杜 珺，危金卓，王晓宇，苏 磊，张天河

（中国运载火箭技术研究院物资中心，北京，100076）

0 引 言

航天产品要求具有极高的可靠性。航天产品以其失效产生后果的严重程度分为关键特性、重要特性以及一般特性。关键特性是指如达不到设计要求或发生故障，可能迅速地导致航天产品或主要系统失效或对人身财产的安全造成严重危害；重要特性为如达不到设计要求或发生故障，可能导致产品不能完成预定的使命，但不会引起航天产品或主要系统失效；一般特性是除关键特性和重要特性以外的所有特性［1］。

火工品具有作用敏感性、使用广泛性、作用一次性等特点［2］。新一代运载火箭用火工品作为新一代运载火箭大系统的重要组成部分，其产品质量及可靠性直接决定了新一代运载火箭发射任务的成败。

在新一代运载火箭用火工品设计、生产的过程中，对所有过程、工序都进行控制既困难又没有必要［3-4］，因此为符合“少数重要和多数不重要”原则以及Pareto 原理中80/20 比例关系规则而提出的航天产品3类关键特性［5］的控制和识别变得尤为重要。关键与重要特性，简称关重特性，只有正确识别和标识出新一代运载火箭用火工品的关重特性，才能在其设计、工艺、生产过程中采取相应的控制措施，以提高其设计质量，利于生产部门控制其产品质量，便于检验检测的开展并对其质量实施检查与监督，保证新一代运载火箭用火工品质量的稳定性及可追溯性［6-7］。

本文依据3 类关键特性［8］，针对由技术要求分析、设计分析以及故障树分析3条途径识别梳理出的型号用火工品关重特性提出了具体的关重特性控制方法及要求，为型号用火工品质量与可靠性的提升提供了依据与途径。

1 关重特性识别方法

新一代运载火箭用火工品的关重特性识别［9］一般按照以下步骤进行：

a）依据产品任务书、产品技术要求、产品保证大纲（要求）及产品设计、制造、试验规范等要求，对产品进行技术要求分析；充分考虑其功能、持续时间、环境条件、维修性要求、失效的影响。

b）根据产品的方案和特点，对产品的设计文件进行分析，通过对产品进行技术要求分析、设计分析、零部组件分析并参考同类产品的特性分类情况，采用硬件分析法，通过元器件、原材料性能、工艺过程、配合（互换性、协调性）、环境适应性、寿命、安全性、维修性、可靠性、新技术应用及其他因素分析，确定产品的关重特性。

c）结合历史航天产品发生的火工品问题开展故障树分析，明确其问题定位、故障模式、控制参数等，整理建立其故障树，对每一个可能存在的故障模式、故障底事件进行全面深入的分析，对故障树底事件查找对应的特性参数，根据发生可能性、严重性、可检性，确定关键重要特性。

d）通过综合分析对获得的所有关重特性进行汇总，梳理出该火工品的具体关重特性。

主要识别流程如图1所示。

图1 新一代运载火箭用火工品关重特性识别流程Fig.1 Ⅰdentification process of the key and important characteristics of pyrotechnics for the the new generation of launch vehicle

2 关重特性控制要求

根据识别出的新一代运载火箭用火工品关重特性，提出相应的量化控制要求，具体步骤为：

a）设计控制要求。设计师系统根据识别出的关重特性开展产品特性分类分析，提出针对每一个关重特性对应的设计要求，分析总结形成设计关键特性分析报告，经审查通过后明确具体产品的设计控制要求，并清楚标注于设计图纸、文件中。

b）工艺控制要求。生产单位依据产品设计文件，组织工艺师系统围绕设计关键特性指标的实现，分析设定的相关工艺参数及措施是否合理、准确、裕度充分；是否可检（监）测或验证，无法检测或验证项目制定分步控制的工艺参数及措施要求等，形成《产品工艺关键特性分析报告》，在工艺规程、文件中明确工艺控制要求。

c）生产及检验控制要求。生产单位应围绕产品设计关键特性实现和工艺关键特性的受控，结合产品特性以及现有工艺技术方法和手段，分析生产过程是否有易错、难操作或其他不可靠环节，制定针对性的控制措施。明确相关的人员、设备、工作、环境、检测等要素的特殊控制要求，明确生产及检验控制要求。

d）控制要求的反馈及落实。生产单位将控制要求逐项列入表中，并在其制造过程中进行实测值记录、校对和审核。

3 关重特性识别典型案例

按本文提出的新一代运载火箭用火工品关键特性识别方法及控制要求对爆炸螺栓的关键特性开展了分析识别。

3.1 技术要求分析

爆炸螺栓的功能为：工作前起到可靠承载连接功能；接收到工作信号后在工作时间要求范围内可靠分离，并满足污染量（除剪切销式爆炸螺栓）和冲量要求。

采用产品性能指标分析法对任务书要求的主要性能指标进行分解，爆炸螺栓的主要技术指标包括拉伸破坏载荷、工作时间、不同步性、污染量和冲量。

对各项技术指标分析可知：a）影响拉伸破坏载荷的因素有螺栓体（剪切销）强度和螺栓体预定分离面剪切尺寸（削弱槽外径或剪切销直径）。b）影响工作时间及不同步性的因素有点火方式（非电起爆、电起爆），隔板装药体（火焰雷管）起爆、传爆及主装药的药量和装药压力，螺栓本体活塞配合表面粗糙度，螺栓体预定承载力。c）影响污染量及冲量的因素有密封元件的尺寸材料特性、点火器（输出接头）及隔板装药体与螺栓本体的连接是否安装到位、螺栓体和活塞的尺寸配合和装药量。

