蓄壓器產(chǎn)品質(zhì)量提升管理方法探索與實踐

/北京宇航系統(tǒng)工程研究所

近年來，中國運載火箭技術(shù)研究院正處于航天型號高密度研制和發(fā)射任務(wù)階段。蓄壓器作為液體增壓輸送系統(tǒng)的重要單機產(chǎn)品，對抑制箭體結(jié)構(gòu)的POGO振動現(xiàn)象發(fā)揮著重大作用，其在研究院既有液體型號增壓輸送系統(tǒng)中均有應(yīng)用。但由于蓄壓器產(chǎn)品具有設(shè)計難度大、生產(chǎn)工藝流程長、試驗驗證周期長等特點，已成為增壓輸送系統(tǒng)產(chǎn)品在高密度發(fā)射階段生產(chǎn)交付的短線。同時，由于蓄壓器產(chǎn)品的合格率低，檢測手段欠缺，也成為增壓輸送系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量管控的薄弱環(huán)節(jié)。

在蓄壓器產(chǎn)品研制階段，型號隊伍根據(jù)型號的使用需求進行設(shè)計，但由于各型號蓄壓器性能指標要求和使用環(huán)境不同，以及產(chǎn)品狀態(tài)復(fù)雜，產(chǎn)品驗收試驗條件仍按各型號的要求開展相關(guān)試驗，加大了質(zhì)量管控難度和產(chǎn)品生產(chǎn)周期。此外，蓄壓器的金屬膜盒由多組平板錐型金屬膜片焊接而成，但因金屬膜片沖壓成型和膜盒焊接的技術(shù)難度均較大，導(dǎo)致長期以來產(chǎn)品生產(chǎn)合格率較低，不僅增加了生產(chǎn)成本，而且制約了蓄壓器產(chǎn)品的生產(chǎn)配套能力，不能適應(yīng)型號高密度發(fā)射的需要。因此，亟待探索蓄壓器產(chǎn)品質(zhì)量提升管理方法體系，以解決產(chǎn)品質(zhì)量管控與產(chǎn)品配套問題。

一、產(chǎn)品質(zhì)量提升管理方法

為解決研究院高密度發(fā)射期間蓄壓器產(chǎn)品交付短線的矛盾問題，北京宇航系統(tǒng)工程研究所增壓輸送系統(tǒng)型號隊伍針對蓄壓器產(chǎn)品質(zhì)量管控方法開展研究，根據(jù)對產(chǎn)品精細化管理、質(zhì)量全過程控制的要求，從產(chǎn)品設(shè)計源頭、工藝生產(chǎn)過程、試驗驗證流程和產(chǎn)品數(shù)據(jù)包管理等方面開展探索，并形成了蓄壓器產(chǎn)品質(zhì)量提升管理方法。

1.推進產(chǎn)品化設(shè)計體系建設(shè)

一是現(xiàn)階段運載型號蓄壓器產(chǎn)品種類已達10余種，而且隨著型號的不斷發(fā)展還在不斷擴展產(chǎn)品種類。研究所型號隊伍根據(jù)蓄壓器膜盒容積的大小，對現(xiàn)有產(chǎn)品規(guī)格和種類進行合并與優(yōu)化，制定了蓄壓器產(chǎn)品系列型譜，其型譜代號及應(yīng)用需求見表1。其中，蓄壓器產(chǎn)品以“蓄壓器”三個字漢語拼音的首個字母縮寫XYQ命名，代號形式為：XYQ-A-B-C-D，并將膜盒容積、膜盒能量是否可變、工作介質(zhì)等關(guān)鍵參數(shù)作為特征代號的依據(jù)。

二是各型號總體力熱環(huán)境條件的梳理統(tǒng)一。從各型號蓄壓器產(chǎn)品設(shè)計狀態(tài)統(tǒng)計情況來看，目前造成產(chǎn)品差異化較大的原因主要在于總體的指標要求與力熱環(huán)境條件要求不同。為從設(shè)計源頭提高產(chǎn)品的質(zhì)量管理能力，型號隊伍圍繞產(chǎn)品力熱環(huán)境條件驗收要求統(tǒng)一這個核心目標開展設(shè)計分析，摸索產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)和設(shè)計余量，形成蓄壓器產(chǎn)品力熱環(huán)境條件梳理統(tǒng)一思路，如圖1所示。

·參照總體條件要求，梳理出每項產(chǎn)品相關(guān)條件要求，并與現(xiàn)有驗收條件比對；

·對改變的條件和新增的條件要求開展分析，若改變條件或新增條件不涉及本產(chǎn)品應(yīng)用型號，則重新審視條件，向系統(tǒng)或總體提出反饋，并建議給出適用本產(chǎn)品的條件；

·對跨運載和武器應(yīng)用的產(chǎn)品，若新條件不能包絡(luò)實際使用條件，則需要向系統(tǒng)或總體提出反饋，給出適用本產(chǎn)品的條件；

