中指標(biāo)分配不合理，產(chǎn)品關(guān)鍵特性裕度不足，存在設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，產(chǎn)品成熟度不夠；

二是產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程中關(guān)重特性控制或執(zhí)行不到位，存在不可檢、不可測環(huán)節(jié)，導(dǎo)致產(chǎn)品可靠性得不到保證；

三是產(chǎn)品在臨界狀態(tài)、極限狀態(tài)以及復(fù)雜的力、熱、電磁等環(huán)境中的影響分析不全面，導(dǎo)致產(chǎn)品在實際飛行過程中性能指標(biāo)達不到要求。

將航天產(chǎn)品“三再”方法應(yīng)用于導(dǎo)彈武器裝備，通過系統(tǒng)的分析方法，識別型號產(chǎn)品的關(guān)鍵特性，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，進行設(shè)計和工藝改進與驗證，是順應(yīng)武器裝備研制新特點、釋放裝備本質(zhì)風(fēng)險、提高裝備任務(wù)可靠度的重要手段［1-2］。

1 “三再”的工程研制應(yīng)用原理

1.1 “三再”定義

“再分析”、“再設(shè)計”和“再驗證”是武器裝備提高產(chǎn)品可靠性和成熟度的有效手段。

“再分析”是指對關(guān)鍵單機產(chǎn)品在研、在役中發(fā)現(xiàn)的問題進行全面分析，確保問題歸零到位；對產(chǎn)品進行特性分析，明確關(guān)鍵、重要特性，將關(guān)鍵、重要特性控制要求落實到產(chǎn)品保證、強制檢驗、數(shù)據(jù)包中，確保后續(xù)生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

“再設(shè)計”是指在對經(jīng)過飛行試驗的產(chǎn)品試驗數(shù)據(jù)的監(jiān)測、對比、分析的基礎(chǔ)上，針對導(dǎo)彈武器裝備存在的薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵、重要特性開展二次設(shè)計，對影響產(chǎn)品可靠性、安全性的薄弱環(huán)節(jié)進行再認(rèn)識，直至徹底消除影響。

“再驗證”是指為確保產(chǎn)品設(shè)計驗證的全面性和充分性，補充完善驗證科目，探底裝備設(shè)計裕度。

1.2 “三再”關(guān)系

航天產(chǎn)品“三再”工作是一種系統(tǒng)的分析設(shè)計方法，針對產(chǎn)品在飛行試驗中出現(xiàn)的質(zhì)量問題或暴露的設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，有重點地進行設(shè)計完善。

其中，“再分析”和“再設(shè)計”緊密圍繞產(chǎn)品的關(guān)鍵特性迭代開展，然后根據(jù)識別的關(guān)鍵指標(biāo)、關(guān)鍵參數(shù)、關(guān)鍵特性進行“再驗證”，消除薄弱環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品的可靠性和成熟度?！叭佟钡南嗷リP(guān)系如圖1所示。

圖1 “三再”相互關(guān)系Fig.1 Relationship of reanalysis，redesign and reverification

1.3 “三再”與迭代式開發(fā)

傳統(tǒng)式單一開發(fā)流程受限于設(shè)計經(jīng)驗、驗證手段、分析契機等多方面的不足，并非理想的開發(fā)策略。迭代式開發(fā)策略與“三再”方法在方法應(yīng)用層面不謀而合。

“三再”方法是導(dǎo)彈武器裝備全生命周期研制保障由“V”向“W”轉(zhuǎn)變的重要手段。將“三再”方法融入產(chǎn)品研制和設(shè)計的流程如圖2所示。

圖2 “三再”融入產(chǎn)品研制設(shè)計流程Fig.2 Development and design process with “three-Re”

從圖2中可以看出，針對導(dǎo)彈武器裝備，“三再”工作可以融入產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)流程。產(chǎn)品交付使用后，通過對用戶反饋問題和質(zhì)量問題的梳理，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性和環(huán)境適應(yīng)性等方面的設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，經(jīng)再分析、再設(shè)計、再驗證，解決產(chǎn)品固有的能力不足，完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，采用技術(shù)狀態(tài)更改或改進研制等手段，將改進落實到后續(xù)產(chǎn)品中，從而提升產(chǎn)品的綜合性能以及客戶滿意度。

