航天元器件的質(zhì)量分析與控制

張凱

（北京航天微機(jī)電技術(shù)研究所，北京，100094）

航天元器件的質(zhì)量分析與控制

張凱

（北京航天微機(jī)電技術(shù)研究所，北京，100094）

航天元器件；可靠性；質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；質(zhì)量控制。

航天元器件作為航天大系統(tǒng)的基本組成部分，對航天工程的功能、性能、壽命、研制周期、成本以及任務(wù)成功與否都有著極其重要的作用和影響，其質(zhì)量與可靠性直接影響航天工程的成敗。隨著載人航天工程、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、高分辨率對地觀測系統(tǒng)、新一代運(yùn)載火箭等國家重大科技專項(xiàng)的陸續(xù)實(shí)施，我國航天科技工業(yè)已進(jìn)入一個新的發(fā)展時期，對航天元器件的質(zhì)量與可靠性提出了更高的要求。

對于航天元器件而言，特殊的應(yīng)用場合對其提出了很多特殊要求：①航天工程涉及的技術(shù)和專業(yè)領(lǐng)域廣，決定了其使用的各類元器件品種多；②宇航產(chǎn)品的小批量，決定了配套的元器件產(chǎn)品小批量和需求不連續(xù)；③作為通用基礎(chǔ)產(chǎn)品，決定了同一種元器件需滿足不同型號、不同使用部位的要求；④航天型號發(fā)射后的不可維修性，決定了對元器件可靠性要求高；⑤航天型號工作環(huán)境復(fù)雜，決定了元器件要在輻照、真空、高低溫交變等惡劣環(huán)境下保持其性能的穩(wěn)定性等[1]。為了提高航天元器件的質(zhì)量以適應(yīng)現(xiàn)階段航天型號的要求，除了要進(jìn)一步加強(qiáng)元器件生產(chǎn)廠商的質(zhì)量控制能力外，更需要從頂層策劃、選用標(biāo)準(zhǔn)控制和應(yīng)用驗(yàn)證等方面進(jìn)行探索，用研雙方共同努力以提升我國航天元器件的技術(shù)水平和應(yīng)用水平。

1 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)選用，提高航天元器件設(shè)計(jì)可靠性

1.1 航天元器件選用標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

我國目前的元器件管理體系，存在同一種元器件由于研制立項(xiàng)途徑不同，對應(yīng)多份詳細(xì)規(guī)范的情況：有通過新品立項(xiàng)的詳細(xì)規(guī)范，有通過型譜的詳細(xì)規(guī)范，有通過貫標(biāo)的詳細(xì)規(guī)范，有通過可靠性增長的詳細(xì)規(guī)范，還有直接面向具體用戶使用的詳細(xì)規(guī)范。

隨著我國航天行業(yè)對元器件的質(zhì)量控制理念和質(zhì)量保證手段的不斷提升，借鑒ESA和NASA等國外先進(jìn)成熟的元器件保證經(jīng)驗(yàn)，目前總體院所的元器件保證主管機(jī)關(guān)已經(jīng)基本形成了航天元器件保證的系統(tǒng)體系。這其中很重要的一個方面就是采購規(guī)范的制定，例如，航天一院有LRMS采購規(guī)范，航天五院有CAST采購規(guī)范，航天八院有SAST采購規(guī)范等。但是由于認(rèn)識水平的不同、具體用戶使用要求的不同，再加上國家軍用標(biāo)準(zhǔn)通用規(guī)范的不夠完善，導(dǎo)致不同的詳細(xì)規(guī)范和采購規(guī)范之間對于同一種元器件的要求存在明顯差異。這些差異有具體技術(shù)指標(biāo)的差異、過程質(zhì)量控制要求的差異、試驗(yàn)檢驗(yàn)項(xiàng)目的差異、監(jiān)制驗(yàn)收要求的差異等，這些差異給設(shè)計(jì)師系統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、研制單位的質(zhì)量控制、用戶的選用使用等都造成極大的不便，影響了航天元器件固有質(zhì)量與可靠性的提升。

