楊雙進、劉明全、黃迅 /中國航天科技集團有限公司

為提高航天產(chǎn)品的質(zhì)量一致性和生產(chǎn)穩(wěn)定性，確保型號任務(wù)圓滿成功，中國航天科技集團有限公司開展了航天產(chǎn)品合格率提升與穩(wěn)定性控制方法研究工作，旨在建設(shè)一流產(chǎn)品體系，支撐航天裝備科研生產(chǎn)能力的全面提升。產(chǎn)品合格率是反映產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量控制能力的重要參數(shù)，直接體現(xiàn)了生產(chǎn)廠所滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的能力；穩(wěn)定性是反映產(chǎn)品制造過程質(zhì)量一致性和產(chǎn)品性能波動的重要參數(shù)，直接體現(xiàn)了生產(chǎn)廠所對產(chǎn)品質(zhì)量特性波動的控制能力。為保證開展產(chǎn)品合格率提升與穩(wěn)定性控制工作的科學(xué)性、系統(tǒng)性和規(guī)范性，本文重點介紹了產(chǎn)品合格率提升與穩(wěn)定性控制工作模型和實施途徑及實踐應(yīng)用效果，旨在為航天產(chǎn)品質(zhì)量創(chuàng)新管理提供思路和借鑒。

一、合格率提升與穩(wěn)定性控制現(xiàn)狀分析

產(chǎn)品合格率提升與穩(wěn)定性控制工作的基礎(chǔ)之一是產(chǎn)品實現(xiàn)過程和最終產(chǎn)品的實際數(shù)據(jù)及歷史樣本數(shù)據(jù)。由于航天產(chǎn)品大多具有品種多、批量小的特點，產(chǎn)品樣本數(shù)量少、數(shù)據(jù)積累不足，即使近年來航天產(chǎn)品的生產(chǎn)批量有所增加，但相對工業(yè)化產(chǎn)品仍然屬于小子樣范疇，在產(chǎn)品問題識別、合格率與穩(wěn)定性統(tǒng)計分析上存在一定的困難，這也使得產(chǎn)品合格率提升與穩(wěn)定性水平未能達到理想水平。例如，2018 年，關(guān)鍵單機類典型產(chǎn)品的平均合格率僅為78%，而部分工序的合格率波動度卻達5%以上，與國際一流軍工企業(yè)相比，我國軍工企業(yè)一些產(chǎn)品的工藝保證能力仍顯不足，仍然存在產(chǎn)品過程控制特性辨識不充分、工藝窗口試驗不充分、過程控制要求不細化和不量化等現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)品合格率水平低或產(chǎn)品性能穩(wěn)定性差，亟需深入、系統(tǒng)地推進產(chǎn)品過程質(zhì)量管理，以產(chǎn)品合格率提升與穩(wěn)定性控制為抓手，逐步形成科學(xué)規(guī)范的產(chǎn)品質(zhì)量保證流程方法，建設(shè)與新形勢、新任務(wù)相匹配的航天質(zhì)量保證能力。

通過對歷年出現(xiàn)的質(zhì)量問題進行統(tǒng)計分析不難發(fā)現(xiàn)，當前出現(xiàn)的質(zhì)量問題大多不是沒有涉及或不能攻克的技術(shù)難題，而是更多地表現(xiàn)為過程質(zhì)量控制不全面、不深入、有效性低等問題，說明當前高質(zhì)量保證成功的能力仍有所欠缺，產(chǎn)品質(zhì)量管理的系統(tǒng)性、協(xié)調(diào)性和有效性仍需進一步提升。部分產(chǎn)品在發(fā)生質(zhì)量問題后，歸零過程消耗了大量人力、物力，產(chǎn)品的返修和再生產(chǎn)也給責任單位造成了較大的成本壓力，一定程度上影響了單位的經(jīng)濟效益。因此，要全面實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、高效益的發(fā)展目標，必然要求技術(shù)與產(chǎn)品、人員與管理、方法與手段的統(tǒng)籌融合，通過全員、全過程、全要素、全數(shù)據(jù)支撐，提升質(zhì)量管理工作的系統(tǒng)性，從而實現(xiàn)全局最優(yōu)。