1.4 武器裝備的“三再”方法應(yīng)用適宜性分析

武器裝備具有研制周期短、先進技術(shù)多、環(huán)境條件邊界復(fù)雜等特點。部隊使用中面臨各種復(fù)雜的環(huán)境，在武器裝備研制階段無法將所有的使用工況和環(huán)境進行遍歷驗證，并且隨著飛行試驗子樣的增加，會暴露一些發(fā)生概率較小的設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，產(chǎn)品需要改進設(shè)計以提高其可靠性和設(shè)計裕度?！叭佟狈椒軌蛲ㄟ^問題的現(xiàn)象，深入分析產(chǎn)品特性與使用需求的關(guān)聯(lián)，進而指導(dǎo)產(chǎn)品改進設(shè)計。它能結(jié)合使用環(huán)境，給出再驗證的條件和方法，提升產(chǎn)品的作戰(zhàn)效能和持續(xù)生命力，支撐產(chǎn)品的通用化、系列化發(fā)展?！叭佟狈椒ㄊ且环N針對產(chǎn)品特點并快速提高產(chǎn)品成熟度的系統(tǒng)性方法，是新形勢下高質(zhì)量保成功和高效率完成任務(wù)的重要支撐手段［3］。

2 導(dǎo)彈武器裝備“三再”方法應(yīng)用

2.1 導(dǎo)彈武器裝備“三再”工作流程

導(dǎo)彈武器裝備“三再”工作主要包含以下內(nèi)容：

1）梳理型號的質(zhì)量問題和部隊使用反饋意見，確定系統(tǒng)級產(chǎn)品的設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)；

2）對系統(tǒng)級產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)進行再分析，定位問題多發(fā)產(chǎn)品和產(chǎn)品的關(guān)鍵特性，確定“三再”工作項目，“三再”工作項目的識別和確認(rèn)依據(jù)總體-分系統(tǒng)-單機逐級進行；

3）針對具體項目，建立跨型號、跨單位（部門）、跨專業(yè)的“三再”工作小組，開展“三再”工作；

4）再分析，以用戶反饋和質(zhì)量問題為出發(fā)點，通過邏輯決斷法、FMEA（C）A 等方法確定產(chǎn)品關(guān)鍵特性和設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)；再設(shè)計，針對辨識出的關(guān)鍵特性及發(fā)現(xiàn)的設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，采用質(zhì)量功能展開法等開展再設(shè)計，提高產(chǎn)品的可靠性和成熟度；再驗證，對再設(shè)計進行全面驗證，明確設(shè)計裕度；

5）對“三再”工作進行評估總結(jié)，完善技術(shù)指標(biāo)體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2.2 再分析

導(dǎo)彈武器裝備“再分析”工作以用戶反饋和質(zhì)量問題為出發(fā)點，分為以下三個步驟。

首先，針對系統(tǒng)在實際使用工況（主要指飛行試驗）中出現(xiàn)的問題，開展復(fù)查工作，從器材、工藝、設(shè)計、操作、設(shè)備、管理、軟件、環(huán)境等維度對質(zhì)量問題發(fā)生的原因進行歸納與提煉。以產(chǎn)品質(zhì)量問題分類為線索，定位問題多發(fā)產(chǎn)品［4-5］。

其次，針對問題多發(fā)的分系統(tǒng)或單機產(chǎn)品，開展產(chǎn)品設(shè)計、工藝、過程等關(guān)鍵特性再識別?？梢圆捎眠壿嫑Q斷圖識別模型對產(chǎn)品的關(guān)鍵特性進行再梳理、再分析，如圖3所示。LDP是一種決策方法，通過將被決策事項分解為一定組合形式的多個判斷項目，按照既定的順序?qū)ε袛囗椖窟M行邏輯判斷，對每個判斷項目得出0 或1（是或否、對或錯等）的邏輯判斷結(jié)論，最終得到?jīng)Q策結(jié)果。邏輯決斷法適用于2 個或2 個以上的多目標(biāo)決策，針對某個具體的指標(biāo)或參數(shù)判斷其是否為設(shè)計關(guān)鍵特性屬于雙目標(biāo)決策，因此邏輯決斷法可用于產(chǎn)品關(guān)鍵特性識別［6-10］。

