航天产品可靠性工程试验管理实践和探索

PLANT ENGINEERING CONSULTANTS 2019.6
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航天产品可靠性工程试验管理
实践和探索
■ 李丹 陈智勇
0 引言
可靠性工程试验是通过对产品施加一定的环境应力和（或）工作载荷，寻找产品中的潜在缺陷，暴露薄弱环节，改进设计和工艺，提高产品固有可靠性、使产品可靠性得到有效延长的一系列试验。

航天产品系统构成复杂、高新技术比重大、发射条件和使用环境恶劣、影响成败因素多等特点，决定了航天产品研制具有极高的风险。

在航天产品研制过程中必须采用科学、有效的可靠性工程试验手段来预防、控制和纠正产品可能或已经出现的故障，才能确保航天发射任务万无一失，国外航天大国和中国航天发展的成功经验和失利教训充分证明了这一规律。

多年来的实践，诠释了可靠性工程试验是验证航天产品设计方案、释放技术风险、考核产品在各项工作条件下的功能性能、提升可靠性确保航天发射任务成功的基础和关键。

提升可靠性工程试验项目策划和方案设计的合理性与覆盖性、试验过程控制的有效性、试验结果有效验证产品功能性能程度的充分性，形成相应的理念、规则和方法，将会进一步促进航天产品研制可靠性管理工作的水平，为确保航天发射任务不断取得成功奠定坚实基础。

1 可靠性工程试验基本要求
（1）试验要贯穿产品研制生产全过程，在研制阶段、重大改进、发射任务出厂等节点分阶段实施审查，在研制周期中不断迭代，动态闭环。

（2）试验要涵盖产品研制的各个层级，试验状态要尽量模拟真实状态，试验条件的制定要与设计条件吻合，总体、分系统、单机等产品各层级要及时传递试验设计要求和实现情况，并逐级组织审查确认。

（3）试验要对照设计输入和研制阶段工作目标，按照功能要求、性能要求、接口要求、通用质量特性要求全面分析，确认当前阶段下的试验验证情况，明确后续研制阶段的试验项目与目标。

摘要：总结提炼了航天产品可靠性工程试验流程、项目策划、方案设计、试验实施、过程控制、结果评价等方面的实践经验，提出了航天产品可靠性工程试验的理念、规则和方法，为提升新形势下航天产品研制可靠性管理工作能力和运载火箭质量监理工作水平提供了借鉴和参考。

关键词：航天产品 可靠性工程 试验 管理
（4）试验要根据产品自身特点和研制工作阶段，依据方案逐步收敛、风险逐步释放的原则，综合考虑成本、周期、资源、产品各部分均衡性等因素，策划试验工作重点，有针对性地开展试验工作，保证试验项目充分而且必要。

（5）试验要与产品测试覆盖性分析、技术风险分析、仿真理论分析、质量检查确认等质量保证工作结合开展，多方位开展相互印证。

2 可靠性工程试验工作流程
（1）在产品研制各阶段，在用户需求分析、指标可实现性分析的基础上，全面系统策划产品功能性能指标试验验证项目、技术风险释放试验验证项目及试验目的。

（2）根据策划的试验项目与试验目的，开展试验方案设计，重点对试验条件、试验状态、试验子样、产品状态、过程质量控制措施等开展分析，对试验方案或试验大纲的正确性、合理性、可行性、充分性进行评审确认。

（3）按照试验设计方案或试验大纲编制实施方案，经过确认评审后组织开展试验。

试验过程中应对试验环境、试验状态、试验数据、试验实施过程和结果等进行监测记录。

（4）综合利用试验获得的各种信息，结合试验环境、产品技术状态、试验工况与边界、试验过程中出现的问题等，分析试验验证的有效性与充分性，编制形成试验结果分析报告，组织完成评审确认，给出试验充分性结论。