二、合格率提升與穩(wěn)定性控制工作模型

合格率提升與穩(wěn)定性控制兩者相輔相成、循環(huán)迭代，共同促進打造高質(zhì)量航天產(chǎn)品。就具體產(chǎn)品而言，根據(jù)產(chǎn)品的不同特點，可選取不同的工作模型開展提升工作：對于一次交檢合格率偏低、超差/報廢嚴重、長期讓步使用、嚴重影響顧客滿意度的產(chǎn)品，適合優(yōu)先開展產(chǎn)品合格率提升工作；對于合格率相對較高、具有一定生產(chǎn)批量、產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量特性波動大、影響型號質(zhì)量可靠性水平的產(chǎn)品，適合優(yōu)先開展穩(wěn)定性控制工作；對于雖然產(chǎn)品合格率水平尚可、質(zhì)量數(shù)據(jù)一致性較穩(wěn)定，但對標精益生產(chǎn)過程與卓越產(chǎn)品標桿，產(chǎn)品合格率與穩(wěn)定性仍存在差距，需在研制生產(chǎn)過程中開展合格率提升與穩(wěn)定性控制迭代提升工作。相關(guān)工作模型如下。

1.合格率提升模型

產(chǎn)品合格率提升按照“兩展開、六步驟”的模式開展，其提升模型如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)品合格率提升模型圖

“兩展開”即結(jié)構(gòu)展開和工序展開，其中結(jié)構(gòu)展開是指按照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，從單機產(chǎn)品到部件、組件、零件逐級展開；工序展開是指按照產(chǎn)品制造流程，從工藝層面對產(chǎn)品各工序或工步逐一展開。“兩展開”是對產(chǎn)品的全方位分解，是“六步驟”提升的工作基礎(chǔ)；“六步驟”即建立產(chǎn)品清單、明確評價指標、識別關(guān)鍵因素、提出改進措施、建立控制基線、開展科學(xué)評估，六步之間環(huán)環(huán)相扣、相輔相成，共同構(gòu)成逐級遞進的串聯(lián)式合格率提升工作模型。面向產(chǎn)品生產(chǎn)全過程，分析確定影響合格率的關(guān)鍵因素，通過改進制造流程、優(yōu)化工藝參數(shù)、完善工具設(shè)備、強化過程管控等手段，制定有效措施，提高產(chǎn)品合格率。結(jié)合3 個面向，建立長效工作機制，以提升產(chǎn)品的核心競爭力。

2.合格率穩(wěn)定性控制模型

產(chǎn)品合格率穩(wěn)定性控制按照“一建立、二識別、三控制”的順序開展，其控制模型如圖2所示。

（1）建立。建立合格率穩(wěn)定性控制典型產(chǎn)品清單，按照結(jié)構(gòu)和工序進行“兩展開”，分解形成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹和工序樹，逐級識別影響合格率波動的質(zhì)量特性指標，建立過程控制指標體系。

（2）識別。以產(chǎn)品生產(chǎn)過程的歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用統(tǒng)計過程控制（SPC）、故障樹分析、過程失效模式與影響分析（PFMEA）等工具方法，統(tǒng)計分析產(chǎn)品質(zhì)量特性指標波動情況，選取對產(chǎn)品合格率和穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響的關(guān)鍵因素，并形成關(guān)鍵因素清單。

圖2 產(chǎn)品合格率穩(wěn)定性控制工作模型圖

（3）控制。按照過程控制指標體系，面向產(chǎn)品制造全流程，從人、機、料、法、環(huán)、測等方面開展全方位控制，保證過程的穩(wěn)定性和過程實現(xiàn)能力?？刂拼胧┌ㄈ藛T控制、優(yōu)化工藝流程、細化工藝參數(shù)、引入自動化加工與檢測設(shè)備、工裝保證、不可檢不可測過程控制、標準化作業(yè)及防差錯控制等，通過制造過程的有效控制實現(xiàn)產(chǎn)品合格率穩(wěn)定性控制的目標。

3.合格率提升與穩(wěn)定性控制的迭代模型

合格率提升與穩(wěn)定性控制迭代模型如圖3 所示。在每一批產(chǎn)品生產(chǎn)前，需預(yù)先設(shè)定產(chǎn)品目標合格率，并根據(jù)目標合格率計算材料利用率、合格品成本率、合格品工時率等質(zhì)量效益指標；在每一批次產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)束后，按照批次對目標合格率的波動情況進行評估分析，包括評估分析過程控制措施的有效性，查找過程控制指標體系和過程控制的薄弱點，通過控制措施的持續(xù)迭代優(yōu)化，使目標合格率控制在穩(wěn)定范圍。同時通過波動分析發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，并進行過程改進，以實現(xiàn)合格率的持續(xù)提升。計算材料利用率、合格品成本率、合格品工時率等質(zhì)量效益指標的目的是通過持續(xù)改進來實現(xiàn)效益提升的量化評價，并將增值效益投入持續(xù)改進工作，以實現(xiàn)合格率提升與穩(wěn)定性控制的良性迭代。

