航天型号提高设计质量探索与实践

2024-05-30翟磊刘益嘉

品牌与标准化 2024年2期

关键词：设计质量提高实践

翟磊刘益嘉

【摘要】本文分析了航天型号存在的主要设计质量问题及产生原因，提出提高设计质量可采取的措施，并介绍某型号为提高设计质量进行的探索与实践。

【关键词】航天型号；提高；设计质量；实践

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.032

Exploration and Practice of Improving Design Quality of Aerospace Models

ZHAI Lei， LIU Yijia

（ChinaAcademy of Launch Vehicle Technology， Beijing 100076， China）

Abstract： This paper analyzes the main design quality problems of aerospace models and their causes， puts forward the measures to improve the design quality， and introduces the exploration and practice of a certain model to improve the design quality.

Keywords： aerospace model； improve； design quality； practice

0引言

航天型號研制具有意义重大、技术复杂、风险高、协作面广、投入大、质量与可靠性要求高等特点。采用大海捞针的方式去排查可能存在的隐患，实际效果往往事倍功半，要治根治本地解决此问题，应该从设计和生产质量控制入手，从源头和核心来说首先要从提高设计质量开始。

下面通过分析航天型号存在的主要设计质量问题及产生原因，结合航天某型号控制设计质量的探索与实践，浅谈航天型号如何实施精细化质量管理，进一步提高设计质量。

1航天型号质量问题统计规律

通过对航天某研究院2015—2023年统计的质量问题进行分析，发现其中设计质量问题占比始终居于首位，在工艺、操作、器材等质量问题中有超过30%的问题与设计有关。通过分析认为，一方面，由于航天型号具有技术复杂、技术难度大的特点，暴露出我们在吃透技术、吃透状态、吃透规律上存在差距；另一方面，也存在设计差错、技术状态更改不到位、判读漏判、验收把关不严等管理薄弱环节。由此可见，提高设计质量还有相当大的空间，而提高设计质量是提高产品质量的重要途径。

2存在的主要问题及产生原因

2.1技术未吃透

新型号的研制，特别是存在大量新技术的型号，无以往型号研制经验借鉴，理论知识的积累和技术储备不够，对于某些关键技术可能无法进行充分的试验验证，仅靠工程分析，有可能在技术上存在个别深层次的隐患；另外，对于继承的成熟技术和产品，如果对新型号在新环境、新条件下的适用性分析和验证不充分，也往往会出现问题。

2.2技术状态更改考虑不充分

该类问题主要暴露出技术状态更改未深入落实“论证充分、各方认可、试验验证、审批完备、落实到位”五项原则，技术状态变化的影响分析上做得不够全面、彻底，技术状态更改部分的可靠性分析和测试覆盖性分析等不到位。

2.3上下游、相关方沟通协调不够

目前，型号研制流程是纵向以总体到分系统再到单机为主线，自上而下进行任务书分解。这种流程忽视了横向间的联系，缺乏设计流程各环节的回归确认。因此，很多问题往往是各方协调不积极、不主动、不深入、不细致，往往出了问题才发现，并且上下游之间对设计文件的内容存在理解不一致等问题。

2.4设计工艺性差，造成工艺保证困难或工艺稳定性不够

按照航天产品正常工作流程，往往设计部门完成设计图样后，工厂方才开始考虑工艺方案。当出现产品设计与工厂工艺能力不相匹配的情况时，要么设计人员应工厂工艺审查时的要求进行局部修改，要么工厂只能根据设计要求投入努力，以达到生产合格产品所需要的制造条件。基于多年“设计优先，工艺跟随”的工作习惯，往往造成设计工艺性差，最终给产品质量带来很大隐患。

2.5设计人员的技术水平和责任心有待提高

目前，各型号研制的设计师队伍都趋于年轻化，很多设计人员往往工作一两年就担任了重要核心岗位，设计经验不足；另外，个别人员质量意识不强，思想麻痹松懈，责任心也有待提高。

