宇航单机产品星级评定的探索与实践

我国航天事业是在一穷二白的基础上建立并发展起来的，创业阶段形成的一套工程方法更多关注功能，对可靠性、工艺性、试验充分性和易用性等关注不够，不利于推广应用和重复稳定生产，不能很好地适应新时期宇航型号高强度研制和高密度发射并举的形势任务要求。

对宇航单机产品进行多维度综合评价，
倒逼其研制、生产工作优化改进已势在必行。

产品认证作为一项合格评定活动，对保证产品安全、质量和赢得市场发挥了重要作用，获得各方高度认可；国家产品质量法要求对特定产品实施产品认证，已取得了良好效果。

宇航单机产品由于功能特殊、批量小、使用范围窄等原因，未开展产品认证，
宇航单机产品星级评定的探索与实践
王国辉 /中国运载火箭技术研究院
李文钊、宋乾强、何巍 /
北京宇航系统工程研究所
级提升的过程，一般面向研制中的产品。

星级评定是对照星级评定条件，评定产品星级的过程，一般面向完成研制工作的产品。

初步实践中，对典型通用产品开展星级提升，对宇航型号上发生技术状态更改的产品开展星级评定。

组织审查。

建立了厂所和院两级审查制度，确保工作质量。

先进行厂所级审查，再进行院级审查，最终形成是否通过星级评定的审查结论。

设计、生产单位
负责对审查中
发现的问题进
行整改落实。

建立星级
产品清单。

归
口管理部门根
据审查结论，
建立星级产品
清单，并正式发布，作为产品后续推广应用的依据。

星级产品应用。

在新型号研制、系统升级、质量问题归零时，优先选用星级产品清单中的产
但结合产品认证思路对宇航单机产品进行综合评价值得借鉴。

自2003年起，我国航天行业针对产品研制品种多、状态多、研制队伍相对分散、老产品质量问题多、产品创新能力相对不足等问题，逐步探索形成了产品成熟度评价模型和方法，制定发布了产品成熟度评价企业标准，对产品质量与可靠性以及可应用程度进行评价，取得一定效果。

但评价模型、要素和评定条件等尚不够全面，有必要在产品成熟度评价方法基
础上，对单机
产品进行更加
全面的综合评
价，推动宇航
单机产品由试
制品向工业品
转变，实现高
可靠、易制造、
好使用及可服务的目标。

为此，2021年以来，中国运载火箭技术研究院在推动实施“航天型号可靠性增长及产品化专项技术工作”过程中，研究提出了宇航单机产品星级评定方法，并在宇航型号单机产品中进行了初步应用。

实践结果表明，产品星级评定模型合理，方法可行，应用效果较好。

一、星级评定探索实践
过程
单机产品星级评定工作经历了探索制定星级评定技术要求、明确工作要求、开展提升与评定、组织审查、建立星级产品清单和
星级产品应用六个过程，初步构
建了星级评定工作的技术和管理
闭环流程，如图1所示。

实践过程具体如下：
制修订技术要求。

制定了“1
份总则+5份细则”的技术要求，
通过总则明确相关方职责、一般
要求、评定程序、产品管理和报
告模板等通用要求，通过细则分
类制定了电子电气类、结构类、
机构类、机电类和火工装置类等
五类产品星级评定具体技术要
求。

结合星级评定实践，星级评
定技术要求已迭代形成了三个
版本。

明确工作要求。

通过管理
文件明确星级评定产品审查范
围、工作流程及要求，从管理
上触发星级评定活动，并确保
活动高质量完成。

在星级评定
产品范围上，首先选取新研典
型通用产品和宇航型号中发生
Ⅰ、Ⅱ类技术状态更改的箭上
单机产品开展。

开展提升与评定。

星级提升
是指对照星级评定条件，通过
改进技术状态、补充验证试验、
改进工艺和设备设施、积累等效
飞行次数等手段，以实现产品星
制修订
技术要求
明确
工作要求
开展提升
与评定
组织
审查
建立星级
产品清单
星级
产品应用
图1 星级评定实践过程
开展提升与评定。

