民機項目研制設計過程質量管理

梁 娟，黃志勇

(中國商用飛機有限責任公司科技質量部，上海 200120)

從統計數據可以看出，產品設計開發成本一般占產品總成本的10% ～15%，但卻決定了產品總成本的70%～80%，設計質量是產品質量的源頭，決定了產品先天和內在質量，并且傳遞、影響到產品制造、使用、維護、回收等后續階段。產品設計質量是形成產品質量的決定性因素，控制好設計源頭的質量對最終產品質量起著至關重要的作用。民用飛機具有研制周期長、零部件數量龐大、構型復雜、設計更改頻繁、試驗驗證復雜等特點，這對民用飛機設計質量的保證與改進提出了很大的挑戰。

設計質量是設計出來的，而不是管理出來的，因此要保證和控制民機產品設計質量必須從分析民機產品設計質量的形成過程入手，產品的設計過程也就是產品設計質量的形成過程。結合產品設計過程確定設計過程質量保證的具體內容和方法，明確設計過程質量控制活動，分階段持續對設計質量進行科學合理的評價，以期促進產品質量不斷進化，設計水平逐步提高。

1 設計過程質量管理模型

設計過程質量管理應以全面質量管理為核心，強調質量在產品設計理念和方法體系中的作用。和設計過程的逐層分解、分級驗證一致[1]，設計質量管理也應該從實施、驗證兩方面進行策劃，即分為質量保證和質量控制兩部分。

質量保證和設計過程是有機結合的一個整體，由設計人員在工程設計中實施落實;質量控制是和設計過程并行的，由管理人員對設計過程中的各項活動和成果進行監督檢查、評價以及針對過程中發現的問題提出相應的預防糾正措施。質量管理和項目研制活動緊密結合，充分體現了“全員參與”的質量原則。

設計質量管理的實施是從需求出發，將市場、客戶、適航的要求落實到設計各過程中，實現正向的產品質量特性的分解、細化、落實和體現，在設計過程中，利用目標分解與配置(QFD)、故障模式影響分析(FMEA)等工具，采用基于約束的目標分解方法和多目標的優化與決策方法，有效實現自頂向下的設計質量特性的分解、細化和落實。設計質量管理的驗證則是從質量檢驗的角度出發，采用面向產品開發過程的評價與評估方法(例如設計評審)、過程審核、質量復查等方法，及時充分發現設計過程中存在的和潛在的問題及矛盾，利用故障樹分析工具(FTA)、因果分析圖等分析產生質量問題的原因，采用多目標優化法等方法解決各種質量問題，從而得到最佳的設計結果，圖1給出了設計過程質量管理模型。

2 設計質量保證

就設計質量而言，它是在產品設計過程中逐漸形成的，與質量有關的設計數據是表征控制對象質量特性的數據，是從設計數據中按照質量控制要求映射提取而來的[2]，與質量有關的設計數據也可以稱之為質量特性，質量特性可以理解為產品數據的質量視圖。質量特性的識別和管理是設計質量控制的基礎，同時也是設計質量管理中的薄弱環節。

圖1 設計過程質量管理模型

2.1 質量特性的形成

質量特性形成于設計要求確定階段，隨著設計過程的不斷深入在各個階段逐步分解、轉化并逐步細化，通過設計文件/數據的細節反映出來，最終落實到具體零件及其實現過程中，以便得到控制[3]。影響設計質量的因素散布于設計全過程。質量特性隨設計過程的深入逐步拓展可分為以下幾級:飛機級質量特性→系統級質量特性→部件級質量特性→零件級質量特性。

質量特性的初步產生是在設計要求確定階段，從顧客處或組織自己分析確定的要求中映射而來;在方案設計階段進一步識別確定飛機級功能和性能指標這兩類質量特性。這兩個階段識別的質量特性一般為飛機級質量特性。在初步設計階段產品的功能及性能進一步展開，從而衍生出系統級和部件級的質量特性;在詳細設計階段，隨著設計活動的細節展開通過分析材料性能、工藝要求、協調性等來全面識別部件級/零件級的質量特性，如圖2所示。

2.2 關鍵特性識別

為了有效地在產品設計階段開展質量保證工作，應根據“二八定律”、“關鍵少數、一般多數”來準確地把握質量保證的重點。對于數量龐大的質量特性，應抓住影響產品質量的少數關鍵因素，即在質量管理實踐中應對關鍵的質量特性進行管理。

圖2 質量特性在不同設計階段的逐步細化

與質量特性的識別過程一致，關鍵特性的識別貫穿于民機項目研制全過程，分級、分階段進行。關鍵特性的識別從特殊要求及安全性分析入手，在研制過程中不斷衍生、細化。在設計過程，關鍵特性的識別步驟如下:

步驟一，在設計要求確定階段，通過識別顧客要求和產品性能要求確定特殊要求。特殊要求具體體現在設計活動中為分析確定產品的“關鍵項”，包括功能的“關鍵項”和性能的“關鍵項”。為保證“關鍵項”得以實現，需進一步識別出影響其實現的關鍵產品特性和關鍵過程特性，并將關鍵特性逐步分解、轉化和落實到產品設計的各個階段并加以控制，以此來確保特殊要求得以實現。

步驟二，在方案確定和初步設計階段，通過安全性分析評估確定功能危險等級/失效狀態來確定“關鍵項/關鍵特性”，并進一步通過分析產品功能、配合、環境條件、維修性、壽命、裕度等對產品性能和質量的影響來識別確定關鍵特性。

