大型非标集成设施项目中的质量管理与质量控制策略优化探析

摘要：风洞实验室、环境实验室、高空模拟试验台等试验设施项目在建设过程中，因其大型、非标准化、功能集成等特点，需要采取符合项目建设特点的质量管控策略。本文从高空模拟试验台的建造出发，分析大型非标集成试验设施项目建设特点及其质量管理需求以及质量控制面临的挑战，并综合项目建设质量管理理论，探讨大型非标集成试验设施项目建设的质量控制策略，强调质量控制并对项目建设方案评估，从微观上和宏观上提升质量风险防控能力。

关键词：非标集成；设施；项目；质量管理；质量控制

DOI：10.12433/zgkjtz.20240909

大型非标集成试验设施在高精技术产品研发、技术创新、科学研究以及人才培养等方面发挥重要作用。大型非标实验设施因其特殊的试验功能需求、独特的试验设施、集成的试验平台设计，以及超大的试验设施规模、高质量的试验条件建设要求等，对试验设施项目设计与建设质量要求极高。大型非标集成类试验设施项目设计与建设基于建设要求，采取科学的质量管理办法，基于质量计划、过程控制、质量持续优化的良性循环，确保项目建设质量。

一、大型非标集成实验设施项目建设概述

以高空舱及高空模拟试验台建设项目为例，高空舱是发动机高空模拟试验台的主体核心设备，需要模拟出飞行条件下发动机进口空气的压力、温度、流量等环境条件，以及发动机喷口排气环境压力条件等，其建设内容包括设备和管线安装基础工程、设备厂房、进气前室、实验舱、灭火系统、冷却通风系统、温度与压力调节系统、发动机滑油压力补给系统、舱内泄漏系统、通信联络、舱内照明及监视系统、排气冷却器、常规测量系统以及动态参数系统等诸多组成部分。

高空舱主要用于发动机设计定型考核试验、高度－速度性能试验、飞行器使用范围边界工作性能试验、风车状态工作性能试验、循环试验和工作寿命考核试验、过渡状态发动机性能确定试验、规定高空条件下启动和遭遇启动试验、规定气候条件下的启动性能试验、发动机进口流场畸变试验、环境和吞吐类部分试验、科学研究原型试验、加力燃烧室高空模拟调试试验、核心机全工况试验等功能，其实验功能具有极大的试验兼容性要求。

高空舱主体结构制造完成后，在舱内安装加温配件、仪表设备、系统电控等辅助测试设施设备。高空舱高模试验台由封头、舱体、合页组建、舱门组建和试验平台组成，制造关键工序如图1所示。试验平台安装设备结构复杂、体量大、安装精度要求高，对舱体的密封性要求高，存在大量的焊接工装以及试验平台表面处理等工作。这要求安装人员进行科学合理的施工与装配规划，注重施工过程中的施工质量及试验平台各组成部分之间安装时序协调性以及安装及调试质量检验检测的便捷与可靠性等。

二、大型非标集成实验设施项目建设特点及质量管理特点

大型非标类试验设施项目，如风洞实验室、国家级的高空舱、航空发动机试验平台等环境实验室设施的建设，基于对大型、高精密、高复杂性、高技术要求设备的研发和生产试验需求，在试验设施设计与建设方面有较高的技术和质量要求。大型非标集成实验设施建设包括实验空间的建设，配套设施的安装以及设备、仪器的安装等内容，其项目建设具有以下特点。

（一）高技术性

由于大型非标集成试验设施项目具有高技术、高精密性、高复杂性产品或设备的研发与生产任务，与标准实验室相比，对实验室条件的要求有着更高难度、更高技术性和更高精密性等特殊要求。实验室建设涉及更多航空、航天、精密电子、特殊和极端环境条件塑造等诸多方面。以航空发动机平台建设为例，其融合航空发动机领域以及当代数学、物理、电气、机械、计算机科学等学科领域知识和文化。在空间设计、材料选择、设备布局规划、机电安装与调试等方面有较高的技术性和质量要求，需要专业的技术人才和丰富的建设经验支持项目建设。

（二）高成本

大型非标集成试验设施建设资源投入大、项目建设周期长、建设任务繁重、艰巨的系统工程，建设规模大且是非标准化建设，具有特殊的材料、工艺、技术要求，对建设人员技术能力的高要求以及对试验空间环境的极端要求等，势必带来更高的建设成本。同时，设备采购以及对实验室空间的特殊化改造以及长期的日常运行与维护保养等也需要足够的资金支持。相关统计显示，航空发动机研发投入总经费中有一半的资金投入用于研发试验。大型非标集成实验设施建设必须按需建造，合理设计与规划，在建造过程中确保设计与施工质量，达到建设技术要求，避免因质量问题等带来较大的经济损失。