星级提升是指对照星级评定条件，通过改进技术状态、补充验证试验、改进工艺和设备设施、积累等效飞行次数等手段，以实现产品星级提升的过程，一般面向研制中的产品。

星级评定是对照星级评定条件，评定产品星级的过程，一般面向完成研制工作的产品。

初步实践中，对典型通用产品开展星级提升，对宇航型号上发生技术状态更改的产品开展星级评定。

品，实现星级评定结果的应用。

二、星级评定模型的构建
产品星级评定模型可以概括为“一个基础、四个维度、五个要素、若干指标”，如图2所示。

具体说明如下：
一个基础：即达到4级产品成熟度要求，是产品进行星级评定的基础和前提。

达到4级产品成熟度是对产品研制和飞行的综合评价，在此基础上，星级评定在评定要素和评定指标上进一步丰富和加严，选取重点关注指标
体指标要求，共计18项指标，
包括可靠度、关键工序自动化率、
合格率、生产批数量、试验项目
及量级、易用性、等效飞行次数
等7项核心指标，产品成熟度、
元器件/原材料、测试覆盖性等
9项重要指标，文件完整性、规
范性2项一般指标。

三、星级评定指标的确定
产品星级由低到高分为一
星、二星、三星和四星。

在实践
过程中，由于在部分产品上对关
键工序自动化率、生产批数量、构建评定模型。

四个维度：即设计、生产、
试验、使用4个维度，涵盖宇航
单机产品全寿命周期涉及的主要
过程。

五个要素：即可靠性、健壮性、
工艺性、质量稳定性、易用性5
个要素。

在产品的功能性、安全
性、先进性、环境适应性、耐久性、
可靠性、健壮性、测试性、维修
性、保障性、工艺性、质量稳定
性、经济性、易用性等诸多特性
中，选取此5个最有代表性的固
有特性作为星级评定要素。

若干指标：即星级评定的具
图2 星级评定模型“维度—要素—指标”示意图
等效飞行次数等核心指标上受经费、生产条件和型号任务等不可控因素限制，导致星级评定工作推进困难。

为了解决该问题，提出了临时性的解决措施，进一步设置了准一星、准二星、准三星和准四星，即需要至少同时满足星级评定条件中部分核心指标和所有重要指标、一般指标要求的产品。

准星
级产品也分为
准一星到准四
星，但准星级
产品不表征产
品的实际星级
水平。

根据星级
评定模型，从
核心指标、重要指标和一般指标三个方面明确星级评定指标。

星级产品需同时满足三方面指标要求，单项指标可高于相应星级评定指标要求。

核心指标是评价的核心，通过7个定量指标进行强约束；重要指标是对核心指标的补充，围绕产品设计、工艺、测试覆盖性、质量问题、元器件、原材料等方面进行定性约束；一般指标是过程和基础，明确了研制过程中的文件编制要求。

1．核心指标
核心指标围绕设计、生产、试验、使用四个维度，采用可靠度、关键工序自动化率、合格率、生产批数量、试验项目及量级、易用性和等效飞行次数7个指标对产品进行评价。

（1）可靠度
可靠度指标目的是牵引产品
固有可靠性水平的提升。

结合各
类单机产品实际情况，分类制定
了具体的可靠度指标要求：
电子电气类和机电类。

分为
影响成败的单机和不影响成败的
单机，可靠度指标从一星到四
星分别为不低于0.995~0.9999、
0.995~0.999，考虑同类产品不同
重要性的可靠度指标差异。

对于
部分没有可靠度指标而只有平均
故障间隔时间（MTBF）指标的
产品，也明确了具体要求。

结构类和机构类。

结构类产
品可靠度高，机构类产品一般影
响飞行任务成败，可靠性指标要
求也较高，故此两类产品确定了
从一星（0.995）到四星（0.9999）
的可靠度指标。

火工装置类。

火工装置在
GJB 1307A中规定可靠度最低要
求为0.999，一星级的可靠度指
标要求应不低于国军标，故确定
了从一星（0.999）到四星（0.9999）
的可靠度指标。

