新领域航天器“三齿轮式”质量管理实践

涂积奇，李 丹，张 蕊，宋凯歌，刘 涛

（1.中国运载火箭技术研究院，北京，100076；2.空间物理重点实验室，北京，100076）

0 引 言

某航天器工程作为复杂巨系统，涉及专业、配套协作单位和科研生产人员多，高新技术密集，技术难度大，技术风险高，飞行试验任务更是总体方案和产品质量的综合考验，是影响范围最大、考核内容最多、实施风险最高的系统级验证。该工程有别于传统航天工程项目质量管理的诸多特点和规律，既无法直接引用传统武器型号质量管理模式也不能采用预先研究项目的质量管理模式，在国际范围内，该航天器在技术实现上尚无成功先例，质量管理也无先例可参照，如NASA 项目是基于经典系统工程“V”框架，在生命周期内遵循从需求到研发生产、组件/子系统验证、系统确认、认证和操作的技术整合过程实施全过程质量管理。工程为确保各项任务的圆满完成、最大程度化解研制中的质量风险，构建了“三齿轮式”质量管控模式，通过稳抓需求及理论基础、紧扣风险与状态核心、锚定产品与试验验证，最终达到了“准时发射、稳定飞行、可靠制动、安全平稳、落入区域、获取数据”的工程质量目标。

1 新领域航天器质量管理的特点与难点

作为中国首次研发的航天器，缺乏可供借鉴的成功样例，技术匮乏、基础薄弱。面对外形设计的困惑、空间环境条件的未知、新型材料的研制、先进工艺的攻关和试验验证能力的突破等困局，设计方案、工艺可行性，试验设计的合理性等方面面临严峻挑战。

工程技术难度大，系统庞大复杂，必须通过中国国内大协作，联合国内各领域、各层级、各专业的优势技术单位集智攻关，加大对各层级供应商质量风险的管控。尤其是一些尖端的技术研究，还需要与高校和科研院所协作，完成技术研究到工程实现的快速转化，加强对高校和科研院所的工程质量管控。

工程是在未知的情况下开展的科学探索、技术攻关和工程研究，鉴于工程创新跨度大，组织管理难度高，为降低研制风险，在工程初期提出了“分段实施、分步决策”的工作思路，创新性地采用了“边探索、边研究、边验证、边研制”的研究模式，系统谋划、循序渐进，根据前一阶段的技术攻关情况来确定后续的技术途径。在研制阶段采取了三步走的战略，即按照“打牢基础、攻关集成、飞行验证”3 个阶段组织实施。基于工程的研制模式和指导思想，在质量管理中呈现了技术状态多线并举，相互交叠，技术风险逐步迭代、逐次化解的局面，因此整个工程的多条技术状态线及风险的统筹管控，乃至每条技术状态线之间、每项风险之间的相互关系是工程质量管控的重中之重，是工程每个阶段质量目标顺利推进和整体质量目标全面实现的重要保障。

2 “三齿轮式”质量管理的内涵与实践

基于工程质量管控的特点和重点，紧密结合工程的实施理念，构建了“三齿轮式”的质量管控模式，如图1 所示。

图1 “三齿轮式”质量管理模型Fig.1 Trigear Quality Management Model

围绕工程第1 阶段的目标和任务，主要开展相关领域的基础理论研究，建设一套研制和保障体系，质量管理主要从需求管理层面开展顶层谋划，并按质量准则逐级落实。以往型号皆按照传统的武器系统研制程序在不同阶段采取相应质量管理方法和工具，而工程因多任务、多考核、多目标等研制特点无法序贯式实施质量管理，要根据项目开展过程中的需要，不断整合、迭代，制定针对性的办法和措施。基础轮的质量工作不仅包括工程总体方案的质量把关，并打牢核心轮和验证轮的质量基础，随着第2、第3 阶段工程的推进和认识的不断深入，持续修正质量目标，完善质量策划，丰富质量要求，不断改进基础轮的质量保障，与核心轮和验证轮形成整个工程的、具有自适应调整能力的、快速闭环改进的质量管理模式，为工程连续取得飞行试验任务的圆满成功提供有力保证。

2.1 “基础轮”

“三齿轮”模型最底层齿轮为“基础轮”，是工程质量管理的基石，也是底层逻辑。“基础轮”结合源头抓起的质量管理原则，从需求管理出发，牢牢把握需求与要求、需求与实现间关系，聚焦基础理论研究、系统方案设想、运用使用方向，制定需求识别、需求分析与需求控制的结构化需求管理措施，确保需求正确。