圖3 設(shè)計關(guān)鍵特性識別邏輯決斷圖Fig.3 LDP for recongnization of key characteristics

以單機產(chǎn)品為例，介紹運用邏輯決斷法識別設(shè)計關(guān)鍵特性的流程。

1）形成指標(biāo)或參數(shù)清單

設(shè)計關(guān)鍵特性是從設(shè)計過程中形成的各種指標(biāo)或參數(shù)中識別出來的，因此，復(fù)核復(fù)算技術(shù)指標(biāo)分解的合理性、復(fù)查技術(shù)指標(biāo)要求是否全面覆蓋產(chǎn)品特性、重新梳理設(shè)計過程的指標(biāo)或參數(shù)并形成清單是設(shè)計關(guān)鍵特性再識別的核心工作。單機產(chǎn)品設(shè)計關(guān)鍵特性識別要從單機級技術(shù)指標(biāo)、單機設(shè)計過程、主要部（組）件設(shè)計過程3個方面開展：

① 列舉上級任務(wù)書、產(chǎn)品保證要求中規(guī)定的各項單機級技術(shù)指標(biāo)要求；

② 列舉單機在設(shè)計過程中為實現(xiàn)各項指標(biāo)要求形成的各項參數(shù)，要將功能性指標(biāo)盡可能轉(zhuǎn)化為設(shè)計過程形成的可測量的具體參數(shù)；

③ 列舉主要部（組）件在設(shè)計過程中形成的各項參數(shù)，尤其是關(guān)鍵件、重要件的參數(shù)要全面。

將上述梳理出來的指標(biāo)或參數(shù)形成清單，作為判別的輸入清單。

2）識別過程

針對指標(biāo)或參數(shù)清單中所列項目逐一分析和識別，識別過程可遵循以下流程：

① 明確指標(biāo)或參數(shù)滿足合格判據(jù)的具體數(shù)值或范圍；

② 對照FME（C）A 分析結(jié)果，判斷其超出合格范圍造成的故障模式影響是否具有Ⅰ、Ⅱ類的嚴(yán)酷度；

③ 對照特性分析的結(jié)果，判斷指標(biāo)或參數(shù)是否對關(guān)、重特性產(chǎn)生影響；

④ 對照測試覆蓋性分析的結(jié)果，判斷指標(biāo)或參數(shù)是否可以得到充分的驗證；

⑤ 對照技術(shù)風(fēng)險分析的結(jié)果，判斷指標(biāo)或參數(shù)是否與高技術(shù)風(fēng)險項目存在關(guān)聯(lián)；

⑥ 分析指標(biāo)或參數(shù)在實現(xiàn)過程（生產(chǎn)、調(diào)試等過程）中是否存在危險嚴(yán)重等級較高的安全性因素；

⑦ 針對具體產(chǎn)品的特殊要求及同類產(chǎn)品發(fā)生的質(zhì)量問題，分析參數(shù)在設(shè)計過程中是否具有需重點關(guān)注的因素。

通過上述分析，可以得出影響單機產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的指標(biāo)或參數(shù)，經(jīng)設(shè)計審查得到產(chǎn)品設(shè)計關(guān)鍵特性。

同樣，產(chǎn)品的工藝關(guān)鍵特性和過程關(guān)鍵特性也可通過邏輯決斷法進行再識別。生產(chǎn)工藝方面重點復(fù)查工藝文件的可操作性、完備性，復(fù)查標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的使用和落實情況。過程控制方面重點復(fù)查不可檢與不可測項目、強制檢驗項目的執(zhí)行情況以及復(fù)查測試的覆蓋性，并結(jié)合產(chǎn)品使用的所有工況，分析試驗驗證的充分性。