同时也制定了可靠性评估方
法的具体要求。

单机产品可靠性
评估应按照Q/QJA 307或其他
现行有效标准规定的评估方法
进行，可以采信本产品及类似
产品地面试验和飞行试验数据，
但需满足以下要求：类似产品状
态相对于参评产品要保证设计
状态、生产工艺相同；类似产品
试验条件应不低于产品实际使
用条件。

（2）关键工序自动化率
关键工序自动化率指标目
的是牵引生产工艺水平的提升。

航天产品种类
多、技术状态
多及小批量等
特点明显，在
一定程度上
制约了自动化
水平发展，在
制定评价指标
时，结合实际
情况选择影响产品生产质量的
关键环节（即关键工序）自动化
水平进行评价。

同时结合电子、
结构、机构、机电和火工装置不
同类别产品实际生产制造情况，
确定了从一星（50%）到四星
（100%）的关键工序自动化率指
标。

（3）合格率
合格率指标目的是牵引生产
质量稳定性水平的提升。

合格率
面向交付单机产品总成和验收环
节进行统计，根据不同种类产品
特点，允许采用一次交检合格率、
一次装调合格率、一次验收合格
率和产品合格率等指标。

结合各
类产品实际制造情况，确定了从
一星（75%）到四星（97%）的
关键工序自动化率指标。

计算方
法如下：
一次合格率=N1/N×100%
关键工序自动化率指标目的是牵引生产工艺水平的提升。

航天产品种类多、技术状态多及小批量等特点明显，在一定程度上制约了自动化水平发展，在制定评价指标时，结合实际情况选择影响产品生产质量的关键环节（即关键工序）自动化水平进行评价。

同时结合电子、结构、机构、机电和火工装置不同类别产品实际生产制造情况，确定了从一星（50%）到四星（100%）的关键工序自动化率指标。

产品合格率=（N1+N2+N3）/N×100%
N、N1~N3示意图如图3所示。

（4）生产批数量
生产批数量指标目的也是牵引生产质量稳定性水平的提升。

星级产品不仅要求单批合格率满足要求，还要求多批次产品的合格率也满足要求，以保证合格率是稳定的。

因此，根据宇航单机产品小批量特点，确定了从一星（1批）到四星（4批）的生产批数量指标。

（5）试验项目及量级
试验项目及量级指标目的是牵引产品健壮性水平的提升。

在试验项目设计上，充分吸取历史质量问题的经验教训，以产品故障模式和故障原因为线索，从载荷环境、接口、设计特性、寿命和它们之间的综合等方面进行梳理，通过多方面敏感应力激发产品设计和工艺缺陷。

在试验量级的确定时，鼓励开展拉偏试验，一星级为型号鉴定级，二星级至四星级为可覆盖多个型号的通用环境试验条件或特定的逐级加严试验量级，以尽量在研制过程获
得产品的工作极限或破坏极限，
在保证产品可靠性的同时，适当
提升产品健壮性，并为其它型号
直接选用创造条件。

随着设计分析和仿真技术的
进步，同时在进度、成本等限制
条件下，星级评定允许采用可信
的理论/工程计算、仿真拉偏试
验代替实物拉偏试验，还允许采
信以往研制试验数据，但需进行
充分和可信的分析。

针对不同产品种类特点，研
究制定了不同的试验项目和量级：
电子类产品。

载荷和环境类
试验主要围绕过载、冲击、正弦
扫描、随机振动、高低温、热流、
电磁兼容、静电敏感度等敏感应
力开展，接口类试验主要围绕电
源输入、低频信号、无线接口、
物理量接口等敏感应力开展，寿
命类试验主要围绕重复上下电次
数、累积通电/工作时间等敏感
应力开展。