三、合格率提升與穩(wěn)定性控制實施方法

1.確定產(chǎn)品對象

面向關(guān)鍵單機、精密機構(gòu)產(chǎn)品和復(fù)雜結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品，制定梳理原則，選取典型產(chǎn)品，全面梳理產(chǎn)品合格率及穩(wěn)定性現(xiàn)狀，重點面向上天產(chǎn)品與地面關(guān)鍵設(shè)備，全面梳理合格率及穩(wěn)定性現(xiàn)狀，重點識別裝配調(diào)試困難、僅靠人工技能保證、合格率長期處于較低水平、返修率高、質(zhì)量數(shù)據(jù)波動大的典型產(chǎn)品，并針對產(chǎn)品特點和問題性質(zhì)確定合格率提升與穩(wěn)定性控制工作模型。

2.建立指標體系

基于確定的典型產(chǎn)品對象，按照結(jié)構(gòu)和工序“雙展開”對產(chǎn)品進行分解，其中結(jié)構(gòu)展開分解至零件級，工序展開分解至工步。結(jié)合產(chǎn)品歷史質(zhì)量數(shù)據(jù)，逐級分析產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量特性指標超差或波動情況，梳理影響產(chǎn)品合格率提升與穩(wěn)定性控制的重要指標，分析產(chǎn)品關(guān)重特性與問題指標的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，建立問題指標管控標準，形成典型產(chǎn)品合格率與穩(wěn)定性評價指標（主要包括性能指標、工藝控制指標和穩(wěn)定性指標等）。

3.制定實施方案

圖3 產(chǎn)品合格率提升與穩(wěn)定性控制迭代模型圖

按照合格率提升與穩(wěn)定性控制工作模型，對識別出的影響產(chǎn)品質(zhì)量特性的關(guān)鍵指標進行針對性改進。改進措施主要分為技術(shù)類和管理類。其中技術(shù)類改進措施主要包括設(shè)計和工藝方案優(yōu)化，自動化、數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備引入，生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法應(yīng)用，特殊過程檢驗控制等，通過技術(shù)手段提升產(chǎn)品過程實現(xiàn)控制能力；管理類改進措施主要包括生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境改善、生產(chǎn)及檢驗過程記錄確認、數(shù)據(jù)包管理、人員培訓(xùn)、流程優(yōu)化等，通過管理手段提升產(chǎn)品質(zhì)量控制的保障能力。

4.驗證改進措施

逐級推進各項改進措施，在實施改進后，一方面，統(tǒng)計產(chǎn)品生產(chǎn)過程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析產(chǎn)品關(guān)鍵特性指標的波動情況，對比改進前后問題指標的控制成效，并結(jié)合產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)，評估產(chǎn)品采用改進措施后的合格率提升情況，以驗證改進措施的有效性；另一方面，對于驗證有效的措施，及時將相關(guān)內(nèi)容固化在產(chǎn)品的設(shè)計、工藝、生產(chǎn)、檢驗等相關(guān)要求中，建立控制基準，并在后續(xù)生產(chǎn)過程中進行迭代驗證，逐步優(yōu)化產(chǎn)品技術(shù)管理流程。

5.總結(jié)評估提升

在完成產(chǎn)品改進措施驗證工作后，逐級開展產(chǎn)品合格率與穩(wěn)定性控制工作的科學(xué)評估工作，建立閉環(huán)工作機制。一是評估產(chǎn)品的合格率提升與穩(wěn)定性控制目標是否實現(xiàn)，是否通過提升產(chǎn)品質(zhì)量可靠性水平保障型號任務(wù)順利完成；二是評估基于關(guān)鍵特性指標控制的質(zhì)量管理流程是否有效建立并持續(xù)優(yōu)化，流程的運行是否有效促進了質(zhì)量效益的提升；三是評估組織的資源配置是否得到優(yōu)化，科研生產(chǎn)過程管理機制是否得到了改進，行業(yè)競爭力及影響力是否得到了提升。

