新領(lǐng)域航天器“三齒輪式”質(zhì)量管理實(shí)踐

涂積奇，李 丹，張 蕊，宋凱歌，劉 濤

（1.中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076；2.空間物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100076）

0 引 言

某航天器工程作為復(fù)雜巨系統(tǒng)，涉及專業(yè)、配套協(xié)作單位和科研生產(chǎn)人員多，高新技術(shù)密集，技術(shù)難度大，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高，飛行試驗(yàn)任務(wù)更是總體方案和產(chǎn)品質(zhì)量的綜合考驗(yàn)，是影響范圍最大、考核內(nèi)容最多、實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)最高的系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證。該工程有別于傳統(tǒng)航天工程項(xiàng)目質(zhì)量管理的諸多特點(diǎn)和規(guī)律，既無法直接引用傳統(tǒng)武器型號(hào)質(zhì)量管理模式也不能采用預(yù)先研究項(xiàng)目的質(zhì)量管理模式，在國際范圍內(nèi)，該航天器在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上尚無成功先例，質(zhì)量管理也無先例可參照，如NASA 項(xiàng)目是基于經(jīng)典系統(tǒng)工程“V”框架，在生命周期內(nèi)遵循從需求到研發(fā)生產(chǎn)、組件/子系統(tǒng)驗(yàn)證、系統(tǒng)確認(rèn)、認(rèn)證和操作的技術(shù)整合過程實(shí)施全過程質(zhì)量管理。工程為確保各項(xiàng)任務(wù)的圓滿完成、最大程度化解研制中的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建了“三齒輪式”質(zhì)量管控模式，通過穩(wěn)抓需求及理論基礎(chǔ)、緊扣風(fēng)險(xiǎn)與狀態(tài)核心、錨定產(chǎn)品與試驗(yàn)驗(yàn)證，最終達(dá)到了“準(zhǔn)時(shí)發(fā)射、穩(wěn)定飛行、可靠制動(dòng)、安全平穩(wěn)、落入?yún)^(qū)域、獲取數(shù)據(jù)”的工程質(zhì)量目標(biāo)。

1 新領(lǐng)域航天器質(zhì)量管理的特點(diǎn)與難點(diǎn)

作為中國首次研發(fā)的航天器，缺乏可供借鑒的成功樣例，技術(shù)匱乏、基礎(chǔ)薄弱。面對(duì)外形設(shè)計(jì)的困惑、空間環(huán)境條件的未知、新型材料的研制、先進(jìn)工藝的攻關(guān)和試驗(yàn)驗(yàn)證能力的突破等困局，設(shè)計(jì)方案、工藝可行性，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性等方面面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

工程技術(shù)難度大，系統(tǒng)龐大復(fù)雜，必須通過中國國內(nèi)大協(xié)作，聯(lián)合國內(nèi)各領(lǐng)域、各層級(jí)、各專業(yè)的優(yōu)勢技術(shù)單位集智攻關(guān)，加大對(duì)各層級(jí)供應(yīng)商質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的管控。尤其是一些尖端的技術(shù)研究，還需要與高校和科研院所協(xié)作，完成技術(shù)研究到工程實(shí)現(xiàn)的快速轉(zhuǎn)化，加強(qiáng)對(duì)高校和科研院所的工程質(zhì)量管控。

工程是在未知的情況下開展的科學(xué)探索、技術(shù)攻關(guān)和工程研究，鑒于工程創(chuàng)新跨度大，組織管理難度高，為降低研制風(fēng)險(xiǎn)，在工程初期提出了“分段實(shí)施、分步?jīng)Q策”的工作思路，創(chuàng)新性地采用了“邊探索、邊研究、邊驗(yàn)證、邊研制”的研究模式，系統(tǒng)謀劃、循序漸進(jìn)，根據(jù)前一階段的技術(shù)攻關(guān)情況來確定后續(xù)的技術(shù)途徑。在研制階段采取了三步走的戰(zhàn)略，即按照“打牢基礎(chǔ)、攻關(guān)集成、飛行驗(yàn)證”3 個(gè)階段組織實(shí)施?；诠こ痰难兄颇Ｊ胶椭笇?dǎo)思想，在質(zhì)量管理中呈現(xiàn)了技術(shù)狀態(tài)多線并舉，相互交疊，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)逐步迭代、逐次化解的局面，因此整個(gè)工程的多條技術(shù)狀態(tài)線及風(fēng)險(xiǎn)的統(tǒng)籌管控，乃至每條技術(shù)狀態(tài)線之間、每項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)之間的相互關(guān)系是工程質(zhì)量管控的重中之重，是工程每個(gè)階段質(zhì)量目標(biāo)順利推進(jìn)和整體質(zhì)量目標(biāo)全面實(shí)現(xiàn)的重要保障。