工程在需求明确后开展全周期、全要素质量策划，提出了工程质量行为规范圈的管理思路，以质量为中心，型号活动为边界，形成行为规范圈，如图2 所示。针对研制设计、生产、试验过程中的各种行为明确相应质量要求，使各项行为有据可依，从而对研制各个环节进行质量控制，其目的就是要保证产品研制全寿命周期内的质量，使最终产品满足顾客的要求。随着型号活动边界的外扩，不断补充相应的质量管理要求，确保项目各项工作的质量受控。同时融入系统管理的理念，依循“树干级→枝叉级→叶片级”的思路，逐级逐层构建管理脉络，规范各类作业行为，使项目运作更加有序。其中树干级的管理规范覆盖范围要尽可能宽泛、全面，叶片级管理规范要尽可能具体、细化。

图2 工程质量行为规范圈Fig.2 Circle of Quality Behavioral Norm

在顶层策划的前提下，从设计源头入手，以精细量化控制为切入点，细化了研制工作中设计输入输出控制、可靠性安全性、技术风险分析、技术状态控制、电磁兼容性、环境适应性、测试覆盖性、强制检验点控制、质量问题归零与举一反三、软件质量控制、试验质量控制、工艺管理、生产过程质量控制、外协与外购控制、设计评审、复核复算、质量检查确认与产品验收、产品数据包和多媒体、老炼和通电时间、紧急和例外放行、产品交付、复查确认及靶场“双想”工作等质量工作准则。在需求、策划与准则环节顺利实施后，方案把关工作是基础轮的第4 道环节也是核心轮的第1 道环节，方案把关工作承下启上，是实现第1 阶段质量目标的关键路径。

2.2 核心轮

“核心轮”是工程质量管理的核心，方案的正确性、技术状态、风险及产品质量更是工程成败的核心。工程以“循道求质”为理念，驾驭全局、把握关键，正确处理工程质量管理主要与次要的辩证关系，提出三大质量管理机制：风险动态管理机制、产品质量保证机制及技术状态分级管控机制。

a）风险动态管理机制。

工程将解决“飞得起、控得住、烧不坏、隔住热、测得到”五大核心技术问题作为关键风险环节（如图3所示），围绕风险管理核心要素，建立以流程为牵引、方法为核心、组织为保障的动态管理机制。

表1 工程关键风险环节Tab.1 The Key Risk Ink of Project

b）技术状态分级管控机制。

在采取风险动态管控机制使风险得到化解或降级后，工程会适时选择技术状态项，基于“分段试验、分步研究”的工作思路，工程产品存在“攻（关）、研（制）、验（证）”一体及多状态并举特点，直接表现为产品投产和实际交付存在跨研制阶段、多状态图纸共存于生产一线状况，给产品的状态控制和可追溯性管理带来极大风险。工程在遵照GJB3206 要求的基础上，建立四级技术状态控制委员会管控机制，分别负责审定工程的研制总方案及飞行产品I 类更改，审议工程任务飞行产品I 类更改，审定工程技术状态项、技术状态基线及产品II 类更改，主要审定本单位设计方案、产品更改、偏离和超差让步等，有效保证了整个工程的技术状态的正确性。

工程运用传统系统工程原理和控制理论，将风险管理过程各环节活动融入工程研制各阶段的技术活动中，形成系统、科学、规范的风险管理流程，实现控制原理、技术风险管理和工程项目研制过程的有机结合，使产品研制过程局部和整体皆得到有效控制。同时重点强调和发挥工程队伍人员在风险控制过程中的作用，一方面依靠工程研制队伍自身，建立并充分发挥跨建制的行政、技术两条指挥线的作用，建立工程任务发射场风险管控工作组，以有效的组织沟通避免管理风险，以现场表格化管理杜绝操作风险，以“双想”形式挖掘技术和产品风险；另一方面充分利用行业专业内经验丰富的专家资源突破能力壁垒，如开展第三方独立评估、复核复算等工作。

