航天装备制造质量风险分析方法

马 骥，唐 雷，梁孝彬

（中国运载火箭技术研究院，100076）

0 引 言

制造作为装备研制过程中最重要的一环，其质量风险对研制进度、费用以及装备性能有重大影响，据统计，近年来我国航天装备发生的问题中，制造缺陷占比高达50%，因此如何辨识航天装备制造质量风险，提高装备制造可靠性，已成为当前工程与学术领域共同的研究热点。现阶段常用的制造质量风险分析方法具有明显的“原因导向”倾向，试图在质量体系、制造流程等规范性文件中识别、评估和消除可能对制造过程产品质量造成负面影响的潜在因素，以保证过程产品质量的稳定，降低产品的质量风险[1-3]。然而随着体系漏洞的不断弥补，质量管理制度的不断完善，“原因导向”的风险分析方法效果明显下降，不能满足更高的制造要求。“结果导向”的质量风险分析方法逐渐引起各制造企业的关注[4-6]，以评估不良过程质量影响为指导思想的“结果导向”的制造质量风险分析模式，通常仅关注加工损失或检测成本等单一方面，缺乏对各类不良质量如何影响产品实际表现的综合性、全局性分析，也难以得到具有最佳费效比的质量管理方式来控制航天装备制造质量风险。从不同角度开展制造质量风险分析的方法差异很大，鉴于单一视角的分析存在一定的局限。为此，本文基于RQR链理论[7]，以制造过程质量为目标，以产品可靠性为核心，集成考虑影响因素与潜在后果，提出了面向可靠性的制造质量风险分析方法。

1 制造质量风险内涵分析

根据全寿命周期理论和产品质量形成的全过程观点，装备质量决定于设计阶段，形成于制造阶段，进入使用阶段后，由于受到环境应力的影响和冲击，内部组件老化，表现为装备实际性能特别是可靠性发生退化，甚至出现故障，导致各类直接、间接损失，因此，制造质量风险与装备在实际使用中造成的潜在后果关联十分密切。将“装备自身质量问题导致的潜在损失”定义为“装备质量风险”，从质量形成的全过程来看，装备质量水平主要决定于设计阶段确定的关键指标，而制造过程则是保证设计蓝图能够顺利实现并形成装备实际质量。显然，设计质量是装备实际能够达到的最高性能指标，此时对应的质量风险称为设计质量风险，是实际质量风险能达到的最低水平。而由于制造过程中人、机、料、法、环、测等方面的影响，不可避免地会引入各类质量偏差和缺陷，导致经制造形成的实际质量水平总低于设计理想水平。

装备制造质量越高，其实际性能越贴近设计理论值，因此，在集中研究制造质量风险时，必须对装备设计指标及设计质量风险加以考虑。因此，本文将制造质量风险定义为“相比于设计质量情况，由制造质量缺陷导致装备具有的额外质量风险”，图1为制造质量风险的具体内涵示意图。

图1 制造质量风险内涵示意图

如图1所示，装备在同一时刻的实际质量风险与对应的设计质量风险之差，即为该时刻的制造质量风险。

2 制造质量风险形成机理

无论开展哪种形式的风险分析，明晰风险形成的机理至关重要，是开展风险识别、风险评估以及风险削减与管控的前提与基础。综合风险分析、质量管理与可靠性保证的思想，提出了基于RQR链的制造质量风险形成机理模型，如图2所示。图2概括描述了制造质量风险伴随产品形成的过程，从制造阶段逐渐形成、传递，并在使用阶段体现。

图2 基于R Q R链的制造质量风险形成机理

3 面向可靠性的制造质量风险分析

可靠性退化程度不仅是影响产品制造质量风险水平的决定性因素，也是表征制造过程质量的关键指标。因此，作为连接制造过程和实际使用的桥梁，产品可靠性必将在制造质量风险分析和控制工作中占据枢纽与核心的地位。在图2所示的制造质量风险形成机理的基础上，提出制造质量风险分析途径如图3所示。

图3 制造质量风险分析途径

制造质量风险源的识别工作，必须从产品在使用过程中实际风险表现出发，正确评估不同功能故障导致的质量事故的风险水平，确定需要重点分析的功能故障类型与相应的产品组件，并对组件的关键质量特性向制造过程中逐步分解，最终完成制造质量风险源（即关键制造过程参数和对应工序）的识别，其具体流程如图4所示。

图4 面向制造过程的质量偏差风险源识别流程

在对已识别的关键风险源进行一定程度的控制后，需要合适的手段来评价其控制效果，评价流程如图5所示。

图5 基于过程质量数据的制造质量风险评估流程

制造质量风险评估可以视为制造质量风险识别的逆过程。首先收集执行风险削减措施后的制造过程质量数据，基于过程质量—产品可靠性退化关联模型确定各功能组件的可靠性退化情况，最后基于风险评价模型，评估削减后的制造质量风险，验证风险控制工作的有效性。

4 制造质量风险分析在生产中的应用

结合国内某厂研发的一款数控液压设备的制造质量风险分析需求，对本文提出的基于RQR链中的制造质量风险框架、面向产品可靠性的制造质量风险分析与控制等进行了系统地应用。

从数控液压机的实际售后数据出发，应用制造质量风险的形成机理与分析技术对主要的质量问题的风险程度进行排序，重点选择“压力超限不报警”对应的风险类型作为分析和削减的对象。首先，根据产品功能结构，结合底层功能故障概率实际值与理想值完成概率因子计算；根据售后数据与损失成本确定严重性，完成制造质量风险类型的重要度排序。随后，关注密封测量室的可靠性退化对制造质量风险的影响，在识别了全部的过程参数后，对敏感栅的制造过程进行监控优化，以在有限的成本空间内尽可能减少敏感栅的可靠性退化情况，以降低“压力超限不报警”带来的制造质量风险。

分别利用TBE控制图系统优化设计技术和设备维修与过程控制联合模型优化设计技术对敏感栅制造过程进行面向可靠性的控制，以产品可靠性退化期望最小为目标，得到最优的控制策略，通过对比分析发现，采用面向可靠性的制造质量风险分析与控制技术，减少了10.5%的因制造过程导致的可靠性退化量，且同时节约了1.25%的运行成本。

5 结论

在航天装备全寿命周期质量观与质量形成全过程分析的基础上，深入分析了以实际性能退化为特征的制造质量风险内涵，基于RQR链，阐述了制造质量形成过程，剖析了制造质量风险形成机理，提出了面向可靠性的制造质量风险分析方法，为制造质量风险分析及管控措施有效性的验证提供了支撑和参考。