衛(wèi)星有效載荷產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造管控事項(xiàng)探析

劉丁臻、牛相林 /中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所

高可靠性是中國(guó)航天不變的追求目標(biāo)，加強(qiáng)航天產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性是航天產(chǎn)品研制的重要內(nèi)容。本文主要針對(duì)衛(wèi)星有效載荷產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造的重要事項(xiàng)進(jìn)行分析，探討提高設(shè)計(jì)水平與設(shè)計(jì)質(zhì)量的措施，提出產(chǎn)品制造過(guò)程管控措施。

一、產(chǎn)品設(shè)計(jì)管控事項(xiàng)

1.對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行充分論證

吃透任務(wù)的技術(shù)要求，充分論證協(xié)調(diào)?！俺酝浮笔侵概? 個(gè)方面的情況：一是用戶根本的使用要求及主要技術(shù)指標(biāo)的出處；二是提出總體約束條件的緣由；三是自身的技術(shù)能力，載荷儀器對(duì)平臺(tái)的基本要求。在弄清上述情況的基礎(chǔ)上，經(jīng)反復(fù)論證與協(xié)調(diào)方可確定任務(wù)書(shū)指標(biāo)要求。另外，對(duì)于特殊任務(wù)，應(yīng)弄清目標(biāo)特性，參與戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為技術(shù)指標(biāo)的論證，必要時(shí)做仿真分析與實(shí)驗(yàn)；對(duì)于相應(yīng)產(chǎn)品，除參加衛(wèi)星總體試驗(yàn)外還應(yīng)開(kāi)展外場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證。

把握設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新與繼承。由航天單位承擔(dān)的型號(hào)項(xiàng)目大都對(duì)技術(shù)性能要求較高，要綜合考慮方案的先進(jìn)性與可靠性。創(chuàng)新或采用新技術(shù)應(yīng)致力于實(shí)現(xiàn)主要指標(biāo)，而一般部位應(yīng)充分繼承經(jīng)飛行考核的成熟技術(shù)，多在優(yōu)化組合上下功夫。對(duì)于新型號(hào)的儀器方案，應(yīng)調(diào)查國(guó)外同類(lèi)技術(shù)、國(guó)內(nèi)其它型號(hào)或預(yù)研的技術(shù)，經(jīng)分析研究再設(shè)計(jì)方案。在描述產(chǎn)品沿用繼承性及技術(shù)成熟度時(shí)，應(yīng)符合航天型號(hào)的定義。產(chǎn)品繼承性：完全繼承已經(jīng)飛行的產(chǎn)品，不作任何修改稱(chēng)A 類(lèi)；稍作修改，不需重做鑒定試驗(yàn)稱(chēng)B 類(lèi)；有較大修改，應(yīng)重做鑒定試驗(yàn)稱(chēng)C 類(lèi)；新研稱(chēng)D 類(lèi)；國(guó)外引進(jìn)件稱(chēng)E 類(lèi)。技術(shù)成熟度：已用于預(yù)研產(chǎn)品稱(chēng)1 級(jí)；已用于工程產(chǎn)品，通過(guò)鑒定試驗(yàn)稱(chēng)2 級(jí)；已成功用于飛行產(chǎn)品稱(chēng)3 級(jí)；已多次成功用于在軌應(yīng)用稱(chēng)4 級(jí)；已通過(guò)定型的產(chǎn)品稱(chēng)5 級(jí)。

2.著力關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和新組部件先行

近年來(lái)，我國(guó)航天產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、姿控、溫控、電源、數(shù)傳、星務(wù)與測(cè)控等，已經(jīng)多次飛行驗(yàn)證，成熟度較好。相對(duì)而言，新型號(hào)難度主要在載荷儀器上。在工程樣機(jī)至初樣階段，要著力解決載荷自身關(guān)鍵技術(shù)，在性能與可靠性上準(zhǔn)備充分，以免在正樣研制中處于被動(dòng)；對(duì)于方案中未研制過(guò)的新組部件，則應(yīng)先行安排，以期實(shí)現(xiàn)樣機(jī)齊套。

3.做好重要元部件、外協(xié)件協(xié)調(diào)