c）产品质量保证机制。

在风险可控、技术状态清楚的前提下，工程依据产品研制特点，通过建立工作制度、明确工作职责、健全工作队伍、制定标准规范、完善保障条件，将产品保证各要素在产品实现全过程予以精准落实，在研制初期推进研究院专业技术支撑能力建设工作，充分发挥通用质量特性、软件、元器件等各专业技术支撑机构的支撑作用。系统开展产品质量与可靠性量化控制工作，围绕目标、过程、要素、接口，从要求、记录、验证、评价、反馈与改进等方面实施量化的控制机制，通过实施需求量化、流程量化、工作要求量化、过程记录及数据管理量化，最终落实到表格化确认，形成反馈和数据包。在产品验收、转阶段、出厂前检查确认等关键控制节点, 按照单机——分系统——全系统的产品结构层次对各关键控制要素的量化记录结果进行集成和确认，形成反馈和数据包，使出厂把关检查数据化，实现研制全流程全要素的量化评价，提升了工程过程精细化管控能力。开展全级次供应商的风险分析，针对航天系统外高校和企业新增供方，通过实施产品质量保证能力评价工作，提高承研承制单位产品研制质量，增强持续保证成功的能力。

2.3 验证轮

“验证轮”是三齿轮的最后一轮，也是为解决工程第3 步目标“技术集成、系统验证、协调匹配”的统筹轮。工程贯彻“一切通过总体、一切通过地面试验”的验证理念，将产品设计与试验验证有机结合，使试验贯穿于产品设计的全过程，为设计提供必要的支撑和验证。

为确保“验证轮”有效运转，工程以可靠的产品质量为驱动力，通过充分的地面试验来考核产品在各项工作条件下的功能性能，再通过产品各项测试项目及实施要素以覆盖产品设计任务书和相关技术文件规定的状态，最终确保飞行任务的可靠性。

工程尤其关注地面试验策划工作，遵循“3+10”要求即3 条总体思路与10 条工作要求。

a）3 条总体思路：突出系统总体牵引作用度及试验过程上下游左右邻关系清晰度；突出责任落实到人的必要性；突出试验策划闭环回馈的重要性。

b）10 条工作要求：简明扼要、切中主题的确定试验项目名称；全面、具体地明确试验目的；列出试验开始前所需的必要条件；把握试验的技术状态；剖析试验施加条件与飞行试验条件的差异对试验结果的影响；确保试验对飞行状态边界条件模拟的真实性和有效性；判定试验性质、统筹试验资源；排定试验周期；集智研究试验方案，避免试验反复及关注试验质量控制措施的有效性。

工程采取严格的“器件—单机—系统—总体”金字塔形的考核流程，元器件要通过筛选试验合格后才能装机，单机要完成验收及例试后才能交付分系统，分系统要完成综合试验后才允许交付全弹总装测试，全系统通过总装测试、靶场测试结果合格后方可允许参加飞行试验，整个过程充分检验了产品的设计可靠性，确保设计方案的正确性。

3 “三齿轮式”质量管理实践效果

3.1 保证过程管理有成效

工程第3 阶段，按两步走的任务特点，策划并完成以考核新研舱段总体方案及验证环境适应性为目标的一阶段独立评估和解决飞行安全性和试验充分性问题的二阶段独立评估工作。总结梳理出166 项问题和建议，均予以答复与闭环落实。以动力系统评估组为例，以6 次不同量级来流交汇流试验验证动力系统在稀薄来流条件下发动机工作可靠性问题，推力室启动、关机正常，曲线平稳且重合度好，推力室结构均无异常，结果表明，模拟飞行环境来流对发动机结构和工作性能无影响。在最终的飞行试验任务中，动力系统工程正常，体现了独立评估工作的精准性和有效性。

3.2 实现结果达成有保障

通过“三齿轮式”质量管理的有效运转，工程10余次飞行试验连续取得圆满成功，3 个阶段质量问题数占比从72.8%、15.8%降至11.4%，问题数量呈收敛趋势。3 个阶段总装测试环节发生的问题数占比从61.1%、27.8%降至11.1%，且在第3 阶段实现了工程任务发射场零问题、飞行零故障。

3.3 促进规范执行有依据

通过10 余年的积累，工程获取了一套方案设计、仿真分析、试验验证等关键参数，形成了一套本领域产品的设计准则、技术条件、试验规范和管理要求共288 份，为工程后续实战化应用、体系化构建、系列化发展奠定了坚实基础，为后续具备集预研和型号于一体特点的其他项目提供了质量管理的实践参考。

4 结束语

随着中国新时代“研、建、用、管、保”一体贯通的武器装备现代化管理体系的逐步构建及航天事业的高质量、高效益、高效率发展，某重大科技工程新领域航天器质量管理实践证明，紧密耦合、敏捷高效、执行力强的“三齿轮式”质量管理能有效解决新技术多、技术难度大、技术风险高的工程管理难题，对后续新型航天器研制的质量管理具备借鉴意义。