航天產(chǎn)品制造的“工藝可靠性設(shè)計”研究

陳白帆，王欣巍

（1.北京航天控制儀器研究所，北京100039；2.中國航天電子技術(shù)研究院，北京100094）

航天產(chǎn)品制造的“工藝可靠性設(shè)計”研究

陳白帆1，王欣巍2

（1.北京航天控制儀器研究所，北京100039；2.中國航天電子技術(shù)研究院，北京100094）

航天高性能產(chǎn)品在生產(chǎn)制造中普遍存在產(chǎn)品合格率低、參數(shù)穩(wěn)定性差、使用可靠性不高的現(xiàn)象。要深入研究和解決這些問題，除了要在產(chǎn)品設(shè)計階段解決設(shè)計缺陷外，就是要識別和解決產(chǎn)品制造階段的工藝缺陷。首次提出了一種自下而上的產(chǎn)品“工藝可靠性設(shè)計”概念和要素體系，提出關(guān)注產(chǎn)品制造的源頭工藝設(shè)計，把產(chǎn)品的“工藝設(shè)計過程”當(dāng)作研究對象開展工藝可靠性設(shè)計研究。提出了全新的制造工藝技術(shù)思想，從零件微觀特征與產(chǎn)品設(shè)計原理匹配性，以及未來失效機(jī)理和產(chǎn)生根源的微觀角度，研究建立產(chǎn)品生產(chǎn)制造全過程和使用全壽命周期的失效機(jī)理（可靠性缺陷）與“工藝可靠性設(shè)計”要素之間的關(guān)系模型，為完善產(chǎn)品工藝設(shè)計體系提供創(chuàng)新思路，為解決產(chǎn)品合格率問題提出了新的技術(shù)路徑，也為產(chǎn)品設(shè)計階段的產(chǎn)品可靠性設(shè)計的提升提供工程支持。

工藝設(shè)計體系；工藝設(shè)計過程；工藝可靠性設(shè)計；生產(chǎn)制造過程；產(chǎn)品制造可靠性；產(chǎn)品壽命周期

0 引言

我國在航天工業(yè)的高性能、高精度和有可靠性等級要求的產(chǎn)品生產(chǎn)制造中，普遍存在產(chǎn)品的生產(chǎn)合格率低、參數(shù)穩(wěn)定性差、可靠性不高的現(xiàn)象，為了尋找到一條徹底解決問題的途徑，提出了“工藝可靠性設(shè)計”概念，確保在生產(chǎn)制造階段能相應(yīng)地開展產(chǎn)品制造的工藝“可靠性設(shè)計”。這一概念的形成是總結(jié)了高精度慣性儀表和高可靠電磁繼電器生產(chǎn)制造中存在的產(chǎn)品質(zhì)量問題和可靠性問題，以及大量失效事件的機(jī)理和根源性因素，從質(zhì)量問題技術(shù)歸零單點解決方案思路逐漸過渡到系統(tǒng)解決方案形成的，是從建立產(chǎn)品制造技術(shù)基準(zhǔn)體系的高度提出解決國家工程用產(chǎn)品可靠性問題，是對高性能、高精度和有可靠性等級要求產(chǎn)品制造過程的新認(rèn)識，是從國家戰(zhàn)略安全視角研究解決航天產(chǎn)品的生產(chǎn)合格率和使用可靠性問題。