结构类产品。

载荷和环境类
试验主要围绕强度、刚度、热流、
随机振动等敏感应力开展，接口
类主要围绕快速放气、边界位移、
反复拆装等敏感应力开展，设计
特性类主要围绕破坏、承压、冲
刷、传热等敏感应力开展，寿命
类主要围绕疲劳寿命、交变承压、
工作寿命等敏感应力开展。

机构类产品。

载荷和环境类
试验主要围绕振动、温度、冲击
等敏感应力开展，接口类试验主
要围绕开启压力、拆装次数等敏
感应力开展，设计特性类试验主
要围绕流量、密封压力、耐压强
度、动作和承载裕度等敏感应力
开展，寿命类试验主要围绕工作
温度寿命、长时间耐颤振、长时
间带压等敏感应力开展。

机电类产品。

综合电子类、
机构类产品要求确定试验项目和
试验量级。

火工装置类产品。

载荷和环
境类试验在Q/QJA 748.5中试验
项目全、量级高，直接执行该标
准；接口和设计特性类主要围绕
间隙、厚度、药量、对中性、承载、
密封、压力等敏感应力开展。

（6）易用性
易用性指标目的是提升产品
的使用便捷性，降低对资源保障
的需求。

针对从单机产品交付总
装后、点火发射前对单机所需开
展的测试和维护工作进行评价。

根据电子类和非电子类产品特
点，研究制定了易用性评价指标：
电子类产品。

通过测试维护
时间和机内自测试（BIT）覆盖
率来评价。

测试维护时间通过原
位检测、原位操作等进行定性评
价，通过测试维护时间长短来定
量评价。

BIT测试覆盖率确定了
图3 产品生产、检验过程示意图
的新研单机产品和通用产品等，由各型号及相关单位确定。

目标星级。

要求不低于准一星级。

评定程序。

按照评定准备、评定申请、评定审查三个主要步骤开展。

参与情况。

共有十余个宇航型号上百种单机产品开展了产品星级评定；共有十余个设计、生产单位开展了产品星级自查、提
升、厂所级审查及整改活动；共组织了十余次院级产品星级审查。

评定结果。

共有35
个产品达到一星级，1个产品达到二星级；80个产品达到准一星级，3个达到准二星级，2个达到准四星级。

3．应用效果
星级评定实践工作初步取得以下成效：
（1）产品可靠性提升。

目前共有几十个产品对标星级评定条件，通过单点改冗余，结构设计、密封设计改进等设计改进，实现了可靠性提升。

（2）产品健壮性提升。

目前共有十余个产品对标星级评定，围绕环境、载荷、设计特性等相关敏感应力开展了拉偏试验考核，充分验证了产品健壮性。

（3）产品工艺性提升。

目前共有多个产品通过“零件冲压成
形+拼焊”改为“整体旋压+机械加工+电磁脉冲凸孔”、自动
一星（70%）到四星（95%）的具体指标。

测试维护时间和BIT 测试覆盖率共同决定了产品的易用性水平。

非电子类产品。

通过可测、易测、检测和免测来评价一星到四星水平。

可测、易测、检测和免测主要从是否依赖外系统配合进行测试维护和测试维护时间两个指标进行评价。

（7）等效飞行次数等效飞行次数指标目的牵引产品的推广应用，也是从使用角度对产品可靠性进行评价。

考虑
到同一发火箭上不同产品配套数量带来的差异性，星级评定提出了等效飞行次数指标。

等效飞行次数同时考虑了飞行次数和配套数量，从一星级至四星级要求不低于3发、8发、15发和30发，计算公式如下：
等效飞行次数=实际飞行次数×权重系数
权重系数计算见表1。

2．重要指标
重要指标围绕设计、生产、试验、使用四个维度，采用产品成熟度，元器件、材料选用控制，可靠性设计准则符合性，贮存期，测试覆盖性，现场作业文件，禁限用工艺，关重特性控制和质量
问题“归零”等9个指标对产品进行评价。

