杜 珺，危金卓，王曉宇，蘇 磊，張?zhí)旌?/p>

（中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院物資中心，北京，100076）

0 引 言

航天產(chǎn)品要求具有極高的可靠性。航天產(chǎn)品以其失效產(chǎn)生后果的嚴(yán)重程度分為關(guān)鍵特性、重要特性以及一般特性。關(guān)鍵特性是指如達(dá)不到設(shè)計要求或發(fā)生故障，可能迅速地導(dǎo)致航天產(chǎn)品或主要系統(tǒng)失效或?qū)θ松碡敭a(chǎn)的安全造成嚴(yán)重危害；重要特性為如達(dá)不到設(shè)計要求或發(fā)生故障，可能導(dǎo)致產(chǎn)品不能完成預(yù)定的使命，但不會引起航天產(chǎn)品或主要系統(tǒng)失效；一般特性是除關(guān)鍵特性和重要特性以外的所有特性［1］。

火工品具有作用敏感性、使用廣泛性、作用一次性等特點(diǎn)［2］。新一代運(yùn)載火箭用火工品作為新一代運(yùn)載火箭大系統(tǒng)的重要組成部分，其產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性直接決定了新一代運(yùn)載火箭發(fā)射任務(wù)的成敗。

在新一代運(yùn)載火箭用火工品設(shè)計、生產(chǎn)的過程中，對所有過程、工序都進(jìn)行控制既困難又沒有必要［3-4］，因此為符合“少數(shù)重要和多數(shù)不重要”原則以及Pareto 原理中80/20 比例關(guān)系規(guī)則而提出的航天產(chǎn)品3類關(guān)鍵特性［5］的控制和識別變得尤為重要。關(guān)鍵與重要特性，簡稱關(guān)重特性，只有正確識別和標(biāo)識出新一代運(yùn)載火箭用火工品的關(guān)重特性，才能在其設(shè)計、工藝、生產(chǎn)過程中采取相應(yīng)的控制措施，以提高其設(shè)計質(zhì)量，利于生產(chǎn)部門控制其產(chǎn)品質(zhì)量，便于檢驗(yàn)檢測的開展并對其質(zhì)量實(shí)施檢查與監(jiān)督，保證新一代運(yùn)載火箭用火工品質(zhì)量的穩(wěn)定性及可追溯性［6-7］。

本文依據(jù)3 類關(guān)鍵特性［8］，針對由技術(shù)要求分析、設(shè)計分析以及故障樹分析3條途徑識別梳理出的型號用火工品關(guān)重特性提出了具體的關(guān)重特性控制方法及要求，為型號用火工品質(zhì)量與可靠性的提升提供了依據(jù)與途徑。

1 關(guān)重特性識別方法

新一代運(yùn)載火箭用火工品的關(guān)重特性識別［9］一般按照以下步驟進(jìn)行：

a）依據(jù)產(chǎn)品任務(wù)書、產(chǎn)品技術(shù)要求、產(chǎn)品保證大綱（要求）及產(chǎn)品設(shè)計、制造、試驗(yàn)規(guī)范等要求，對產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)要求分析；充分考慮其功能、持續(xù)時間、環(huán)境條件、維修性要求、失效的影響。

b）根據(jù)產(chǎn)品的方案和特點(diǎn)，對產(chǎn)品的設(shè)計文件進(jìn)行分析，通過對產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)要求分析、設(shè)計分析、零部組件分析并參考同類產(chǎn)品的特性分類情況，采用硬件分析法，通過元器件、原材料性能、工藝過程、配合（互換性、協(xié)調(diào)性）、環(huán)境適應(yīng)性、壽命、安全性、維修性、可靠性、新技術(shù)應(yīng)用及其他因素分析，確定產(chǎn)品的關(guān)重特性。

c）結(jié)合歷史航天產(chǎn)品發(fā)生的火工品問題開展故障樹分析，明確其問題定位、故障模式、控制參數(shù)等，整理建立其故障樹，對每一個可能存在的故障模式、故障底事件進(jìn)行全面深入的分析，對故障樹底事件查找對應(yīng)的特性參數(shù)，根據(jù)發(fā)生可能性、嚴(yán)重性、可檢性，確定關(guān)鍵重要特性。

d）通過綜合分析對獲得的所有關(guān)重特性進(jìn)行匯總，梳理出該火工品的具體關(guān)重特性。

主要識別流程如圖1所示。

圖1 新一代運(yùn)載火箭用火工品關(guān)重特性識別流程Fig.1 Ⅰdentification process of the key and important characteristics of pyrotechnics for the the new generation of launch vehicle

