航天某載荷光學元件產品保證工作研究

張澤敏，楊 輝，毛曉華，王 茹，張 穎，汪 洲，許 磊，劉曉森

（1.北京空間機電研究所，北京 100094； 2.中國航天員科研訓練中心，北京 100093；3.中國空間技術研究院，北京 100094； 4.航天系統部裝備部軍事代表局，北京 100074）

1 引言

產品保證［1］是為使產品達到規定的質量要求，在產品研制、生產的全過程所進行的一系列有計劃、有組織的技術和管理活動。通過產品保證管理活動，對組成產品的元器件、機械零部件、計算機軟件等基礎件，以及產品設計、制造過程實施的重點控制，從而把可靠性設計、維修性設計和安全性設計落實到產品生產中，以確保安全、可靠地完成任務。產品保證不只是一種管理活動，更是管理和技術的結合，也是承諾和放心的結合，用戶提出將管理和技術結合的要求，承制方做出承諾，雙方都獲得放心。

光學遙感衛星對國家安全和建設價值巨大［2］。如何在有限的時間里研制出滿足要求的光學元件［3］，有著重要意義。航天產品要求零缺陷：第一要求一次生產成功，減少過程成本；第二是保持結果導向；第三是質量為核心，不要等到檢驗時發現不合格再去解決［4］，要將質量控制的重心前移，提早做好預防工作；第四是產品質量是用不符合要求來進行衡量的。在空間相機研制過程中落實產品保證工作，達到提質增效的目的是目前面臨的巨大挑戰。

本文通過航天器某載荷光學元件產品保證工作研究［5］，對研制流程中各環節的風險進行分析、識別和控制，以增加產品保證控制點，優化研制流程，探索一套光學元件制備的產品保證方法和流程。

2 流程與方法

光學元件產品保證目標是在規定的周期、經費和性能等約束條件下，識別與梳理加工過程中的風險環節，實現對加工過程的有效控制［6］，保證加工出滿足要求的合格產品［7］。一般情況，首先建立產品保證隊伍，結合任務特點制定產保目標，編制光學元件產品保證要求，經審查和會簽后，作為光學元件研制過程開展產品保證工作的依據。

本文研究的光學元件是鏡頭的核心器件，裝配在光學鏡頭中，圖1 所示為RC 光學系統測試示意圖。

圖1 RC 光學系統測試示意圖Fig.1 Schematic diagram of RC optical system test

光學元件研制流程如圖2 所示，主要分為加工和鍍膜2 個過程。光學元件加工過程從研制技術要求下達后，就開始進行備料，然后再進行加工［8］，加工完成后進行檢驗測試［9］，合格的流入下一道工序，不合格的將進行判定，能讓步的讓步接收，不能讓步接收的進行返修或者報廢處理。加工過程完成后，進入鍍膜過程，鍍膜完成后進行檢驗測試，合格的流入下一道交付工序，不合格的將進行判定，能讓步的讓步接收，不能讓步接收的進行返修。

圖2 光學元件研制流程圖Fig.2 Flow chart of optical element development

3 風險識別與分析

3.1 加工過程風險識別與分析

由于操作人員變化、設備更新等原因，對于光學元件加工過程的監管十分關鍵［10］。分析光學元件加工過程的因果關系時，為避免遺漏，通常以人、機、料、法、環、測（5 M1E） 作為原因的類別［11］。運用頭腦風暴法討論后，將形成的意見進行了匯總，如圖3 所示。

圖3 加工過程因果圖Fig.3 Process causality diagram

3.2 鍍膜過程風險識別與分析

鍍膜過程包括光學元件鍍膜前、鍍膜、鍍膜后檢驗測試及不合格的處理方法。同樣以5 M1E作出因果圖，如圖4 所示。

圖4 鍍膜過程因果圖Fig.4 Cause and effect diagram of coating process

通過原因分析出鍍膜過程也要制定相應的鍍膜方案［12］，鍍膜方案中需對膜系進行設計，并對膜系的設計進行確認，以確保膜系滿足要求。在膜系設計時，需考慮鍍膜設備能力、環境、鍍膜工藝、人員操作、測試方法是否合理，是否具備可操作性，以便于鍍膜工藝規程的編制。鍍膜工藝規程作為鍍膜操作的指導文件［13］，需明確鍍膜設備能力、環境、鍍膜工藝、人員操作、測試方法等具體要求，務必細化、量化、可操作。

