張澤敏，楊 輝，毛曉華，王 茹，張 穎，汪 洲，許 磊，劉曉森

（1.北京空間機(jī)電研究所，北京 100094； 2.中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心，北京 100093；3.中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京 100094； 4.航天系統(tǒng)部裝備部軍事代表局，北京 100074）

1 引言

產(chǎn)品保證［1］是為使產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量要求，在產(chǎn)品研制、生產(chǎn)的全過程所進(jìn)行的一系列有計(jì)劃、有組織的技術(shù)和管理活動(dòng)。通過產(chǎn)品保證管理活動(dòng)，對(duì)組成產(chǎn)品的元器件、機(jī)械零部件、計(jì)算機(jī)軟件等基礎(chǔ)件，以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程實(shí)施的重點(diǎn)控制，從而把可靠性設(shè)計(jì)、維修性設(shè)計(jì)和安全性設(shè)計(jì)落實(shí)到產(chǎn)品生產(chǎn)中，以確保安全、可靠地完成任務(wù)。產(chǎn)品保證不只是一種管理活動(dòng)，更是管理和技術(shù)的結(jié)合，也是承諾和放心的結(jié)合，用戶提出將管理和技術(shù)結(jié)合的要求，承制方做出承諾，雙方都獲得放心。

光學(xué)遙感衛(wèi)星對(duì)國(guó)家安全和建設(shè)價(jià)值巨大［2］。如何在有限的時(shí)間里研制出滿足要求的光學(xué)元件［3］，有著重要意義。航天產(chǎn)品要求零缺陷：第一要求一次生產(chǎn)成功，減少過程成本；第二是保持結(jié)果導(dǎo)向；第三是質(zhì)量為核心，不要等到檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格再去解決［4］，要將質(zhì)量控制的重心前移，提早做好預(yù)防工作；第四是產(chǎn)品質(zhì)量是用不符合要求來進(jìn)行衡量的。在空間相機(jī)研制過程中落實(shí)產(chǎn)品保證工作，達(dá)到提質(zhì)增效的目的是目前面臨的巨大挑戰(zhàn)。

本文通過航天器某載荷光學(xué)元件產(chǎn)品保證工作研究［5］，對(duì)研制流程中各環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析、識(shí)別和控制，以增加產(chǎn)品保證控制點(diǎn)，優(yōu)化研制流程，探索一套光學(xué)元件制備的產(chǎn)品保證方法和流程。

2 流程與方法

光學(xué)元件產(chǎn)品保證目標(biāo)是在規(guī)定的周期、經(jīng)費(fèi)和性能等約束條件下，識(shí)別與梳理加工過程中的風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過程的有效控制［6］，保證加工出滿足要求的合格產(chǎn)品［7］。一般情況，首先建立產(chǎn)品保證隊(duì)伍，結(jié)合任務(wù)特點(diǎn)制定產(chǎn)保目標(biāo)，編制光學(xué)元件產(chǎn)品保證要求，經(jīng)審查和會(huì)簽后，作為光學(xué)元件研制過程開展產(chǎn)品保證工作的依據(jù)。

本文研究的光學(xué)元件是鏡頭的核心器件，裝配在光學(xué)鏡頭中，圖1 所示為RC 光學(xué)系統(tǒng)測(cè)試示意圖。

圖1 RC 光學(xué)系統(tǒng)測(cè)試示意圖Fig.1 Schematic diagram of RC optical system test

光學(xué)元件研制流程如圖2 所示，主要分為加工和鍍膜2 個(gè)過程。光學(xué)元件加工過程從研制技術(shù)要求下達(dá)后，就開始進(jìn)行備料，然后再進(jìn)行加工［8］，加工完成后進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)試［9］，合格的流入下一道工序，不合格的將進(jìn)行判定，能讓步的讓步接收，不能讓步接收的進(jìn)行返修或者報(bào)廢處理。加工過程完成后，進(jìn)入鍍膜過程，鍍膜完成后進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)試，合格的流入下一道交付工序，不合格的將進(jìn)行判定，能讓步的讓步接收，不能讓步接收的進(jìn)行返修。

圖2 光學(xué)元件研制流程圖Fig.2 Flow chart of optical element development

3 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與分析

3.1 加工過程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與分析

由于操作人員變化、設(shè)備更新等原因，對(duì)于光學(xué)元件加工過程的監(jiān)管十分關(guān)鍵［10］。分析光學(xué)元件加工過程的因果關(guān)系時(shí)，為避免遺漏，通常以人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)（5 M1E） 作為原因的類別［11］。運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法討論后，將形成的意見進(jìn)行了匯總，如圖3 所示。

