首飞阀门产品质量控制探索与实践

◎北京宇航系统工程研究所 马飞等

首飞阀门产品质量控制探索与实践

◎北京宇航系统工程研究所 马飞等*

对参加运载火箭首飞的增压输送系统阀门产品的质量控制方法进行探索，分别在设计、生产、装配、试验和使用环节建立质量控制措施，提出零组件验收、极限装配、指标分级管理和首飞包络等要求，形成首飞阀门产品质量控制方法体系，并成功应用到运载火箭研制实践工作中。

作为航天型号典型机械类单机产品，阀门产品是一个具备特定功能的机械系统，而这一系统的完成须有自上而下的产品质量信息管理策划和自下而上的数据、过程控制保障。阀门产品的设计、生产、试验和交付等各环节涉及多个独立性较强的部门，在产品质量信息管理没有明确要求、又缺乏落实的情况下，较难实现对产品质量的系统管理，无法对完成生产后的阀门产品的生产状态和质量进行综合判断。因此，亟待探索阀门产品质量控制方法体系，以实现对阀门产品的全过程质量管理。

目前，通过统计多次飞行试验过程中阀门产品的关键性能数据进行包络分析，以达到控制阀门产品质量的目的。然而，对于首次飞行试验的运载火箭型号则无法通过飞行数据进行包络分析，如何保证首飞阀门产品状态可控是摆在型号研制过程中的重要问题。

一、阀门产品质量控制方法体系

为确保用于运载火箭首飞的阀门产品质量，根据对产品精细化管理、质量全过程控制的要求，在产品方案、初样研制阶段就开始落实产品质量控制方法，记录产品全过程质量信息，并对产品开展全生命周期质量综合分析，以确保阀门产品质量。

在方案、初样研制阶段，以设计、生产、装配、试验、验收和使用各环节为主线落实质量控制要求，各环节质量控制方法分为以下几个方面。

1.产品设计环节

为保证型号阀门产品设计与生产状态的稳定性和可控性，在设计环节提出以下几个方面的质量控制要求：

一是确定关键零组件的原材料性能要求。在阀门产品的设计阶段，根据产品的结构特点对关键零件(如弹簧、敏感元件、切破件和导磁结构等)的原材料力学性能(抗拉强度、屈服强度和延伸率等)、磁性能和电性能等提出控制要求。

二是识别阀门设计关注特性项目。根据阀门产品在使用过程中的功能要求，在零件、组件、整阀不同层面分别确定影响阀门性能的设计要求，并将这些要求作为阀门的关注特性项目落实到图纸和技术文件中。

三是设置强制检验点。为确保产品质量，在电磁阀的制造、验收过程中设置强制检验点，可以采用数据确认和过程确认2种方式对强制检验点进行检查。其中，数据确认为设计人员对该检验点的测试数据进行检查；过程确认是在设计全程参加该检验点测试过程，并对测试过程和测试数据进行检查。

四是提出零组件验收要求。为确保阀门产品装配的质量，降低阀门装配后出现反复的风险，提出阀门零组件验收要求。零组件完成加工后，生产部门在正式装配前按设计要求准备零组件实物和相关实测数据，供设计人员进行检查、验收。

五是提出批次极限装配要求。根据阀门产品特点，明确阀门批次极限装配要求，如导向配合部位、行程关联尺寸部位、阻尼力、摩擦力和切断部位厚度等。

六是确定首次工艺保证项目。针对新研制阀门产品中首次采用工艺保证的项目，如图样中的焊缝、圆角、阀座等无法直接检测的尺寸、形位要求，形成检测表格。

2.产品生产环节

为保证产品生产环节的质量，对生产过程提出以下几方面要求：

一是复验关键零组件原材料性能数据。物资部门按图样和技术文件要求进行关键零组件的原材料性能数据复验，并记录实测数据。

二是实测零组件关注特性项目。生产部门按阀门图样和技术文件要求将零组件关注特性项目落实在工艺文件中，保证每项工序进行过程中按要求实测零组件的关注特性数据，并记录实测值。

三是落实强制检验点要求。根据阀门产品设定的强制检查点要求，设计与生产部门人员共同对强制检验项目进行检查，并进行状态签署确认。

四是落实首次工艺保证措施。针对新研阀门产品中的首次工艺保证项目，生产部门提出工艺保证措施，并落实到工艺控制文件中，同时将实测结果反馈给设计人员进行检查确认。

3.产品装配环节

为有效控制批次产品装配的质量，在装配环节提出以下几方面的要求：

一是开展零组件验收。一方面，在零组件加工完进行装配前，设计下厂对零件的生产质量情况进行检查，对实物特别是导向和密封部位进行检查，确保产品表面不存在缺陷或多余物等情况；另一方面，比对设计关注特性和工艺记录的实测情况，检查是否存在缺项或不满足设计要求的情况，保证阀门零组件生产状态的可控性。

二是进行阀门极限装配。针对影响阀门性能的关键部位，如导向配合部位、行程关联尺寸部位、阻尼力、摩擦力和切断部位厚度等，通过设计选配保证装配出的极限状态产品能够表征批次产品的质量。

