面向全过程的复杂装备质量评价指标设计研究

仲冰颖ZHONG Bing-ying；侯芹HOU Qin；薛宇涵XUE Yu-han

（南京理工大学经济与管理学院，南京210094）

 

摘要：复杂装备全过程质量评价是提高其质量管控的重要基石，而指标体系设计是重要的切入点。本文首先全面回顾了复杂装备论证、方案、工程研制、设计定型、批产、交付使用、外协、质量损失和用户评价方面的质量评价侧重点；其次分析并描述了这九个阶段的质量评价指标；最后给出了面向全过程的复杂装备评价指标体系，为提高复杂装备质量管理提供了良好的抓手。

 

关键词：复杂装备；全过程；质量；评价指标

 

00引言

 

复杂装备是指客户需求复杂、系统组成复杂、产品技术复杂、制造过程复杂、试验维护复杂、项目管理复杂、工作环境复杂的一类产品，研制周期较长且一般采用单件小批量生产模式。随着科技的飞速发展和市场需求的不断变化，复杂装备更新换代的加速度也不断提升。此类产品本身在设计技术、工艺环节等领域不断创新与突破，要求不断推出适用市场需求的新产品、新工艺。从产品生产过程的角度来看，大部分复杂装备的生产过程属于半离散型，以单件或中小批量生产为主，其产品技术含量高，质量要求更高。从产品交付-使用-维修的角度来看，复杂装备零部件多为单件小批量定制化生产，具有高可靠性要求，维修的根本目的在于通过评价发现装备存在的主要问题或薄弱环节，进而通过整改提高装备的维修质量。

 

为了更好地实施复杂装备全过程质量评价，本文在详细回顾九个阶段具体工作内容和文献研究的基础上，提炼出质量评价的核心环节，设计指标评价维度，进而提炼形成最终的质量评价指标体系。

 

01复杂装备生命周期的质量评价

 

1.1 复杂装备论证阶段研究

 

论证是复杂装备的首要环节，论证偏差可能会导致装备各个阶段的相关决策都出现失误。论证内容主要包含项目可行性分析、技术分析、装备需求分析、质量特性分析、功能和性能分析、进度规划、经济可承受性分析，撰写立项论证报告、总体技术方案论证等，确定项目研制技术攻关点，形成可行方案、备选方案等，最终完成《装备研制总要求》的编制。针对论证阶段的核心工作内容，贾晨星分析了装备论证工作对标准体系构建的需求，提出了进行标准体系建设的方法和程序，并给出了应用建议[1]。

 

1.2 复杂装备方案阶段研究

 

方案阶段主要依据立项批复的研制总要求，通过论证、仿真、试验验证确认实施方法和途径，形成总体技术方案，同时开展后期工作的策划与风险分析。张万层认为通过文件审查的对项目技术选用、实施方案、总体规划、风险管理、进度管理、预算控制、文档拟制管理等环节进行监视、测量，以确保技术方案可行、方案策划系统完善、进度合理、经济可承受，使得后续环节避免失控、能够及时调整，规避风险[2]。徐吉辉认为论证阶段出现错误和质量问题，就会导致接下来的装备研发出现偏差，影响研制结果[3]。

 

周静将装备预研技术发展过程划分为原理分析、概念证明、方案论证、技术攻关、集成验证五个阶段，利用仿真、实验和原理样机集成试验等方法提出了总体技术方案[4]。陈白雪通过对面向装备论证的多方案内涵进行分析，构建了需求分析、可行性分析、方案分析三阶段面向装备论证的多方案分析基本框架[5]。魏东涛定义了复杂装备体系经济可承受性的概念，对经济可承受性方面的评估的研究现状以及存在的不足和缺点进行了分析[6]。徐吉辉提出一种基于熵值法的制造成熟度评价方法，对制造成熟度评价工作和装备研制技术风险的控制起到一定的借鉴作用[3]。

 

1.3 复杂装备工程研制阶段研究

 