2.6型号管理效率不高，存在管理不闭合

目前，型号研制往往采用技术评审、复核复算、技术状态更改控制、问题归零、质量复查等方式来把关设计质量。采用的方法没有问题，但实施起来往往流于形式，没有达到预期效果。例如：质量复查往往当成“运动”来抓，时间紧、内容多、重点不突出，没有起到提早发现问题的作用，反而成为设计员的一种负担。

3提升设计质量措施的探索与实践

3.1顶层策划，确定设计原则

周密细致的策划是做好一切工作的前提。在某型号立项后，该型号总指挥和总设计师组织进行了对该型号全寿命全要素的系统策划，形成了型号研制准则和研制流程，并全面梳理了关键技术、技术风险、大型地面试验项目；同时，明确指出提高设计质量的最重要措施是在方案设计中要严格遵循简洁设计的原则。基本原则为：1）设计方案是否简单，没有多余的细节、零部件，没有型号本身功能不需要，纯粹是为了单项技术的先进性而所谓的“创新”或“预埋”；2）将可靠性放到第一位，而不是片面地追求性能的先进性，总体方案合理科学，分系统和单机做到了简洁可靠，杜绝设计指标的无谓提高；3）可制造性强，易于生产，在采用新材料和新工艺前，对成熟的材料和工艺可继承进行了充分的论证；4）可测试性强，可以证明自己的产品健康性，没有仅通过人员保证而无法通过测试和检查来证明产品质量的设计。

3.2抓源头，严格对技术方案把关

型号研制必须抓好技术方案的把关工作，方案设计要进行多方案充分论证对比，规范方案论证审查流程，只有技术方案正确，后续各项工作才有成功的基础，这也是型号研制方案阶段工作的重中之重。某型号为确保设计方案合理可行，在方案阶段组织完成了百余项分系统和重要單机的设计方案审查，通过多方案进行综合评价，比较择优确定最终的设计方案。

3.3严格控制设计文件质量，加强系统间协调

设计文件是开展型号研制的基础，除加强对设计文件的三级审签、专家审查外，对于设计文件提出方和接收方对文件的理解一致性问题应该特别引起关注，往往很多问题是设计文件内容有歧义，双方沟通协调不够造成的。某型号在初样阶段通过任务书解读会形式开展设计要求清理，各相关方面对面，逐条讨论任务书要求，确保任务书提出方和接收方对各项内容理解一致，避免产生歧义。该项工作发现了大量不协调问题，成效显著。另外，组织各单位在设计结束后，对设计输出满足设计输入进行检查确认，形成了完整的设计检查确认表，确保工作闭合。

3.4抓薄弱环节，加强可靠性设计

加强可靠性设计是提高设计质量的基础。型号研制从方案设计早期就要按照“充分借鉴以往型号可靠性工作成功做法，根据自身特点选择相关中华人民共和国国家军用标准和航空航天标准规定的可靠性工作项目，适当创新可靠性工作，通过全型号、全过程、全员的高质量工作保证型号的可靠性”的总体思路，大力推进可靠性工作。某型号除开展常规可靠性工作，还专门制定了全寿命周期可靠性工作实施方案，系统策划了各研制阶段的可靠性工作项目，建立了可靠性工作系统，确定了可靠性种子队员，成立了专家顾问组。另外，某型号是首个在方案阶段就全面开展了功能FMEA、可靠性预计等工作的型号，奠定了型号可靠性工作基础。

3.5严格技术状态控制

某型号研制立项后即建立了技术状态控制委员会，按节点定期进行技术状态和技术接口的清理，尤其是严格按照“论证充分、各方认可、试验验证、审批完备、落实到位”五条原则进行技术状态更改控制，注重分析状态变化的影响以及对产品质量的负面影响，验证更改措施有效性，杜绝技术状态失控，防止“小改出大错”。此外，要正确处理技术继承和发展的关系，对借用的成熟技术（产品）必须进行再认识，不能盲目照搬，要重点分析借用技术（产品）对新环境、新条件的适应性，严格状态控制，杜绝因对借用产品分析不到位而带来新的问题。