圖3 加工過程因果圖Fig.3 Process causality diagram

3.2 鍍膜過程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與分析

鍍膜過程包括光學(xué)元件鍍膜前、鍍膜、鍍膜后檢驗(yàn)測(cè)試及不合格的處理方法。同樣以5 M1E作出因果圖，如圖4 所示。

圖4 鍍膜過程因果圖Fig.4 Cause and effect diagram of coating process

通過原因分析出鍍膜過程也要制定相應(yīng)的鍍膜方案［12］，鍍膜方案中需對(duì)膜系進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)膜系的設(shè)計(jì)進(jìn)行確認(rèn)，以確保膜系滿足要求。在膜系設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮鍍膜設(shè)備能力、環(huán)境、鍍膜工藝、人員操作、測(cè)試方法是否合理，是否具備可操作性，以便于鍍膜工藝規(guī)程的編制。鍍膜工藝規(guī)程作為鍍膜操作的指導(dǎo)文件［13］，需明確鍍膜設(shè)備能力、環(huán)境、鍍膜工藝、人員操作、測(cè)試方法等具體要求，務(wù)必細(xì)化、量化、可操作。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)清單

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與控制是一個(gè)反復(fù)迭代和不斷完善的過程。根據(jù)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與控制原則［14］，以技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，確保風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可量化。對(duì)于結(jié)合因果圖對(duì)加工和鍍膜過程識(shí)別出的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，必須給出風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重性和可能性的判別準(zhǔn)則，并采用風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)估。風(fēng)險(xiǎn)后果嚴(yán)重性等級(jí)分類詳見表1，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性等級(jí)分類詳見表2，風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)矩陣見表3，根據(jù)嚴(yán)重性和可能性分出了25 種情況。

表1 風(fēng)險(xiǎn)后果嚴(yán)重性等級(jí)分類Table 1 Severity classification of risk consequence

表2 風(fēng)險(xiǎn)可能性程度Table 2 Probability of risk

表3 風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)級(jí)矩陣Table 3 Comprehensive risk rating matrix

風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)級(jí)見表4，根據(jù)光學(xué)元件的風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)級(jí)，將表中所示的25 種情況詳細(xì)地進(jìn)行了劃分，這樣可以更直觀的看出高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)三者所包含的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為De、Ed、Ee、Ce、Dd、Ec，不可接受風(fēng)險(xiǎn)；風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為Ae、Bd、Be、Cc、Cd、Da、Db、De、Ea、Eb，不希望有的風(fēng)險(xiǎn)，需由任務(wù)交辦方?jīng)Q策；風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為Aa、Ab、Ac、Ba、Bb、Ca、Ad、Be、Cb，不經(jīng)評(píng)審即可接受風(fēng)險(xiǎn)。

表4 風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)級(jí)Table 4 Comprehensive risk rating

產(chǎn)品保證工作以技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析與控制表單為抓手，包含技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目清單、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目控制檢查表以及高等級(jí)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目控制表。技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目清單用于識(shí)別和確定技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，明確其風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)級(jí)和需采取的控制措施，經(jīng)評(píng)審確認(rèn)；技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目控制檢查表用于技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制過程中，動(dòng)態(tài)評(píng)估通過技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目清單確定的各技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目的控制措施的實(shí)施效果，并對(duì)采取措施后的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目重新進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)級(jí)；高等級(jí)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目控制表適用于風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)級(jí)為Ⅲ級(jí)以上的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，對(duì)于每項(xiàng)高等級(jí)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)均建立獨(dú)立的風(fēng)險(xiǎn)控制表，全面描述技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目相關(guān)各項(xiàng)信息，以便于跟蹤高等級(jí)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目的控制過程。

本文對(duì)某載荷光學(xué)元件所有工作模式識(shí)別出的Ⅲ級(jí)以上的風(fēng)險(xiǎn)，形成了單獨(dú)的風(fēng)險(xiǎn)清單，見表5。

表5 光學(xué)元件風(fēng)險(xiǎn)清單Table 5 Risk checklist for optical components

4 風(fēng)險(xiǎn)措施與落實(shí)