1.2 統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是提升設(shè)計(jì)可靠性的基本保證

航天元器件一般要經(jīng)過模樣階段的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、初樣階段的攻關(guān)以及摸底試驗(yàn)、試樣階段的工藝穩(wěn)定性驗(yàn)證、鑒定試驗(yàn)以及不同管理要求下的認(rèn)證等，才能正式應(yīng)用于航天型號。其中，設(shè)計(jì)定型之前的設(shè)計(jì)過程是保證元器件固有質(zhì)量與可靠性的關(guān)鍵過程。

航天元器件作為通用基礎(chǔ)產(chǎn)品，應(yīng)保證滿足不同航天型號的使用要求，用戶在選用時也應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)貨架產(chǎn)品，而不應(yīng)隨意增加定制類要求。這就需要在元器件設(shè)計(jì)之初，應(yīng)充分識別應(yīng)用需求，包括：應(yīng)用系統(tǒng)的性能要求、應(yīng)用環(huán)境、可測性、可靠性、抗輻照特性、電／機(jī)械性能以及極限參數(shù)等。

設(shè)計(jì)過程是一個復(fù)雜、反復(fù)迭代的過程，只有實(shí)施統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求才能做到有的放矢，前期的設(shè)計(jì)驗(yàn)證才能做得充分。同時，航天元器件本身就是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，一項(xiàng)指標(biāo)的改變、一處結(jié)構(gòu)的更改往往會直接或間接影響其他性能以及可靠性。這種影響有時不能直接顯現(xiàn)，必須通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析、驗(yàn)證才能做到。如果設(shè)計(jì)之初的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型后再提出不同要求，就很難通過正向的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行充分驗(yàn)證。

因此，為保證在設(shè)計(jì)過程中充分進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的提升工作，應(yīng)保證航天元器件標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性和協(xié)調(diào)性。

1.3 盡快實(shí)現(xiàn)元器件標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范的統(tǒng)一

只有標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范的統(tǒng)一才能帶來產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和貨架化。要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范的統(tǒng)一，應(yīng)由統(tǒng)一的管理機(jī)構(gòu)對航天元器件實(shí)施統(tǒng)一的管理。在美國，其軍用元器件由國防供應(yīng)中心 （DSCC）統(tǒng)一管理，宇航元器件由NASA統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、組織和策劃；在歐洲，ESA作為歐洲各成員國航天產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、發(fā)射活動的統(tǒng)一管理機(jī)構(gòu)，為保證宇航元器件質(zhì)量與可靠性及有效管理，專門成立了空間元器件協(xié)調(diào)組織 （ESCC），統(tǒng)一負(fù)責(zé)歐洲空間元器件的質(zhì)量保證工作，并負(fù)責(zé)ESA空間元器件文件和規(guī)范的協(xié)調(diào)與制定任務(wù)[2]。

借鑒和參考國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，我國航天工業(yè)目前由航天標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)品保證研究院牽頭進(jìn)行元器件標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)工作，以 “建立統(tǒng)一完整、先進(jìn)實(shí)用的中國宇航元器件標(biāo)準(zhǔn)體系， 規(guī)范宇航元器件研發(fā)、生產(chǎn)、驗(yàn)證、使用全過程，全面滿足航天型號需求”為目的[3]，制定了一批宇航用元器件的通用規(guī)范。這些工作能夠規(guī)范航天元器件產(chǎn)品體系，加強(qiáng)元器件的選用控制，引導(dǎo)使用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的針對性和可獲得性；降低生產(chǎn)和采購成本，促進(jìn)航天元器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)這些標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范的強(qiáng)制執(zhí)行力度，使其在各航天院/所、航天型號中得到落實(shí)和應(yīng)用。

另外，針對相當(dāng)一部分元器件沒有總規(guī)范，不能系統(tǒng)地對該類型元器件提出質(zhì)量控制要求，亟需對這類元器件的總規(guī)范進(jìn)行研究，及早地形成相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

2 建立元器件型譜，做好面向未來應(yīng)用的前期驗(yàn)證

由于航天元器件的自身特點(diǎn)及其使用場合的廣泛性，必然要求航天元器件需滿足型譜化和系列化的要求，以滿足不同使用場合的要求。如同一種連接器產(chǎn)品的接觸件數(shù)量、接觸件種類往往有多種組合方式，同一種電纜組件產(chǎn)品的電纜和連接器也有多種組合方式，但是這些差異并不能改變元器件本身的公共屬性特征，不能將其作為多種元器件進(jìn)行管理。