重要指标具体要求见表2。

3．一般指标
一般指标围绕设计、生产、试验和使用维度，采用技术文件完整性、规范性指标对产品进行评价。

根据相关标准，结合各类产品特点，明确了设计文件、研究试验文件、工艺文件和软件文档的项目和编写要求，对各类产
品的文件体系完整性和规范性进行约束。

四、星级评定的初步实践
1．整体情况
为逐步实现产品星级评定预期目标，根据快速研究、快速实践、根据实践结果快速迭代完善星级评定方法的工作思路，在将近两年时间里，针对多个长征系列运载火箭单机产品和典型通用产品，按照上述星级评定方法开展了具体工程实践。

2．主要做法
评定对象。

技术状态发生变化的单机产品、首次应用于飞行
单发配套数量
1
2~4
5~9
10~19
≥20
权重系数 1.0 1.4 1.8 2.0 2.5
表1 权重系数表
为逐步实现产品星级评定预期目标，根据快速研究、
快速实践、根据实践结果快速迭代完善星级评定方法的工作思路，在将近两年时间里，针对多个长征系列运载火箭单机产品和典型通用产品，按照上述星级评定方法开展了具体工程实践。

铆接等工艺改进，实现了产品工艺性及合格率提升。

五、结束语
产品星级评定是在产品成熟度评估方法基础上，结合宇航单机产品特点，进一步发展形成的单机产品综合评价方法，它不仅关注产品成熟度，还关注产品设计过程的健壮性、试验过程的充分性、生产过程的工艺性、使用过程的易用性等要素，可以对单机产品进行更针对性的综合评价。

经过工程实践，目前已取得初步成效，可以推广应用。

结合工程实践，为进一步提升星级评定的实效，可以重点围绕以下方面开展工作：
一是持续完善星级评定方法。

目前虽已通过“1份总则+5份细则”明确了五类产品的星级评定要求，但定量的核心指标还需进一步结合更多产品进行细化，针对结构类、机电类产品的星级评定指标特点还需进一步研究。

二是加强星级评定方法和星级产品的推广应用。

新研产品应对照星级评定条件，在研制过程中提前开展相关设计、分析、仿真、试验工作；在新型号研制、系统升级、质量问题归零等过程中，优先选用星级产品。

三是加强正向激励。

制定激励措施，在供方评价、采购价格、考核任用等方面与星级评定结果适当挂钩，从而更好地推动星级评定工作可持续开展。

▲
（责任编辑 李晗）
星级
指标要求
一星
综合
已完成预先研究或技术攻关阶段相关研制工作出现的质量问题已完成归零
设计
根据产品特点采取可靠性设计措施，符合Q/QJA747第5.1节、5.2节相关要求产品贮存期不低于5年
元器件、原材料、标准件应具有企业级/厂所级以上标准超目录元器件数量不大于总元器件数量的10%(若超目录10%,应有控制措施)超目录原材料种类不多于3种
生产
原则上不允许使用禁用工艺，限用工艺不多于2种，采取的针对性控制措施经验证有效试验已经过系统测试和地面验证
已按飞行条件进行地面考核，功能和性能满足要求已完成产品可靠性增长试验二星
综合
满足一星级要求设计
满足一星级要求
超目录元器件数量不大于总元器件数量的5%超目录原材料种类不多于2种
单机出厂前的测试项目100%覆盖交付后的测试项目生产满足一星级要求
现场生产作业文件完成了电子化编制且审批受控限用工艺不多于1种，采取的针对性控制措施经验证有效试验满足一星级要求三星
综合
满足二星级要求设计
满足二星级要求产品贮存期不低于8年
超目录元器件数量不大于总元器件数量的2%超目录原材料种类不多于1种生产满足二星级要求无限用工艺试验满足二星级要求四星
综合满足三星级要求设计
满足三星级要求产品贮存期不低于10年元器件、原材料无超目录项生产满足三星级要求
关重特性参数偏差控制在6σ以内试验
满足三星级要求
表2 重要指标要求。