航天AIT质量能力提升工程助力质量强国建设

刘 倩 宋文成 董学金

2023年2月，党中央、国务院印发了《质量强国建设纲要》，近日，上海也发布了《质量强国建设纲要上海实施方案》。上海卫星装备研究所以质量强企行动为主线，统筹推进三年质量能力提升工程、精益质量管理体系、精益产品保证体系和卓越标准体系建设等工作，切实推动质量管理从精细到精益再到卓越的转型，不断提升保证成功能力，助力质量强国建设。

一、企业概况

上海卫星装备研究所隶属于中国航天科技集团有限公司上海航天技术研究院，是我国大型航天器AIT（装配、集成测试、试验）中心，也是唯一的一家具备整星AIT及机、电、热卫星平台配套能力的单位，建有5.3万多平方米国内一流的卫星总装总测厂房，拥有以KM5B真空罐、F4H红外定标设备和500KN振动台为代表的大型试验和测试设备。

上海卫星装备研究所秉承“精细、创新、自强、共享”的企业理念，肩负“创人类航天文明、铸民族科技丰碑”神圣使命，坚持“质量第一、顾客满意”质量宗旨，致力于精进国际先进的制造技术和一流的试验技术，以建设具有专业优势的研究所和世界一流的航天飞行器AIT中心为发展目标。

上海卫星装备研究所承担了来自航天系统部、装备发展部、国防科工局、气象局等的研制任务，研制的卫星覆盖了低轨到地球同步等各种轨道，联合开展了我国首个火星探测器的研制，为国防安全现代化建设、国民经济建设、防灾减灾等作出重大贡献。2018年风云卫星荣获中国工业大奖，高分五号荣获第二十届中国工博会特别荣誉奖。上海卫星装备研究所荣获上海市高新技术企业、市长质量奖等荣誉，先后获得国家技术发明奖、国防技术进步奖等。

图1 研究所园区一角

二、质量强国建设的重大意义

《质量强国建设纲要》以建设质量强国为主线，规划了现在到2025年，再到2035年质量发展的宏伟蓝图，提出了质量发展的指导思想、工作方针和主要目标，制定了强化企业质量主体作用、加强质量监督管理、增强质量发展创新动能、优化质量发展环境、夯实质量发展基础、提升全面质量管理水平等政策措施。坚持以质取胜、建设质量强国，是推动高质量发展、促进我国经济由大向强转变的重大举措，是增强综合国力和实现中华民族伟大复兴的必由之路。这既是对质量工作在促进科学发展、转型发展中地位和作用的肯定，也体现了党中央、国务院对质量事业的高度重视，对质量工作寄予的厚望。为质量而战、为建设质量强国而奋斗，已成为举国上下的共同目标，得到了全社会的热烈响应，质量事业发展进入了一个新时期。质量发展既包涵着质量促进经济社会科学发展、转型发展，又意味着质量事业的可持续发展。

《质量强国建设纲要》和《质量强国建设纲要上海实施方案》为提升航天AIT质量能力指明了方向，结合党的十九大提出的“建设航天强国、质量强国”的要求，以及航天科技集团质量强企的要求，上海卫星装备研究所探索了以技术风险管控为核心的航天AIT产品保证模式，同时构建了面向精益生产的航天器AIT数字化质量管控系统，增强质量发展创新动能，提升全面质量管理水平，推动质量强国建设。

三、航天AlT概况

航天任务都是高精准、高可靠、高风险，单颗卫星价值高，战略意义重大，配套产品及单位多，管理难度大，AIT又是研制链最末端，特点是装配精度高、可靠性要求高、操作风险高。

装配精度高：卫星飞行轨道从几百公里至几万公里，近几十年卫星分辨率也从公里级提升至亚米级。所谓“失之毫厘，谬以千里”，地面上微小的装配误差都会对卫星观测精度造成极大的影响。

可靠性要求高：卫星具有不可维修性，必须高可靠，这就要求在总装、试验、测试过程中要一次成功，不带任何隐患上天。研制中产生的问题往往具有不可逆性，甚至具有灾难性，可能直接影响卫星发射任务的成败。

操作风险高：因航天任务形势紧迫，通常需要加班加点，且AIT过程涉及整星展开和热试验等复杂流程，高危操作频繁，整星操作中产生的问题往往具有不可逆性，甚至具有灾难性，可能直接影响到卫星发射任务的成败。

因此开展AIT质量能力提升工程，切实解决卫星AIT研制过程存在的短板和薄弱环节对保证航天任务成功非常重要，将极大支撑航天事业发展, 增强国家综合实力。

四、质量能力提升主要工作

（一）以技术风险管控为核心的航天产品保证模式

上海卫星装备研究所2011年提出风险管控的理念，经过10余年的探索和实践，历经从经验法、头脑风暴法到PFMEA工具，科学量化确定风险等级，建立了日益成熟的、以技术风险管控为核心的产品保证模式，有效控制了AIT过程风险，保证了产品质量。