航天元器件在研制之初，往往只針對特定用戶的單一需求。用戶一般從自身的使用要求出發(fā)，但不同用戶之間對于同一類似產(chǎn)品的要求往往也會存在差異。如果在產(chǎn)品研制之初未充分考慮產(chǎn)品的型譜規(guī)劃，在產(chǎn)品使用后為了驗(yàn)證這種差異帶來的影響同時滿足質(zhì)量管理要求，就需要做大量的試驗(yàn)驗(yàn)證和鑒定定型工作，這并不利于產(chǎn)品質(zhì)量的控制。因此，需要在產(chǎn)品開發(fā)過程中，重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品的導(dǎo)向作用，從技術(shù)角度規(guī)劃預(yù)判產(chǎn)品的應(yīng)用方向和發(fā)展方向，站在技術(shù)前沿，考慮后續(xù)增長的需求，以產(chǎn)品為中心及早建立型譜規(guī)劃，提前做好技術(shù)狀態(tài)固化和產(chǎn)品化的工作，將市場導(dǎo)向與產(chǎn)品導(dǎo)向相結(jié)合。

實(shí)施型譜化計(jì)劃，能以很強(qiáng)的針對性反映整機(jī)對元器件的需求牽引，又以其技術(shù)性能的先進(jìn)性和產(chǎn)品系列的完整性滿足整機(jī)用戶對元器件的要求。同時，在制定元器件標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范時，考慮整合一個系列的元器件編制成標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范，即將一個系列里不同型號的元器件整合在一個詳細(xì)規(guī)范中描述，有利于前期進(jìn)行充分的設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證，提高產(chǎn)品固有質(zhì)量與可靠性。在元器件型譜化建設(shè)中，也可以進(jìn)一步規(guī)范航天元器件系列，統(tǒng)一元器件識別號，有利于航天元器件的規(guī)范管理，同時為面向未來的應(yīng)用做好前期驗(yàn)證工作。

3 加強(qiáng)試用驗(yàn)證，暴露航天元器件早期缺陷

3.1 用戶試用的必要性和有效性

實(shí)踐證明，用戶的實(shí)際使用是暴露航天元器件缺陷、改進(jìn)提高其質(zhì)量水平的有效手段。用戶試用驗(yàn)證一般有兩種方式：一是應(yīng)用驗(yàn)證，二是實(shí)際試用。

航天元器件應(yīng)用驗(yàn)證是指對元器件在航天工程應(yīng)用前開展的一系列的試驗(yàn)、分析、評估和綜合評價等工作，以確定元器件的研制成熟度及其在航天工程中的適用性，并綜合分析評價得出元器件的可用性。這種驗(yàn)證充分模擬元器件的實(shí)際使用環(huán)境，搭建了元器件研制和應(yīng)用之間的橋梁。應(yīng)用驗(yàn)證工作能充分驗(yàn)證元器件固有特性、板級適應(yīng)性和系統(tǒng)適應(yīng)性，暴露產(chǎn)品的固有缺陷和性能邊界，是提高航天元器件質(zhì)量與可靠性的有效手段。但由于用戶的實(shí)際使用工況比較復(fù)雜，應(yīng)用驗(yàn)證并不能完整地再現(xiàn)用戶的真實(shí)過程，部分產(chǎn)品應(yīng)用缺陷不能充分暴露。

用戶的試用是結(jié)合真實(shí)的應(yīng)用環(huán)境，在實(shí)際使用過程中驗(yàn)證元器件的質(zhì)量與可靠性。試用的過程中，用戶更加關(guān)注的是系統(tǒng)和整機(jī)的性能，不會刻意地驗(yàn)證元器件的固有特性。但恰恰是這種 “忽視”能更好地驗(yàn)證元器件的兼容性和可靠性，在真實(shí)的環(huán)境中暴露其使用缺陷。對用戶使用操作要求高的元器件產(chǎn)品，在此過程中也會暴露出用戶的使用問題，通過改進(jìn)，避免實(shí)際使用過程中質(zhì)量問題的發(fā)生。在型號的預(yù)研和方案階段，應(yīng)盡可能地鼓勵使用初樣或試樣元器件產(chǎn)品，以便早期暴露其缺陷，為型號的初樣和正樣階段打好基礎(chǔ)。