2 “三齒輪式”質(zhì)量管理的內(nèi)涵與實(shí)踐

基于工程質(zhì)量管控的特點(diǎn)和重點(diǎn)，緊密結(jié)合工程的實(shí)施理念，構(gòu)建了“三齒輪式”的質(zhì)量管控模式，如圖1 所示。

圖1 “三齒輪式”質(zhì)量管理模型Fig.1 Trigear Quality Management Model

圍繞工程第1 階段的目標(biāo)和任務(wù)，主要開展相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論研究，建設(shè)一套研制和保障體系，質(zhì)量管理主要從需求管理層面開展頂層謀劃，并按質(zhì)量準(zhǔn)則逐級(jí)落實(shí)。以往型號(hào)皆按照傳統(tǒng)的武器系統(tǒng)研制程序在不同階段采取相應(yīng)質(zhì)量管理方法和工具，而工程因多任務(wù)、多考核、多目標(biāo)等研制特點(diǎn)無法序貫式實(shí)施質(zhì)量管理，要根據(jù)項(xiàng)目開展過程中的需要，不斷整合、迭代，制定針對(duì)性的辦法和措施?；A(chǔ)輪的質(zhì)量工作不僅包括工程總體方案的質(zhì)量把關(guān)，并打牢核心輪和驗(yàn)證輪的質(zhì)量基礎(chǔ)，隨著第2、第3 階段工程的推進(jìn)和認(rèn)識(shí)的不斷深入，持續(xù)修正質(zhì)量目標(biāo)，完善質(zhì)量策劃，豐富質(zhì)量要求，不斷改進(jìn)基礎(chǔ)輪的質(zhì)量保障，與核心輪和驗(yàn)證輪形成整個(gè)工程的、具有自適應(yīng)調(diào)整能力的、快速閉環(huán)改進(jìn)的質(zhì)量管理模式，為工程連續(xù)取得飛行試驗(yàn)任務(wù)的圓滿成功提供有力保證。

2.1 “基礎(chǔ)輪”

“三齒輪”模型最底層齒輪為“基礎(chǔ)輪”，是工程質(zhì)量管理的基石，也是底層邏輯?！盎A(chǔ)輪”結(jié)合源頭抓起的質(zhì)量管理原則，從需求管理出發(fā)，牢牢把握需求與要求、需求與實(shí)現(xiàn)間關(guān)系，聚焦基礎(chǔ)理論研究、系統(tǒng)方案設(shè)想、運(yùn)用使用方向，制定需求識(shí)別、需求分析與需求控制的結(jié)構(gòu)化需求管理措施，確保需求正確。

工程在需求明確后開展全周期、全要素質(zhì)量策劃，提出了工程質(zhì)量行為規(guī)范圈的管理思路，以質(zhì)量為中心，型號(hào)活動(dòng)為邊界，形成行為規(guī)范圈，如圖2 所示。針對(duì)研制設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)過程中的各種行為明確相應(yīng)質(zhì)量要求，使各項(xiàng)行為有據(jù)可依，從而對(duì)研制各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量控制，其目的就是要保證產(chǎn)品研制全壽命周期內(nèi)的質(zhì)量，使最終產(chǎn)品滿足顧客的要求。隨著型號(hào)活動(dòng)邊界的外擴(kuò)，不斷補(bǔ)充相應(yīng)的質(zhì)量管理要求，確保項(xiàng)目各項(xiàng)工作的質(zhì)量受控。同時(shí)融入系統(tǒng)管理的理念，依循“樹干級(jí)→枝叉級(jí)→葉片級(jí)”的思路，逐級(jí)逐層構(gòu)建管理脈絡(luò)，規(guī)范各類作業(yè)行為，使項(xiàng)目運(yùn)作更加有序。其中樹干級(jí)的管理規(guī)范覆蓋范圍要盡可能寬泛、全面，葉片級(jí)管理規(guī)范要盡可能具體、細(xì)化。

