航天元器件差异化管理研究与实践

◎中国运载火箭技术研究院物流中心 彭磊 熊盛阳 官岩 林雄辉 陈朝杰

航天元器件差异化管理研究与实践

◎中国运载火箭技术研究院物流中心 彭磊 熊盛阳 官岩 林雄辉 陈朝杰

为保证航天型号研制顺利开展，需要结合型号任务特点对元器件实行差异化管理，即划分应用等级。划分的元器件应用等级是在综合评价元器件认定、验证、供货、使用、失效等多重因素的情况下予以确定，能够有针对性地开展元器件选用和质量保证工作，提高工作效率，有效的控制研制成本，降低元器件使用风险。

随着我国航天技术的不断发展和成熟，航天型号产品不断增多，研制周期缩短、成本压缩，对元器件的选用需求也逐渐分化，传统的元器件选用管理方法已不能满足型号要求，对航天元器件的管理提出了新的挑战。以往以产品固有可靠性表征形式——质量等级为基本依据对元器件实施用户方管理的模式，其指导性已下降。为规避选用风险，规范元器件的选用管理，航天总体院应在现有元器件质量等级的基础上，结合型号需求实施差异化管理，即划分元器件应用等级，通过评价元器件认定、验证、供货、使用、失效等多重因素，可以确定元器件具体的应用等级，有针对性地开展元器件选用和质量保证工作，以提高工作效率，有效的控制研制成本，降低元器件使用风险。

一、质量等级规范化研究

质量等级是反映元器件在生产、检验和筛选过程中的质量控制等级，是设计师选用、用户质量保证工作的重要信息项。设计师按照型号元器件质量保证大纲的要求选用元器件，设计图纸元器件清单需准确填报元器件质量等级，并作为选用评审、电子设备可靠性预计、质量检查确认的依据。用户实施的下厂监制验收、到货复验、超期管理等质量保证措施，均需要按照元器件质量等级开展相关试验和审查相应质量证明文件。

1.规范质量等级的目的

通过规范质量等级，能够达到以下3个目的:明确元器件所依据标准体系;明确元器件具体质量控制水平;明确总体院特殊要求的落实情况。

元器件所依据的标准体系决定了元器件的生产状况和固有可靠性。航天型号选用的进口元器件以美军标、工业级为主，部分型号选用了少量的ESCC元器件;选用的国产元器件为国军标(包括企军标)、“七专”体系。不同类别的单机选用的元器件体系也有差异，新研关键单机主要选用美军标和国军标体系产品，成熟单机大量选用了工业级和“七专”体系产品，在役批产的单机仍在规模使用“七专”体系产品。通过规范质量等级，可以更准确地分析元器件使用情况，为开展质量提升、可靠性预计、质量检查确认等工作提供有利的条件。

2.质量等级规范化工作内容

在规范质量等级时，主要从4个维度划分。按元器件来源不同，分为国产、进口;按生产线认证和产品鉴定情况，分为不同体系下的国军标(GJB)/美军标(MIL)、企军标(QJB)/准军级(883)、“七专”(G)、企标(QB)/工业级(IND);按产品考核水平，依据实际质量保证等级或失效率等级划分，如GJB(B)、QJB(JANTXV)等;附加航天特殊要求的国产元器件需要按航天质量等级规定予以规范。

二、应用等级确定原则

应用等级是质量等级在用户方开展元器件工作的表征形式，因此应用等级首先是与元器件质量等级相对应，同时根据元器件的应用成熟度、用户方认定结果、供货使用情况等予以确定。

应用等级设定为5级:应用等级1级的元器件为可获得的最高可靠性的元器件，适用于关键任务或具有最高可靠性要求的工作场合;应用等级2级的元器件为高可靠性的元器件，适用于具有高可靠要求的工作场合;应用等级3级的元器件为较高可靠性的元器件，适用于可适当放宽风险控制要求的工作场合;应用等级4级的元器件为可靠性存在一定隐患的元器件，适用于应用环境条件相对宽松的工作场合;应用等级5级的元器件为可靠性存在较大隐患的元器件，除非采取必要的控制措施，否则不建议应用于航天领域。

应用等级的确定应遵循以下原则:

一是应用等级与规范的质量等级进行对应。而事实上，由于一直以来元器件质量等级代码的不规范，造成一些定义模糊的标识大范围的使用，导致元器件固有可靠性无法通过质量等级准确的予以反映，因此确定应用等级的前提条件是根据元器件的固有技术状态规范产品质量等级。