3.2 元器件信息共享

信息系統(tǒng)的建設(shè)與利用應(yīng)成為提高元器件質(zhì)量的重要手段。通過信息系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)資源共享、快速問題通報、相似質(zhì)量問題的 “舉一反三”等功能，避免重復(fù)勞動，并且在元器件用戶、供應(yīng)商和元器件保證機(jī)構(gòu)間搭建一個信息交流平臺，及時反映并了解各方需求。

通過建立航天元器件數(shù)據(jù)庫，共享元器件產(chǎn)品信息、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和使用信息等，使得元器件供應(yīng)商能夠了解航天用戶的需求，及時掌握使用中的問題，積極改進(jìn)相關(guān)技術(shù)工藝；而航天用戶也能夠通過信息系統(tǒng)了解更多的產(chǎn)品信息，制定相應(yīng)的評估和測試方案，并將問題及時進(jìn)行反饋，促進(jìn)航天元器件供應(yīng)狀況的持續(xù)改進(jìn)。

4 完善過程控制，提高航天元器件的產(chǎn)品保證能力

a）研制廠商的生產(chǎn)過程控制能力，是航天元器件質(zhì)量的根本保證。隨著我國航天工業(yè)的發(fā)展，元器件生產(chǎn)的質(zhì)量保證能力發(fā)生了很大變化，除了按傳統(tǒng)的質(zhì)量管理模式進(jìn)行過程控制外，更應(yīng)將產(chǎn)品保證的思想和方法引入元器件的研制過程中。以風(fēng)險識別與控制的核心思想完善元器件的全過程控制，推動元器件過程質(zhì)量控制工作向主動預(yù)防控制、過程質(zhì)量確認(rèn)、零缺陷系統(tǒng)工程管理的轉(zhuǎn)變。

b）航天元器件過程確認(rèn)文件 （PID）的建設(shè)和固化管理，是提高元器件過程控制能力的有效手段。PID為航天器用元器件建立了一個精確基準(zhǔn)，由元器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料、制造工藝和控制要求組成，用于元器件的生產(chǎn)控制，對生產(chǎn)中和生產(chǎn)后必須進(jìn)行的檢驗(yàn)、試驗(yàn)進(jìn)行全面規(guī)定。元器件生產(chǎn)廠商應(yīng)建立PID，對元器件的生產(chǎn)過程控制提出具體的要求，利用PID固化元器件生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品狀態(tài)，保持其生產(chǎn)基線的穩(wěn)定性。

PID主要控制要素包括：①生產(chǎn)線認(rèn)證和資格維持；②產(chǎn)品關(guān)鍵原材料控制；③產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求；④產(chǎn)品工藝要求；⑤產(chǎn)品生產(chǎn)制造；⑥承制方外協(xié)控制；⑦產(chǎn)品檢驗(yàn)試驗(yàn)要求；⑧產(chǎn)品包裝運(yùn)輸要求；⑨產(chǎn)品交付要求。

5 鼓勵新技術(shù)應(yīng)用，嚴(yán)控技術(shù)狀態(tài)更改

在電子技術(shù)高速發(fā)展的今天，元器件的生命周期越來越短。大多數(shù)半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)使用壽命是3年～10年，先進(jìn)的集成電路生產(chǎn)工藝每12至18個月就會發(fā)生變化。航天型號研制和使用的周期長決定了航天元器件產(chǎn)品更新慢，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度慢必然造成的技術(shù)落后和市場占有率的下降。這就造成一些新技術(shù)在航天元器件上的應(yīng)用變的越來越難，新技術(shù)帶來的產(chǎn)品質(zhì)量的提升在航天元器件上也得不到體現(xiàn)。

因此，應(yīng)根據(jù)先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向，推動一些老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，鼓勵新技術(shù)、新工藝在成熟產(chǎn)品上的應(yīng)用，以技術(shù)改進(jìn)促進(jìn)質(zhì)量提升，從而形成良性循環(huán)，重塑航天元器件的技術(shù)引領(lǐng)作用。同時，針對新技術(shù)的應(yīng)用，也應(yīng)進(jìn)行充分的論證和試驗(yàn)驗(yàn)證，嚴(yán)格按技術(shù)狀態(tài)更改五項(xiàng)原則進(jìn)行管控，避免由于驗(yàn)證不充分導(dǎo)致的新質(zhì)量問題產(chǎn)生。