三是实测整阀关注特性项目。阀门产品装配过程中，按阀门图样和技术文件要求实测整阀关注特性项目的关注特性数据，如行程、摩擦力和力矩等，并记录实测值。

4.产品试验环节

为保证批次验证试验的有效性，对产品试验环节的要求包括以下几个方面：

一是实测阀门性能试验数据。按阀门技术文件要求开展阀门性能试验，记录批次每件阀门产品的性能试验数据。

二是开展极限环境试验。将阀门极限装配出的极限状态产品作为批次典试试验件，按极限环境条件(如高低温、振动条件、工作压力、工作电压等)进行试验，考核极限装配状态产品在极限环境条件下的性能，从而形成批次产品状态有效包络。

三是性能指标分级管理。为将阀门性能质量控制点前移，结合产品先期多批次研制情况对影响产品性能的关键项目按单机、典试、总装和靶场逐级放宽管理的方式，在阀门制造验收技术条件中进行明确。

5.产品验收环节

为确保阀门产品批次验收质量，在验收环节制定以下几方面要求：

一是表格化预验收。由于阀门产品的生产工艺流程较多，在验收过程中需要检查的资料较多，如产品原加工质控卡、材料入厂复验情况、关键特性数据、阀门试验数据以及“举一反三”情况等。为了保证阀门产品验收工作的完整性，针对在预验收环节需要检查项目形成阀门产品预验收表格。

二是验收过程问题跟踪。在批次产品验收的过程中重点关注产品生产、装配和试验环节的不合格品或不满足设计要求项目，并对具体原因进行分析。同时，在验收过程中严格执行验收资料准备不全不进行产品验收和验收发现的问题不解决不签合格证的原则。

6.首飞产品包络分析

由于用于首飞的阀门产品不同于成熟型号的产品，没有可进行成功包络分析的飞行试验数据，为有效控制首飞阀门产品的状态，笔者提出了基于阀门产品研制阶段数据开展用于型号首飞的阀门产品包络分析方法，包络分析项目的选取原则如下：

重要原材料数据包括强度薄弱零件或敏感元件的原材料数据，影响动作、密封性能和承压强度等阀门关键性能的原材料数据，影响阀门裕度、寿命的关键原材料数据。

组件测试数据包括电爆阀液压切断压力、电磁铁的吸力、敏感元件寿命试验次数和滤芯起泡点压力等。

装配数据是指对性能、功能有重要影响的装配数据，包括行程、空程、气隙、导向间隙、摩擦力、拧紧力矩等。

性能试验数据是指系统关注的重要单机数据(如阀门响应时间、流阻等)。

典试件试验数据是指首飞批次典试件中关键数据与研制数据的比对，如动作次数、高低温关键数据等。

7.交付、使用环节

根据阀门研制阶段包络分析结果，确定交付用于首飞的阀门产品。为保证产品的正确使用、操作和对使用过程中的现象准确判定，编制每项阀门产品使用维护技术条件，对阀门产品的操作注意事项、使用过程中的正常现象和故障处理方案进行说明。

二、首飞阀门产品质量控制应用

以应用于某型号首飞的电磁阀产品为例，说明产品质量控制实践方法。

在设计环节，根据电磁阀产品的特点识别出重要零组件原材料性能数据要求，确定阀门的关注特性数据项目；在电磁阀零组件生产过程中按要求对接管嘴、线圈、阀芯骨架和阀芯等零件的设计关注特性项目进行实测记录；在产品装配过程中按要求对电磁阀行程、装配力矩和质量等进行实测记录；在试验环节系统关注重要单机数据，如阀门响应时间、流阻等；在验收环节应严格执行预验收表格要求，并对批验收过程中的问题进行分析和跟踪处理。

结合电磁阀产品的特点将影响产品性能的关键项目作为包络分析对象，基于电磁阀研制阶段的2批产品数据，确定电磁阀产品包络分析项目的包络范围，列出用于首飞电磁阀产品的相应数据，并将其与研制批包络范围比较是否包络、与设计指标相比是否超差，给出“合格/包络”、“合格/不包络”、“超差/包络”或“超差/不包络”结论。最后针对每一个超差项目、不包络项目进行具体分析，给出是否存在风险的结论。

在交付、使用环节，根据包络分析结果挑选用于首飞的电磁阀产品，并在电磁阀产品的研制阶段编写《电磁阀使用维护技术条件》。

三、应用效果

自2014年起，首飞阀门产品质量控制方法已在XX-1和XX-7型号的首飞试验中成功应用，通过对阀门产品原材料、生产、装配、试验和使用环节的质量控制，有效保证了阀门首飞的质量，具体体现在以下几点：

一是XX-1和XX-7型号首飞阀门产品在总装测试、靶场测试和飞行试验过程中零问题。

二是对已成功首飞的增压输送系统阀门产品研制阶段和飞行试验数据进行了系统的梳理，已初步形成箭体阀门产品研制数据包络线，为今后箭体阀门的成功飞行数据包络分析奠定了基础。

三是通过产品研制过程质量的全周期策划，建立起批次阀门产品质量信息，形成完整、科学的阀门产品数据包。

四是通过首飞阀门产品质量控制的探索，形成包络项目的选取原则和包络分析的固化模板，在专业内部得到了深化应用。

*其他作者：王细波、石朝锋、崔景芝、岳兵、李文斌