步驟三，在詳細設計階段，通過對各類設計細節的分析來識別關鍵特性。主要通過分析材料性能、工藝要求、互換性、協調性對產品性能和質量的影響來識別關鍵特性。

2.3 關鍵特性控制

關鍵特性控制是推動持續改進的有效方法之一。對于確定的關鍵特性(關鍵產品特性和關鍵過程特性)開展控制活動，使其處于受控狀態并逐步具備過程能力，在具備過程能力之后可以取消該關鍵特性，所以關鍵特性也不是一成不變的。

在識別出關鍵特性后，應以設計經驗和知識為基礎，分析已有的歷史數據，制定相應的保證措施，并進一步將措施分解到各研制階段，制定詳細的保證計劃。隨著設計的深入，應監控計劃的落實情況，隨時評估關鍵特性的偏離及風險。

3 設計質量控制

設計過程質量控制活動是針對設計活動以及設計數據，采用面向產品開發過程的各種質量評估評價、檢查活動，及時發現設計過程中存在的和潛在的問題和矛盾，并督促各種問題的及時解決，從而保證設計活動的順利進行和設計結果的準確可靠。目前，在民機研制設計過程中所采取的質量評估評價、檢查活動的主要形式為設計評審、過程審核、質量復查。

3.1 設計評審

設計評審是一種確認行為，是為了控制風險。民機設計過程中的設計評審活動一般包括對設計輸入的評審和對設計輸出的評審，設計輸入評審指對有關設計輸入的充分性和適宜性進行的評審活動，以確保輸入完整、清晰、正確。設計輸出評審指對民機設計結果達到規定目標的充分性和有效性進行的評審活動，以確保輸出滿足輸入的要求。為保證設計評審開展的有效性，針對具體設計評審采取檢查單的形式進行精細化控制。

3.2 質量復查和過程審核

質量復查和過程審核是一種檢查行為，是問題觸發型的活動。質量復查一般在發現普遍性問題，或發現的問題需要在整個項目開展舉一反三活動時組織開展。過程審核一般根據項目質量現狀、研制過程中發現的問題和隱患、管理的薄弱環節針對性組織開展。

質量復查一般采用自查、互查、交叉協調檢查、專家復查幾種形式。質量復查工作的重點是明確復查活動的范圍、內容、依據、時間等要求，復查活動一般針對設計準則、標準規范的貫徹，發現問題的舉一反三等內容具體組織開展。

過程審核一般采取非現場審核和現場審核兩種形式。過程審核工作的重點是:明確審核依據、確定審核的目的和范圍、確認審核所需資源，特別是明確特定的過程或專題，以便能針對性地改進某一方面的管理或設計工作。

4 設計過程質量數據和改進

4.1 設計過程質量數據

設計過程質量數據包含產品設計活動形成的與質量有關的設計數據和設計過程質量控制活動所形成的衍生數據，質量數據的識別和管理是設計質量管理的基礎，通過對質量數據的統計、分析來進一步提出設計質量的改進措施。

產品設計活動形成的與質量有關的設計數據即結構化的質量特性。包括設計評審、過程審核、質量復查等設計過程質量控制活動所形成的評審意見/建議、復查問題、審核問題/建議等數據;設計數據中包含的設計活動質量情況、問題產生原因等質量屬性，如設計更改時的更改原因等都構成了質量數據。

4.2 質量數據的統計分析及改進

質量數據的識別和管理是質量管理的基礎，提取到相關質量數據后，通過對這些數據的統計分析，針對存在的和潛在的問題提出預防和解決措施，才可以最終達到提高設計質量的目的。

可針對不同類型的數據采取不同頻率，定期(周、月、季度、年)、分階段或不定期的進行統計分析。數據的統計分析方法可以采用絕對值或相對值(百分率)計算，可采用平均值、極差、標準偏差、直方圖、散布圖、田口方法、故障模式及影響分析、方差分析、統計抽樣、質量功能展開、試驗設計、水平對比法等統計技術方法，運用故障樹分析、流程圖、排列圖、控制圖、因果圖等統計分析工具進行分析。

通過對數據的統計分析，提出存在的主要問題及針對性的改進措施;針對發現的或潛在的問題組織質量復查和專項審核;評價過程績效，對績效差的過程分析原因并進行改進;進一步分析預防成本，鑒定成本及內、外部故障損失的變化趨勢，從財務的角度分析評價質量成本，最終通過改進活動達到提高設計質量、降低成本的目的。

5 結束語

設計質量作為產品質量的源頭，設計過程質量管理也成了重中之重。為提高項目設計質量，應著力做好以下工作:一是根據工作分解結構(WBS)來組織開展產品設計質量數據和管理工作，加快技術規范、準則的編制工作，給設計工作提供充分的指導規范性文件;二是組織提取完整的質量數據，特別是設計數據的質量視圖，實現與PDM系統和生產系統的數據集成，通過獲取實時數據減少工程更改和設計質量問題。

[1] SAE ARP4754A Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems[S].

[2] 何益海，唐曉青，王美清.產品設計質量數據與管理模型研究[J].計算機集成制造系統，2006，12(8):1161－1166.

[3] 王美清，唐曉青.產品設計質量控制方法研究及系統開發[J].制造業自動化，2003(9):15－18.