從整個(gè)研制過程出發(fā)，分階段分層次地識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，按加工過程和鍍膜過程分析制定了相應(yīng)的控制措施，并加入了產(chǎn)品保證控制點(diǎn)，嵌入產(chǎn)品保證控制點(diǎn)后的光學(xué)元件研制流程見圖5。

圖5 嵌入產(chǎn)品保證控制點(diǎn)后的光學(xué)元件研制流程圖Fig.5 Development flow chart of optical element after embedding product assurance control point

通過嵌入產(chǎn)品保證控制點(diǎn)優(yōu)化前后的流程比對(duì)，光學(xué)元件加工過程嵌入產(chǎn)品保證控制點(diǎn)后，增加了加工及檢測(cè)方案評(píng)審環(huán)節(jié)，光學(xué)元件鍍膜過程增加了鍍膜風(fēng)險(xiǎn)分析與控制、鍍膜前檢查2 個(gè)環(huán)節(jié)。圖5 顏色標(biāo)注的3 個(gè)部分是優(yōu)化后增加的控制點(diǎn)，是將產(chǎn)品保證的工作重心前移的重要舉措。

4.1 加工過程措施與落實(shí)

光學(xué)元件加工前，對(duì)加工過程的技術(shù)方案和工藝規(guī)程進(jìn)行專家評(píng)審［15］，評(píng)估其是否達(dá)到指標(biāo)要求。為了確保光學(xué)元件在加工過程中的質(zhì)量，在加工討程結(jié)束時(shí)設(shè)置了強(qiáng)制檢驗(yàn)點(diǎn)，對(duì)光學(xué)元件狀態(tài)進(jìn)行再確認(rèn)。對(duì)參與任務(wù)的人員執(zhí)行考核上崗制。對(duì)加工的設(shè)備進(jìn)行定期的檢查、維修保養(yǎng)，操作人員在工作前對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查。對(duì)于過程中用到的量具，保證其在檢定合格期內(nèi)且完好可用。加工前對(duì)原材料進(jìn)行再確認(rèn)，做到明細(xì)表與實(shí)物相符，杜絕因發(fā)錯(cuò)料引起質(zhì)量問題。光學(xué)元件的檢驗(yàn)需編制檢定規(guī)程，作業(yè)時(shí)對(duì)照檢定規(guī)程進(jìn)行測(cè)試檢驗(yàn)，過程中逐步記錄實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，和要求值逐一進(jìn)行比對(duì)，判斷其合格性。整個(gè)過程需在滿足條件的環(huán)境中進(jìn)行，記錄好溫濕度，做到可追溯。

加工過程中增加產(chǎn)品保證控制點(diǎn)主要是針對(duì)加工過程的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行優(yōu)化。加工過程是指光學(xué)元件加工技術(shù)方案、工藝規(guī)程、實(shí)際操作等項(xiàng)目，每個(gè)任務(wù)輸入后都需根據(jù)指標(biāo)要求，制定加工技術(shù)方案、工藝規(guī)程。加工過程質(zhì)量改進(jìn)針對(duì)不同指標(biāo)要求的光學(xué)元件相當(dāng)于新研產(chǎn)品。分別從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等幾個(gè)方面進(jìn)行控制。加工方案準(zhǔn)確才能夠在實(shí)際中指導(dǎo)操作，在具體加工過程中，增加了加工方案及檢測(cè)的控制點(diǎn)，在后續(xù)的加工管理中加以應(yīng)用。

控制點(diǎn)應(yīng)制定具體評(píng)審工作程序，評(píng)審組設(shè)組長(zhǎng)1 人，評(píng)審組的人數(shù)為5 至10 人，評(píng)審組長(zhǎng)由經(jīng)驗(yàn)豐富的光學(xué)專家擔(dān)任。設(shè)置的評(píng)審項(xiàng)目如表6 所示，可視光學(xué)元件加工的實(shí)際情況增減評(píng)審點(diǎn)。

表6 光學(xué)元件加工過程評(píng)審項(xiàng)目表Table 6 Item list of optical element processing review

光學(xué)元件加工過程數(shù)據(jù)包一般如表7 所示［16］，應(yīng)根據(jù)實(shí)際加工任務(wù)要求形成。

表7 光學(xué)元件加工過程交付與備查數(shù)據(jù)包Table 7 Optical component manufacturing process delivery and backup data package

在光學(xué)元件加工過程中及時(shí)傳遞質(zhì)量信息，確保任務(wù)方在光學(xué)元件加工過程中，及時(shí)有效地跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量動(dòng)態(tài)情況，掌握產(chǎn)品的質(zhì)量信息。