如：试验未达到试验设计方案或大纲要求，需重新策划和审查试验项目与内容，补充开展相关试验工作，并结合理论分析，明确最终的试验充分性结论，确保试验结果达到预期的目标和产品技术风险受控。

可靠性工程试验工作流程如图1所示。

3 可靠性工程试验关注要点
3.1 试验项目策划
试验项目策划环节需考虑以下主要因素：
（1）针对用户需求和任务研制要求，梳理明确产品的
2019.6设备监理
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功能要求、性能要求、接口要求等，以全覆盖为原则，提出产品研制各阶段需开展的试验验证项目。

（2）根据产品特点，结合产品特性、FMEA、通用质量特性等分析结果，梳理涉及产品可靠性试验验证项目。

（3）开展产品研制技术风险分析，安排相关试验验证项目。

（4）针对产品设计改进、继承性关键技术、技术状态变化项目进行分析，明确相关试验验证项目。

（5）基于产品辨识出的Ⅰ、Ⅱ类单点故障模式，确定需开展的试验验证项目。

（6）结合产品采用的新技术、新状态、新环境、新工艺、新材料、新设备，策划风险试验验证项目。

（7）参考和借鉴类似产品所开展的试验项目，完善试验项目设置的合理性与覆盖性。

（8）兼顾考虑各项试验成本、周期、经济性和充分性。

（9）结合试验周期、试验条件、试验状态、试验风险和控制措施等开展量化管理，形成表格化项目策划，详见表1。

3.2 试验方案设计
试验方案设计环节需考虑以下主要因素：
（1）试验状态要尽量与真实状态一致，试验内容应考核到产品的各项功能性能，试验产品的技术状态需与设计状态一致。

（2）如涉及不能使用相同设计状态的产品，需开展试验充分性分析，在不影响试验目的验证的情况下对产品状态可作适当调整。

（3）试验产品状态需覆盖正式产品实际工作中的关键动作或状态转换。

（4）试验产品在试验过程中的工作时间、负载水平、环境条件等，要能够覆盖设计条件和设计过程中涉及的偏差情况。

（5）如涉及试验条件不能覆盖设计条件的，需通过搭载更高或更低产品层级的试验开展相应的试验验证。

（6）对于不能覆盖设计偏差情况的，需通过已有试验结果对产品适应偏差的能力及可靠性裕度开展分析。

（7）针对实际工作中存在序贯环境条件以及多环境应力叠加的，要尽可能按照真实的序贯环境以及多环境应力工况开展试验验证。

（8）试验方法与试验子样需满足试验方案或大纲要求。

3.3 试验过程控制
试验过程控制环节需考虑以下主要因素：
（1）试验单位需具有通过认证或认可的质量管理体系。

试验产品应有产品说明书和产品质量履历书，技术状态清楚受控。

试验设备需经过检定或校准，检校结果需满足试验使用要求。

试验操作应有相应规程、规范。

人员应具备岗位资格和相应的资质。

（2）试验单位需要依据试验设计方案或试验大纲等文件，与任务提出方充分沟通后制定试验实施方案，实施方案需经审批并组织专家评审，关键试验方法需予以验证。

（3）试验不得擅自改动操作规程或操作程序，更换设备、更改技术状态、修改操作使用文件以及个别参试产品超差使用等，应提出更改申请或更改报告，经必要的验证、测试和相关技术负责人批准后方可进入后续程序。

（4）试验过程出现异常或故障时，应暂停工作，保持状态，查明原因，按预案或相关技术、管理措施进行处置。

（5）每项试验工况结束后，应及时进行数据阶段性分析，判断数据的完整性和合理性，经确认符合试验要求后方可进入试验工况转换。

表
1：试验项目策划
序号试验项目所属系统试验目的试验状态试验前提试验件数量试验周期与任务状态的差异试验条件
真实性分析与其他试验的关系试验可能的风险及控制措施试验所需
产品清单
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图1 可靠性工程试验工作流程图
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（6）试验过程的测试检查情况，要详细记录在测试记录簿上，记录填写应字迹清晰、数据准确、结论明确。