圖2 工程質(zhì)量行為規(guī)范圈Fig.2 Circle of Quality Behavioral Norm

在頂層策劃的前提下，從設(shè)計(jì)源頭入手，以精細(xì)量化控制為切入點(diǎn)，細(xì)化了研制工作中設(shè)計(jì)輸入輸出控制、可靠性安全性、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析、技術(shù)狀態(tài)控制、電磁兼容性、環(huán)境適應(yīng)性、測試覆蓋性、強(qiáng)制檢驗(yàn)點(diǎn)控制、質(zhì)量問題歸零與舉一反三、軟件質(zhì)量控制、試驗(yàn)質(zhì)量控制、工藝管理、生產(chǎn)過程質(zhì)量控制、外協(xié)與外購控制、設(shè)計(jì)評(píng)審、復(fù)核復(fù)算、質(zhì)量檢查確認(rèn)與產(chǎn)品驗(yàn)收、產(chǎn)品數(shù)據(jù)包和多媒體、老煉和通電時(shí)間、緊急和例外放行、產(chǎn)品交付、復(fù)查確認(rèn)及靶場“雙想”工作等質(zhì)量工作準(zhǔn)則。在需求、策劃與準(zhǔn)則環(huán)節(jié)順利實(shí)施后，方案把關(guān)工作是基礎(chǔ)輪的第4 道環(huán)節(jié)也是核心輪的第1 道環(huán)節(jié)，方案把關(guān)工作承下啟上，是實(shí)現(xiàn)第1 階段質(zhì)量目標(biāo)的關(guān)鍵路徑。

2.2 核心輪

“核心輪”是工程質(zhì)量管理的核心，方案的正確性、技術(shù)狀態(tài)、風(fēng)險(xiǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量更是工程成敗的核心。工程以“循道求質(zhì)”為理念，駕馭全局、把握關(guān)鍵，正確處理工程質(zhì)量管理主要與次要的辯證關(guān)系，提出三大質(zhì)量管理機(jī)制：風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)管理機(jī)制、產(chǎn)品質(zhì)量保證機(jī)制及技術(shù)狀態(tài)分級(jí)管控機(jī)制。

a）風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)管理機(jī)制。

工程將解決“飛得起、控得住、燒不壞、隔住熱、測得到”五大核心技術(shù)問題作為關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)（如圖3所示），圍繞風(fēng)險(xiǎn)管理核心要素，建立以流程為牽引、方法為核心、組織為保障的動(dòng)態(tài)管理機(jī)制。

表1 工程關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)Tab.1 The Key Risk Ink of Project

b）技術(shù)狀態(tài)分級(jí)管控機(jī)制。

在采取風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)管控機(jī)制使風(fēng)險(xiǎn)得到化解或降級(jí)后，工程會(huì)適時(shí)選擇技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)，基于“分段試驗(yàn)、分步研究”的工作思路，工程產(chǎn)品存在“攻（關(guān)）、研（制）、驗(yàn)（證）”一體及多狀態(tài)并舉特點(diǎn)，直接表現(xiàn)為產(chǎn)品投產(chǎn)和實(shí)際交付存在跨研制階段、多狀態(tài)圖紙共存于生產(chǎn)一線狀況，給產(chǎn)品的狀態(tài)控制和可追溯性管理帶來極大風(fēng)險(xiǎn)。工程在遵照GJB3206 要求的基礎(chǔ)上，建立四級(jí)技術(shù)狀態(tài)控制委員會(huì)管控機(jī)制，分別負(fù)責(zé)審定工程的研制總方案及飛行產(chǎn)品I 類更改，審議工程任務(wù)飛行產(chǎn)品I 類更改，審定工程技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)、技術(shù)狀態(tài)基線及產(chǎn)品II 類更改，主要審定本單位設(shè)計(jì)方案、產(chǎn)品更改、偏離和超差讓步等，有效保證了整個(gè)工程的技術(shù)狀態(tài)的正確性。