3.3 風險清單

風險識別與控制是一個反復迭代和不斷完善的過程。根據技術風險識別與控制原則［14］，以技術風險評價指數為標準，確保風險評價可量化。對于結合因果圖對加工和鍍膜過程識別出的技術風險，必須給出風險的嚴重性和可能性的判別準則，并采用風險指數法進行評估。風險后果嚴重性等級分類詳見表1，風險發生可能性等級分類詳見表2，風險綜合評價矩陣見表3，根據嚴重性和可能性分出了25 種情況。

表1 風險后果嚴重性等級分類Table 1 Severity classification of risk consequence

表2 風險可能性程度Table 2 Probability of risk

表3 風險綜合評級矩陣Table 3 Comprehensive risk rating matrix

風險綜合評級見表4，根據光學元件的風險綜合評級，將表中所示的25 種情況詳細地進行了劃分，這樣可以更直觀的看出高風險、中風險和低風險三者所包含的風險評級。風險指數為De、Ed、Ee、Ce、Dd、Ec，不可接受風險；風險指數為Ae、Bd、Be、Cc、Cd、Da、Db、De、Ea、Eb，不希望有的風險，需由任務交辦方決策；風險指數為Aa、Ab、Ac、Ba、Bb、Ca、Ad、Be、Cb，不經評審即可接受風險。

表4 風險綜合評級Table 4 Comprehensive risk rating

產品保證工作以技術風險分析與控制表單為抓手，包含技術風險項目清單、技術風險項目控制檢查表以及高等級技術風險項目控制表。技術風險項目清單用于識別和確定技術風險項目，明確其風險綜合評級和需采取的控制措施，經評審確認；技術風險項目控制檢查表用于技術風險控制過程中，動態評估通過技術風險項目清單確定的各技術風險項目的控制措施的實施效果，并對采取措施后的技術風險項目重新進行風險綜合評級；高等級技術風險項目控制表適用于風險綜合評級為Ⅲ級以上的技術風險項目，對于每項高等級技術風險均建立獨立的風險控制表，全面描述技術風險項目相關各項信息，以便于跟蹤高等級技術風險項目的控制過程。

本文對某載荷光學元件所有工作模式識別出的Ⅲ級以上的風險，形成了單獨的風險清單，見表5。

表5 光學元件風險清單Table 5 Risk checklist for optical components

4 風險措施與落實

從整個研制過程出發，分階段分層次地識別風險，按加工過程和鍍膜過程分析制定了相應的控制措施，并加入了產品保證控制點，嵌入產品保證控制點后的光學元件研制流程見圖5。

圖5 嵌入產品保證控制點后的光學元件研制流程圖Fig.5 Development flow chart of optical element after embedding product assurance control point

通過嵌入產品保證控制點優化前后的流程比對，光學元件加工過程嵌入產品保證控制點后，增加了加工及檢測方案評審環節，光學元件鍍膜過程增加了鍍膜風險分析與控制、鍍膜前檢查2 個環節。圖5 顏色標注的3 個部分是優化后增加的控制點，是將產品保證的工作重心前移的重要舉措。

4.1 加工過程措施與落實

光學元件加工前，對加工過程的技術方案和工藝規程進行專家評審［15］，評估其是否達到指標要求。為了確保光學元件在加工過程中的質量，在加工討程結束時設置了強制檢驗點，對光學元件狀態進行再確認。對參與任務的人員執行考核上崗制。對加工的設備進行定期的檢查、維修保養，操作人員在工作前對設備進行檢查。對于過程中用到的量具，保證其在檢定合格期內且完好可用。加工前對原材料進行再確認，做到明細表與實物相符，杜絕因發錯料引起質量問題。光學元件的檢驗需編制檢定規程，作業時對照檢定規程進行測試檢驗，過程中逐步記錄實測數據，和要求值逐一進行比對，判斷其合格性。整個過程需在滿足條件的環境中進行，記錄好溫濕度，做到可追溯。

