宇航型號技術風險分析與控制管理的實踐

◎中國空間技術研究院 張坤 李輝 楊輝 龔博安

航天器研制伴隨著很高的固有風險，原因是多方面的，包括航天器復雜度高、技術難度大、空間環(huán)境復雜、協(xié)作單位多等。在世界航天領域，航天器研制、發(fā)射和在軌工作中出現(xiàn)大小故障的情況不勝枚舉，輕則造成任務推遲，重則造成數(shù)億、數(shù)十億元的經濟損失，甚至造成人員傷亡，充分分析和識別風險并制定有效的措施對其進行控制，是提高產品固有質量和可靠性的重要手段。

中國航天科技集團公司2009年以來大力加強了宇航型號技術風險分析與控制工作，編制了《宇航型號技術風險分析與控制要求》，為強化型號科研生產管理，確保宇航型號研制工作的順利進行以及發(fā)射、飛行任務圓滿成功發(fā)揮了重要作用。2013年，航天科技集團下發(fā)了《航天型號技術風險分析與控制要求（2013版）》，進一步明確了技術風險分析與控制的內涵和適用范圍，規(guī)定了組織與人員的職責，強調型號“兩總”是技術風險分析與控制的責任主體。明確了策劃、識別與評價、應對、監(jiān)控的技術風險管理程序，統(tǒng)一了報告格式；強調迭代進行風險識別與控制，以及“全系統(tǒng)、全過程、全要素”的要求；規(guī)定了各階段型號風險識別與控制的工作重點，轉階段前、出廠前完成技術風險分析與控制報告并進行專項審查。

為全面落實航天科技集團的要求，指導各型號有效開展技術風險分析與控制工作，中國空間技術研究院對2013年型號技術風險分析與量化控制工作進行了統(tǒng)籌策劃，在組織宣貫學習、加強監(jiān)督檢查的同時，修訂了《中國空間技術研究院宇航型號技術風險分析與控制實施指南》，對航天科技集團技術風險要求進行了詳細解讀，結合研究院近幾年的實際和近期下發(fā)的文件及標準，盡可能地提出量化控制要求，推薦了14種已被實際工程實踐證明有效的技術和方法。強調技術風險分析與控制工作從方案階段開始，風險識別工作從“全系統(tǒng)、全過程、全要素”3個維度識別，規(guī)范了風險識別與控制的程序，統(tǒng)一了風險識別與控制的表格及報告的編寫格式。

隨著風險分析與控制工作的不斷深入，研究院進一步確定了以編制和實施院長五號令為驅動，以專業(yè)化的產品保證隊伍建設為關鍵，以科學配套的產品保證標準和細致嚴謹?shù)漠a品保證文件為基礎，全面實施宇航型號技術風險分析與量化控制的工作思路。

一、院長令與型號技術風險分析量化控制

2012年7月發(fā)布的院長五號令，即《中國空間技術研究院宇航系統(tǒng)產品保證工作規(guī)定》，包括總則、產品保證組織建設、產品保證隊伍建設、產品保證文件、產品保證標準、對外協(xié)供方的管理、產品保證技術支撐機構與專家隊伍建設和其它等八章50條內容。在學習借鑒歐美先進的產品保證模式和方法，貫徹落實航天科技集團和上級有關制度與要求的基礎上，充分總結提煉研究院航天器研制經驗和創(chuàng)新實踐，提出了宇航系統(tǒng)技術風險分析與量化控制工作的具體要求。

通過全面實施院長五號令，健全各級宇航產品承研單位的產品保證組織，建立專業(yè)化的產品保證隊伍，形成支持產品保證工作開展的產品保證文件和標準，建設為型號產品提供專業(yè)技術服務的產品保證技術支撐機構，確保用戶的產品保證要求和研究院宇航型號產品保證通用要求在院屬單位及外協(xié)單位得到有效落實，充分有效識別和控制型號產品技術風險，確保宇航任務圓滿成功。

