基于質(zhì)量歸零的典型彈上產(chǎn)品工藝穩(wěn)定性提升方法

/中國運載火箭技術(shù)研究院

近年來，武器裝備型號產(chǎn)品在研制、生產(chǎn)、試驗中暴露出一些典型的質(zhì)量問題，針對問題所在查找薄弱環(huán)節(jié)，提升產(chǎn)品可靠性，從源頭上遏制裝備質(zhì)量安全風(fēng)險，為科研試驗、練兵備戰(zhàn)提供有力的質(zhì)量保障，是當(dāng)前可靠性工作及質(zhì)量工作的重中之重。為確保武器裝備研制生產(chǎn)質(zhì)量，筆者引入中國航天先進質(zhì)量管理模式，明確了質(zhì)量問題改進流程并調(diào)研分析質(zhì)量問題關(guān)鍵因素，定義工藝穩(wěn)定性，以工藝穩(wěn)定性要素最優(yōu)變化率之和最大為約束，建立基于工藝穩(wěn)定性的優(yōu)化模型，并針對彈上典型產(chǎn)品常見質(zhì)量問題提出保持工藝穩(wěn)定性、提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施。

一、質(zhì)量問題改進

武器裝備研制，可謂是政治軍事意義重大、技術(shù)復(fù)雜、成本昂貴、風(fēng)險頗高，在市場拓展日趨激烈的形勢下，研制周期不斷縮短，武器裝備愈來愈趨現(xiàn)“三邊”（邊研制、邊定型、邊批生產(chǎn)）的研制特點，研制過程中的質(zhì)量控制是確保產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，而質(zhì)量問題歸零管理是質(zhì)量控制的有力途徑。

1.質(zhì)量問題歸零

質(zhì)量問題歸零是中國航天歷經(jīng)數(shù)十年發(fā)展從工程實踐中總結(jié)出的先進的質(zhì)量管理工作經(jīng)驗，是對質(zhì)量問題實施閉環(huán)管理與控制的一套系統(tǒng)工程的工作方法和思想，是對設(shè)計、生產(chǎn)、試驗、服務(wù)中出現(xiàn)的故障、事故、缺陷和不合格等問題從技術(shù)與管理上分析產(chǎn)生的原因、機理，并采取糾正、預(yù)防措施，以從根本上消除問題，避免問題重復(fù)發(fā)生的閉環(huán)活動。質(zhì)量問題歸零為武器裝備研制徹底消除質(zhì)量隱患、解決質(zhì)量問題并避免問題重復(fù)發(fā)生提供了一套完整的、閉環(huán)的程序及方法。通過質(zhì)量問題歸零的過程可以精確定位問題，深入剖析失效模式和失效機理，有效識別生產(chǎn)研制薄弱環(huán)節(jié)。質(zhì)量問題歸零包括質(zhì)量問題技術(shù)歸零和質(zhì)量問題管理歸零，其工作程序如圖1所示。

圖1 質(zhì)量問題歸零流程圖

2.質(zhì)量問題統(tǒng)計

某研究院2018年上半年共發(fā)生141個質(zhì)量問題，從已經(jīng)歸零的128個質(zhì)量問題統(tǒng)計分析來看，已歸零質(zhì)量問題原因的分類統(tǒng)計如表1所示。

由工藝、設(shè)計直接造成的質(zhì)量問題所占比重較大，通過對工藝質(zhì)量問題、設(shè)計質(zhì)量問題進行深入分析，對二層次的原因分類統(tǒng)計如表2、表3所示。

表1 已歸零質(zhì)量問題原因分析統(tǒng)計表

表2 工藝質(zhì)量問題二層次原因分類統(tǒng)計表

工藝能力不足、工藝過程缺漏、工藝檢驗落后直接影響產(chǎn)品的工藝質(zhì)量，設(shè)計可靠性欠缺直接影響產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量?？煽啃匀缤a(chǎn)品質(zhì)量一樣，均屬產(chǎn)品的固有屬性，產(chǎn)品的可靠性由設(shè)計可靠性、工藝可靠性共同保證，即通過設(shè)計確定，由制造過程的工藝可靠性決定。其中，工藝可靠性是設(shè)計可靠性的延伸，研究工藝可靠性的目的是為了保證產(chǎn)品制造過程的可靠性，以確保產(chǎn)品加工質(zhì)量。