（三）高试验条件要求

实验室作为产品及其零部件研发与测试的重要空间场所，实验室的质量标准与试验对象的技术性有较大的正向关联性。大型非标集成实验室因试验对象、试验环境、试验功能等的高要求，必须确保实验室建设符合试验工作开展所必需的试验条件。以航空发动机试验平台为例，因航空发动机系统的技术复杂性、高性能要求及其应用在飞机产品上对发动机安全性、可靠性、稳定性等，研发项目需要投入大量的试验，对试验条件塑造、试验数据可靠性、精准性、试验数据量、试验误差等有较高要求。为确保试验设施能够达到试验运行条件和标准要求，必须确保试验平台建设的质量符合要求。

（四）定制性

因试验设施的体量、对空间环境条件的要求，设施设备的采购必须采用定制方式设计与规划。定制型的工程结构很可能面临技术、质量、安全等方面未经验证或无法验证的情况，基于理论研究、计算机辅助设计、比例模型分析以及结合实际施工建设验证等多元化的设计与建设过程，留有足够的调试和调整的时间、资源、成本等，以确保项目建设能够达成技术质量要求。

（五）集成性

为更为精确地模拟真实环境条件，建构更为多元化的试验条件要素，大型非标集成试验设施项目所构筑的试验条件往往是多维度且具有动态增量的，对试验空间、试验设备等需要进行集成的设计规划。在试验设施项目设计与建设过程中，综合考虑试验需求、实验室条件建设技术要求、建设成本、不同试验条件以及试验条件变化之间的相互关系、切换条件等，需要系统地围绕试验需求与目标进行科学的设计和系统的建设规划。在项目建设过程中，基于建设实际以及试验条件变化要求，加强项目施工质量控制。

三、大型非标集成设施项目建设质量管理特性与逻辑

（一）项目质量特性

大型非标集成试验设施建设项目作为一种特殊的产品形态，要求项目质量具有一定的实用性、耐久性、安全性、可靠性、经济性以及与环境的协调性。其质量特性要求试验设施在理化性能、结构性能、使用性能以及外观性能等方面满足日后的各种试验需求；在使用寿命方面，要求项目竣工后具有合理的使用生命周期；在安全性和可靠性方面，保证工程结构具有一定的结构安全度以及抗震、耐火、防火、抗辐射、抗爆炸波等能力，确保在一定条件下人身安全；在经济性方面，要求试验设施在建设与使用的全生命周期中，具有相对科学和合理的设计、施工与使用成本；同时，确保试验设施建设与使用过程中，与周围生态环境、社会经济环境具有较好的协调性，有益于可持续发展。

（二）项目质量管理逻辑

项目质量的形成于可行性调研分析与决策、设计研发、生产制造、施工建设、阶段验收以及竣工收尾等各个阶段，受到人、机、料等诸多因素影响。因影响项目质量的因素较多，影响因素存在偶然性和必然性，且质量具有制约性、变异性和评价方法特殊性等特点，现代项目质量管理基于项目建设特点，运用适合的项目质量管理理论，在基于全过程、全要素、系统的质量管理的同时，具有质量风险意识，基于项目建设运行全过程，着重全面科学的质量规划与质量风险防范，通过预防性的质量控制策略确保项目质量。

大型非标集成试验设施项目建设质量管理同样遵循以质量需求为关注点，注重领导作用、关系管理、全员参与以及持续改进和循证决策的质量管理原则，基于大型非标集成试验设施项目特点，充分建构基于系统原理、PDCA原理、全面质量管理原理、质量控制原理、质量保证原理、合格控制原理以及监督原理等的质量管理体系。基于项目建设过程，通过规划质量管理、质量保证体系建设以及质量控制达成质量管理目标。

四、大型非标集成实验设施项目建设质量管理主要挑战

（一）质量管理目标的科学性有待提高

由于大型非标集成试验设施的非标准化、功能集成等特点，项目质量管理具有极强的独特性，缺乏标准化的质量管理模型和经验。每个试验设施项目的建设都需要基于项目试验需求、相关试验条件建构特点、所需的技术条件等，详细而充分地分析人机料法环测等质量影响因素以及可能带来的质量后果，建构科学全面的质量管理目标。但因缺乏技术经验参考、缺乏标准化的质量标准依据，很难建构全面而科学的质量管理规划。建设单位需要更为科学的质量规划方法抓住关键质量管理要点，建构高效的质量控制策略。

（二）质量控制系统性不强

由于大型非标集成试验设施建设技术复杂、建设安装工序多，对材料、工艺往往有特殊的要求，质量标准的判断往往需要在工序前后衔接间进行校验、检测等，以确保安装空间、位置等准确无误，而且需要部分定制化、大型的、需要拆解为多个零部件进行生产加工和组装。在试验设施生产加工与安装施工中，如果对项目安装与建设没有充分且系统的结构认知，很容易发生工序、精度、匹配等细节上的施工安装问题。因此，建设人员必须充分了解部件生产加工与整个试验平台的关系、安装工序间的项目参考作用等，通过工序间的科学衔接以及协同作业提升安装质量。