產品保證工作的實質是對“過程”的保證，是通過對型號研制和產品實現(xiàn)過程中風險的有效識別與控制保證產品質量。研究院專業(yè)的產品保證隊伍為技術風險分析與量化控制工作提供指導；精細化的產品保證文件為技術風險分析與量化控制工作文件提供基礎；量化的產品保證標準體系為技術風險分析與量化控制工作落實提供依據(jù)；強化的外協(xié)供方管理為技術風險分析與量化控制工作的有效延伸提供手段；健全的技術支撐機構和專家隊伍為技術風險分析與量化控制工作提供有力保障。

以風險分析與量化控制為核心，緊密圍繞院長五號令，從產品保證組織到產品保證文件體系，到產品保證支撐機構，再到系統(tǒng)完善的培訓和考核體系，研究院開展了一系列推進工作，確保航天科技集團技術風險分析要求工作全面、有效落實并可操作。

截至目前，院長五號令經過2年的建設和初步運行，產品保證組織、隊伍、標準、文件、技術支撐機構和專家組等建設準備工作基本完成，已進入全面實施階段。目前，各級產品保證人員已經配置到位，并按研究院產品保證工作思路和要求開展各級產品保證工作，產品保證工作的系統(tǒng)性和規(guī)范性有了明顯提升。

二、全面推進技術風險分析與量化控制工作

1.開展產品關鍵特性分析與管理

研究院制定并發(fā)布了《型號產品關鍵特性參數(shù)管理要求》，主要包括型號及產品關鍵特性參數(shù)的管理工作策劃、識別與分析、量化確定、量化參數(shù)狀態(tài)監(jiān)測、量化評估與確認等內容。

明確了型號總體、分系統(tǒng)和單機產品關鍵特性參數(shù)要進行量化管理，主要包括關鍵特性參數(shù)識別與確認、量化記錄與控制等內容。型號各級產品承制單位應以故障樹分析（FTA）、故障模式與影響分析（FMEA）、事件樹分析（ETA）、概率風險評價（PRA）和測試覆蓋性分析等量化分析工作為基礎，組織做好本單位承制產品的關鍵特性量化分析和出廠前的確認工作。系統(tǒng)梳理和識別影響成敗與性能的設計、工藝、過程控制三類關鍵特性，對新研型號和產品的三類關鍵特性要做到100%的量化分析，并在此基礎上確定各級產品基線。型號各承研單位應從本級產品的設計、工藝、過程控制三方面入手，組織開展產品關鍵特性參數(shù)的識別、分析及量化管理工作。

2.強化關鍵技術環(huán)節(jié)量化控制

在院長四號令為頂層要求的基礎上，以《中國空間技術研究院宇航型號技術風險分析與控制實施指南（2013版）》持續(xù)完善為手段，通過院長五號令的全面規(guī)范實施，以“6個清單+5張控制表+1項確認”形成具有研究院特色的關鍵環(huán)節(jié)控制和管理模式，編制了技術風險項目、關鍵重要項目、關鍵重要部件和不可預測項目清單及控制表的模板，形成了以產品保證二、三層次標準為支撐的一系列關鍵環(huán)節(jié)控制文件，保證產品研制關鍵環(huán)節(jié)受控，產品質量不斷提升。

研究院編制并發(fā)布了《中國空間技術研究院宇航型號技術風險分析與控制實施指南（2013版）》，以產品設計和實現(xiàn)過程的薄弱環(huán)節(jié)為聚焦點，從設計、工藝、過程控制三方面梳理出冗余設計、裕度設計、元器件的選用、產品極性、熱控多層實施、星上電纜實施、導熱硅脂涂覆等16個關鍵技術環(huán)節(jié)（見圖1），并逐一對關鍵技術環(huán)節(jié)的量化控制工作要求進行詳細描述。緊密結合近年來出現(xiàn)的問題案例總結經驗，形成具有研究院特色的具體、詳細、可操作的量化控制工作要求。通過細化量化的控制措施有效降低型號產品技術風險，避免問題的重復發(fā)生。