對(duì)光學(xué)元件加工車間、檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室、鍍膜實(shí)驗(yàn)室等環(huán)境加以控制，明確加工車間、實(shí)驗(yàn)室、鍍膜實(shí)驗(yàn)室潔凈度的控制措施，對(duì)加工、檢測(cè)及鍍膜現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多余物控制，并嚴(yán)格執(zhí)行，確保光學(xué)元件在加工、檢測(cè)和鍍膜過程中不被污染。

產(chǎn)品保證強(qiáng)制檢驗(yàn)點(diǎn)一般包括外形尺寸和面形，檢驗(yàn)時(shí)間為機(jī)加工后（鍍膜前）。按各方認(rèn)可的檢驗(yàn)方法和檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行光學(xué)元件檢驗(yàn)，并記錄實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。檢驗(yàn)量具確保在檢定／校準(zhǔn)周期內(nèi)。不合格品嚴(yán)格按流程審理后進(jìn)行處置。

4.2 鍍膜過程措施與落實(shí)

光學(xué)元件鍍膜前，應(yīng)當(dāng)對(duì)鍍膜過程的技術(shù)方案和工藝規(guī)程進(jìn)行專家評(píng)審，評(píng)估其是否能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求。

鍍膜操作前，確認(rèn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境（潔凈度、溫度、濕度）符合要求，對(duì)鍍膜現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多余物控制，并將具體措施納入工藝文件，并填寫《光學(xué)元件鍍膜前檢查單》，見表8。產(chǎn)品選用的鍍膜工藝優(yōu)選成熟工藝，若選用新工藝，需經(jīng)過工藝鑒定及評(píng)審。另外設(shè)備、工裝、夾具等也應(yīng)規(guī)范使用，避免在鍍膜等過程中對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生不良影響。

表8 光學(xué)元件鍍膜前檢查單Table 8 Inspection sheet for optical elements before coating

驗(yàn)收與交付［17］環(huán)節(jié)在現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收或任務(wù)方復(fù)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品性能超差，經(jīng)任務(wù)方確認(rèn)與同意，辦理讓步接收手續(xù)；如需進(jìn)行返修，則在返修完成后應(yīng)再次履行驗(yàn)收與交付程序。光學(xué)元件鍍膜過程交付與備查數(shù)據(jù)包見下表9。

表9 光學(xué)元件鍍膜過程交付與備查數(shù)據(jù)包Table 9 Optical component coating process delivery and backup data package

其中鍍膜光譜特性曲線［18］能看出膜層參數(shù)，驗(yàn)收時(shí)仔細(xì)確認(rèn)，確保滿足要求。以分色鏡光譜曲線圖為樣例見圖6。

圖6 光譜曲線圖樣例Fig.6 Sample of spectral curve

4.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采取措施后，風(fēng)險(xiǎn)得到了有效控制。通過某載荷光學(xué)元件風(fēng)險(xiǎn)控制效果比較，針對(duì)光學(xué)元件發(fā)生破碎或膜層脫落故障模式，采取措施前風(fēng)險(xiǎn)可能性等級(jí)為c，嚴(yán)重性等級(jí)e，綜合評(píng)級(jí)IV（不可接受）；通過風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目采取控制措施后檢查，可能性等級(jí)為a，嚴(yán)重性等級(jí)e，綜合評(píng)級(jí)Ⅲ（評(píng)估后可接受），很大程度上地降低了風(fēng)險(xiǎn)的可能性等級(jí)。詳見表10。

表10 光學(xué)元件風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目控制檢查表Table 10 Control checklist of optical element risk item

5 結(jié)論

本文通過分階段、分層次地開展5 M1E 分析，全面定位了風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的原因，制定相應(yīng)的措施并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)管控原則進(jìn)行單獨(dú)控制，可得出如下結(jié)論：

1） 對(duì)研制流程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析、識(shí)別和控制，通過嵌入產(chǎn)品保證控制點(diǎn)的方式完善流程，探索出一套光學(xué)元件通用的產(chǎn)品保證方法；

2） 產(chǎn)品保證流程可以推廣到包括載人航天在內(nèi)的其他光學(xué)元件研制中，例如光學(xué)艙中的反射鏡、透鏡、濾光片等；

3） 可為類似光學(xué)產(chǎn)品（紅外晶體、激光晶體等產(chǎn)品）的質(zhì)量管理工作開展提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。