加工過程中增加產品保證控制點主要是針對加工過程的風險進行優化。加工過程是指光學元件加工技術方案、工藝規程、實際操作等項目，每個任務輸入后都需根據指標要求，制定加工技術方案、工藝規程。加工過程質量改進針對不同指標要求的光學元件相當于新研產品。分別從人、機、料、法、環、測等幾個方面進行控制。加工方案準確才能夠在實際中指導操作，在具體加工過程中，增加了加工方案及檢測的控制點，在后續的加工管理中加以應用。

控制點應制定具體評審工作程序，評審組設組長1 人，評審組的人數為5 至10 人，評審組長由經驗豐富的光學專家擔任。設置的評審項目如表6 所示，可視光學元件加工的實際情況增減評審點。

表6 光學元件加工過程評審項目表Table 6 Item list of optical element processing review

光學元件加工過程數據包一般如表7 所示［16］，應根據實際加工任務要求形成。

表7 光學元件加工過程交付與備查數據包Table 7 Optical component manufacturing process delivery and backup data package

在光學元件加工過程中及時傳遞質量信息，確保任務方在光學元件加工過程中，及時有效地跟蹤產品質量動態情況，掌握產品的質量信息。

對光學元件加工車間、檢測實驗室、鍍膜實驗室等環境加以控制，明確加工車間、實驗室、鍍膜實驗室潔凈度的控制措施，對加工、檢測及鍍膜現場進行多余物控制，并嚴格執行，確保光學元件在加工、檢測和鍍膜過程中不被污染。

產品保證強制檢驗點一般包括外形尺寸和面形，檢驗時間為機加工后（鍍膜前）。按各方認可的檢驗方法和檢測設備進行光學元件檢驗，并記錄實測數據。檢驗量具確保在檢定／校準周期內。不合格品嚴格按流程審理后進行處置。

4.2 鍍膜過程措施與落實

光學元件鍍膜前，應當對鍍膜過程的技術方案和工藝規程進行專家評審，評估其是否能達到技術指標要求。

鍍膜操作前，確認實驗室環境（潔凈度、溫度、濕度）符合要求，對鍍膜現場進行多余物控制，并將具體措施納入工藝文件，并填寫《光學元件鍍膜前檢查單》，見表8。產品選用的鍍膜工藝優選成熟工藝，若選用新工藝，需經過工藝鑒定及評審。另外設備、工裝、夾具等也應規范使用，避免在鍍膜等過程中對產品產生不良影響。

表8 光學元件鍍膜前檢查單Table 8 Inspection sheet for optical elements before coating

驗收與交付［17］環節在現場驗收或任務方復驗時發現的產品性能超差，經任務方確認與同意，辦理讓步接收手續；如需進行返修，則在返修完成后應再次履行驗收與交付程序。光學元件鍍膜過程交付與備查數據包見下表9。

表9 光學元件鍍膜過程交付與備查數據包Table 9 Optical component coating process delivery and backup data package

其中鍍膜光譜特性曲線［18］能看出膜層參數，驗收時仔細確認，確保滿足要求。以分色鏡光譜曲線圖為樣例見圖6。

圖6 光譜曲線圖樣例Fig.6 Sample of spectral curve

4.3 風險評價

采取措施后，風險得到了有效控制。通過某載荷光學元件風險控制效果比較，針對光學元件發生破碎或膜層脫落故障模式，采取措施前風險可能性等級為c，嚴重性等級e，綜合評級IV（不可接受）；通過風險項目采取控制措施后檢查，可能性等級為a，嚴重性等級e，綜合評級Ⅲ（評估后可接受），很大程度上地降低了風險的可能性等級。詳見表10。

表10 光學元件風險項目控制檢查表Table 10 Control checklist of optical element risk item

5 結論

本文通過分階段、分層次地開展5 M1E 分析，全面定位了風險產生的原因，制定相應的措施并根據風險管控原則進行單獨控制，可得出如下結論：

1） 對研制流程風險進行分析、識別和控制，通過嵌入產品保證控制點的方式完善流程，探索出一套光學元件通用的產品保證方法；

2） 產品保證流程可以推廣到包括載人航天在內的其他光學元件研制中，例如光學艙中的反射鏡、透鏡、濾光片等；

3） 可為類似光學產品（紅外晶體、激光晶體等產品）的質量管理工作開展提供可借鑒的經驗。