對(duì)本單位自制元部件，應(yīng)發(fā)揚(yáng)同一個(gè)單位的優(yōu)勢(shì)，充分溝通協(xié)調(diào)，努力在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高性能與可靠性；在保持基本結(jié)構(gòu)、接口不變的前提下，可分階段達(dá)到最終要求；在協(xié)調(diào)基礎(chǔ)上會(huì)簽任務(wù)書(shū)，按任務(wù)書(shū)提供試驗(yàn)件與裝機(jī)產(chǎn)品件；型號(hào)用元部件應(yīng)逐步實(shí)現(xiàn)“三化”，及早開(kāi)展探測(cè)器器件等可靠性工作。對(duì)外協(xié)件，應(yīng)盡量定點(diǎn)于本單位質(zhì)保體系認(rèn)定的可信單位，訂立質(zhì)量控制要求的技術(shù)協(xié)議；對(duì)新單位必須進(jìn)行資質(zhì)認(rèn)定。

4.認(rèn)真進(jìn)行產(chǎn)品特性、可靠性安全性分析

（1）產(chǎn)品特性分析

查閱航天產(chǎn)品特性報(bào)告編寫(xiě)規(guī)定（QJ3230-2005）或本單位質(zhì)保體系規(guī)定；查閱宇航型號(hào)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析與控制要求。特性分析應(yīng)達(dá)到下列要求：

列出3類(lèi)關(guān)鍵特性：對(duì)產(chǎn)品主要性能有決定影響的設(shè)計(jì)參數(shù)稱(chēng)為設(shè)計(jì)關(guān)鍵特性；將其分解到組部件制作的工藝參數(shù)稱(chēng)為工藝關(guān)鍵特性；落實(shí)在制作與組裝過(guò)程控制檢測(cè)的參數(shù)稱(chēng)過(guò)程控制關(guān)鍵特性。3 類(lèi)關(guān)鍵特性分析控制應(yīng)填型號(hào)規(guī)定的分析表，在主要性能實(shí)現(xiàn)需留有裕度。

列出關(guān)鍵件與重要件：對(duì)產(chǎn)品關(guān)鍵特性有決定影響的為關(guān)鍵件；有重要影響的為重要件。關(guān)重件一般指單件，應(yīng)制定過(guò)程控制措施并提交專(zhuān)題質(zhì)量報(bào)告。

（2）產(chǎn)品可靠性安全性分析（航天產(chǎn)品規(guī)定必做的“1+6+2”事項(xiàng)）

“1”指FMECA 分析（以可靠性樹(shù)圖、故障樹(shù)圖為基礎(chǔ)）。

“6”指6 項(xiàng)可靠性設(shè)計(jì)與分析：元器件降額、抗力學(xué)環(huán)境、熱設(shè)計(jì)、電磁兼容、抗輻射（含單粒子）、防靜電。此外，還應(yīng)有冗余措施。

“2”指2 項(xiàng)專(zhuān)項(xiàng)工作：關(guān)鍵電路、關(guān)鍵件的最壞使用情況分析；可靠性關(guān)鍵項(xiàng)目的試驗(yàn)驗(yàn)證。

由FMECA 確定可靠性關(guān)鍵項(xiàng)目、列出單點(diǎn)故障部位。對(duì)可靠性關(guān)鍵項(xiàng)目，制定過(guò)程控制措施并提交專(zhuān)項(xiàng)質(zhì)量報(bào)告。長(zhǎng)壽命活動(dòng)部件應(yīng)是可靠性關(guān)鍵項(xiàng)目，嚴(yán)格其過(guò)程控制并明確應(yīng)有交付裝機(jī)的試驗(yàn)檢測(cè)要求。一般不允許存在發(fā)生概率在D 等級(jí)以上、且嚴(yán)酷度等級(jí)在10 以上的單點(diǎn)故障（查閱GJB1391-92 故障模式、影響及危害性分析程序）。按型號(hào)模板編寫(xiě)報(bào)告，在安全性章節(jié)列出有無(wú)危險(xiǎn)源及相應(yīng)的控制措施。

5.及時(shí)理清設(shè)計(jì)變化，嚴(yán)格控制正樣更改

按階段理清發(fā)生的狀態(tài)變化，生成狀態(tài)變化匯總表并做審查。正樣更改必須按照5 項(xiàng)原則（充分論證、各方認(rèn)可、試驗(yàn)驗(yàn)證、審批完備、落實(shí)到位）履行論證與填表審批。

