通过“再设计、再分析、再验证”提升关键单机产品成熟度

◎中国空间技术研究院 郭振伟 黄威 朱北园 冯永 遇今

中国空间技术研究院建院40多年来研制发射了近百颗航天器，积累了一定的研制经验，特别是近年来通过开展可靠性工程建设，航天器产品可靠性技术取得了很大成绩，但对于解决“高可靠、长寿命”问题还缺乏足够的积累，航天器产品的寿命和可靠性总体上较国外先进水平还存在差距，在轨寿命散差大，寿命期内的可靠性不够高。因而，有效解决航天器产品中这些突出的可靠性问题成为当务之急。为此，研究院选取了东方红四号、东方红三号、导航、低轨遥感、CAST968、CAST2000等六大平台配套的30类关键单机，深入开展“再设计、再分析、再验证”（“三再”）工作，利用正向设计分析工具，从产品的结构、功能、特性分析入手，由上到下逐级进行分析，识别出产品的关键特性，开展对产品关键特性及薄弱环节的进一步识别，采取解决措施，从而不断提升关键通用产品的成熟度，为航天器产品的定型及实现产品化奠定基础。

一、“三再”工作的内涵

产品开发要经历一个“V”字形的完整过程。一般来讲，经过一个完整的“V”字模型开发过程所形成的产品还不能达到令人满意的成熟程度。航天器产品也不例外，必须要在对产品飞行数据监测和比对分析的基础上，对产品开展第二个甚至多个“V”字模型过程，这实际上形成了航天器产品开发与成熟度不断提升的“W”模型。该模型通过反复迭代与深化完善，直至满足航天器产品的高性能、高质量、高可靠的要求。

“三再”工作正是航天器产品开发与成熟度不断提升的“W”模型中第二个“V”字模型过程，其目的是进一步提高航天器产品的“固有可靠性”，完善产品质量，逐步提高产品的成熟度。“W”模型可有效解决航天器产品特殊性与极小子样研制导致的主要问题，从而实现航天器产品极小子样情况下的成熟度提升。

“再设计”就是在对已飞行过的产品（成熟度达到3～4级）的飞行数据监测和比对分析的基础上，针对产品存在的薄弱环节和关键特性开展重新设计，认识和消除影响产品可靠性、安全性的薄弱环节，同时锻炼和提升产品开发队伍的能力。

“再分析”就是要对关键单机产品在研、在轨和“再设计”中发现的问题进行全面分析，确保问题归零到位；对产品进行特性分析，明确关键、重要特性（主要包括设计、工艺、过程控制关键特性），将关键、重要特性控制要求落实到产品保证、强制检验、数据包中，确保后续生产的稳定性。

“再验证”就是要确保产品设计验证（主要是试验验证）的全面性和充分性，补充完善相关验证项目，明确产品设计裕度。

二、必要性分析

“三再”工作是航天器技术发展、持续提升产品成熟度，以及全面提升空间研究院研制水平与能力的必然要求。

1.航天器技术发展的要求

空间研究院的航天器技术经过40多年的发展，已由原来的注重功能、性能实现的演示验证研制阶段发展到目前的在轨业务应用阶段，而且正朝着批量化、产业化方向发展。这就要求卫星由原来的注重功能、性能转变为注重在轨稳定、可靠运行。而实现这一转变的关键是对产品实施第二个“V”字模型的“三再”工作，进一步提升产品成熟度。

2.解决长寿命、高可靠应用与航天器在轨故障矛盾的要求

空间研究院通过对航天器型号在轨故障统计分析发现，大多数故障的发生是由于产品设计、生产中的可靠性设计、分析不充分，对型号寿命期内环境、机、电、热等一体化可靠性设计的认识和研究不够；对单机以外的系统接口可靠性分析不到位；一些设计寿命后期发生的故障表明，产品设计中对关键特性在设计上采取的可靠性措施还不到位。航天器的大量应用需求及产品化的可持续发展，使得研究院正面临着进一步完善产品设计、提高产品成熟度的要求。“三再”工作正是为满足这一要求，通过对关键单机产品实施第二个“V”字模型过程，进一步提高产品固有质量与可靠性，从根本上解决航天器产品长寿命、高可靠应用与在轨故障的矛盾。

3.全面提升航天器研制水平与能力的要求

通过“三再”工作，确保航天器产品在整个开发过程中功能、性能与可靠性并重，实现航天器关键单机产品研制从经验型向规范化转变。“三再”工作的过程，也是进一步梳理和规范航天器产品研制流程、方法、工具、手段及有关要求，培养设计师队伍的过程。通过“三再”工作，全面提升空间研究院航天器产品研制水平与能力。

三、工作目标、要求、内容及流程

1.“三再”工作的目标

“三再”工作以关键单机“产品交付总装与测试后不出问题、在轨不影响卫星稳定运行、培养队伍”为目标。通过“三再”工作，完善产品数据包，固化产品设计、工艺、生产、测试、试验等有关文件，打造一批更加成熟，具有高可靠、安全、稳定的产品；培养一批优秀的产品开发队伍。