工程運(yùn)用傳統(tǒng)系統(tǒng)工程原理和控制理論，將風(fēng)險(xiǎn)管理過程各環(huán)節(jié)活動(dòng)融入工程研制各階段的技術(shù)活動(dòng)中，形成系統(tǒng)、科學(xué)、規(guī)范的風(fēng)險(xiǎn)管理流程，實(shí)現(xiàn)控制原理、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理和工程項(xiàng)目研制過程的有機(jī)結(jié)合，使產(chǎn)品研制過程局部和整體皆得到有效控制。同時(shí)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)和發(fā)揮工程隊(duì)伍人員在風(fēng)險(xiǎn)控制過程中的作用，一方面依靠工程研制隊(duì)伍自身，建立并充分發(fā)揮跨建制的行政、技術(shù)兩條指揮線的作用，建立工程任務(wù)發(fā)射場風(fēng)險(xiǎn)管控工作組，以有效的組織溝通避免管理風(fēng)險(xiǎn)，以現(xiàn)場表格化管理杜絕操作風(fēng)險(xiǎn)，以“雙想”形式挖掘技術(shù)和產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)；另一方面充分利用行業(yè)專業(yè)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)豐富的專家資源突破能力壁壘，如開展第三方獨(dú)立評(píng)估、復(fù)核復(fù)算等工作。

c）產(chǎn)品質(zhì)量保證機(jī)制。

在風(fēng)險(xiǎn)可控、技術(shù)狀態(tài)清楚的前提下，工程依據(jù)產(chǎn)品研制特點(diǎn)，通過建立工作制度、明確工作職責(zé)、健全工作隊(duì)伍、制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、完善保障條件，將產(chǎn)品保證各要素在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)全過程予以精準(zhǔn)落實(shí)，在研制初期推進(jìn)研究院專業(yè)技術(shù)支撐能力建設(shè)工作，充分發(fā)揮通用質(zhì)量特性、軟件、元器件等各專業(yè)技術(shù)支撐機(jī)構(gòu)的支撐作用。系統(tǒng)開展產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性量化控制工作，圍繞目標(biāo)、過程、要素、接口，從要求、記錄、驗(yàn)證、評(píng)價(jià)、反饋與改進(jìn)等方面實(shí)施量化的控制機(jī)制，通過實(shí)施需求量化、流程量化、工作要求量化、過程記錄及數(shù)據(jù)管理量化，最終落實(shí)到表格化確認(rèn)，形成反饋和數(shù)據(jù)包。在產(chǎn)品驗(yàn)收、轉(zhuǎn)階段、出廠前檢查確認(rèn)等關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn), 按照單機(jī)——分系統(tǒng)——全系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次對(duì)各關(guān)鍵控制要素的量化記錄結(jié)果進(jìn)行集成和確認(rèn)，形成反饋和數(shù)據(jù)包，使出廠把關(guān)檢查數(shù)據(jù)化，實(shí)現(xiàn)研制全流程全要素的量化評(píng)價(jià)，提升了工程過程精細(xì)化管控能力。開展全級(jí)次供應(yīng)商的風(fēng)險(xiǎn)分析，針對(duì)航天系統(tǒng)外高校和企業(yè)新增供方，通過實(shí)施產(chǎn)品質(zhì)量保證能力評(píng)價(jià)工作，提高承研承制單位產(chǎn)品研制質(zhì)量，增強(qiáng)持續(xù)保證成功的能力。

2.3 驗(yàn)證輪

“驗(yàn)證輪”是三齒輪的最后一輪，也是為解決工程第3 步目標(biāo)“技術(shù)集成、系統(tǒng)驗(yàn)證、協(xié)調(diào)匹配”的統(tǒng)籌輪。工程貫徹“一切通過總體、一切通過地面試驗(yàn)”的驗(yàn)證理念，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證有機(jī)結(jié)合，使試驗(yàn)貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程，為設(shè)計(jì)提供必要的支撐和驗(yàn)證。

為確保“驗(yàn)證輪”有效運(yùn)轉(zhuǎn)，工程以可靠的產(chǎn)品質(zhì)量為驅(qū)動(dòng)力，通過充分的地面試驗(yàn)來考核產(chǎn)品在各項(xiàng)工作條件下的功能性能，再通過產(chǎn)品各項(xiàng)測試項(xiàng)目及實(shí)施要素以覆蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)書和相關(guān)技術(shù)文件規(guī)定的狀態(tài)，最終確保飛行任務(wù)的可靠性。