·梳理出需要滿足的條件后，查詢以往研制歷史資料（含設(shè)計分析和試驗驗證情況），通過比對進一步確定需要滿足的新條件；

·針對確定的新條件，逐一開展對改變條件的設(shè)計分析，必要時對外提出分析任務(wù)書；

表1 增壓輸送系統(tǒng)蓄壓器產(chǎn)品型譜

·設(shè)計分析的同時，提出需要試驗驗證的項目，并將其劃分為通過研制試驗驗證的條件和產(chǎn)品驗收試驗需要驗證的條件兩大類，其中，產(chǎn)品驗收試驗需要驗證的條件又可細分為產(chǎn)品性能試驗條件和產(chǎn)品典型試驗條件；

圖1 蓄壓器產(chǎn)品力熱環(huán)境統(tǒng)一技術(shù)思路

·提出試驗方案，包括設(shè)計余量摸底方案，設(shè)計多循環(huán)或大量級試驗條件，并開展產(chǎn)品相關(guān)試驗驗證和摸底；

·形成每種產(chǎn)品的力熱環(huán)境條件統(tǒng)一驗收要求、產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)及設(shè)計余量。

2.改進優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)工藝

蓄壓器產(chǎn)品生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，主要難點在于膜盒組件的生產(chǎn)工藝過程，在膜盒組件的生產(chǎn)過程中，膜片的成型和膜盒組件的焊接質(zhì)量及合格率是產(chǎn)品生產(chǎn)的瓶頸問題。

一是膜片成型工藝。以1L蓄壓器為例，自2008年以來共計生產(chǎn)30余批，累計交付45000余件產(chǎn)品，由于膜片表面質(zhì)量差、成型波高不足等原因，一直存在合格率較低的問題，膜片產(chǎn)品成型的平均合格率只有50%左右。

二是膜盒焊接工藝。對于膜盒的膜片焊接，原有工藝主要存在焊接環(huán)境控制難度大的問題，容易導(dǎo)致焊接缺陷的產(chǎn)生，而且在焊接過程中穩(wěn)定性較差，焊接系統(tǒng)自動控制能力相對較弱，所以需要在焊接過程中實時手動調(diào)節(jié)焊接軌跡。另外，內(nèi)、外圓焊接過程和焊縫成型穩(wěn)定性相對較差，容易出現(xiàn)焊縫弧坑以及焊縫不連續(xù)等缺陷。

表3中Freundlich模型的平均r2=0.957，故Freundlich模型優(yōu)于Langmuir模型(平均r2=0.804)，能較好地擬合Cd在9個地區(qū)土壤中的等溫吸附數(shù)據(jù)。根據(jù)1/n值與吸附等溫線的形狀關(guān)系可知[16-17]，Cd在1號、2號、5號、6號、8號和9號土樣中的吸附強度1/n<1，屬于“L型”吸附等溫線；Cd在3號、4號和7號土樣中的吸附強度1/n>1，屬于“S型”吸附等溫線。引起吸附等溫線出現(xiàn)非線性的關(guān)鍵因素是土壤有機質(zhì)的非均質(zhì)性。

3.規(guī)范統(tǒng)一試驗項目、要求

結(jié)合各型號蓄壓器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點，為保證批次驗證試驗的有效性和合理性，型號隊伍針對蓄壓器產(chǎn)品的試驗項目開展梳理，形成了規(guī)范統(tǒng)一的試驗項目和要求。

一是膜盒充放氣試驗。通過包絡(luò)各型號同種系列的蓄壓器產(chǎn)品膜盒充放氣壓力和動作次數(shù)使用要求，開展蓄壓器膜盒充放氣試驗和充放氣壽命試驗。

二是力、熱環(huán)境試驗。按同種系列的蓄壓器產(chǎn)品的環(huán)境條件(如環(huán)境高低溫、振動條件、工作壓力、工作電壓等)進行試驗，考核產(chǎn)品在包絡(luò)環(huán)境條件下的性能，從而形成批次產(chǎn)品狀態(tài)有效包絡(luò)。

三是可靠性試驗。根據(jù)蓄壓器產(chǎn)品的特點，產(chǎn)品的工作壓力和隨機振動環(huán)境對產(chǎn)品性能的影響較大。蓄壓器可靠性試驗分為壓力循環(huán)試驗和隨機振動試驗，其按照2個流程進行3個循環(huán)的試驗。全部產(chǎn)品完成第1個循環(huán)后若無失效，則可靠性達到0.999，后2個循環(huán)可作為裕度摸底試驗；若3個循環(huán)后均無失效，則可靠性達到0.9999。

四是極限能力試驗。蓄壓器產(chǎn)品的極限能力定義為蓄壓器膜盒組合件的動作壽命極限和爆破強度極限，其按包絡(luò)的工作壓力和環(huán)境溫度條件開展蓄壓器產(chǎn)品的壽命極限和爆破壓力極限試驗。