上海卫星装备研究所构建了“三个面向”（面向组织、面向流程、面向产品）的立体化风险管控体系，过程实行“六步法”管控，确保卫星AIT过程满足防多余物、防静电、防污染等要求，实现高精准、高可靠和一次装配成功。同时，通过“1+3+1”质量监督和“两个维度”持续改进，将卫星AIT过程质量管控由“事后处理”转变为“事先策划+事前预防+事中控制”。

1. “三个面向”立体化风险管控体系

“三个面向”的立体化风险管控体系包括面向组织的《卫星AIT风险控制手册》、面向流程的《XX型号AIT风险识别与控制要求》和《XX型号发射场产品保证手册》、面向产品的《典型产品风险点控制手册》。

（1） 面向组织

针对卫星研制过程操作风险大，为避免低层次质量问题、提高质量履职能力与风险操作意识、转变型号研制过程中质量保证模式，上海卫星装备研究所组织对AIT过程风险项目进行分析，全面识别风险控制点、强制检验点、不可检不可测点、多余物控制点等，量化评估风险等级，细化风险事件和风险点，制定风险防范措施，固化形成《卫星AIT风险控制手册》，组织工艺、质量、操作培训并考核。《卫星AIT风险控制手册》成为指导型号研制人员进行AIT过程风险分析与控制的法规性文件。

（2）面向流程

在考虑共性风险基础上，各航天器型号识别特有风险点，细化量化风险控制措施，制定《XX型号AIT风险识别与控制要求》作为型号研制过程中风险控制的依据性文件。

同时，为适应航天器高密度发射的新形势，转变型号研制过程中质量保证模式，将质量控制要求直接落实到发射场工作流程，落实到实施表格，精细化过程确认，做到“五化”（班前布置表格化、过程记录数据化、质量确认责任化、强制检验影像化、数据判读及时化）。

针对关键过程发射场过程，制定了《卫星型号发射试验AIT产品保证手册》，明确83项产保工作项目，包含7个关键点、3个重要点、4个放行点，固化62个文件模板、102份实施样表。

（3）面向产品

面向航天器载荷、推进、姿轨控等关键重要产品，梳理了从产品交付验收、装配测试、试验、运输等过程的风险和措施，明确各岗位职责，编制《典型产品关键点控制手册》。比如推进系统产品分册，明确15类重点关注产品、20个重要风险点、251条控制措施。

2. “六步法”AIT过程风险管控

（1）专业化产品/工装设备交接验收管控

设置产品交接验收单元，配置专检人员和专用检测设备，图示化交验要求，建立交验信息平台，实现外单位产品交验专业化和信息化，严把产品入所第一关，规避问题产品流入AIT阶段。

制定“外来工装设备管理办法”，明确型号启动阶段需策划梳理AIT过程外来工装设备清单和风险控制措施、进入厂房安全检查、工位现场使用及厂房流转存放等管理要求，规范外来工装设备管理。制定外来工装设备管理实施细则，按充气、充液、抽真空、展开等总装工位使用、热试验、力学试验、定标试验等13类外来工装设备，编制每类工装设备管理实施细则，明确外来工位现场使用与管理的具体要求。

（2）开工前技术风险交底

编制《开工前准备状态检查表》，明确产品状态、风险点、质量控制点等要求。实行每日班前会制，工艺组织操作人员、质量检验人员从产品特点、工艺要求，工作流程、风险注意事项等方面深入学习，并定岗定人。对重大风险，提前熟悉操作过程，并实行“试操作”，做到心中有底、事先预防。

图2 以技术风险管控为核心的产品保证模式

（3）标准化作业流程

梳理整星AIT流程，制定300余份SOP作业指导书，细化操作流程和方法，量化工艺参数，明确风险和质量控制点，提高操作的规范性和一致性。比如《Araldite420结构胶胶接操作规范》实行关键动作图示化，标准化作业流程。

（4）表格化风险控制措施

编制现场操作工艺规程，细化风险点，明确每台单机安装、每个带电接插件连接等工步级的风险点，醒目标识“极高风险”与“高风险”，起到警示作用，并编制《风险项目及控制措施表》，严格操作过程风险控制。

（5）外单位涉星操作“两确认一监督”

编制外单位涉星操作项目矩阵，明确交接项及风险点，从人员、产品安全防护和产品状态比对等方面制定风险控制措施，对118项外单位操作实行“两确认一监督”，强化实施前、后的产品状态确认，实施全过程监督。