6.仔細(xì)進(jìn)行測(cè)試覆蓋性分析

提交測(cè)試覆蓋分析報(bào)告。含測(cè)試過(guò)程，全部可測(cè)項(xiàng)目表及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi)不可測(cè)項(xiàng)目表。對(duì)Ⅱ類(lèi)不可測(cè)項(xiàng)必須在研制中進(jìn)行過(guò)程驗(yàn)收檢測(cè)；Ⅲ類(lèi)不可測(cè)項(xiàng)應(yīng)在裝星后檢測(cè)；Ⅰ類(lèi)不可測(cè)項(xiàng)可為分析計(jì)算結(jié)果。在產(chǎn)品驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)對(duì)照分析報(bào)告提交測(cè)試覆蓋性執(zhí)行的檢查報(bào)告。

7.分階段進(jìn)行產(chǎn)品技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析與控制

在方案、初樣、正樣階段都要有重點(diǎn)地開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)分析與控制。方案及設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)要確保設(shè)計(jì)的正確性，降低存在的風(fēng)險(xiǎn)；產(chǎn)品研制階段重點(diǎn)解決測(cè)試、試驗(yàn)驗(yàn)證不充分帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)；正樣階段重點(diǎn)解決過(guò)程控制不到位的風(fēng)險(xiǎn)。

方案及詳細(xì)設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)分析控制（納入設(shè)計(jì)報(bào)告或?qū)憣?zhuān)題報(bào)告）要求主要包括：任務(wù)及產(chǎn)品特點(diǎn)分析，列出風(fēng)險(xiǎn)源（如新技術(shù)、難點(diǎn)、可靠性關(guān)鍵項(xiàng)目）；三類(lèi)關(guān)鍵特性、設(shè)計(jì)裕度、單點(diǎn)故障及其措施分析（填分析表）；“九新”分析及其控制；對(duì)其它型號(hào)發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題，在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的舉一反三措施。產(chǎn)品研制階段及出廠的風(fēng)險(xiǎn)分析與控制，按照型號(hào)模板要求進(jìn)行。

對(duì)上述“九新”分析與控制的事項(xiàng)簡(jiǎn)要說(shuō)明如下：

新技術(shù)采用：應(yīng)是實(shí)現(xiàn)任務(wù)技術(shù)指標(biāo)與可靠性所必需。應(yīng)用到型號(hào)的新技術(shù)一定要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，重要的列為技術(shù)攻關(guān)并通過(guò)總結(jié)評(píng)審。

新材料與新元件：一般不用未經(jīng)飛行使用的新材料。元器件清單要通過(guò)型號(hào)評(píng)審；首飛器件要控制；超期元件必須復(fù)驗(yàn)；不用塑封元件；目錄外、低等級(jí)的要報(bào)批，低等級(jí)的要有升級(jí)篩選等措施；抗輻照性能要核實(shí)或驗(yàn)證。

新單位控制：新外協(xié)單位要認(rèn)定。列為關(guān)重件的，要下廠落實(shí)過(guò)程控制。

新工藝控制：對(duì)研究所其它項(xiàng)目沒(méi)有用過(guò)的新工藝，應(yīng)做試驗(yàn)確認(rèn)，重要的要評(píng)審。不用航天禁用、限用工藝；注意對(duì)使用火工品、焊接工藝的規(guī)定。

新?tīng)顟B(tài)控制：狀態(tài)更改應(yīng)提交論證報(bào)告并填表審批。

另外4項(xiàng)為新環(huán)境、新設(shè)備、新崗位、新人員控制。測(cè)試試驗(yàn)換場(chǎng)地或設(shè)備必須檢查確認(rèn)。所內(nèi)重要的及參加總體試驗(yàn)要落實(shí)崗位，不用新人員為操作一崗。