產(chǎn)品實現(xiàn)過程是一個較為復(fù)雜，交叉干擾影響因素眾多的系統(tǒng)過程。像高精度慣性儀表和高可靠電磁繼電器這類機(jī)電產(chǎn)品的零件制造已不是單純的機(jī)械產(chǎn)品的零件制造工藝思想，其零件質(zhì)量的優(yōu)劣已不是僅靠幾何尺寸精度和一個粗糙度Ra可以表述的。從最初輸入的物理量轉(zhuǎn)換到最終的產(chǎn)品性能（各項參數(shù)）已不是簡單的機(jī)械性能的轉(zhuǎn)換，而是經(jīng)過零件之間的組合實現(xiàn)了許多非尺寸要素的物理參量的轉(zhuǎn)換、傳遞和映射過程，每一個過程都涉及一種物理量的轉(zhuǎn)換效能，任何一個微觀細(xì)節(jié)都會影響到產(chǎn)品制造的合格率和穩(wěn)定性，最終會影響到合格后的產(chǎn)品在使用過程中的整體性能，特別是高精度和對有可靠性等級要求的產(chǎn)品更是如此。產(chǎn)品可靠性是由設(shè)計可靠性、制造可靠性和使用可靠性（相當(dāng)于用戶的設(shè)計可靠性）三部分構(gòu)成，它們之間既相互制約又彼此相關(guān)聯(lián)，而目前的現(xiàn)狀是設(shè)計可靠性和使用可靠性得到普遍的重視。以電磁繼電器為例，我們在繼電器設(shè)計過程中對其可靠性設(shè)計投入了大量精力，開展了耐環(huán)境、長壽命可靠性設(shè)計，而使用可靠性對用戶來說也是進(jìn)行了系統(tǒng)的可靠性設(shè)計。所以，在設(shè)計可靠性、制造可靠性和使用可靠性三部分構(gòu)成中，只有在制造可靠性工作中，工藝設(shè)計的可靠性沒有得到特別的關(guān)注和系統(tǒng)的研究。而目前的研究也僅局限于機(jī)械制造過程中的工藝可靠性研究，沒有具體的工藝可靠性設(shè)計概念，在我國制造工藝可靠性研究環(huán)節(jié)中存在一個空白。長期以來我國成功實現(xiàn)了國產(chǎn)化替代，但總解決不了產(chǎn)品可靠性問題（一直以來產(chǎn)品制造普遍存在合格率低、穩(wěn)定性差和可靠性不高的問題），說明我們在解決產(chǎn)品制造可靠性的技術(shù)認(rèn)知路徑和方向方面存在問題。

目前，國內(nèi)對機(jī)械制造可靠性的研究較多，但也仍處于起步的初級階段，只重視產(chǎn)品設(shè)計的可靠性設(shè)計，而忽略了產(chǎn)品工藝設(shè)計的可靠性設(shè)計，未能有效識別制造過程中可能導(dǎo)致產(chǎn)品固有性能和可靠性出現(xiàn)問題的微觀工藝因素。當(dāng)然，在制造過程中的這些微觀因素可能會對產(chǎn)品合格率和可靠性產(chǎn)生影響的機(jī)理已得到一些認(rèn)識，但仍然缺乏這方面的研究。而當(dāng)前的現(xiàn)狀是在進(jìn)行機(jī)械制造的工藝可靠性研究中，工藝設(shè)計環(huán)節(jié)不完善，使得有更多的因素沒有識別出來，識別的方向、識別的思路、識別的深度都存在問題。顯性的、普遍公理性的、常識性的因素識別的多一些，但也不系統(tǒng)；而隱性的、特殊性的、非常識性的因素沒有得到有效識別。問題的主要原因是在產(chǎn)品制造過程中的工藝設(shè)計工作，不能做到像產(chǎn)品設(shè)計一樣，開展產(chǎn)品可靠性設(shè)計，工藝設(shè)計工作中缺少產(chǎn)品工藝可靠性設(shè)計環(huán)節(jié)。

1 工藝可靠性設(shè)計的基本定義

產(chǎn)品生產(chǎn)制造的實現(xiàn)過程是一個復(fù)雜的動態(tài)過程，它包含加工裝備、刀具、模具夾具、檢測計量儀器設(shè)備、加工環(huán)境和工藝人員及操作人員等。而如果把機(jī)械制造過程作為研究對象，機(jī)械制造的工藝可靠性的定義就是:“機(jī)械制造過程在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，保證加工出來的產(chǎn)品具有規(guī)定的可靠性水平的能力?！?/p>