最后，針對研制生產(chǎn)、試驗中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，以質(zhì)量復(fù)查的線索，采用邏輯決斷法重新梳理得到產(chǎn)品的三類關(guān)鍵特性，面向產(chǎn)品設(shè)計存在薄弱環(huán)節(jié)、生產(chǎn)過程管控不精準(zhǔn)、環(huán)境風(fēng)險辨識不充分等具體問題，指導(dǎo)開展“再設(shè)計”工作。

2.3 再設(shè)計

針對“再分析”辨識出的關(guān)鍵特性及發(fā)現(xiàn)的設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，特別是Ⅰ、Ⅱ類單點故障模式產(chǎn)品的三類關(guān)鍵特性開展“再設(shè)計”，確定設(shè)計、工藝和過程控制改進方案［11-12］。

“再設(shè)計”工作包含三個主要內(nèi)容：設(shè)計輸入優(yōu)化、技術(shù)方案和工藝流程改進、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范完善?？刹捎觅|(zhì)量功能展開（quality function deployment，QFD）方法開展設(shè)計輸入優(yōu)化設(shè)計。QFD 方法是一種系統(tǒng)性的決策技術(shù)，可以把設(shè)計要求準(zhǔn)確無誤地轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品的定義。在“再設(shè)計”過程中，顧客需求就是對產(chǎn)品設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)、生產(chǎn)過程管控不精準(zhǔn)、環(huán)境風(fēng)險辨識不充分引起的質(zhì)量問題進行控制［13-14］。典型的QFD流程如圖4所示。

圖4 典型QFD工作流程Fig.4 Work flow of QFD

根據(jù)QFD分析結(jié)果獲得產(chǎn)品設(shè)計輸入條件，并開展技術(shù)方案和工藝流程改進設(shè)計。導(dǎo)彈武器裝備“再設(shè)計”工作應(yīng)重點考慮產(chǎn)品通用化、系列化、模塊化要求，關(guān)注繼承性和技術(shù)成熟度，降低產(chǎn)品的復(fù)雜度。在工藝方面，優(yōu)化工藝流程和工藝方法，確定生產(chǎn)過程檢驗點設(shè)置原則，將過程控制采取的措施納入相關(guān)工藝文件中。建立檢驗規(guī)范或規(guī)程等檢驗技術(shù)規(guī)范體系，實施質(zhì)量控制表格化，確認(rèn)過程控制關(guān)鍵特性。

根據(jù)“再設(shè)計”結(jié)果，制定計劃開展更改論證和試驗驗證工作，并固化“再設(shè)計”成果，編制作業(yè)指導(dǎo)文件，形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提升基礎(chǔ)設(shè)計能力。

在完成上述工作的基礎(chǔ)上，對“再設(shè)計”工作進行總結(jié)，作為“再驗證”的輸入。

2.4 再驗證

以“兩個一切”要求為標(biāo)準(zhǔn)，開展“再驗證”工作。在充分的產(chǎn)品可靠性設(shè)計基礎(chǔ)上，提出試驗驗證方案?！霸衮炞C”方案應(yīng)包括三個方面：一是對比驗證，通過單機性能對比試驗，驗證再設(shè)計的有效性；二是環(huán)境適應(yīng)性、極限能力、性能拉偏、壽命與可靠性等試驗，以充分驗證其設(shè)計裕度；三是系統(tǒng)應(yīng)用驗證，確保設(shè)計改進單機的系統(tǒng)協(xié)調(diào)性和環(huán)境適應(yīng)能力，利用數(shù)據(jù)庫開展成功數(shù)據(jù)包絡(luò)分析，確保單機性能參數(shù)落入系統(tǒng)級產(chǎn)品成功包絡(luò)范圍內(nèi)［15］。

如驗證結(jié)果滿足要求，則確定實施改進；如驗證結(jié)果不滿足要求，則針對該環(huán)節(jié)再次開展“三再”工作，實現(xiàn)工作閉環(huán)，進一步提升產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性。