（三） 缺乏基于风险防控意识的质量控制

从宏观角度分析，质量管理通过科学的事前规划、有效的事中控制以及严格的事后检查而实现项目建设质量目标。事前详尽的质量规划是基于项目所面临的要素层级、关系层级等的各种质量风险问题、可能发生的影响程度进而采取有效的防范措施，以确保建设质量，通过预防性策略确保质量要求。但在实际的建设过程中，由于大型非标集成设施项目的技术性要求较高，风险问题难以预测，以及工程技术人员的技术能力有限、防控思想意识不足等原因，一般基于质量问题导向的质量管控，缺乏基于风险防控意识的质量控制。

（四） 设计与建造协调性不足

大型非标集成实验设施项目，需要具有足够多元知识结构的专业人才对试验设施进行非标准、根据试验需求的设计创新以及定制化的加工与安装，设计合理性和科学性支持生产加工与安装建设。施工人员必须具有主动的科研精神和足够的知识与经验迁移能力预估可能的质量结果，并采取有效的质量风险防范策略。

五、大型非标集成实验设施项目建设质量控制策略

基于大型非标集成试验设施的项目建设设计特点以及面临的质量管控问题，需要采取有效的质量控制策略。

（一）科学评估项目建设方案

试验设施设计的可行性是项目建造的前提。由于非标集成试验设施设计上的非标准化和多功能集成特点，设计方案的可行性直接关系后期项目设备设施加工制造和安装质量。为提升设计方案的可行性、可靠性，需要组织项目设计、建设、质量管理等方面的专家对可行性进行详细分析和科学评估，充分运用比例模型、计算机辅助分析工具以及专家经验等对技术要点、重点进行详细分析与判断。进而基于项目特点制定详细而明确的质量目标与标准，规划质量保证措施，组建质量管理组织，安排质量审计工作。

（二）微观上注重基于构件关系的匹配安装

基于建造、生产与安装能力，大型非标集成试验设施的建造需要被拆解成各个子系统、结构件等进行生产制造，并通过组装完成整个试验设施的建造过程。为提升装配精度，需要从系统的角度，充分考虑结构件之间的关系，借用彼此间的空间定位达成精度匹配；充分考虑结构件在装配整体上的加工精度要求，注重各类非标准零部件的加工工艺和加工精细度管理；对于无法准确定位的开孔等问题，使用辅助样板进行定位。通过基于构件关系的匹配安装提升装配质量，确保整体安装质量。

（三）宏观上注重质量风险防控能力的提升

大型非标集成试验设施因技术的创新性，在设计与建造上存在更多的未知风险。为降低发生质量问题的风险，需要采取多元化的风险防控措施。

首先，加强设计团队与建设团队之间的沟通，从设计、建造、质量控制等不同角度创新加工工艺，选择能够保证质量的工艺技术方案；其次，通过管理的渠道，明确的质量责任、积极的推动激励、文化建设等，提升设计与建设人员注重工艺、工序质量，主动发现和解决质量问题的意识，调动全员智慧防范质量风险；最后，充分运用现代数字化设计、制造与管理等工具提升质量风险防控能力，比如充分运用计算机仿真模拟与运算功能评估试验设施的装配能力、技术性能，运用3D打印技术完成难于运用传统加工工艺，或是特殊材质要求的结构零部件等。

六、总结

综上所述，大型非标集成试验设施项目因其大型、定制、集成以及高技术性、高成本、高实验条件要求等特点，其质量管理与质量控制更加强调非标准化和功能集成等特性给质量控制带来的高要求挑战。在质量管理过程中，基于全面质量管理规划，全过程质量控制以及基于质量控制与优化循环的基础上，更加注重技术方案建造可行性评估，基于复杂装配需要以及质量风险防控的质量控制策略。

参考文献：

[1]王惠儒. 二号高空舱项目管理体系研究[D].电子科技大学，2013.

[2]侯敏杰，刘志友，蒋明夫. 构筑先进发动机试验平台，推进航空动力技术发展A. 航空工业测控技术发展中心、中国航空学会测试技术专业委员会、《测控技术》杂志社.面向航空试验测试技术——2013年航空试验测试技术峰会暨学术交流会论文集[C].航空工业测控技术发展中心、中国航空学会测试技术专业委员会《测控技术》杂志社：中国航空学会，2013：7.

作者简介：刘家源（1986），男，辽宁省大石桥市人，本科，工程师，研究方向为工程管理。