但是，提出的工藝可靠性設(shè)計概念，主要還不是把制造過程當(dāng)作研究對象，而是在制造之前，在工藝設(shè)計環(huán)節(jié)進(jìn)行的一項工作，把工藝設(shè)計過程當(dāng)作研究對象。產(chǎn)品制造階段采取一種全新的自下而上的方法取代產(chǎn)品設(shè)計階段，這就需要產(chǎn)品制造人員必須清楚產(chǎn)品將會怎樣發(fā)生故障，在什么樣的工作環(huán)境中將會發(fā)生怎樣的失效模式以及失效機(jī)理。從零件微觀特征與產(chǎn)品設(shè)計原理匹配性，以及產(chǎn)品未來失效模式和機(jī)理識別到的認(rèn)識，這種自下而上的方法思想形成了產(chǎn)品制造階段工藝設(shè)計環(huán)節(jié)的“工藝可靠性設(shè)計”概念和要素。工藝可靠性設(shè)計的出發(fā)點和關(guān)注的重點，是將產(chǎn)品的設(shè)計原理和產(chǎn)品的制造工藝方法、制造裝備、工藝參數(shù)、質(zhì)量控制點等影響因素分配到產(chǎn)品工藝設(shè)計中，從源頭控制制造工藝的固有缺陷和影響原理的微觀要素，真正實現(xiàn)產(chǎn)品制造可靠性。所以說，工藝可靠性設(shè)計是產(chǎn)品可靠性設(shè)計的延伸，是銜接產(chǎn)品可靠性設(shè)計和使用可靠性設(shè)計的橋梁。

工藝可靠性設(shè)計的初步定義:“在產(chǎn)品工藝設(shè)計過程中，采取自下而上的方法有效識別產(chǎn)品在生產(chǎn)制造零件微觀特征與產(chǎn)品設(shè)計原理的匹配性程度和使用全壽命期（基于物理-化學(xué)或可靠性缺陷）失效機(jī)理和生產(chǎn)失效機(jī)理的因素，通過工藝方法、制造裝備、工藝參數(shù)和工藝控制點的有效選擇，在制造過程中最大限度地消除和減少這些因素的影響，保證制造出來的產(chǎn)品具有實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計原理和達(dá)到基本性能的能力，以及保證產(chǎn)品能夠達(dá)到規(guī)定的可靠性水平?！?/p>

簡單來說，就是將目前把工藝設(shè)計重點放在關(guān)注產(chǎn)品指標(biāo)實現(xiàn)上，即產(chǎn)品質(zhì)量保障上，轉(zhuǎn)變?yōu)榘压に囋O(shè)計關(guān)注的要素延伸到實現(xiàn)產(chǎn)品全壽命周期可靠性上；把工藝設(shè)計的關(guān)注點放在解決產(chǎn)品可靠性問題階段，轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注解決產(chǎn)品合格率問題階段。

提出工藝可靠性設(shè)計概念的前提是許多產(chǎn)品的失效因素是隱性的，是隨時間和內(nèi)外環(huán)境變化而逐漸累積出現(xiàn)的，就是說產(chǎn)品的可靠性是與使用時間和所處環(huán)境條件相關(guān)的變量。也就是說質(zhì)量的定義是不考慮時間因素的，而可靠性是與時間緊密相關(guān)的，因此質(zhì)量與可靠性實際上是兩個有顯著差異的概念，因此解決產(chǎn)品合格率（質(zhì)量）與解決產(chǎn)品可靠性在制造上關(guān)注的影響因素是有差別的?；谶@一假設(shè)，工藝可靠性設(shè)計目的就是:在工藝設(shè)計過程中針對高精度和有可靠性等級要求的產(chǎn)品，要把這些在產(chǎn)品制造和使用過程中隱性的影響因素識別出來，并最大程度地在制造階段消除掉，更多地關(guān)注零件與設(shè)計原理的匹配性，而不是單純的零件加工精度，徹底解決只關(guān)注產(chǎn)品的實現(xiàn)，而忽略制造中產(chǎn)品和零部組件存在的原理性缺陷和時間等因素對產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的影響問題。