2.“三再”工作的要求

关键单机“三再”工作的基本要求是“一个充分、六个到位、三个保证”。

“一个充分”——关键单机薄弱环节梳理分析充分。

“六个到位”——产品技术状态分析到位；产品设计及验证到位；工艺鉴定全面性到位；测试试验充分性到位；生产过程控制措施到位；数据记录完备性到位。

“三个保证”——产品“三再”工作组织体系有保证；产品“三再”工作设备、子样、经费有保证；“三再”工作考核激励机制有保证。

3.“三再”工作的内容

根据关键单机“三再”工作的策划，“三再”工作主要内容包括管理和技术两个方面：

（1）管理方面

明确“三再”工作为各单位“一把手”工程。建立“三再”工作组织体系，明确工作组织机构，明确职责，落实各类关键单机“三再”工作各级责任人，行政正职亲自负责1～2类产品的具体工作，积极推进关键单机“三再”工作。

组织30类关键单机“三再”工作动员会、布置会，定期组织技术交流会，促进“三再”工作思想统一、方法共享、成果共识，推进工作的有效开展。

依据空间研究院《再设计、再分析、再验证工作要求》、《30类关键单机“三再”工作指导意见》及检查通知要求，对“三再”工作进行现场检查，检查中发现的问题须及时反馈，各单位针对存在问题的相关工作进行完善。

（2）技术方面

“三再”工作从技术方面包括两个方面：一是从产品质量问题历史入手，逆向梳理分析产品薄弱环节；二是从产品使用要求入手，正向开展产品设计，把握产品所有关键特性和环节。针对上述两个方面梳理的产品薄弱环节和关键环节开展设计及验证，提升产品的固有质量与可靠性，快速提升产品的成熟度。

逆向梳理产品薄弱环节工作包括：

◆对30类关键单机在6个平台上应用的所有技术状态产品进行清理，形成产品清单。各单位确保开展“三再”工作覆盖清单上的所有产品。

◆对产品研制过程、在轨运行出现的质量问题，包括质量归零、不符合项、超差项等，从问题的机理入手，按照“双五条归零”的要求，对复查中发现的归零不彻底、尚需进一步开展工作的质量问题列出清单。

◆根据中国航天科技集团公司关于加强航天产品数据包管理的有关要求，并结合产品设计、工艺和过程控制关键特性对产品数据包进行梳理，明确关键单机“航天产品数据包要求”。依据要求对产品数据包内容的完整性进行确认，确保发射型号单机产品不再开盖检查，对于需要补充和完善的数据内容列出清单，及时补充。

◆对照航天科技集团《航天产品禁（限）用工艺目录》及空间研究院发布的《航天器产品禁（限）用工艺清单》，明确是否存在禁/限用工艺；按照工艺标准对产品工艺规程进行复查，对于不符合标准的工艺规程列出清单。

◆对比产品设计、分析、验证与国内外标准及空间研究院“1+6+2”（故障模式和影响分析、6项可靠性专项设计、元器件可靠性使用与试验验证）要求的一致性，找出差距并列出问题清单，形成产品设计和实现过程与国内外标准一致性的复查报告。

◆对产品测试大纲和验收大纲内容的完整性、正确性进行确认，对于缺失的测试项目及验收项目列出清单。

产品正向设计工作主要包括：

◆依据产品既定的任务要求（使命），分析产品全寿命周期技术指标体系，包括从产品整机功能、性能、可靠性、使用条件、对外接口关系、可测试性、设计工艺性等方面梳理技术指标。

◆依据产品整机技术指标开展产品功能、结构分析，给出产品的完整功能—结构图，进一步形成单机组成模块、部件、元器件、零件、材料等的量化指标，形成产品完整的技术指标体系；对照国内外产品有关标准及相关规范，进一步梳理产品技术指标，力求产品技术指标体系全面、清晰、量化。

◆从产品技术指标（要求）体系入手，以故障模式和影响分析（FMEA）、优先次序矩阵法等工具开展产品特性分析，梳理产品设计、工艺、过程控制关键特性。

◆在产品技术状态清理、质量问题归零彻底性复查、工艺符合性复查、与国内外标准一致性复查、“1+6+2”复查、测试与验收大纲内容完整性与正确性复查、产品正向设计的基础上，分析、梳理出影响产品质量与可靠性且须改进的薄弱环节和关键特性并形成清单，编制产品薄弱环节、关键特性的分析报告。

◆针对梳理出的产品薄弱环节、关键特性开展“再设计”，通过设计完善，寻求产品的规格极限、使用极限、设计极限、生存极限，并针对设计制定测试计划，开展设计指标的测试、试验验证。