二是有可证明的应用经历。主要是指产品在型号中是否有成功的应用经验，尤其是飞行试验经历。

三是有明确的元器件技术状态。主要指产品的材料、工艺、结构、关键考核条件固化，能够为用户方开展元器件技术状态评价提供足够的信息。

四是有明确的技术状态更改记录。主要是指产品的材料、工艺、结构、关键考核条件是否发生变化，以便及时对技术状态改变后的元器件应用风险进行用户方评估。

五是有明确的元器件鉴定(认定)/评价结果。主要是指用户方或用户指定的第三方是否对元器件进行有效的评价与验证。

六是有明确的生产线状态评价结果。主要是指元器件生产线是否经过认证并采取有效的管控措施，支持生产线的组织机构是否稳定。

七是有明确的供货能力评价结果。主要是指用户方对产品的供货渠道、周期、价格、数量等进行评价。

三、应用等级内涵及使用条件

1.应用等级的确定

依据应用等级确定原则，首先需要建立应用等级与质量等级的对应关系，按照5级应用等级的定义，应用等级与质量等级的对应关系见表1。

表1 应用等级与质量等级对应表

国产元器件应用等级的最终确定还应根据确定原则的第2～7条开展评价工作后确定。应用等级1级和2级需开展应用等级确定原则的第2～7条全部的评价工作并且通过评价，应用等级3级需开展应用等级确定原则第2、3、4、6、7条的评价工作并且通过评价，应用等级4级需开展应用等级确定原则第2、3、4、7条的评价工作并且通过评价，应用等级5级产品属于民用元器件，不建议在航天型号中正式应用，需要时一般仅对供货情况进行调研评估，不予评价。

2.应用等级的修正

当元器件未通过评价时，应对应用等级进行调整，有以下情况的元器件，应用等级下调一个等级:未经验证的新选用元器件;元器件技术状态更改，采用了未经验证的材料、结构或工艺;采用落后工艺的元器件;采用具有可靠性隐患的结构、工艺或材料;存在断档、停产风险的元器件;供货不及时，交货后服务保障能力差;元器件质量问题频发;组织机构不稳定，管理不善。

经过充分的验证，元器件可靠性满足型号使用要求，且无法获得更高等级的元器件时，应用等级可上调一个等级。

3.应用等级的使用

应用等级的主要作用是将元器件根据其使用风险进行层级划分，以方便设计师选用以及开展后续的质量保证。

应用等级在规范选用管理工作时，应与型号系统以及应用部位进行对应，按照任务要求可将航天型号分为4类:一类(非常重要型号)、二类(比较重要型号)、三类(重要型号)、四类(常规型号)，设备按关键程度和部位也分为4类:一类(任务载体关键设备)、二类(任务载体非关键设备及地面任务关键设备)、三类(地面任务一般设备)、四类(其它设备)。元器件应用等级的选用要求见表2，中国运载火箭技术研究院元器件选用目录中应明确元器件的应用等级，具体型号的元器件应用等级选用要求在各型号元器件质量保证大纲中明确。

质量保证工作应按应用等级对不同种类元器件分别制定鉴定检验、QCI(质量一致性检验)、筛选试验等具体试验项目，并对相应等级元器件的可靠性进行考核。

4.工程案例

研究院对瓷介电容器实施了差异化管理，梳理当前应用的瓷介电容器的现状如图1所示。

瓷介电容器在型号中大量应用，有丰富的应用经历，技术状态已固化且受控，附加了航天质量保证技术条件，已通过二方或三方鉴定，生产线状况稳定，有持续供货的能力。

表2 元器件应用等级的选用要求

按应用等级与质量等级的对应关系，瓷介电容器应用等级分 为 1级 [GJB(P)/K+、GJB(P)/K]、2级 [QJB(M)/K+、QJB(M)/K、QJB/K]。根据应用等级修正的8条原则对瓷介电容器进行再评估，识别出质量等级为QJB/K的瓷介电容器其内部电极材料为镍，镍电极瓷介电容器在应用过程中绝缘电阻值会有一定的下降，对使用带来一定的可靠性隐患，符合“采用具有可靠性隐患的结构、工艺或材料”的应用等级下调条件，应用等级下调一个等级，不建议在关键设备中使用，在一般设备中使用前需要开展充分的验证，以保证绝缘电阻性能下降不影响任务的顺利实施。

根据以上分析，瓷介电容器的应用等级最终确定为1级[GJB(P)/K+、GJB(P)/K]、2 级[QJB(M)/K+、QJB(M)/K]、3 级[QJB/K]，关键任务型号的关键单机优选1级，其它飞行控制设备至少选用2级，遥测设备和地面设备可选用3级;1级和2级产品的质量控制措施为附加航天元器件技术条件的国军标考核要求，3级产品的试验考核项目与1级、2级产品相同，但根据产品摸底试验结果，在保证产品质量的情况下，适当放宽考核判据。

实施差异化管理是航天元器件的未来发展趋势，应用等级是用户方实现元器件差异化管理的核心措施及最终表现形式，通过划分应用等级，可以有针对性的对元器件开展评估工作，元器件的固有可靠性和应用风险能够得到正确的体现，保证设计师系统在信息受限的情况下能够正确地选择符合要求的元器件，避免选用不当给航天型号任务带来不可预估的风险。