3.以供配電為重點確認供電安全措施

研究院制定并發(fā)布了《衛(wèi)星供配電可靠性安全性檢查確認要求》，按設計檢查確認階段和實物產品檢查確認階段，進一步明確了可靠性安全性檢查確認的內容和要求。要求對影響供電安全的關鍵因素及關鍵特性進行充分識別，明確控制指標并進行逐一檢查確認，特別是對重點環(huán)節(jié)，必須要在設計、驗證和過程控制中有明確的量化控制要求及記錄結果，同時還編制了《衛(wèi)星供配電可靠性安全性設計檢查確認專項報告》和17個影響供配電安全關鍵因素檢查確認表格模板，進一步規(guī)范了衛(wèi)星供配電可靠性安全性設計檢查確認工作，以充分識別設計過程中存在的薄弱環(huán)節(jié)，盡早發(fā)現(xiàn)和消除故障隱患，確保整星供配電安全。

中方設計人員亦參考了其它涉外項目的計算報告， 其中參照馬來西亞某水電站的Q系統(tǒng)圍巖分類如表6所示，參考國內文獻康小兵等[12]表7所示的基于Q值的圍巖分類，王廣德等[13]引用Barton研究成果Q值與Rrm之間的關系[14]為Rrm≈20.7lgQ+44，據(jù)此得出Rrm與Q系統(tǒng)分類圍巖類別對應關系，如表8所示，1993年，在對地應力影響系數(shù)SRF修正后，Barton提出了新的Rrm與Q值的關系Rrm≈15lgQ+50，據(jù)此與Rrm分類相對應，巖體質量分為如表9所示五類。

4.系統(tǒng)開展環(huán)境適應性分析

圖1 研究院型號研制關鍵技術環(huán)節(jié)量化控制工作要求組成

研究院制定并發(fā)布了《航天器產品空間環(huán)境設計工作要求》、《高軌航天器表面充放電防護設計指南》、《航天器內帶電效應防護設計指南》、《航天器軟件單粒子效應防護設計指南》、《航天器現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）產品單粒子效應防護設計指南》等一系列空間環(huán)境適應性設計要求，明確各型號應根據(jù)航天器的軌道、任務、設計狀態(tài)等具體特點，從系統(tǒng)和設備兩個層面對影響航天器產品在軌正常工作和安全的空間環(huán)境要素與環(huán)境效應類型予以分析識別，明確航天器環(huán)境適應性設計的具體內容以及各項內容設計要求與量化控制措施，對總劑量、單粒子、表面充放電等環(huán)境效應的防護設計有效性加以分析驗證，確保對產品全壽命周期內面臨的空間環(huán)境影響及其引起的風險識別充分，防護設計措施量化控制，確保不因空間環(huán)境造成影響任務實現(xiàn)的性能衰退、邏輯紊亂和功能中斷等問題。

5.以評審管理實現(xiàn)全過程技術風險分析與控制

在各型號轉階段前，研究院明確將風險分析與控制工作納入年度科研生產策劃、產品保證策劃及相關文件體系中，要求各型號項目嚴格落實宇航型號技術風險分析與控制要求，強化“九新”分析，全面開展三類關鍵特性識別與管理工作，在型號初樣階段推進功能FMEA，認真開展單點故障模式識別與控制等工作。在型號產品出廠時組織風險分析與控制專項評審，進一步強化組織型號轉階段產品保證策劃的院級評審，明確評審相關要求，加強落實型號技術風險分析與控制實施指南的各項審查把關要求，將型號技術風險分析工作重心前移。

研究院編制并下發(fā)《中國空間技術研究院宇航型號產品保證評審管理辦法》，明確規(guī)定各級、各類產品承研單位產品保證評審的職責與分工，產品保證評審的時機、要求和評審重點，以及評審的組織和管理要求，將型號風險分析與細化量化控制工作的相關內容納入型號產品保證相關文件并按要求組織審查。