在型號實際研制過程中，工藝能力、工藝過程、工藝檢驗等任何工藝要素的變異、失控都必將影響產(chǎn)品質(zhì)量，工藝能力是保證產(chǎn)品加工質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，工藝過程是實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的生產(chǎn)加工過程，工藝檢驗是確保加工質(zhì)量的手段。因此，在裝備工程研制階段、批生產(chǎn)階段、使用階段，需要對工藝規(guī)程進行“最終固化”，并以工藝規(guī)程、工裝、量具、關(guān)鍵過程控制、工藝設(shè)備維護等要素為評價，確保工藝加工過程的可控及穩(wěn)定。毋庸置疑，若要保證生產(chǎn)工藝過程和最終產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，就必須確保加工過程的工藝穩(wěn)定性，工藝穩(wěn)定性是確保在限定的生產(chǎn)時間條件和規(guī)定的產(chǎn)品要求下，整個工藝生產(chǎn)過程的產(chǎn)品質(zhì)量特性指標(biāo)能滿足規(guī)定范圍要求的能力。

表3 設(shè)計質(zhì)量問題二層次原因分類統(tǒng)計表

二、工藝穩(wěn)定性建模

1.工藝穩(wěn)定性內(nèi)涵分析

在工藝加工過程的各個工序中，若產(chǎn)品質(zhì)量波動規(guī)律顯現(xiàn)出收斂特性而非發(fā)散特性時，可認(rèn)為該工藝過程的工藝穩(wěn)定性好，即可認(rèn)定該工藝過程為穩(wěn)定工藝過程。工藝穩(wěn)定性直接影響最終產(chǎn)品合格率，同時又能直接客觀地反應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量與工藝過程工藝參數(shù)設(shè)置、工序過程的操作關(guān)系，是評定工藝過程工藝可靠性最直接、最核心的指標(biāo)。

2.工藝穩(wěn)定性模型

工藝穩(wěn)定性要素是影響質(zhì)量特性的一個工藝側(cè)面，如工藝規(guī)程、工裝、量具、關(guān)鍵過程控制、工藝設(shè)備維護等，一般用功能性術(shù)語表達。工藝穩(wěn)定性要素的質(zhì)量改進能力用質(zhì)量指標(biāo)度量，如工藝規(guī)程的優(yōu)化等級、工裝裝夾方案的定位誤差等，用Z表示?？傮w質(zhì)量改進能力用Y表示，質(zhì)量改進與工藝穩(wěn)定性要素之間關(guān)系的程度用關(guān)聯(lián)系數(shù)表示，構(gòu)成關(guān)聯(lián)矩陣β，隨機誤差用ε表示，并假定由一個均值和一個隨機誤差合成，其中均值為Z1，Z2，…,Zr的連續(xù)函數(shù)，ε是模型中沒有明確考慮變量與測量誤差等產(chǎn)生的綜合效應(yīng)。因而，

其中，Zi為第i個工藝穩(wěn)定性要素（i＝1，2，…，r) ,r為工藝穩(wěn)定性要素數(shù)目。

另設(shè)Zi*、Zi0分別為工藝穩(wěn)定性要素Zi的目標(biāo)、當(dāng)前水平值，Zimin、Zimax分別為工藝穩(wěn)定性要素Zi的最低、最高水平值，ΔZi為工藝穩(wěn)定性要素Zi的水平變化率， ΔZi定義為ΔZi=Zi*-Zi0 / Zimax-Zimin，這樣可建立總體工藝質(zhì)量改進優(yōu)化問題，以約束條件“工藝穩(wěn)定性要素之間的關(guān)聯(lián)（矩陣β）”。以工藝穩(wěn)定性要素最優(yōu)變化率之和為目標(biāo)函數(shù)，工藝穩(wěn)定性要素變化率反映了各工藝穩(wěn)定性要素波動的離散程度，既考慮了波動范圍的區(qū)間長度，又考慮了其波動離散程度。因此，考慮以要素變化率之和最大來約束工藝穩(wěn)定性要素波動范圍，可從整體把握多個要素同時波動的情況，構(gòu)建優(yōu)化問題如下：

式中， 是反映各要素 之間的關(guān)聯(lián)程度，大小表示強弱，符號表示正負(fù)相關(guān)；j1，j2=1，2，…，n。

通過構(gòu)建此優(yōu)化問題，考慮各工藝穩(wěn)定性要素同時變化，且變化波動最小、質(zhì)量改進最優(yōu)，為提升產(chǎn)品制造工藝穩(wěn)定性、確保產(chǎn)品工藝質(zhì)量、有效控制工藝成本提供決策。

三、工藝改進措施及建議

回顧多年來武器裝備研制流程，并結(jié)合近年裝備研制過程出現(xiàn)過的質(zhì)量問題，考慮工藝穩(wěn)定性各要素的提升，筆者提出了針對彈上典型產(chǎn)品生產(chǎn)過程工藝改進的措施及建議。