“再驗證”工作強調(diào)總體的主導(dǎo)作用，一切通過總體，一切通過地面驗證。單機性能試驗、邊界點考核和系統(tǒng)集成驗證均應(yīng)通過型號總體的統(tǒng)一策劃，結(jié)合產(chǎn)品問題分析中的環(huán)境因素，對產(chǎn)品的關(guān)鍵指標(biāo)、關(guān)鍵參數(shù)、關(guān)鍵特性進行全面的驗證，具體可采取試驗或與數(shù)字模擬仿真相結(jié)合的方式，摸清產(chǎn)品設(shè)計的余量和裕度。

3 典型產(chǎn)品應(yīng)用案例

以某發(fā)動機設(shè)計點火裕度提升為例，對“三再”工作開展情況進行分析。

某發(fā)動機點火可靠性設(shè)計不足導(dǎo)致小概率發(fā)生延遲點火現(xiàn)象。針對該問題，組織專家和設(shè)計師成立了該類發(fā)動機點火過程“再分析、再設(shè)計、再驗證”工作小組，目標(biāo)是從設(shè)計源頭上提高該類發(fā)動機的點火裕度，消除點火藥盒生產(chǎn)過程控制參數(shù)波動對點火過程的影響。

根據(jù)該類發(fā)動機點火過程機理分析，確定該類發(fā)動機產(chǎn)品的特性。采用FME（C）A 方法開展“再分析”，確定設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)：一是點火藥燃燒離散性導(dǎo)致壓強波動大；二是藥盒結(jié)構(gòu)特點導(dǎo)致堵蓋打開后快速泄壓。該類型點火藥盒對不利于點火環(huán)境的因素更敏感，對工藝過程控制穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，因此表現(xiàn)出點火過程一致性和控制穩(wěn)定性較差。

通過FME（C）A 分析可知，雖然發(fā)動機的點火裕度不足不會引起Ⅰ、Ⅱ類故障模式，但其對工藝過程偏差和使用環(huán)境比較敏感，不能通過有效措施直接消除，因此屬于設(shè)計關(guān)鍵特性。

按照QFD方法開展“再設(shè)計”，實現(xiàn)點火裕度的提升，如圖5所示。“再設(shè)計”的目標(biāo)是通過改進點火藥盒來提高點火可靠性。根據(jù)設(shè)計要求，重新選擇了一型成熟的點火藥，同時重新選擇了藥盒材料，完善藥盒結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而提高了點火方向一致性，降低點火能量損失，提高點火裕度。

圖5 點火藥盒質(zhì)量功能展開Fig.5 QFD design of igniter

針對“再設(shè)計”，開展了極限拉偏等條件下的“再驗證”。在低溫、噴管無堵蓋的極限拉偏狀態(tài)下，改進前點火裝置未點燃發(fā)動機，而改進后點火裝置點燃了發(fā)動機。

最后，對整個“三再”工作進行總結(jié)，形成“滿裝填、尾部點火”發(fā)動機點火藥盒設(shè)計規(guī)范。

4 結(jié)束語

本文探索了導(dǎo)彈武器裝備開展“三再”工作的方法。針對導(dǎo)彈武器裝備研制和使用中暴露的問題，通過系統(tǒng)的分析方法，識別型號產(chǎn)品的關(guān)鍵特性，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)；針對產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)，進行再設(shè)計，形成產(chǎn)品設(shè)計、工藝和過程控制改進方案；針對改進設(shè)計，開展再驗證工作，評估驗證改進設(shè)計后產(chǎn)品在各種工況下的性能裕度。通過開展“三再”工作，有效提升了導(dǎo)彈武器裝備的可靠性，為高質(zhì)量保成功和高效率完成任務(wù)提供重要的技術(shù)支撐。后續(xù)應(yīng)加強“三再”方法在導(dǎo)彈武器領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，不斷促進導(dǎo)彈武器型號產(chǎn)品研制保障由“V”向“W”型轉(zhuǎn)變，提升產(chǎn)品保證能力。