四、合格率提升與穩(wěn)定性控制工作實踐

1.三浮儀表

某單位設(shè)計生產(chǎn)的三浮儀表主要包括三浮陀螺儀和三浮陀螺加速度計。近年來，三浮儀表用量增加、生產(chǎn)任務(wù)快速增長，暴露出產(chǎn)品合格率偏低、性能參數(shù)不穩(wěn)定等問題，導(dǎo)致產(chǎn)品交付困難，系統(tǒng)產(chǎn)品裝調(diào)周期波動大，產(chǎn)品精度與質(zhì)量問題時有發(fā)生，成為制約產(chǎn)品按時交付的關(guān)鍵因素，同時質(zhì)量成本居高不下。

針對三浮儀表存在的問題，該單位面向產(chǎn)品實現(xiàn)過程采取產(chǎn)品層級和工藝過程的“兩個打開”、工藝瓶頸和工藝裝備的“兩個攻關(guān)”等措施。以“產(chǎn)品細分層級縱向到底”為目標，分解兩型儀表的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、追溯歷史數(shù)據(jù)，從縱向進行全配套打開直至零件級。以“工序打開橫向到邊”為目標，對兩型儀表打開工藝流程，統(tǒng)計、追溯工序合格率，識別瓶頸工序；細化量化工序控制要求，提升工序質(zhì)量。此外，緊扣質(zhì)量問題，著力推進設(shè)計工藝協(xié)同攻關(guān)，針對儀表的制造難點和過程質(zhì)量問題，建立設(shè)計工藝協(xié)同攻關(guān)機制，在設(shè)計上強化仿真分析和技術(shù)指標復(fù)核，在工藝上強化方法改進和量化控制，開展了40 余個工藝項目研究；同時，梳理工作流程及要求，制定了合格率與穩(wěn)定性控制工作管理辦法。

通過對兩型儀表的合格率與穩(wěn)定性進行控制，產(chǎn)品合格率得到持續(xù)提升，產(chǎn)品交付數(shù)量明顯增長，進一步推動了經(jīng)濟效益和員工收入的增長。其中，從2019年至2020 年，三浮陀螺儀的合格率由32.5% 提升至55.0%；從2019 年至2021 年第三季度，三浮陀螺加速度計的合格率由55.1%提升至75.0%，有力保障了科研生產(chǎn)任務(wù)的完成。

2.航天電源

某研究所設(shè)計生產(chǎn)的鋰電池產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于載人航天及衛(wèi)星型號，產(chǎn)品質(zhì)量要求高，參數(shù)一致性等指標關(guān)注度高。通過統(tǒng)計前期6 個生產(chǎn)批次的鋰電池歷史數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品合格率平均僅為77%，批次間合格率相對均值的波動度達4%。

針對此現(xiàn)狀，該單位逐級分解了鋰電池生產(chǎn)流程，主要分為極片生產(chǎn)制造和單體裝配測試2個階段，分析了各工序的合格率及波動情況，發(fā)現(xiàn)極片涂布和電芯疊片工序的合格率波動度較大，是穩(wěn)定性控制的主要對象。針對極片涂布工序的關(guān)鍵參數(shù)“活性物質(zhì)”面密度，綜合運用統(tǒng)計過程控制（SPC）和過程能力指數(shù)（

C

）技術(shù)對工序過程進行分析，發(fā)現(xiàn)原有的極片面密度離線檢測需要在涂布過程中停機取樣，不可避免地會引發(fā)停/復(fù)機問題，造成面密度波動，對工藝過程能力造成較大影響；針對電芯疊片工序，通過解剖發(fā)現(xiàn)，工序合格率不穩(wěn)定的2 個批次均發(fā)生了部分極片邊緣磕碰掉粉，導(dǎo)致電芯絕緣性能下降的現(xiàn)象。

針對分析結(jié)果，該研究所引入β 射線面密度無損檢測系統(tǒng)，對極片面密度的檢測從停機取樣抽檢變?yōu)樵诰€無損全檢，在提升檢測覆蓋性的同時大幅降低了面密度波動；同時完善極片料盒的尺寸公差，并將極片實物檢查納入產(chǎn)品質(zhì)量保證要素進行管理，有效杜絕了極片邊緣磕碰掉粉的情況出現(xiàn)。對極片的上料管理進行提升后，25 個批次電芯制備工序的不合格率異常波動得以消除，工序穩(wěn)定性得到有效提升。通過合格率提升與穩(wěn)定性工程，產(chǎn)品合格率平均值已從2018 年的77%提升至2020 年的90%以上，產(chǎn)品合格率波動度由4%降低至2%，產(chǎn)品合格率與穩(wěn)定性控制能力得到大幅提升。