1.發(fā)動機

發(fā)動機的生產(chǎn)制造涉及到機械加工、鑄造、鍛造、鈑金、焊接、熱處理、表面處理、發(fā)動機及其組合件裝配等多種工序，從生產(chǎn)過程到大量輔材，外部條件變化給穩(wěn)定工藝帶來較多困難。2007年某型號發(fā)動機試車試驗中，燃?xì)獍l(fā)生器燃料入口彎管焊接部位產(chǎn)生開裂，對其進行質(zhì)量歸零后，發(fā)現(xiàn)問題原因與采用新的焊接驗收標(biāo)準(zhǔn)中強調(diào)焊縫飽滿及焊透性存在一定關(guān)聯(lián)，同時二級大噴管身部釬焊后變形、泵殼體鑄件毛坯存在“黑線”等問題均印證了這個原因。這說明如果生產(chǎn)過程輸入條件及內(nèi)部要素發(fā)生波動，邊界參數(shù)會隨之偏移，進而影響工藝穩(wěn)定性。近年對武器發(fā)動機關(guān)鍵工序過程能力保證的研究表明，關(guān)鍵工序相對穩(wěn)定但過程能力仍存在明細(xì)薄弱環(huán)節(jié)，因此建議重視研制過程記錄并細(xì)化、積累、分析研制資料，深入研究工藝邊界條件，考慮多形式下的研究及試驗驗證。

2.控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)實現(xiàn)武器飛行過程中的制導(dǎo)和姿態(tài)控制、彈上各設(shè)備的供配電控制、飛行時序控制、安全控制等功能，主要由慣性測量組合、伺服機構(gòu)、計算機、供配電設(shè)備等組成。其中，慣性測量組合主要關(guān)鍵部件陀螺加速度計屬精密器件，生產(chǎn)過程質(zhì)量直接影響慣性組合性能參數(shù)變化，致使測量精度降低。例如，某型號批抽檢進行6次待機陣地綜合測試，進行數(shù)據(jù)處理后發(fā)現(xiàn)X陀螺加速度計精度超差，經(jīng)質(zhì)量歸零后發(fā)現(xiàn)是由軸承毛刺脫落進入儀表內(nèi)部，存在多余物造成精度超差，其根本在于工藝規(guī)程有待完善，需采取控制軸承機加過程的螺紋毛刺、增加密封組合件裝配工藝規(guī)程、細(xì)化陀螺組件裝配工藝規(guī)程等措施加以糾正。工藝規(guī)程的編制及確定在符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的同時，還需保證設(shè)計指標(biāo)可達性、工藝操作可行性、工藝過程可檢測性。工藝規(guī)程是直接指導(dǎo)工藝操作的技術(shù)文件，也是保證工藝穩(wěn)定性、提供產(chǎn)品質(zhì)量的重要依據(jù)之一。

3.結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)既是武器裝備各系統(tǒng)的連接件，也是承受飛行力熱載荷和地面各種使用工況下使用載荷的承力及防熱結(jié)構(gòu)，主要由金屬殼段、防熱層、儀器支架、導(dǎo)電密封橡膠墊等組成。2017年，某武器裝備總裝時在儀器艙與級間段試對接時出現(xiàn)級間段與儀器艙抗剪銷對接不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，經(jīng)質(zhì)量歸零后，原因定位為工裝設(shè)備的精度及性能不足，造成螺栓盒襯套和象限側(cè)剪襯套裝配位置超差。工裝設(shè)備是實現(xiàn)工藝意圖的各種夾具、模具、道具、量具及工位器具等設(shè)備總稱，是保證工藝穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量一致性所必需的技術(shù)設(shè)備，工裝精度及性能的穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性將直接影響工藝質(zhì)量特性的波動。工裝精度及性能可以進一步分解至機床性能的坐標(biāo)周軸數(shù)、裝夾方案的裝夾變形量、刀具能力的成形級別等加以研究，以確保生產(chǎn)效率及工藝質(zhì)量的提升。

穩(wěn)定、先進的工藝過程是強大生產(chǎn)制造能力的重要基礎(chǔ)，是應(yīng)對多武器裝備共研制、批生產(chǎn)嚴(yán)峻形勢的根本保證。筆者通過對多型號質(zhì)量歸零問題調(diào)研，以質(zhì)量問題關(guān)鍵原因為切入點，建立基于工藝穩(wěn)定性的模型優(yōu)化問題，并針對典型彈上產(chǎn)品的質(zhì)量問題提出有效建議及措施。為保持工藝穩(wěn)定性、改進工藝過程，還應(yīng)以工藝狀態(tài)控制為核心協(xié)調(diào)處理穩(wěn)定與改進的關(guān)系，加強工藝文件、工藝裝備、工藝隊伍的管理，確保對工藝薄弱環(huán)節(jié)的有效識別及關(guān)重工序的有效控制，為裝備可靠性、戰(zhàn)備完好率提供有力支撐。