工程研制阶段根据前期批复的方案文件制定系统的研制计划，采购、研制、开发硬件与软件、设计鉴定工艺产品，并在最后通过项目实验系统进行的试制与试验鉴定[2]。麦强以我国装备研制项目的现实需求与突出问题为切入点，从拓扑结构、信息和行为三方面分析了现存的两种基本治理机制科层制和市场制的优缺点，并从供需适应性匹配的角度提出针对不同类型装备研制项目的混合治理模式[7]。

 

针对工程研制的质量问题，黄超结合复杂装备研制过程通用质量特性工作特点，通过对通用质量特性工程能力评价所涵盖的工作项目进行分析，建立了评价指标体系，并提出了相应的评价方法[8]。

 

在研制项目管理方面，刘红旗将复杂装备的研制过程当作是一个整体系统，对复杂装备研制项目完成时间的GERT网络“反问题”求解思路进行了探讨[9]。张西林基于设计结构矩阵对高端装备研制任务进行仿真建模，采用蒙特卡罗方法模拟研制任务执行过程，用以估算其工期、成本、失败率等参数，进而对各个研制任务流程进行分析和评价[10]。吴诗辉充分考虑了装备研制中的技术风险问题，利用技术成熟度对项目计划成本进行估算，给出了一种基于可能度的高风险项目的成本和进度的模糊评价标准[11]。

 

1.4 复杂装备设计定型阶段研究

 

设计定型阶段是全面考核装备以保证其能够满足工程研制阶段所批准的要求和标准而进行的活动。该阶段可大致分为申请设计定型试验、制定试验大纲、进行设计定型试验、分析设计定型试验结果、撰写试验报告、正式设计定型。

 

1.5 复杂装备批产阶段研究

 

在批量生产阶段，进行系统检查以及生产准备、进行试生产、生产，最后产品经过全面系统的检验和测试合格后交付给装备用户。王建华认为这一阶段中稳定的供应商、生产线、工艺流程和熟练的操作人员使质量管理工作强度大大降低，质量工作的重点放在偶发质量问题的处理上和对工艺装备质量稳定的管控[12]。对如何处理研制与批量生产交叉状态下遇到的问题，保证装备质量提出解决方案[13]。于宏针对每一流程中的具体操作提出了质量控制要求，提高了产品从研制到批产阶段的交付效率[14]。

 

1.6 复杂装备交付使用阶段研究

 

交付使用可分为交付阶段与使用保障阶段，是将最终产品及其相关配套交付使用方，而后转入使用保障阶段，重点进行对装备使用人员进行技术培训，并提供咨询服务，在后续使用中提供运行维护与维护支持。产品使用寿命到期后，提供产品升级改造、产品寿命延长等服务，并适时建议产品报废。通过文件和现场审查的方式，对产品交付过程、交付产品硬件及软件情况、交付系统能力、随产品一起交付的相关说明及文档、产品交付形式等部分进行监控和衡量，以确保所交付产品硬件和软件的完备，符合使用要求，随产品一同交付的资料规范齐全，整个交付流程高效合理，使装备交付率达到事先协定的要求。

 

使用阶段主要通过售后服务、故障修复、外场质量问题处理等对产品使用阶段进行保障。孟凡斌提出对交付阶段关键过程进行识别，并对识别出的关键过程进行质量控制，通过控制核心部分达到对整体的有效控制[15]。

 

02复杂装备其他阶段的质量评价

 

2.1 复杂装备外协阶段研究

 

随着近年来经济规模的快速扩大，复杂装备企业内部竞争在不断加剧，科研外协的规模也在逐年增多，而外协件的质量在很大程度上直接决定了企业产品的质量和成本，影响着客户对企业的满意程度。王建军从组织质量管理和项目产品保证的维度进行研究，形成统一的外协全过程质量管理体系，实现外协产品全过程管控[16]。杨伟采用业务流程优化ECRS分析法进行优化，形成了基于装备生产流程的外协质量管理措施，通过制定外协过程控制程序、完善外协质量控制内容，实现管理与生产实际结合，提升装备外协生产质量[17]。闫艳坤分析了外协产品质量管理的总体流程，阐述了外协阶段产品存在批次性质量问题和批生产能力不足的问题，并提出对应的解决措施[18]。刘洋分析了国内外产品外协质量控制策略存在的问题，并提出了外协质量控制的建议，以针对性地解决外协质量控制过程中存在的问题[19]。