2 關(guān)重特性控制要求

根據(jù)識別出的新一代運(yùn)載火箭用火工品關(guān)重特性，提出相應(yīng)的量化控制要求，具體步驟為：

a）設(shè)計控制要求。設(shè)計師系統(tǒng)根據(jù)識別出的關(guān)重特性開展產(chǎn)品特性分類分析，提出針對每一個關(guān)重特性對應(yīng)的設(shè)計要求，分析總結(jié)形成設(shè)計關(guān)鍵特性分析報告，經(jīng)審查通過后明確具體產(chǎn)品的設(shè)計控制要求，并清楚標(biāo)注于設(shè)計圖紙、文件中。

b）工藝控制要求。生產(chǎn)單位依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計文件，組織工藝師系統(tǒng)圍繞設(shè)計關(guān)鍵特性指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，分析設(shè)定的相關(guān)工藝參數(shù)及措施是否合理、準(zhǔn)確、裕度充分；是否可檢（監(jiān)）測或驗(yàn)證，無法檢測或驗(yàn)證項(xiàng)目制定分步控制的工藝參數(shù)及措施要求等，形成《產(chǎn)品工藝關(guān)鍵特性分析報告》，在工藝規(guī)程、文件中明確工藝控制要求。

c）生產(chǎn)及檢驗(yàn)控制要求。生產(chǎn)單位應(yīng)圍繞產(chǎn)品設(shè)計關(guān)鍵特性實(shí)現(xiàn)和工藝關(guān)鍵特性的受控，結(jié)合產(chǎn)品特性以及現(xiàn)有工藝技術(shù)方法和手段，分析生產(chǎn)過程是否有易錯、難操作或其他不可靠環(huán)節(jié)，制定針對性的控制措施。明確相關(guān)的人員、設(shè)備、工作、環(huán)境、檢測等要素的特殊控制要求，明確生產(chǎn)及檢驗(yàn)控制要求。

d）控制要求的反饋及落實(shí)。生產(chǎn)單位將控制要求逐項(xiàng)列入表中，并在其制造過程中進(jìn)行實(shí)測值記錄、校對和審核。

3 關(guān)重特性識別典型案例

按本文提出的新一代運(yùn)載火箭用火工品關(guān)鍵特性識別方法及控制要求對爆炸螺栓的關(guān)鍵特性開展了分析識別。

3.1 技術(shù)要求分析

爆炸螺栓的功能為：工作前起到可靠承載連接功能；接收到工作信號后在工作時間要求范圍內(nèi)可靠分離，并滿足污染量（除剪切銷式爆炸螺栓）和沖量要求。

采用產(chǎn)品性能指標(biāo)分析法對任務(wù)書要求的主要性能指標(biāo)進(jìn)行分解，爆炸螺栓的主要技術(shù)指標(biāo)包括拉伸破壞載荷、工作時間、不同步性、污染量和沖量。

對各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)分析可知：a）影響拉伸破壞載荷的因素有螺栓體（剪切銷）強(qiáng)度和螺栓體預(yù)定分離面剪切尺寸（削弱槽外徑或剪切銷直徑）。b）影響工作時間及不同步性的因素有點(diǎn)火方式（非電起爆、電起爆），隔板裝藥體（火焰雷管）起爆、傳爆及主裝藥的藥量和裝藥壓力，螺栓本體活塞配合表面粗糙度，螺栓體預(yù)定承載力。c）影響污染量及沖量的因素有密封元件的尺寸材料特性、點(diǎn)火器（輸出接頭）及隔板裝藥體與螺栓本體的連接是否安裝到位、螺栓體和活塞的尺寸配合和裝藥量。

通過對爆炸螺栓的主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析，統(tǒng)計涉及到的關(guān)重特性有：螺栓體（剪切銷）強(qiáng)度，螺栓體預(yù)定分離面剪切尺寸（削弱槽外徑或剪切銷直徑），隔板裝藥體（火焰雷管）起爆、傳爆及主裝藥藥量和裝藥壓力，螺栓體預(yù)定承載力，螺栓體和活塞的尺寸配合。

3.2 設(shè)計分析

結(jié)合爆炸螺栓的設(shè)計文件、設(shè)計圖紙、設(shè)計結(jié)構(gòu)，采用硬件分析法對產(chǎn)品零、部、組件從材料、工藝、貯存期等方面查找影響該零、部、組件性能的關(guān)鍵重要特性參數(shù)。圖2 為剪切銷式爆炸螺栓的結(jié)構(gòu)示意。

圖2 剪切銷式爆炸螺栓結(jié)構(gòu)Fig.2 The structure of shear pin explosive bolt

爆炸螺栓的重要零部件主要有隔板裝藥體、活塞推桿、螺栓體、火焰雷管、雷管座、剪切銷等。

分別從元器件、原材料性能、工藝過程、配合性、環(huán)境適應(yīng)性、壽命、安全性、維修性、可靠性以及是否有新技術(shù)等方面對每一個重要零部組件進(jìn)行分析，確定涉及的所有關(guān)重特性。