8.產(chǎn)品數(shù)據(jù)包的策劃

產(chǎn)品數(shù)據(jù)包是指在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試試驗(yàn)、交付驗(yàn)收過(guò)程中形成的反映產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的文件、質(zhì)量記錄的集合。按硬件產(chǎn)品、軟件產(chǎn)品生成分類(lèi)文檔清單?？刹殚喼袊?guó)空間技術(shù)研究院、上海航天技術(shù)研究院的數(shù)據(jù)包管理辦法及規(guī)定的數(shù)據(jù)包文檔清單表式。

詳細(xì)設(shè)計(jì)及正樣階段應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)包文檔及其形成時(shí)機(jī)進(jìn)行事先策劃，編制策劃文件并初填數(shù)據(jù)包文檔清單。在交付產(chǎn)品時(shí)提交正式的數(shù)據(jù)包清單。

二、產(chǎn)品制造管控事項(xiàng)

設(shè)計(jì)是源頭，實(shí)現(xiàn)靠制造，而制造重在控制。過(guò)程控制要點(diǎn)：編制工藝總方案，明確產(chǎn)品采用制造技術(shù)；總裝總調(diào)流程及各組件、單機(jī)組裝分流程；確定并實(shí)施各級(jí)流程控制點(diǎn)與檢驗(yàn)要求；加強(qiáng)出所產(chǎn)品檢查確認(rèn)的措施。具體如下：

1.把握產(chǎn)品制造全過(guò)程控制要求

設(shè)計(jì)師必須仔細(xì)閱讀型號(hào)產(chǎn)品保證大綱、設(shè)計(jì)與建造規(guī)范以及產(chǎn)品驗(yàn)收要求。結(jié)合自身產(chǎn)品的實(shí)際，明確必須參與或直接執(zhí)行的控制事項(xiàng)與要求：對(duì)使用器件、外協(xié)件、自制件、加工件負(fù)有選用、驗(yàn)收、交接技術(shù)把關(guān)責(zé)任；對(duì)產(chǎn)品的組裝、總裝總調(diào)、測(cè)試試驗(yàn)和出所檢查確認(rèn)，負(fù)有直接責(zé)任。

2.著力做好產(chǎn)品組裝調(diào)試和檢測(cè)的控制

依據(jù)設(shè)計(jì)文件與技術(shù)流程，編制工藝總方案、裝調(diào)文件與表格并切實(shí)執(zhí)行。

（1）型號(hào)項(xiàng)目應(yīng)編制工藝總方案并明確實(shí)施要求

可查閱航天型號(hào)工藝總方案編制管理要求（Q/QJA38-2007）或本單位質(zhì)保體系規(guī)定。工藝總方案依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)給出：制造使用的技術(shù)與工藝（列出應(yīng)有工藝文件目錄）；對(duì)裝機(jī)件的控制要求；分系統(tǒng)、單機(jī)、組件的裝調(diào)簡(jiǎn)要流程并規(guī)定其控制點(diǎn)及要求；產(chǎn)品測(cè)試試驗(yàn)的控制要求；出所檢查確認(rèn)要求等。

（2）自制組件應(yīng)編制制作與組裝流程、過(guò)程控制要求并落實(shí)實(shí)施

對(duì)單位自制的探測(cè)器、制冷機(jī)（器）、運(yùn)動(dòng)部件等關(guān)重件必須編制制作、組裝流程與控制措施文件（含過(guò)程質(zhì)量記錄表）；試驗(yàn)項(xiàng)目與條件；交收試驗(yàn)檢測(cè)細(xì)則（含測(cè)試記錄表）。同時(shí)，要按研制階段提交質(zhì)量控制報(bào)告。

（3）單機(jī)與系統(tǒng)應(yīng)編制組裝調(diào)試與檢測(cè)流程、過(guò)程控制要求并落實(shí)實(shí)施

主體類(lèi)整機(jī)，應(yīng)編制從配套件檢查驗(yàn)收—產(chǎn)品裝?！獧z測(cè)試驗(yàn)—出所檢查確認(rèn)全過(guò)程的工作流程，明確關(guān)鍵檢驗(yàn)點(diǎn)、強(qiáng)制檢驗(yàn)點(diǎn)（含過(guò)程質(zhì)量記錄表）；編制相應(yīng)產(chǎn)品機(jī)裝、光校、機(jī)電總裝等工藝文件，對(duì)應(yīng)的跟蹤記錄卡冊(cè)（含固封、照相等記錄要求）；相關(guān)調(diào)試應(yīng)具有專(zhuān)門(mén)文件（細(xì)則）。