 

2.2 复杂装备质量损失阶段研究

 

质量损失阶段目前的研究几乎都集中在质量经济性即质量成本的分析中提及，缺少专门针对质量损失探讨的相关研究。李亚平针对目前多工序制造的产品的质量损失测算存在的问题，提出了一种基于改进型GERT网络的质量损失预测方法[20]。赵延明提出了一种基于神经网络法和层次分析法的质量损失模型[21]。徐东宇对当前国内航天产品质量成本管理工作中存在的问题及原因进行了分析，并提出了相应的解决措施，为提高产品经济性和竞争力提供保障[22]。曹金龙详细分析了装备产品的生命周期质量经济性的研究内容和构成因素，并分别从企业和用户角度考察总成本的构成要素与产品质量的关系[23]。

 

2.3 复杂装备质量用户评价研究

 

段波从订购方主管部门及机构用户等4类用户的需求入手，设计了不同的评价准则，并提出了复杂装备用户满意度评价的方法和程序，可为规范和有效实施复杂装备的承制单位对用户满意度评价工作提供参考[24]。曹阳探讨了装备使用阶段的质量评价指标体系的构建程序及方法，并采用德尔菲法进行优化设计，初步建立了以单台装备为评价对象的使用阶段质量评价指标体系[25]。

 

03复杂装备全过程质量评价指标内容

 

①论证：应明确严格的评审方式及阶段完成控制目标。可以通过文档评审的方式，监视和评估装备的功能、通用质量特性、技术选用、技术管理、资源配置、进度管理、交货期、经费管理等，以确保系统定位没有偏差、技术风险可控、产品设计符合要求、研制生产进度安排合理。

 

结合论证阶段的主要内容中需求分析和可行性分析是核心环节，前者包括任务、能力、体系、型号和技术需求分析，后者包括技术、经济和周期可行性研究。

 

②方案：可以从费效、风险、可靠性、先进性、可行性、适用性等方面强化方案阶段的评估与管理工作。

 

③工程研制：具有多重复杂性和不确定性的特征，可以从通用质量特性，如产品的六性；工程设计问题、工艺问题、工装问题、质量控制问题；硬件、软件质量；关键件、重要件质量；研发人员素质水平；样机试制（样机的设计、评审、试制、联调、验收）；样机鉴定（鉴定试验大纲、鉴定方案评审、可靠性试验、样机性能鉴定验收）等方面设计指标体系。

 

④设计定型：可以从《试验大纲》的审查、试验准备情况（试验设备、量具、仪器、仪表情况以及各种预案）是否通过、设计图纸（含软源程序）和相关文件资料正确性、产品配套（配套设备、部件、器件、软件、原材料）合规性加以评价。

 

⑤批产：产品的制造质量的评估是衡量产品零部件、半成品以及最终成品的质量的重要手段，产品制造质量分析以及评价的结果可以反馈到产品设计阶段，作为改进和优化产品质量设计的重要依据。产品制造质量包括：加工精度（形状精度、尺寸精度、位置精度）、表面质量（表面粗糙程度、表面残余应力、加工硬化）、制造效率（加工时间、辅助时间、准备时间、装卡时间）、制造成本（工装卡具、人工成本、机床折旧、其他费用）。

 

⑥交付使用：本阶段应重点考核暴露出的质量问题与售后质量状况。常见的指标：维护过程质量（功能恢复率、功率衰减速率、能耗增加速率；可靠性：维护后第一次故障时间、故障间隔、可用性；成本效益：维护成本、供给资源消耗、维护时间消耗；安全：人员安全、设备与设施安全）；维修过程质量（时间费用：计划维修费、自修保养费、一般装备维修费、特殊装备维修费、器材费、其他费用、平均修复时间、最大维修时间、改进维修时间、平均预防性维修时间、计划与调度时间占比；维修工作质量：维修程序和标准、维修人员、材料与备件、设备和工具；TPM对维修质量影响：停机损失、准备损失、调整损失、闲置和小中断损失、数据损失、质量缺陷与返工、产量损失；完成修复质量：可靠性参数、维修性参数、使用可用度、设备综合有效性。