（7）要建立完善的数据判读标准，实行表格化判读和计算机自动判读。

对出现的异常数据要进行机理分析，对出现的故障模式要进行归纳总结，判明机理，查清原因，制定改进措施。

3.4 试验监视测量
试验监视测量环节需考虑以下主要因素：
（1）依据产品技术指标、使用要求设置试验数据测量项目。

（2）对力学、热、电磁等环境的源、传递、响应等存在物理相关性的环节进行测量。

（3）对影响试验目的的关键点采用冗余或不同测量手段进行测量。

（4）参照借鉴同类产品的试验测量项目设置情况。

（5）监视测量手段、方法要科学有效并尽可能用表格化形式进行实时记录。

3.5 试验结果分析和总体评价
试验结果分析和总体评价环节需考虑以下主要因素：（1）试验结果分析应对照规定的试验目的，详实回答试验验证情况。

（2）对试验出现的异常数据或故障模式进行分析，评价改进措施的有效性和充分性。

（3）应结合物理相关性环节及不同测点的测量情况，从系统层面综合开展关联性分析，确认各环节的协调性与匹配性。

（4）对试验的真实性和差异性进行分析，开展试验方案设计回归分析，评价产品在真实条件下的功能与性能能否满足设计要求。

（5）对试验过程产生的新的技术认识进行分析，确认新的技术认识是否会带来新的技术风险，是否需要补充策划并开展相关试验进行验证。

（6）对需要释放的技术风险是否得到验证进行分析，对验证不充分的风险是否需要补充策划并开展相关试验进行验证。

表2：试验充分性分析
序号
试验项目所属系统试验目的设计条件试验条件试验结果
试验充分性结论
不覆盖项目及分析与改
进措施
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填表人： 确认人：
江苏：智能微电网正式建成投运
　6月18日，集光伏、风电、储能和海水淡化为一体的开山岛智能微电网系统在江苏省连云港市灌云县开山岛上正式建成投运，开山岛将告别缺水缺电的历史。

据介绍，开山岛智能微电网工程可满足全岛各类用电需求。

同时，岛上的海水淡化设备日产水量近10t，可满足岛上各类用水需求。

开山岛位于我国黄海前哨，面积仅0.013km 2，“时代楷模”王继才生前和妻子王仕花曾共同坚守小岛32年。

近年来，江苏省不断推进开山岛上供电能力、通讯保障、营房住宿等硬件设施建设，岛上条件已不断改善。

（7）与其他同类产品相似试验数据开展对比分析，评价试验测量的数据与结果分析的合理性，以及试验测量的数据与结果分析能否充分验证试验目的。

（8）依据试验设计方案或大纲对试验项目、试验内容、试验结果的充分性进行分析，明确针对未验证项目采取的改进措施及控制保障办法，给出产品可靠性工程试验充分性结论，详见表2，并经评审通过。

（9）在做好试验技术总结工作的同时，要对试验过程中采取的管理技术和方法、试验管理中取得的经验和存在的问题进行总体分析和评价，形成试验管理总结报告，以此作为试验圆满完成的标志。

4 结束语
近年来，航天科技面临研制任务繁重、发射密度和试验强度明显提高的新形势，这对航天产品可靠性工程试验验证提出了新的挑战和更高的要求。

本文力求用简明、通俗、准确、规范的语言，总结和归纳航天产品可靠性工程试验管理的最佳实践经验，重点阐述在可靠性工程试验管理工作中该做什么、怎么做，为不断提高新形势下航天产品研制可靠性管理能力和促进运载火箭质量监理水平的提升提供借鉴和参考。

作者简介：
李丹，中国运载火箭技术研究院，高级工程师。

陈智勇，中国运载火箭技术研究院。