電單機(jī)，由電裝部門(mén)為主編制單板、機(jī)箱電裝工藝文件及跟蹤卡（三防、固封、照相、多余物檢查等）；由設(shè)計(jì)師編制單機(jī)機(jī)裝、單機(jī)調(diào)試文件。

儀器分系統(tǒng)，編制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、測(cè)試細(xì)則。聯(lián)調(diào)細(xì)則應(yīng)規(guī)定單機(jī)集成與系統(tǒng)調(diào)試程序要求；測(cè)試細(xì)則應(yīng)按管理規(guī)范出全部檢測(cè)項(xiàng)目表。包括：關(guān)鍵工序，指制作或組裝過(guò)程中特別要加強(qiáng)控制的操作；關(guān)鍵檢驗(yàn)點(diǎn)，指本項(xiàng)目自行規(guī)定的重要檢驗(yàn)項(xiàng)目；強(qiáng)制檢驗(yàn)點(diǎn)，指用戶、總體單位規(guī)定到場(chǎng)檢驗(yàn)的項(xiàng)目；緊固（防松）、點(diǎn)封、絕緣。

3.對(duì)產(chǎn)品測(cè)試與試驗(yàn)的控制

（1）產(chǎn)品測(cè)試控制

對(duì)新研產(chǎn)品必須編制技術(shù)指標(biāo)測(cè)試方案，通過(guò)評(píng)審并具體化為細(xì)則。對(duì)其它型號(hào)應(yīng)有產(chǎn)品測(cè)試細(xì)則（含記錄表），經(jīng)型號(hào)總體認(rèn)可。

（2）產(chǎn)品環(huán)試控制

試驗(yàn)項(xiàng)目與條件應(yīng)執(zhí)行型號(hào)總體規(guī)范，編制相應(yīng)試驗(yàn)細(xì)則，明確試驗(yàn)程序及過(guò)程監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)前后檢測(cè)要求。

（3）產(chǎn)品專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)控制

對(duì)定標(biāo)、外場(chǎng)試驗(yàn)必須編制并評(píng)審大綱、細(xì)則（查閱研究所質(zhì)保體系規(guī)定），明確試驗(yàn)程序、過(guò)程控制點(diǎn)、質(zhì)量記錄表及安全措施。

4.對(duì)產(chǎn)品出所做全面的質(zhì)量檢查確認(rèn)

單機(jī)合蓋前，總體要按規(guī)定到現(xiàn)場(chǎng)做檢查確認(rèn)。事前應(yīng)會(huì)同質(zhì)量部門(mén)做功能、性能自查，還應(yīng)檢查組裝、電裝、固封照相記錄，做多余物終檢。在產(chǎn)品向型號(hào)總體交付驗(yàn)收前，應(yīng)會(huì)同質(zhì)量部門(mén)完成對(duì)產(chǎn)品文實(shí)一致的檢查；對(duì)功能、技術(shù)指標(biāo)、IDS 表及建造規(guī)范要求列表，進(jìn)行對(duì)照自檢與記錄。正樣產(chǎn)品出所時(shí)，應(yīng)按航天產(chǎn)品質(zhì)量檢查確認(rèn)要求（Q/QJA16）進(jìn)行設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、測(cè)試與試驗(yàn)的檢查。配合質(zhì)量處編寫(xiě)質(zhì)量檢查確認(rèn)報(bào)告并附20 種表格（查閱Q/QJA16）。其中，要清理過(guò)程中發(fā)生的技術(shù)通知單、更改單和質(zhì)疑單（指生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)超差、代料及技術(shù)質(zhì)疑事項(xiàng)的處理記錄）。

綜上所述，在有效載荷產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)之初，就要按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造重要事項(xiàng)做好全周期策劃，并遵照實(shí)施。同時(shí)，應(yīng)該充分理解和掌握航天型號(hào)研制規(guī)范，熟讀理解與執(zhí)行相關(guān)規(guī)定要求，熟知產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造的工作事項(xiàng)，強(qiáng)化過(guò)程控制，精細(xì)策劃，有效推進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造?！?/p>