3.6强化技术风险分析

型号各研制阶段应全面开展技术风险分析工作，提高辨识风险、控制风险、驾驭风险的能力。通过全时域分析、全空域分析、差异分析、影响域分析、环境适应性分析和裕度分析来辨识风险；通过设计输入输出确认、设计过程确认、产品地面试验验证、分析与仿真等途径，综合评价该项风险的消减程度；有计划地、规范地组织同行专家开展设计复核复算，充分发挥专家对型号研制的技术把关作用。某型号再从方案阶段开始进行全面技术风险分析，开展专项复核复算、“九新”系统分析等，并结合FMEA分析结果，进一步识别风险，其中对于较高技术风险，还专门制定了风险放行准则，通过采取有效措施，消除、控制或降低技术风险。

3.7试验项目设置合理，确保试验充分有效

试验项目的设置应根据型号力学环境、热环境及电磁兼容环境等要求来确定，应充分考虑地面试验内容的充分性和试验结果的有效性，充分考虑极限工况、试验子样数量、可靠性指标的实现以及全寿命周期的可靠性要求等。某型号创新建立了试验设计矩阵表，通过开展单机/组件级验证试验项目、系统/整机级验证试验项目、系统间联合/匹配验证试验项目、全箭验证试验项目的分析，确保了试验项目设置的系统性、充分性和合理性，同时，遵循PDCA原则设立了13项活动组成的试验质量控制环，设置了试验任务书、试验大纲、试验实施方案、试验有效性分析、试验准备检查、试验结果评审、遗留问题闭环落实等主要质量控制点，并明确了各控制点的评审把关要素，提高了试验评审工作的有效性。

3.8加强设计可测试性分析及测试覆盖性分析

在产品设计中，应充分考虑产品可测试性和测试覆盖性问题，并应采取有效措施逐步减少不可测试项目。在进行产品设计时，应同步开展产品的可测试性设计，制定测试性工作计划，确定测试方案和测试性要求，并进行测试性验证。同时，应进一步开展测试覆盖性分析，原则上单元测试中不能覆盖的设计边界和接口等项目，应在分系统测试中得到覆盖，分系统测试中不能覆盖的项目，应在全箭测试中得到覆盖，全箭的地面试验及测试应覆盖飞行状态，对不能覆盖的项目应列出不能覆盖的测试项目清单，制定并落实控制措施。

3.9利用数字化手段，确保全系统接口的精细化协调

型号应充分利用三维数字样机进行全系统接口的精细化协调，消除系统间机械接口协调风险；充分利用三维数字样机进行设计工艺并行工作，进行关键产品的制造仿真，以期减少生产反复，降低生产风险。同时，开展全型号及系统、单机的数字化试验和仿真，并加大验证规模和验证覆盖面，通过数字化试验更深入地深化系统产品及其工作过程的规律认识，在此基础上指导试验，降低试验风险，提高试验验证的效率和有效性。

3.10建立“设计—工艺联合开发小组”，确保设计与工艺无缝结合

加强设计与工艺的密切联系，开展设计与工艺相互技术交底工作，使参与产品设计、工艺人员全面翔实地了解产品的设计方案、技术要求、工艺方法、产品检测和质量控制的基本内容。某型号在方案阶段初期建立了“设计—工艺联合开发小组”，全面开展型号产品设计方案工艺可行性分析工作，对所有设计方案均进行工艺可行性评审，提高产品的可制造性。

3.11严格三级审签，提高技术评审有效性

为保证设计文件的“合格”，要建立“三检”制度，即质量复查为“自检”；三级审签为“互检”；复核复算或评审为“专检”。同时，三级审签采取“串并联”结合的方式，即对于设计师系统确定的关键项目采取讨论审查的审签方式。另外，型号各级技术评审应制定严格的评审前置条件，不达标准不予评审，从内容到形式严格控制评审报告的质量，确保评审的有效性。