某單位生產(chǎn)的高壓電磁閥是低溫運載火箭冷氦增壓系統(tǒng)最重要的閥門之一，安裝在火箭三級儀器艙的冷氦增壓系統(tǒng)中，用于控制冷氦氣瓶氣體通往液氧箱通路的啟動和關(guān)閉。閥門結(jié)構(gòu)復(fù)雜，深低溫條件下各零件之間的裝配間隙和密封副配合關(guān)系較常溫狀態(tài)會發(fā)生很大變化，生產(chǎn)過程中合格率相對較低，長期徘徊在50%左右。

3.高溫電磁閥

某單位生產(chǎn)的高壓電磁閥是低溫運載火箭冷氦增壓系統(tǒng)最重要的閥門之一，安裝在火箭三級儀器艙的冷氦增壓系統(tǒng)中，用于控制冷氦氣瓶氣體通往液氧箱通路的啟動和關(guān)閉。閥門結(jié)構(gòu)復(fù)雜，深低溫條件下各零件之間的裝配間隙和密封副配合關(guān)系較常溫狀態(tài)會發(fā)生很大變化，生產(chǎn)過程中合格率相對較低，長期徘徊在50%左右。

針對此現(xiàn)狀，該單位梳理了2016—2018 年廠投產(chǎn)交付情況，平均合格率為56.9%。研制團隊對質(zhì)量指標進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，零件加工直徑偏差導(dǎo)致的部分閥門運動副間隙量偏大及殼體組件閥座部位表面粗糙度偏大是導(dǎo)致系統(tǒng)性偏差的主要因素。針對該問題，研制團隊一方面對閥門運動副間隙控制進行改進，在裝配前基于實測值進行零件的選配，確保運動副間隙處于按照數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析確定的優(yōu)化區(qū)間0.03～0.05mm 內(nèi)；另一方面，對閥座密封面表面粗糙度進行改進，采用故障樹分析法（FTA）找出在加工過程中影響密封面粗糙度的因素，通過提高刀具剛性、組合優(yōu)化配置機床轉(zhuǎn)速和切削速度，提高表面粗糙度控制質(zhì)量，開展試驗驗證；另外，從人、機、料、法、環(huán)等方面進行排查分析，逐一消除刀具結(jié)構(gòu)、刀具質(zhì)量、設(shè)備精度、加工參數(shù)等因素對閥座密封面粗糙度產(chǎn)生的影響。

在采取上述改進措施后，該單位分別生產(chǎn)了3 個批次閥門，平均合格率達81.1%，合格率得到明顯提升。同時為控制隨機性偏差、預(yù)防異常性偏差，該單位針對閥門裝配過程、關(guān)聯(lián)零組件的加工過程，進一步分析了人、機、料、法、環(huán)等可能導(dǎo)致兩類制造偏差的因素，并采取針對性措施，實施精細化控制，通過細化優(yōu)化工藝要求、合理設(shè)置工藝參數(shù)適用范圍、明確機床精度要求、明確刀具使用次數(shù)/切削時間、固化操作方法等，進一步控制零件加工過程中的隨機性偏差。

實踐證明，產(chǎn)品合格率提升與穩(wěn)定性控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)一致性、優(yōu)化科研生產(chǎn)模式的一種有效手段，通過開展關(guān)鍵影響因素識別、改進措施制定與應(yīng)用驗證、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動建立控制基線等工作，以產(chǎn)品合格率提升與穩(wěn)定性控制工作為切入點，通過科學(xué)、合理利用現(xiàn)有資源，有效降低研制成本、提升生產(chǎn)效率、提高企業(yè)競爭力。后續(xù)，在持續(xù)推進合格率提升與穩(wěn)定性控制工作的基礎(chǔ)上，需進一步完善工作機制建設(shè)，并進一步促進產(chǎn)品合格率提升與穩(wěn)定性控制工作和工藝工作、產(chǎn)品化工作的結(jié)合，推進產(chǎn)品合格率提升與穩(wěn)定性控制工作成果的深化應(yīng)用?！?/p>