2 與工藝可靠性設(shè)計有關(guān)的故障

航天高精度和有可靠性等級要求的產(chǎn)品，雖然在設(shè)計階段采用MTBF這種自上而下的方法開展了耐環(huán)境和長壽命設(shè)計，通過了物理機(jī)理的仿真、可靠性試驗等方法，使設(shè)計出來的產(chǎn)品理論上具備高可靠性。但是在機(jī)械制造過程中多種因素的作用仍然可能造成加工完成的產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計的水平，或者達(dá)到設(shè)計水平，但隨時間的延長逐漸達(dá)不到設(shè)計可靠性要求水平。所以，工藝可靠性設(shè)計考慮的是產(chǎn)品全生命周期可能發(fā)生的故障模式和影響要素，是一種自下而上（或自后向前）的分析方法。但是，要詳細(xì)分析工藝可靠性設(shè)計要素與產(chǎn)品全壽命周期可靠性指標(biāo)之間的關(guān)系非常困難，相對產(chǎn)品設(shè)計階段來說分析難度要大得多，雖然工藝可靠性設(shè)計研究具有非常重要的意義，尤其對高精度和有可靠性等級要求的產(chǎn)品具有非常重要的現(xiàn)實意義，是解決電子元器件、慣性儀表工程化應(yīng)用的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但是相關(guān)的認(rèn)知和研究卻非常缺乏。

我們普遍認(rèn)識到產(chǎn)品是在制造和裝配過程中獲得質(zhì)量和性能，質(zhì)量水平?jīng)Q定于工藝水平，因此，產(chǎn)品的質(zhì)量也與工藝有關(guān)。由于工藝設(shè)計和工藝過程的不完善，會使產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性達(dá)不到要求的水平，而我們未認(rèn)識到的是產(chǎn)品在制造過程選用不同的加工方法、工藝技術(shù)、加工參數(shù)等要素，可能不會影響產(chǎn)品質(zhì)量，但會影響到產(chǎn)品可靠性；可能不會影響到產(chǎn)品原理（功能）的實現(xiàn)，但會影響到產(chǎn)品原理（性能）的實現(xiàn)程度。所以，由工藝可靠性設(shè)計不完善所造成的產(chǎn)品故障可分為以下幾類:

1）從產(chǎn)品的設(shè)計原理和技術(shù)要求特性上分析零件應(yīng)具備的性能特性，依據(jù)就是有些零件性能特性（非機(jī)械特性）的優(yōu)劣是與零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的加工精度高低無關(guān)，而與實現(xiàn)功能特性機(jī)理有關(guān)。

2）對產(chǎn)品實現(xiàn)的工藝方法的選擇沒有考慮工藝方法本身所固有的缺陷，沒有將失效機(jī)理與選擇的工藝方法之間隨時間和內(nèi)外環(huán)境條件變化所產(chǎn)生的故障相關(guān)聯(lián)。