4.建立產(chǎn)品規(guī)范和數(shù)據(jù)包

一是制定產(chǎn)品規(guī)范。根據(jù)產(chǎn)品的特點制定各種系統(tǒng)蓄壓器產(chǎn)品的產(chǎn)品規(guī)范，主要內(nèi)容包括規(guī)范范圍、規(guī)范性引用文件、要求、質(zhì)量保證規(guī)定、交貨準備等，規(guī)定了蓄壓器產(chǎn)品的功能、性能、接口、使用范圍和適用環(huán)境范圍等。

二、產(chǎn)品質(zhì)量提升管理方法實踐

型號隊伍探索的蓄壓器產(chǎn)品質(zhì)量提升管理方法，已應(yīng)用于XX型號1L/3L蓄壓器產(chǎn)品的質(zhì)量管理過程。

1.形成蓄壓器系列化管理和統(tǒng)一的驗收要求

1L/3L蓄壓器產(chǎn)品已按產(chǎn)品化圖號進行設(shè)計管理，同時通過整合1L/3L蓄壓器在各型號上的使用要求和總體的力熱環(huán)境條件，形成統(tǒng)一的驗收條件，并針對膜盒、膜片等關(guān)鍵組件驗收要求形成驗收標準。

2.開展蓄壓器膜片成型及膜盒焊接工藝優(yōu)化

一是優(yōu)化膜片成型工藝。將原來的聚氨酯模具改為鋼模，由于膜片的內(nèi)外徑精度均為0.1mm，所以將復(fù)合沖模改為分道次沖壓和落料成型，以保證成型質(zhì)量和膜片內(nèi)外徑的高精度要求。通過優(yōu)化膜片尺寸測量方法來提高測量精度，以滿足零件尺寸要求。同時，建立獨立的膜片加工單元，對膜片生產(chǎn)進行單元式管理，并固定人員、設(shè)備。

二是針對膜盒焊接質(zhì)量，從焊接環(huán)境條件控制、焊接參數(shù)優(yōu)化、焊縫質(zhì)量檢測和工裝設(shè)備穩(wěn)定性控制等方面進行改進優(yōu)化。

3.試驗項目及流程優(yōu)化

結(jié)合1L/3L蓄壓器產(chǎn)品的使用要求，形成統(tǒng)一的驗收試驗和鑒定試驗項目，明確具體試驗要求，形成1L/3L蓄壓器產(chǎn)品制造驗收技術(shù)條件，同時編寫《1L系列蓄壓器產(chǎn)品試驗大綱》和《3L系列蓄壓器產(chǎn)品試驗大綱》，用于指導(dǎo)產(chǎn)品系列試驗驗證。

4.產(chǎn)品規(guī)范和數(shù)據(jù)包建立

編制“1L/3L”型系列蓄壓器產(chǎn)品規(guī)范，主要內(nèi)容包括明確蓄壓器產(chǎn)品型譜狀、產(chǎn)品制造和試驗操作要求、產(chǎn)品檢驗要求、質(zhì)量保證規(guī)定、產(chǎn)品包裝要求、使用維護要求以及產(chǎn)品相關(guān)文件要求等。同時，對“1L/3L”型系列蓄壓器產(chǎn)品設(shè)計、工藝文件、圖紙的細化操作和檢驗文件進行了固化，確定了成功數(shù)據(jù)包絡(luò)線參數(shù)，形成了信息化數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了產(chǎn)品研制生產(chǎn)全過程可追溯的要求。

三、應(yīng)用效果

自“十二五”以來，蓄壓器產(chǎn)品質(zhì)量提升管理方法已在XX型號首飛試驗中成功應(yīng)用，并在以下3個方面取得了顯著成效。

1.產(chǎn)品合格率提高

通過對1L/3L蓄壓器膜片沖壓及膜盒焊接工藝薄弱環(huán)節(jié)進行改進，產(chǎn)品的沖壓合格率由50%提升到了80%，焊接合格率由60%提升到了90%，蓄壓器產(chǎn)品的生產(chǎn)配套能力較工藝改進前提升了1.4倍，實現(xiàn)了本項目的預(yù)期目標。

2.質(zhì)量問題顯著減少

通過實施蓄壓器產(chǎn)品的質(zhì)量提升管理方法，產(chǎn)品的質(zhì)量問題有明顯減少，截至目前，應(yīng)用于XX型號的1L/3L蓄壓器產(chǎn)品在總裝測試、靶場測試和飛行試驗過程中質(zhì)量管理零問題。

3.生產(chǎn)配套能力增強

按照目前生產(chǎn)單位反饋的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，蓄壓器產(chǎn)品系列化管理和統(tǒng)一驗收要求得到落實，產(chǎn)品生產(chǎn)檢驗措施得到優(yōu)化，膜盒產(chǎn)品的生產(chǎn)效率顯著改善，在提高產(chǎn)品備料、生產(chǎn)、檢驗和驗收等環(huán)節(jié)效率的同時，蓄壓器產(chǎn)品的生產(chǎn)配套能力提升了1.4倍。