三、經驗與體會

1.建立專業(yè)的產品保證隊伍

圖2 產品保證隊伍組成

產品保證隊伍是型號工程技術隊伍的重要組成部分（見圖2），產品保證人員具有豐富的航天器產品研制經驗，熟悉產品保證程序和方法，以技術風險識別與控制工作為重點，并具有一定管理職能的專業(yè)化工程技術人員，是產品實現(xiàn)隊伍的重要組成部分。

產品保證人員的資質由研究院及承研單位人力資源部門負責評定，研究院負責項目產品保證經理和系統(tǒng)級專業(yè)產品保證工程師的資質培訓，各單位負責分系統(tǒng)產品保證經理、單機產品保證工程師的資質培訓。各類產品保證人員需通過相應級別的考試，取得任職資格后持證上崗，在崗期間要定期參加規(guī)定學時的業(yè)務和專業(yè)培訓。

獨立的專業(yè)化產品保證組織和隊伍是切實落實風險分析與量化控制工作，嚴格型號研制全過程質量控制，確保型號任務圓滿完成的有力保障。目前，研究院通過產品保證人員的選拔、培訓與聘任，建立了由系統(tǒng)、分系統(tǒng)、單機等各級產品保證人員，以及元器件、軟件等各專業(yè)產品保證工程師組成的產品保證隊伍，聘任了35名系統(tǒng)級產品保證經理；各總體單位從各專業(yè)產品保證中心聘任了31名各專業(yè)的系統(tǒng)級專業(yè)產品保證工程師，覆蓋了所有在研型號；單機單位按單機類別和特點配置了單機產品保證工程師，覆蓋了所有宇航產品。

2.精細化產品保證文件

研究院明確產品保證文件的組成包括策劃、過程、總結三類文件。策劃類文件主要有產品保證大綱、產品保證計劃、產品保證要求；過程類文件主要有技術風險項目清單和技術風險控制表、關鍵重要項目清單和關鍵重要部件明細表及相應控制表、不合格清單和不合格報告、產品保證信息報告、產品數(shù)據(jù)包等；總結類文件主要有型號或產品研制各階段的產品保證總結報告等。

通過制定并持續(xù)改進通用的產品保證文件和支持產品保證工作開展的文件模板、表單，保障了風險分析與量化控制工作有序規(guī)范開展。目前，研究院已經初步建立了完整的產品保證文件體系，發(fā)布了產品保證通用要求、產品保證計劃模板、產品保證總結模板等全部通用文件，各單位按照承擔任務的特點建立了本單位的產品保證通用文件，型號各級產品按通用文件要求編制了型號產品保證文件。

3.量化產品保證標準體系

按照產品保證要素，研究院建設了一套層次清晰、結構科學、內容覆蓋全面、可操作性強的產品保證標準體系，有效指導產品保證諸要素中各工作項目的規(guī)范有序開展。產品保證標準體系包括3個層次：頂層是產品保證目標和原則；第二層次是針對產品保證九大要素的9份標準，規(guī)定了每個要素的產品保證目標和工作要求等；第三層次是針對產品保證各要素中的每一個工作項目的標準，明確工作的依據(jù)、工具、方法、程序、結果等，如圖3所示。

產品保證標準編寫應遵循風險管理原則，明確該項工作已經認識到的主要風險、風險分析和識別的程序與方法、風險控制措施與要求等。對于產品保證各要素梳理出的每一個工作項目均有對應的產品保證3個層次標準，逐一提出對應的量化控制要求，明確量化控制措施和閉環(huán)檢查指標。