3）工藝參數(shù)和過程本身可靠性不高（常溫下調(diào)試，高溫下工作），未關(guān)注靜態(tài)與動態(tài)的差異帶來的故障。

4）隨工藝過程而存在的殘留現(xiàn)象及附加現(xiàn)象所引發(fā)的故障。

5）常規(guī)過程無法識別的由工藝過程帶來的可能形成次生危害因素引發(fā)的故障（有機(jī)和無機(jī)殘留無法監(jiān)測）。

以電磁繼電器失效模式為例，分析涉及工藝可靠性設(shè)計要素造成失效的問題。例如繼電器的銜鐵軸磨損問題就是對軸的加工未加規(guī)范，形成加工面微損傷層深，又使用電鍍工藝形成涂層，隨著使用時間的延長軸功能逐漸磨損失效；簧片觸點接觸失效很大一部分原因是簧片基底材料與電鍍鍍金層之間發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)，形成表面腐蝕物，或發(fā)生腐蝕磨損，這就是制造工藝固有的缺陷造成的；觸點表面電阻增大導(dǎo)致參數(shù)惡化或失效，主要誘因是真空排污和析氣、烘烤不到位，工藝參數(shù)不合理、不科學(xué)，零組件表層依然留存各種殘余物質(zhì)，使各種污染氣氛不斷在內(nèi)外部環(huán)境條件作用下聚集，這是危害因素造成的次生危害結(jié)果和工藝參數(shù)過程可靠性不高引發(fā)的，并且都會存在相互關(guān)聯(lián)關(guān)系；助焊劑、人手指觸及的脂痕等的分解產(chǎn)物，主要因為無前期監(jiān)測手段；顆粒物造成的失效有相當(dāng)部分是出廠后形成的，原因也是工藝設(shè)計中使用的工藝方法、加工手段帶有固有的缺陷，不可避免會在后期會暴露出來。正是基于這種對有可靠性等級要求產(chǎn)品設(shè)計、制造過程特殊特征的判斷，研究認(rèn)為許多因素是在產(chǎn)品設(shè)計過程中無法識別出來的，在可靠性設(shè)計、容差設(shè)計等過程無法解決的，只有在工藝設(shè)計過程中在工藝可靠性設(shè)計環(huán)節(jié)中解決，即設(shè)計做的再完美，也是優(yōu)化，而制造做的完美了，就是徹底解決根本。

在高精度慣性儀表制造中，同樣存在這類問題。例如工藝不提出控制加工的紋理方向，從而導(dǎo)致零件與產(chǎn)品原理的匹配程度降低；未識別離子束刻蝕加工方法存在的固有缺陷，造成長期以來合格的動壓馬達(dá)零件表面刻蝕的等角螺旋槽形成違背設(shè)計原理的溝槽深度和深度變化方向；工藝參數(shù)的不完善造成浮子組件內(nèi)清潔不徹底，污染物種類較多等。

因此，本文觀點認(rèn)為與制造相關(guān)的一切都有可能會成為影響產(chǎn)品合格率、穩(wěn)定性和可靠性的因素；而一些與制造不相關(guān)的因素（時間、連續(xù)工作時間、內(nèi)外環(huán)境變化，特別是溫度，包括溫度變化帶來的氣壓、濕度變化等），同樣會成為影響產(chǎn)品合格率、穩(wěn)定性和可靠性的因素。

3 工藝可靠性設(shè)計要素分析

根據(jù)以上分析和定義，對工藝可靠性設(shè)計的要素進(jìn)行了初步分析，將其分成5大類要素。

（1）產(chǎn)品設(shè)計原理要素

要從產(chǎn)品設(shè)計原理和技術(shù)要求特性上分析零件應(yīng)具備的功能特性，依據(jù)就是有些零件功能特性（非機(jī)械特性）的優(yōu)劣是與零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的加工精度高低無關(guān)，而與實現(xiàn)功能特性機(jī)理有關(guān)。離子束刻蝕加工動壓馬達(dá)半球等角螺旋槽，工藝要求槽深為3μm～5μm，而不控制槽深的方向性，就造成了槽深的不均勻性，形成了違背動壓馬達(dá)原理的制造缺陷，從而影響動壓馬達(dá)角動量、壓力場分布、圓周壓力分布、軸承受力、軸承徑向剛度、姿態(tài)角等，如圖1所示。這就是工藝可靠性設(shè)計要素概念之一。

圖1　離子刻蝕加工出半球螺旋槽深Fig.1 Hemispherical spiral groove and groove depth statistics of ion etching processing

（2）工藝方法要素

如果在產(chǎn)品制造過程中對同一道工序使用不同的工藝方法，即使嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)條件要求做出的產(chǎn)品，可靠性也會不一樣。例如電磁繼電器的零件目前使用的電鍍工藝就帶有這種工藝方法避免不了的固有缺陷，或更直接的說法就是帶有造成失效的隱性因素。電鍍工藝最大的缺陷是涂層結(jié)構(gòu)低致密性、表面缺陷多、孔隙率高，特別是與基材的附著力差，并且涂層微裂紋等缺陷中存在著水、硫酸鹽等成分，無論怎么優(yōu)化電鍍工藝和進(jìn)行后期清洗都無法徹底消除這些隱患。在使用過程中零件表面會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，電鍍涂層易磨損脫落，就會形成物理顆粒物、化學(xué)污染氣氛和混合物，形成失效隱患。而使用PVD方式是能消除電鍍方法固有缺陷的，如圖2所示。這就是工藝可靠性設(shè)計要素概念之二。