通过对爆炸螺栓的主要技术指标进行分析，统计涉及到的关重特性有：螺栓体（剪切销）强度，螺栓体预定分离面剪切尺寸（削弱槽外径或剪切销直径），隔板装药体（火焰雷管）起爆、传爆及主装药药量和装药压力，螺栓体预定承载力，螺栓体和活塞的尺寸配合。

3.2 设计分析

结合爆炸螺栓的设计文件、设计图纸、设计结构，采用硬件分析法对产品零、部、组件从材料、工艺、贮存期等方面查找影响该零、部、组件性能的关键重要特性参数。图2 为剪切销式爆炸螺栓的结构示意。

图2 剪切销式爆炸螺栓结构Fig.2 The structure of shear pin explosive bolt

爆炸螺栓的重要零部件主要有隔板装药体、活塞推杆、螺栓体、火焰雷管、雷管座、剪切销等。

分别从元器件、原材料性能、工艺过程、配合性、环境适应性、寿命、安全性、维修性、可靠性以及是否有新技术等方面对每一个重要零部组件进行分析，确定涉及的所有关重特性。

以隔板装药体为例，通过上述各方面分析，可以获得其3 项关重特性：隔板装药体装药量、压药压力、隔板厚度。

3.3 故障树分析

针对爆炸螺栓类火工品，统计历史上发生的故障，其主要故障为：未分离、发火性能超差、意外分离、结构破坏等。根据爆炸螺栓的产品结构及功能、性能，并结合产品归零及问题分析情况，绘制出爆炸螺栓的典型故障树如图3所示。

图3 爆炸螺栓故障树Fig.3 The fault tree of explosive bolt

针对爆炸螺栓的各类故障现象进行故障树分析，以分析并确认影响产品功能的关重特性参数。以结构破坏为例，其故障树如图4 所示，结构破坏共涉及5个底事件，对各项底事件进行分析可知其对应的特性如表1所示。

表1 爆炸螺栓结构破坏底事件涉及关重特性分析Tab.1 The analysis of key and important characteristics for structural failure

图4 爆炸螺栓结构破坏故障树Fig.4 The structural failure fault tree of explosive bolt

对爆炸螺栓的4类故障逐个进行分析可获得爆炸螺栓涉及的关重特性：活塞推杆与螺栓体配合尺寸；隔板装药体装药量和压力；拉伸破坏载荷（材料抗拉强度）；隔板厚度尺寸；剪切厚度尺寸；剪切直径；螺栓体内孔配合活塞推杆尺寸；雷管座传火孔通道通畅；火焰雷管方向正确性；剪切面积（剪切销直径）；剪切销抗拉强度；火焰雷管装药量等；爆炸螺栓的装配正确性，端面密封部位装配贴紧到位。

3.4 关重特性汇总梳理

综上，爆炸螺栓涉及的关重特性主要包括： 活塞推杆与螺栓体配合尺寸、隔板装药体装药量和压力、拉伸破坏载荷（材料抗拉强度）、隔板厚度尺寸、剪切厚度尺寸、剪切直径；螺栓体内孔配合活塞推杆尺寸、雷管座传火孔通道通畅、火焰雷管方向正确性、剪切面积（剪切销直径）、剪切销抗拉强度、火焰雷管装药量、爆炸螺栓的装配正确性，端面密封部位装配贴紧到位。

上述13项关重特性涉及的关重件包括爆炸螺栓、隔板装药体、活塞推杆、螺栓体、火焰雷管以及剪切销。

3.5 控制要求

根据识别出的关重特性，通过设计、工艺、生产及检验分析，提出了相应的控制要求，具体如表2所示。针对每一项关重特性，从设计、工艺和生产等方面采取了针对性措施进行防止和补偿，后续相关控制措施将落实到设计说明书中，传递给机加、装配及试验工艺，以降低各种故障出现的概率，保证产品的工作可靠性。

表2 爆炸螺栓关重特性控制要求表Tab.2 The control requirement for the key and important characteristics of explosive bolt

4 结束语

实践证明，通过技术要求分析、设计分析以及故障树分析可以获得火工产品全面的关重特性，只有全面识别出了产品的关重特性，才能对其提出明确的设计、工艺、过程控制要求，从而全面、有效地提高火工品的质量及其可靠性。

关重特性的识别及控制是控制、证实和评价产品质量的关键信息，也是随产品成熟度提升不断完善、细化的核心内容。应始终坚持以“边实施，边研究，边总结，边改进，边完善”的态度，通过规范化、精细化、定量化控制提高型号产品精细化管理水平，确保新一代运载火箭用火工品性能可靠及航天发射任务圆满成功。