以隔板裝藥體為例，通過上述各方面分析，可以獲得其3 項(xiàng)關(guān)重特性：隔板裝藥體裝藥量、壓藥壓力、隔板厚度。

3.3 故障樹分析

針對爆炸螺栓類火工品，統(tǒng)計歷史上發(fā)生的故障，其主要故障為：未分離、發(fā)火性能超差、意外分離、結(jié)構(gòu)破壞等。根據(jù)爆炸螺栓的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及功能、性能，并結(jié)合產(chǎn)品歸零及問題分析情況，繪制出爆炸螺栓的典型故障樹如圖3所示。

圖3 爆炸螺栓故障樹Fig.3 The fault tree of explosive bolt

針對爆炸螺栓的各類故障現(xiàn)象進(jìn)行故障樹分析，以分析并確認(rèn)影響產(chǎn)品功能的關(guān)重特性參數(shù)。以結(jié)構(gòu)破壞為例，其故障樹如圖4 所示，結(jié)構(gòu)破壞共涉及5個底事件，對各項(xiàng)底事件進(jìn)行分析可知其對應(yīng)的特性如表1所示。

表1 爆炸螺栓結(jié)構(gòu)破壞底事件涉及關(guān)重特性分析Tab.1 The analysis of key and important characteristics for structural failure

圖4 爆炸螺栓結(jié)構(gòu)破壞故障樹Fig.4 The structural failure fault tree of explosive bolt

對爆炸螺栓的4類故障逐個進(jìn)行分析可獲得爆炸螺栓涉及的關(guān)重特性：活塞推桿與螺栓體配合尺寸；隔板裝藥體裝藥量和壓力；拉伸破壞載荷（材料抗拉強(qiáng)度）；隔板厚度尺寸；剪切厚度尺寸；剪切直徑；螺栓體內(nèi)孔配合活塞推桿尺寸；雷管座傳火孔通道通暢；火焰雷管方向正確性；剪切面積（剪切銷直徑）；剪切銷抗拉強(qiáng)度；火焰雷管裝藥量等；爆炸螺栓的裝配正確性，端面密封部位裝配貼緊到位。

3.4 關(guān)重特性匯總梳理

綜上，爆炸螺栓涉及的關(guān)重特性主要包括： 活塞推桿與螺栓體配合尺寸、隔板裝藥體裝藥量和壓力、拉伸破壞載荷（材料抗拉強(qiáng)度）、隔板厚度尺寸、剪切厚度尺寸、剪切直徑；螺栓體內(nèi)孔配合活塞推桿尺寸、雷管座傳火孔通道通暢、火焰雷管方向正確性、剪切面積（剪切銷直徑）、剪切銷抗拉強(qiáng)度、火焰雷管裝藥量、爆炸螺栓的裝配正確性，端面密封部位裝配貼緊到位。

上述13項(xiàng)關(guān)重特性涉及的關(guān)重件包括爆炸螺栓、隔板裝藥體、活塞推桿、螺栓體、火焰雷管以及剪切銷。

3.5 控制要求

根據(jù)識別出的關(guān)重特性，通過設(shè)計、工藝、生產(chǎn)及檢驗(yàn)分析，提出了相應(yīng)的控制要求，具體如表2所示。針對每一項(xiàng)關(guān)重特性，從設(shè)計、工藝和生產(chǎn)等方面采取了針對性措施進(jìn)行防止和補(bǔ)償，后續(xù)相關(guān)控制措施將落實(shí)到設(shè)計說明書中，傳遞給機(jī)加、裝配及試驗(yàn)工藝，以降低各種故障出現(xiàn)的概率，保證產(chǎn)品的工作可靠性。

表2 爆炸螺栓關(guān)重特性控制要求表Tab.2 The control requirement for the key and important characteristics of explosive bolt

4 結(jié)束語

實(shí)踐證明，通過技術(shù)要求分析、設(shè)計分析以及故障樹分析可以獲得火工產(chǎn)品全面的關(guān)重特性，只有全面識別出了產(chǎn)品的關(guān)重特性，才能對其提出明確的設(shè)計、工藝、過程控制要求，從而全面、有效地提高火工品的質(zhì)量及其可靠性。

關(guān)重特性的識別及控制是控制、證實(shí)和評價產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵信息，也是隨產(chǎn)品成熟度提升不斷完善、細(xì)化的核心內(nèi)容。應(yīng)始終堅持以“邊實(shí)施，邊研究，邊總結(jié)，邊改進(jìn)，邊完善”的態(tài)度，通過規(guī)范化、精細(xì)化、定量化控制提高型號產(chǎn)品精細(xì)化管理水平，確保新一代運(yùn)載火箭用火工品性能可靠及航天發(fā)射任務(wù)圓滿成功。