圖2　HC-Cr涂層顯微圖像Fig.2 Image of HC-Cr coating microscopic

（3）加工設(shè)備要素

同樣在產(chǎn)品制造過程中對同一道工序使用不同的加工方法，即使具有相同的幾何參數(shù)，其所形成的加工表面狀態(tài)和微損傷缺陷也會有明顯差異。例如對銜鐵軸的加工，使道級的車床與使用微米級的車床和主軸轉(zhuǎn)速在3000轉(zhuǎn)以下和5000轉(zhuǎn)以上的車床加工出的零件表面加工痕跡會有明顯差異，即使幾何尺寸一樣，光潔度一樣，仍在使用過程中會有不一樣的抗疲勞和耐磨損性能。

再如聚酰亞胺薄膜模具沖壓成形與激光皮秒切割加工的比較如圖3所示，前者加工端面有大量毛刺，而后者加工端面極為平滑。用激光切割機(jī)切割金屬板材成形的零件端面不存在沖壓成形形成的撕裂狀端面缺陷，零件成型使用沖壓方式與液壓方式對材料加工面損傷程度是不同的。這些缺陷隱含的失效誘因在產(chǎn)品初期不會有明顯的危害，但隨材料老化、疲勞這些危害因素就會造成產(chǎn)品失效。這就是工藝可靠性設(shè)計要考慮的要素概念之三。

圖3　不同加工設(shè)備帶來的影響Fig.3 The impact of different processing equipments

（4）工藝參數(shù)要素

同樣在產(chǎn)品制造過程中對同一道工序使用不同的加工參數(shù)，對產(chǎn)品質(zhì)量沒有影響，但會對產(chǎn)品的可靠性逐漸產(chǎn)生影響。不同的機(jī)加工參數(shù)和不同的步驟，即一步切削到最終尺寸和采用逐步減少切削深度從而逐漸達(dá)到最終尺寸的方法，并控制加工的最后一道加工參數(shù)，零件在相同尺寸和相同表面光潔度情況下，零件表面層會產(chǎn)生深度不同的微損傷層和微觀裂紋。早期研究己經(jīng)證明了25μm的切削深度可以造成500μm的加工損傷。這些隱性的損傷層既降低了材料的機(jī)械特性，也會對功能性零件帶來危害。

例如繼電器的銜鐵軸，如果存在較深的加工微損傷層就會縮短動作次數(shù)，即使在不動作時，在應(yīng)用環(huán)境中微動磨損也將造成表面損傷擴(kuò)大，導(dǎo)致失效。再如，電磁繼電器使用過程中發(fā)生的電阻增大、觸點閉合不導(dǎo)通等故障，均與內(nèi)部污染氣氛有關(guān)，而問題就出在我們未能有效識別出零件表層都含有哪些污染成分，采用的工藝參數(shù)是否已將污染排除干凈，這些污染成分又是與使用時溫度和時間相關(guān)的函數(shù)，會逐漸累積造成危害。如圖4所示，是一項測試試驗，在140℃溫度條件下，產(chǎn)品失重率趨于飽和的排除污染時間，并不代表產(chǎn)品已排除了所有污染，只能說明某種污染物被排除。在160℃和180℃的溫度條件下，又有某種污染成分被排出，如設(shè)定更高的溫度應(yīng)該還有污染成分排出。所以，選擇的工藝參數(shù)只以滿足產(chǎn)品合格率為依據(jù)，未能有效涵蓋在使用的壽命周期累積的析出，就造成產(chǎn)品合格出廠，但無法確保在用戶處全壽命周期的合格使用，做到了制造過程控制產(chǎn)品質(zhì)量，做不到使用過程確保產(chǎn)品可靠性。這就是工藝可靠性設(shè)計要考慮的要素概念之四。