 

⑦外协阶段：供应商质量评价主要指供应商准入、绩效评价、周期性评价三个层面。供应商准入方面：包含质量管理体系与管理职责，设计和过程开发中的质量管理，生产过程和产品质量控制，物流策略与沟通。质量管理体系审核主要是审核是否具有符合要求的质量管理体系等文件。还包括设计过程质量评价、生产过程和产品质量控制、物流策略与沟通等。供应商周期性评价主要是对供应商的质量保持能力，履约能力、售后服务等能力进行评估，以适应动态调整供应商集合，为供应商动态调整提供支撑。供应商绩效主要是实施供应商管理的总体评价，了解供应商所供商品的质量水平等。主要度量指标包括：一次合格率（一次检验合格比例）、潜在质量问题（潜在质量问题发生比例）、索赔完成率（质量问题产生的费用索赔完成率）、质量服务与支持（服务与支持质量保证）。服务质量主要有修理维护（任务返修率、任务未解决率、保障资源满足率、反映时间、处理速度、每年走访率、开展预防性服务）、代储代供（物流运输能力、维修器材储备量、维修器材储备结构、维修器材仓库分布）、技术培训（提供技术资料、培训水平、考核通过率、培训力量、培训设备设施）。

 

⑧质量损失：内部故障成本是指产品出厂前，因不满足规定的质量要求发生的一切费用，主要包括废品损失、返修费用、校验费用、停工损失、减产损失、故障处理、降等、降级、过时产品的报废、其他内部损失成本。外部故障成本是指产品出厂后，因不满足规定的质量要求而支付的有关费用，也包括丧失销售收入的机会成本，包括产品的“三包费用”、顾客投诉处理、质量问题的诉讼与赔偿支出等。总质量成本=投入成本（预防成本+鉴定成本）+故障成本（内部损失成本+外部质量损失）。

 

⑨用户评价：复杂装备用户满意度是指复杂装备用户感受到的其需求和期望被满足的程度，是基于用户对复杂装备研制、设计、生产、使用阶段的服务保障等情况的认知和感受，对复杂装备功能和性能、质量、进度、成本、信息沟通、服务保障等方面的满意度进行综合、系统和定量的测量和评价[24]。可以从过程、结果2个层面进行评价，过程层面包括复杂装备用户对复杂装备研制、设计、生产、使用及维修保障等过程阶段的满意程度，可以从信息沟通和服务保障两个方面设计指标。结果层面是指复杂装备用户对过程阶段形成的结果的满意程度，即对复杂装备的性能、质量特以及服务效果的满意程度。

 

基于上述分析，本文设计如下的复杂装备全过程质量评价指标体系。

 

论证阶段：需求评审（设计和开发输入书评审）平均问题数；设计与开发输入转阶段检查平均不符合项数。

 

方案阶段：各类评审问题数；专题攻关转阶段检查平均不符合项数。

 

工程研制阶段：环境试验通过率；质量问题数；整体设计更改率；验收测试问题数；转阶段问题数。

 

设计定型阶段：六性通过率；性能考核鉴定试验一次通过率；设计定型技术状态报告一次通过率；各类质量问题数。

 

批产阶段：转阶段不符合项数；质量问题数；试验通过率。

 

交付使用阶段：技术通报数量；外场发现问题数；任务成功保障率；返修件数量。

 

外协阶段：质量保障能力；入厂验收合格率；调试阶段质量问题数；外场问题数；归零质量问题发生数；质量问题处理准确率；年度计划完成率；产品质量稳定提高率。

 

质量损失：质量平均损失。

 

用户评价：用户、管理者等相关方的满意度评价值。

 

04结论

 

本文对复杂装备的全过程内容进行了分析，梳理了相关文献，进而剖析了九个方面的质量评价的关键内容，结合主要内容提炼了其评价的维度，设计了相应的评价指标体系。论文的研究成果可为复杂装备的全过程质量管控提供良好的理论指导，也为质量管控找到了具体的切入点。

 

参考文献：

 

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