（6）点长放行制

操作过程三检、四化：三检操作是现场实行一岗操作，二岗辅助，检验监督检查。四化管理是过程记录数据化、质量确认责任化、强制检验影像化、数据判读及时化。

图3 卫星发射场主要工作流程

明确属地化管理：制定卫星AIT现场属地化管理办法，明确各部门的业务范围，细化业务承担部门为协作部门和外来单位现场作业提供保障条件，对人员资质、作业文件、装星产品、工装设备和作业规范性等进行严格监管，对所外作业过程管控要求，控制和确认产品交接状态等管理的具体要求。

强化主岗责任制：制定卫星AIT现场管理主岗负责制实施细则。按结构装配、卫星总装、展开试验、热试验、力学试验等工位，制定每类工位现场管理主岗负责制实施细则，细化现场作业的生产准备、文件学习、操作、过程记录、检查确认和现场管理的具体要求。明确主岗是工位现场管理的第一责任人，对实施全过程和最终结果负全责。共梳理出74个工位/项目，明确主岗70名。

实行点长放行制：针对关键工序、特殊过程、极高风险等，系统梳理形成34类产品/过程关键控制点。编制点长确认检查表，纳入工艺规程。聘任26名点长，对关键过程、不可逆环节进行把控。

3.“1+3+1” 质量监督

（1）组建专业团队，监督与跟踪风险措施落实

为确保“高质量”发展，强化研制全过程风险管控，上海卫星装备研究所质量监督工作经历了“三个阶段”的转型，有效推动风险管控工作落地落实。建立基于“过程方法”，聚焦“风险管控”的质量监督机制，定期从设计输入、工艺文件、现场操作、过程记录等方面开展全方位“体检”。

（2）建立质量监督管理信息化系统

该系统具备问题上报、审核、实时汇总、查阅、统计、分析、提醒、流转、提示、搜索查询等功能，有效保证问题的闭环与验证，以及共性问题的梳理与分析。

2022年采用“4名质量监督人员+X名技术专家”的模式，对4个业务部门、16个在研型号、15个专业产品进行了30余次专项审查，覆盖所有部门、所有型号、所有产品和所有过程，共查出126个问题，其中发现新的风险点11个，完善风险控制措施25条。通过上传“质量监督管理信息化系统”进行通报、闭环提醒及举一反三等功能，所有问题均完成闭环并验证，新增风险点及控制措施已纳入正式文件，有效提升了质量监督的深度和广度。

图4 交验检测设备

图5 开工技术交底

4. “两个维度”持续改进

（1）风险项目交叉评价

各型号重点评价风险识别的充分性、措施有效性，共性及常见问题防范到位情况，数据包记录的完整性、可追溯性。

2022年共完善工艺文件37份，维修和新研工装10余套。

（2）动态管理风险手册

动态管理风险清单，不断识别新增风险源，制定措施，对采取措施后降级或消除的风险及时更新。

（二） 面向精益生产的数字化质量管控

围绕卫星总装业务主流程，采用“总体规划、分步实施、快速迭代”的建设思路，持续推进总装数字化质量管控建设与深化应用。

1.聚焦知识与流程，开展总装数字化精益工艺设计

以模型和知识为驱动，实现设计工艺性分析与虚拟仿真验证；采用智能化工艺设计方法，进行工艺数据的深度挖掘、智能推送，实现装配工艺“一键生成”与规范性自动审查，大幅减少人工重复性工作量。

2.推进业务与系统集成，开展计划、物流、质量精益管理

建立了型号-车间-工位多级计划管理机制，并实现动态调度；形成了涵盖企业内外供应链、贯穿厂所-车间-现场、软硬件系统集成的精益物流管控体系；实现了质量数据集成化采集、关键过程精细质控与数据包在线归集。

（1）质量数据在线采集与管理

全面应用结构化作业指导书与检验记录表格，取代纸质跟踪卡、记录附表，实现装配现场电子化作业指导、在线数据记录与电子签署确认；集成应用安全相机、速拍仪等图像数据采集终端，实现装配作业、检验检测、产品交接等环节在线拍照、自动编号、在线回传与关联存储，多媒体数据采集效率提升2倍，影像数据查询和管理效率提升50%以上。

（2）关键过程质量管控

基于MES的现场作业看板，对关键工序、强制检验点、风险点等关键过程可视化标识，同时将通用规范、过程记录表格与关键过程关联，并自动判断过程采集数据的完整性、规范性，比对分析是否符合技术要求。全面推行现场技术问题跨单位、跨部门的在线协同办理，实现电子审签、信息快速查询追溯与一键汇总归集，确保过程规范可控、信息完整准确可追溯。

图6 某产品线上交接记录

（3）产品质量数据及数据包管理

构建产品数据包管理模块，基于产品BOM和工艺流程，实现工艺、计划、检验数据、影像记录、问题处理、产品交接等多源异构产品数据的统一汇总和统计分析，形成完整的产品质量数据包。