圖4　140℃、160℃、180℃溫度下繼電器（未壓鋼球）失重曲線圖Fig.4 Relay（without steel ball）weight loss curve under the temperature of 140℃、160℃、180℃

（5）工藝技術(shù)控制點要素

在產(chǎn)品制造過程中有些環(huán)節(jié)是不被關(guān)注的，即使不被關(guān)注同樣不會對產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，不會影響產(chǎn)品合格率，但同樣會造成產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)降低，形成失效危害。例如目前國軍標(biāo)對物理微粒有明確的指標(biāo)要求25.4μm，并將加嚴(yán)控制到15μm，因為有要求工藝過程都有各種技術(shù)控制點，如鏡檢要求。而長期看不見摸不著的化學(xué)性的有機(jī)、無機(jī)污染成分在表面的殘留情況，長期無人關(guān)注，一個光亮無塵的表面并不等于沒有化學(xué)污染成分的存在，不設(shè)置工藝技術(shù)控制點，不通過一定的技術(shù)檢測手段，怎么可能排除隱患。所以，該要素要考慮的具體內(nèi)容有:產(chǎn)品在各類典型使用條件下，制造中的最短板是什么、制造缺陷導(dǎo)致的失效是什么、產(chǎn)品參數(shù)與工藝參數(shù)的關(guān)系是什么。這就是工藝可靠性設(shè)計要考慮的要素概念之五。

目前，工藝可靠性設(shè)計就是以上述的五個要素為依據(jù)開展的制造可靠性工作。這種關(guān)注工藝設(shè)計過程，基于產(chǎn)品全壽命周期失效機(jī)理及機(jī)理根源的工藝設(shè)計，就有可能最大限度地消除然隱性因素，就能使生產(chǎn)制造的零件最大限度地滿足設(shè)計原理要求和設(shè)計的性能特性要求，就能保證在產(chǎn)品使用期間，在內(nèi)外環(huán)境條件變化過程中減少因這些因素交叉影響造成的產(chǎn)品功能退化，甚至發(fā)生產(chǎn)品失效問題。

4 結(jié)論

雖然都說產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計出來的、生產(chǎn)出來的、管理出來的，產(chǎn)品設(shè)計時，已考慮到生產(chǎn)的能力、精度、加工裝備、刀具、模具夾具、檢測計量儀器設(shè)備、效率和工藝人員及操作人員等因素，但是，用基于設(shè)計考慮的這些分析方法，來確定影響產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵參數(shù)及對應(yīng)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，以此進(jìn)行工藝設(shè)計是不完善的，甚至可以說是有重大缺陷的。所以，工藝設(shè)計要考慮產(chǎn)品設(shè)計時已考慮到的因素，更要識別和研究基于產(chǎn)品設(shè)計原理、制造工藝的固有特征（缺陷）和全壽命周期失效機(jī)理因素。

因此，工藝可靠性設(shè)計工作應(yīng)該是工藝設(shè)計中各項設(shè)計（試驗設(shè)計、工藝仿真、工藝試驗、工藝文件編制等）工作的前提，特別是對高精度慣性儀表和有可靠性等級要求的產(chǎn)品的制造企業(yè)，一定要將工藝可靠性設(shè)計納入工藝設(shè)計體系中，建議要有更多的學(xué)者將產(chǎn)品制造過程的工藝可靠性研究延伸至產(chǎn)品全壽命周期的工藝可靠性研究上，建立起產(chǎn)品全壽命周期失效機(jī)理（可靠性缺陷）與工藝可靠性設(shè)計要素之間的關(guān)系模型或是理論關(guān)系，及在特定環(huán)境條件下相互之間的物理化學(xué)作用，有效解決產(chǎn)品生產(chǎn)制造合格率和產(chǎn)品可靠性問題。

筆者認(rèn)為有必要開展工藝可靠性設(shè)計，研究工藝可靠性設(shè)計理論體系，建立適合我國航天機(jī)電和電子元器件產(chǎn)品制造的工藝可靠性設(shè)計體系。同時，在國家層面應(yīng)組織開展軍用產(chǎn)品制造技術(shù)工藝基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)體系研究工作，建立我國自主的軍品制造技術(shù)基準(zhǔn)工藝平臺體系。

［1］劉云.決定國家命運與戰(zhàn)爭成敗的軸承產(chǎn)業(yè)［J］.現(xiàn)代軍事，2013（11）:80-83. LIU Yun.Bearing industry to determine the fate of the country and the success or failure of the war［J］.Modern Military，2013（11）:80-83.