工程尤其關(guān)注地面試驗(yàn)策劃工作，遵循“3+10”要求即3 條總體思路與10 條工作要求。

a）3 條總體思路：突出系統(tǒng)總體牽引作用度及試驗(yàn)過程上下游左右鄰關(guān)系清晰度；突出責(zé)任落實(shí)到人的必要性；突出試驗(yàn)策劃閉環(huán)回饋的重要性。

b）10 條工作要求：簡明扼要、切中主題的確定試驗(yàn)項(xiàng)目名稱；全面、具體地明確試驗(yàn)?zāi)康?；列出試?yàn)開始前所需的必要條件；把握試驗(yàn)的技術(shù)狀態(tài)；剖析試驗(yàn)施加條件與飛行試驗(yàn)條件的差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響；確保試驗(yàn)對(duì)飛行狀態(tài)邊界條件模擬的真實(shí)性和有效性；判定試驗(yàn)性質(zhì)、統(tǒng)籌試驗(yàn)資源；排定試驗(yàn)周期；集智研究試驗(yàn)方案，避免試驗(yàn)反復(fù)及關(guān)注試驗(yàn)質(zhì)量控制措施的有效性。

工程采取嚴(yán)格的“器件—單機(jī)—系統(tǒng)—總體”金字塔形的考核流程，元器件要通過篩選試驗(yàn)合格后才能裝機(jī)，單機(jī)要完成驗(yàn)收及例試后才能交付分系統(tǒng)，分系統(tǒng)要完成綜合試驗(yàn)后才允許交付全彈總裝測試，全系統(tǒng)通過總裝測試、靶場測試結(jié)果合格后方可允許參加飛行試驗(yàn)，整個(gè)過程充分檢驗(yàn)了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可靠性，確保設(shè)計(jì)方案的正確性。

3 “三齒輪式”質(zhì)量管理實(shí)踐效果

3.1 保證過程管理有成效

工程第3 階段，按兩步走的任務(wù)特點(diǎn)，策劃并完成以考核新研艙段總體方案及驗(yàn)證環(huán)境適應(yīng)性為目標(biāo)的一階段獨(dú)立評(píng)估和解決飛行安全性和試驗(yàn)充分性問題的二階段獨(dú)立評(píng)估工作?？偨Y(jié)梳理出166 項(xiàng)問題和建議，均予以答復(fù)與閉環(huán)落實(shí)。以動(dòng)力系統(tǒng)評(píng)估組為例，以6 次不同量級(jí)來流交匯流試驗(yàn)驗(yàn)證動(dòng)力系統(tǒng)在稀薄來流條件下發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性問題，推力室啟動(dòng)、關(guān)機(jī)正常，曲線平穩(wěn)且重合度好，推力室結(jié)構(gòu)均無異常，結(jié)果表明，模擬飛行環(huán)境來流對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作性能無影響。在最終的飛行試驗(yàn)任務(wù)中，動(dòng)力系統(tǒng)工程正常，體現(xiàn)了獨(dú)立評(píng)估工作的精準(zhǔn)性和有效性。

3.2 實(shí)現(xiàn)結(jié)果達(dá)成有保障

通過“三齒輪式”質(zhì)量管理的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，工程10余次飛行試驗(yàn)連續(xù)取得圓滿成功，3 個(gè)階段質(zhì)量問題數(shù)占比從72.8%、15.8%降至11.4%，問題數(shù)量呈收斂趨勢。3 個(gè)階段總裝測試環(huán)節(jié)發(fā)生的問題數(shù)占比從61.1%、27.8%降至11.1%，且在第3 階段實(shí)現(xiàn)了工程任務(wù)發(fā)射場零問題、飛行零故障。

3.3 促進(jìn)規(guī)范執(zhí)行有依據(jù)

通過10 余年的積累，工程獲取了一套方案設(shè)計(jì)、仿真分析、試驗(yàn)驗(yàn)證等關(guān)鍵參數(shù)，形成了一套本領(lǐng)域產(chǎn)品的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、技術(shù)條件、試驗(yàn)規(guī)范和管理要求共288 份，為工程后續(xù)實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用、體系化構(gòu)建、系列化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為后續(xù)具備集預(yù)研和型號(hào)于一體特點(diǎn)的其他項(xiàng)目提供了質(zhì)量管理的實(shí)踐參考。

4 結(jié)束語

隨著中國新時(shí)代“研、建、用、管、?！币惑w貫通的武器裝備現(xiàn)代化管理體系的逐步構(gòu)建及航天事業(yè)的高質(zhì)量、高效益、高效率發(fā)展，某重大科技工程新領(lǐng)域航天器質(zhì)量管理實(shí)踐證明，緊密耦合、敏捷高效、執(zhí)行力強(qiáng)的“三齒輪式”質(zhì)量管理能有效解決新技術(shù)多、技術(shù)難度大、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高的工程管理難題，對(duì)后續(xù)新型航天器研制的質(zhì)量管理具備借鑒意義。