圖3 產品保證標準體系結構

產品保證標準的編制和不斷完善很大部分的內容是航天風險分析與量化控制活動最佳實踐的總結，是風險分析與量化控制工作中相關產品保證標準應用中形成的深厚積淀，是風險分析與量化控制工作的支撐和依據(jù)。目前，研究院已經發(fā)布了覆蓋產品保證九大要素287個工作項目的產品保證標準體系表，并完成了全部第二層次標準的制定，第三層次的標準預計2015年底之前全部完成。

4.強化外協(xié)供方管理

隨著宇航任務的快速增長，對外協(xié)任務提出了越來越高的要求，而目前研究院外協(xié)單位產品保證能力與宇航型號任務的要求尚不匹配，導致外協(xié)產品質量問題數(shù)量居高不下，甚至部分質量問題對型號任務的完成造成較大的影響，迫切需要以實施產品保證工作為紐帶提高外協(xié)單位的產品保證能力，實現(xiàn)研究院與協(xié)作單位共贏的管理模式。

院長五號令詳細規(guī)定了強化外協(xié)管理的具體要求：制定產品保證要求并向外協(xié)單位有效傳遞；監(jiān)督外協(xié)供方對產品保證要求逐條分解落實，對其產品保證大綱、產品保證計劃進行審查，確保產品保證要求得到逐級落實；對外協(xié)供方產品保證過程進行監(jiān)督和確認，尤其加強強制檢驗點和關鍵檢驗點的檢查確認；對外協(xié)供方的產品保證總結進行審查，確保產品保證要求有效落實。

只有通過進一步強化外協(xié)供方的管理，風險分析與量化控制工作才能更為有效地延伸，從而確保產品研制全過程產品保證工作的有效執(zhí)行。目前，研究院已經初步建立了外協(xié)供方產品保證能力審核與分級評價機制，針對外協(xié)任務按照“通用+專用”模式開展產品保證要求的編制、傳遞和培訓，并實施了外協(xié)供方產品保證策劃審查和過程控制。

5.健全技術支撐機構與專家隊伍

隨著型號系統(tǒng)和配套單機產品的日益復雜，可靠性要求更高，型號研制和產品實現(xiàn)過程技術風險控制的難度也越來越大，需要更有力的技術支撐機構和專家隊伍進行技術風險分析與量化控制工作，尤其是可靠性安全性方面的基礎性研究，同時需在技術狀態(tài)基線確認、產品鑒定、產品交付驗收、試驗結果評估和質量問題分析等關鍵環(huán)節(jié)對型號產品提供技術支持。

根據(jù)型號產品研制需要，研究院的技術支撐機構和專家組有計劃地開展產品保證技術研究工作（見圖4），通過分析產品保證工作現(xiàn)狀、總結最佳實踐，并跟蹤國外先進經驗和做法，及時固化流程、方法和規(guī)律，不斷完善產品保證標準規(guī)范，各級產品保證部門負責發(fā)布研究成果和推廣應用，形成良性循環(huán)，有力地支撐了型號技術風險分析與量化控制工作的開展。

目前，研究院6個專業(yè)產品保證中心已掛牌運行，并開始對型號提供技術支持與服務工作；研究院還成立了6個相應專業(yè)的產品保證專家組，已在型號評審與專業(yè)把關、共性問題研究和處理等方面發(fā)揮作用。

中國空間技術研究院的宇航型號技術風險分析與控制管理工作取得了階段性成果，力爭在“十二五”末實現(xiàn)較為全面、規(guī)范的產品保證工作局面。然而，隨著型號任務的不斷增加，型號的可靠性、安全性要求不斷提高，技術風險分析與量化控制工作仍面臨著許多挑戰(zhàn)，目前研究院產品保證工作水平和建設國際一流宇航企業(yè)的要求仍存在較大差距，還需不斷探索新的管理模式和方法提升產品保證能力，確保技術風險分析與控制、可靠性關鍵環(huán)節(jié)量化控制工作切實得以落實，確保宇航型號產品質量穩(wěn)定，任務圓滿完成。

圖4 產品保證技術支撐機構和專家組組成