◆根据已确定的航天产品数据包要求和产品“三再”工作过程形成的成果，完善产品数据包。

◆总结产品设计、分析与验证，形成产品研制（可靠性）规范，确保产品正向研制流程把握所有关键特性。

4.“三再”工作的流程

“三再”工作的基本流程详见图1。

技术指标（要求）分析要求，依据产品既定的任务要求（使命）分析产品全寿命周期技术指标，并对照国内外产品有关标准及相关规范，进一步梳理产品技术指标，力求产品技术指标全面、清晰、量化。

“再设计”及一致性分析要求，根据产品技术指标（要求）体系开展产品的正向设计，并对设计指标进行测试、试验验证；对照产品设计（工艺）文档、图纸等相关设计资料，逐项对产品设计指标与要求的一致性进行“再分析”。

关键特性分析要求，结合产品功能—结构—特性图分析产品设计关键特性，针对每项技术指标要求形成清单。在设计关键特性分析的基础上分析工艺关键特性，逐一梳理产品工艺，复核工艺关键特性在工艺文件中的细化、量化过程，形成工艺、过程控制关键特性清单。

图1 关键单机“三再”工作流程

设计验证分析要求，通过检查或提供客观证据(理论的，实验性的)证明产品设计已满足规定的产品技术要求。必须通过设计验证确认设计的合理性、正确性，暴露并纠正设计缺陷。

完善数据包、固化产品设计要求，对于已通过验证证明为合理、正确的设计，需将产品设计关键特性纳入产品数据包，完善产品的相关设计文件，形成产品设计规范，固化产品设计。

四、工作进展及初步成效

由于30类关键单机的“三再”工作是一项探索性、开创性的工作，各项工作的程序与方法是一个不断摸索与完善的过程，目前这一工作已取得初步成效。到目前为止，各类单机产品已经完成了技术状态清理、质量问题归零彻底性确认、数据包复查、工艺符合性复查、设计和实现过程与国内外标准一致性复查以及“1+6+2”设计复查，个别单机完成了关键特性分析。已经取得的初步成效包括：

一是30类关键单机共梳理出上百种基线、数百种状态、数千台（套）实物产品，进一步完善了各状态产品技术指标体系，并进一步明确了产品的使用环境、接口关系。

二是在质量问题归零彻底性确认、工艺符合性复查、与国内外产品标准一致性、产品“1+6+2”设计复查的基础上，查找产品薄弱环节数百项，针对薄弱环节补充开展鉴定试验、可靠性试验几十项，完成上百项薄弱环节的改进。

三是针对30类关键单机涉及的上百项禁（限）用工艺，完成了近200台新交付产品的工艺改进。

四是通过产品特性分析，梳理产品设计关键特性近百项，工艺关键特性几十项，过程关键特性近百项，并制定了控制措施。

五是通过分析，2010年6～12月，30类关键单机出现的质量问题占同期型号质量问题总数的19.5%，与2009年质量问题占32.8%相比大幅下降。“三再”工作使得产品质量与可靠性得到明显改善。

五、开展“三再”工作须把握的几个关键点

1.深刻理解 “三再”工作的本质

参与“三再”工作的各级人员必须深刻理解关键单机“三再”工作的本质含义，“三再”工作绝不是对关键单机产品零散的修善、“头疼医头”、“脚疼医脚”，而是需要设计师系统按照“三再”工作理论、要求、方法和手段认真进行大量坚实的工作。这些工作包括设计及设计验证，特别是对于以往验证不彻底或不完全的试验验证。不能流于简单地完善设计报告，这会使“三再”工作失去其应有的成效。

2.加强产品正向设计技术与方法的研究、应用

航天器的开发吃透技术是关键，其中设计又是决定产品固有可靠性的关键。为此，“三再”工作必须大力加强产品正向设计技术与方法的研究与应用；必须在认真总结研究院航天器产品设计开发工程实践的基础上，深入调研当今国际航天器产品设计与方法，形成规范化的航天器产品设计开发指南，包括设计、工艺、测试试验、生产等方面，并将研究成果运用于“三再”工作实践。

3.人才队伍的建设

做好关键单机“三再”工作的关键是人才队伍的建设，包括“三再”专家队伍及设计师队伍。通过专家队伍的建立，为“三再”工作提供技术指导、培训及设计把关；通过设计师队伍的建立，将“三再”工作落在实处。

4.加强设计、分析与验证的信息基础建设

通过对关键单机产品的“三再”，对常用的且采取过相应可靠性措施的元器件、原材料和单机的可靠性信息要进行系统地收集、整理，形成与型号现实相符的可靠性数据库。

“三再”工作是高风险、高质量、高要求、极小子样航天器产品成熟度提高的有效途径，对关键单机产品进行“三再”并通过其形成航天器产品开发规范、固化产品设计、生产出一批好产品、带出一支好队伍是必要的。通过广大有关人员的努力，实现真正意义上的关键单机产品“三再”工作的目标，大幅提升关键单机产品的成熟度也是可能的。