（4）搭建产品质量数据包系统

实现单机级结构化质量数据的自动采集，集成质量数据汇总表和确认表，进一步开展线上配套产品的验收、AIT过程重要节点的确认，同时一键生成质量报告，提高编写效率与质量；通过数据之间关联关系，开发数据在线自动判读、同一产品质量数据在不同AIT阶段的纵向比对分析、不同产品同一质量数据在同一AIT阶段的横向对比分析、包络线分析等功能，呈现产品在设计、生产、试验、交付等环节的客观信息和记录，形成系统化、结构化的证据链，为产品交付验收、质量追溯等活动提供系统支持。

（5）融合先进制造模式

实现装-测-调、人-机-物、生产与运营集成管控。通过软件系统集成、自动化装备研制与物联集成应用，实现制造单元装-测-调一体化管控、生产线人-机-物数字化管控、科研生产与车间运营集成管控，提高生产效率和透明度，逐步构建形成总装智慧车间。

针对卫星结构平台装配、机电热总装等核心业务环节，构建了结构平台集成制造单元和数字化总装单元，实现了机器人系统、精度测量设备、多余物检测设备等的集成和一体化闭环控制；通过MES系统对装配过程中设备参数、工艺参数、检测数据等进行在线采集与分析，并根据分析结果对设备或工艺进行动态调整，达到“装-测-调”一体化管控，从而有效提高了装配效率和质量一致性。

图7 操作过程

五、质量能力提升成效

2011年以来，在研卫星由10颗增长到70颗，高风险操作项目如整星起吊由不足100次增长至450余次，起吊过程的质量问题由3起下降到0起。承担的机、电、热专业产品任务量快速增长，产品合格率不断提高，一次交验合格率已达99.90%以上。型号研制任务量翻番，产品质量问题数逐年减少，发射星AIT、发射场过程无重大人为质量问题，重大人为责任事故为0。

型号研制全流程效率显著提升，模型传递效率提升90%、工艺设计效率提升30%；总装过程数据采集效率提升80%、设备物联率82%，总装车间无纸化率达到90%，产品数据包收集归档效率提升80%，综合效能提升30%以上。同时采用大数据、人工智能、数字孪生等先进技术，开展了精度预测分析、产品总装状态孪生监控、图像智能识别、动态调度等典型应用，大幅提升数据综合应用能力，逐步实现从“事后追溯”向“事中控制”和“事前预测”转变。

自主开发了一系列具有自主知识产权的软硬件系统，构建的卫星总装数字化管控平台实现全型号应用，并在某商业卫星总装生产线上推广应用；形成了专利8项、软著11项、集团级标准2项、院所级标准8项，并荣获上海市优秀发明选拔赛金奖、国防科技工业管理创新成果二等奖等荣誉。

卫星总装数字化管控模式为复杂产品小批量生产提供了有益的思路，可直接应用于我国新型卫星研制以及后续卫星批量化总装生产线建设中，并对新型火箭、导弹、载人航天等国家重大工程具有示范效应。同时，研究的精益工艺设计、动态调度、精益物流、精细质控等技术和系统能为离散式制造企业实现生产过程控制提供示范和借鉴，特别是在数据自动采集和集成管理、制造过程智能监控等方面提供可借鉴的解决方案。本项目的研究具有显著的社会、军事效益。

六、质量能力提升难点与建议

由于数据的结构化方式不同和数据的采集标准不同，导致产品研制各环节的数据信息链无法进行有效的关联与整合，导致产品数据的统计分析很难深入进行，数据资源浪费严重。同时，产品数据包管理缺乏相应的数据分析、比对和处理手段，对于一些容易发生问题的产品和研制过程很难进行提前预警，导致产品和研制过程中潜在隐患难以发现，直接影响型号产品质量控制和薄弱环节的提前发现及改进。

后续将深度开发数据统计与分析功能，实现从元器件原材料维度快速查询选用型号和产品、从产品维度快速查询每个产品各阶段质量数据或影像记录，对产品质量数据的准确性自动判读；立足数据思维，大力推进质量数据分析挖掘：基于结构化质量数据及产品数据包、大数据平台等系统软件，聚焦质量数据应用典型场景，开展多维统计展示、质量数据智能比对、质量风险管控、质量评价、质量成本分析等关键技术攻关，提出分析算法及模型，开发软件工具或功能模块并开展试点应用，以数据驱动为研制过程质量管控工作，提升质量数据分析处理能力。

同时，借助长三角地区质量工作的统筹协调优势，加强与优秀标杆企业的交流与合作，加快质量管理转型。建设适用单星、小批量装备、商业航天等型号研制生产的差异化精准精细的质量管理体系，解决突出问题，夯实质量基础，提升体系效能，加速推进数字质量建设，有效支撑新时期常态化高强密度型号研制任务顺利完成。