［2］矯莉.淺析機(jī)械制造的工藝可靠性研究［J］.商情，2014（8）:390. JIAO Li.Simple analysis and study on the process reliability of mechanical manufacturing［J］.Business，2014（8）:390.

［3］宋保維，李增楠.機(jī)械制造工藝過程可靠性［J］.機(jī)械設(shè)計與制造，1994（6）:4-7. SONG Bao-wei，LI Zeng-nan.Mechanical manufacturing process reliability［J］.Machinery Design&Manufacture，1994（6）:4-7.

［4］蔣平.機(jī)械制造的工藝可靠性研究［D］.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2010. JIANGPing.Studyontheprocessreliabilityof mechanical manufacturing［D］.National University of Defense Technology，2010.

［5］李玉宏.機(jī)械制造的工藝可靠性分析［J］.機(jī)械工程師，2014（6）:257-258. LI Yu-hong.Process reliability analysis of mechanical manufacturing［J］.MechanicalEngineer，2014（6）: 257-258.

［6］蔣平，郭波，張昆侖.機(jī)械制造的工藝可靠性研究綜述［C］.全國機(jī)械行業(yè)可靠性技術(shù)學(xué)術(shù)交流會暨可靠性工程分會全體委員大會，2010. JIANG Ping，GUO Bo，ZHANG Kun-lun.A review of the research on the process reliability of mechanical manufacturing［C］.The National Machinery Industry Reliability TechnologySymposium，ReliabilityEngineering Committee Meeting，2010.

［7］Mulligan C P，Smith S B，Vigilante G N.Characterization and comparison of magnetron sputtered and electroplated gun bore coatings［J］.Journal of Pressure Vessel Technology，2006，128（2）:240-245.

Study on Technological Reliability Design of Aerospace Products Manufacturing

CHEN Bai-fan1，WANG Xin-wei2
（1.Beijing Institute of Aerospace Control Devices，Beijing 100039；2.China Academy of Aerospace Electronic Technology，Beijing 100094）

Aerospace high performance products in the manufacturing process，some problems such as the low qualification rate of products，bad stability of parameter or low reliability are widely existed.To thoroughly study and solve these problems，with the exception of solving design defects in the product design phase，it must to be identified and be solved at the process defects of the product manufacturing stage.This paper first proposed the concepts and elements system of“technological reliability design”in the bottom-up product manufacturing process，proposed to focus on the manufacturing source technological design，regard“technological design processes”of products as research object，this paper studied on technological reliability design.A new idea of manufacturing technology is proposed，from the micro characteristics of the parts and the principle of product design，from the future failure mechanism and the origin of the product，this paper studied and built the relational model of failure mechanism（reliability defect）and technological reliability design elements in the whole process of production and the use of full life cycle.It provided innovative ideas to improve the technological design system for product manufacturing.In order to solve the problem of product qualification rate，this paper put forward a new technical approach. And also，it promoted and provided engineering support for the technological reliability design in product design phase.

technological design system；technological design process；technological reliability design；manufacturing process；product manufacturing reliability；the life cycle of products

U666.1

A

1674-5558（2016）07-01302

10.3969/j.issn.1674-5558.2016.05.002

陳白帆，男，研究員，研究方向為高精度慣性儀表、高可靠電磁繼電器制造可靠性、工藝可靠性設(shè)計、零件表面微觀工藝特征性、零件制造與產(chǎn)品設(shè)計原理匹配性。

2016-08-09