我國航天工業(yè)已進(jìn)入一個快速發(fā)展時期，多型號并舉，研制與批產(chǎn)并重，型號研制周期短，航天事業(yè)面臨著實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展的新階段。作為航天大系統(tǒng)重要技術(shù)資源的航天元器件，其穩(wěn)定的質(zhì)量對保證航天事業(yè)的成功與發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。在新形勢下，應(yīng)創(chuàng)新機(jī)制與體制，通過用研雙方以及統(tǒng)一高效的元器件專業(yè)管理機(jī)構(gòu)的共同努力，以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)為核心，以型譜化建設(shè)為發(fā)展方向，借助信息共享和新技術(shù)的助力，加強(qiáng)研制廠家的過程管控能力，持續(xù)提高航天元器件的質(zhì)量水平，保證航天型號任務(wù)的順利完成。

［1］晉文亮.國外航天元器件發(fā)展現(xiàn)狀與思考［J］. 航天標(biāo)準(zhǔn)化， 2009 （3）.

［2］蔡娜，王敬賢.國外航天元器件發(fā)展經(jīng)驗(yàn)簡析 ［J］. 航天標(biāo)準(zhǔn)化， 2010 （4）.

［3］朱恒靜，夏泓.宇航用元器件通用規(guī)范的設(shè)計(jì)思路 ［J］.電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn),2012， 30 （2）.

［4］張紅旗，李海燕.談宇航元器件詳細(xì)規(guī)范的編制 ［J］.質(zhì)量與可靠性， 2011 （5）.

［5］唐章東，張凱，等.航天用元器件應(yīng)用驗(yàn)證方法及其應(yīng)用實(shí)例 ［J］.航天器環(huán)境工程，2013， 30 （3）.

走向新年

樹，又添了一圈年輪。那密密的圈圈，向風(fēng)，向雨，訴說著又一個逝去的故事；為枝，為葉，編織著又一個即將到來的繁茂與昌盛。

人，又送走了一年四季。是春的纏綿，把她交給夢中的情人；是夏的熱情，把她揉進(jìn)平凡的工作；是秋的成熟，把她展示在歲月的櫥窗；是冬的潔白，把她譜寫成一首辭舊迎新的詩行。

告別今歲，不是告別我們精心構(gòu)筑的憧憬，不是告別我們等待很久的每一輪旭日東升和每一片晚霞如火!

走向新年，走向一片嶄新的天地。且以一顆今歲還在澎湃的心去熱愛新年的分分秒秒，以一雙跋涉了春夏秋冬的腳去踩踏來年的每一場風(fēng)風(fēng)雨雨，以兩只更為睿智的眼睛去感應(yīng)明天的每一份清新、每一份驚喜，以一種更為成熟的情感去品味未來生活的酸甜苦辣。請張開成熟而有力的雙臂，擁抱新年吧!

走向新年，就是走向一片芳草茵茵的大地，走向一方欣欣向榮的森林，走向一個充滿希望也充滿挑戰(zhàn)的美好世界。

（陜西省寶雞市文化大廈 楊麗麗）

文 摘：針對航天元器件研制的現(xiàn)狀，提出提升航天元器件質(zhì)量與可靠性的建議與思路：以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)為基本保證，提高元器件設(shè)計(jì)的可靠性；建立元器件型譜規(guī)劃，做好面向未來應(yīng)用的前期驗(yàn)證工作；加強(qiáng)應(yīng)用驗(yàn)證和用戶試用，通過信息系統(tǒng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)資源共享；以過程確認(rèn)文件 （PID）的建設(shè)為依托，快速提升研制廠商的過程控制能力；鼓勵新技術(shù)在航天元器件上的應(yīng)用，做好技術(shù)狀態(tài)控制工作。

張凱 （1983年—），男，碩士，高級工程師，現(xiàn)主要從事航天產(chǎn)品保證管理工作。