一种宇航元器件pid实施成效评价方法
【专利摘要】一种宇航元器件PID实施成效评价方法，步骤如下：1、在宇航元器件PID正式运行一段时间后，选取样品进行验证，即选取样品进行验证PID实施成效；2、根据分解的结构单元，确定各个单元要进行的试验项目；3、对试验数据进行管理、总结、整理和分析；4、确定关键工序及关键参数；5、通过定量对比进而对PID实施功效进行评价。本发明采用基于结构分析的宇航元器件定性评价方法、基于SPC、SPSS技术的定量评价方法验证PID的实施成效，分析了两种方法对评价PID实施成效的流程及有效性，为PID实施成效的验证提供方法依据。
【专利说明】-种宇航元器件PID实施成效评价方法 所属技术领域
[0001] 本发明设及一种宇航用元器件过程确认文件(即円D)实施成效评价方法，该方法主要基 于结构分析对元器件可靠性进行定性验证，基于统计过程控制(即SPC)、统计产品与服务解决方 案即(SPSS)技术对宇航元器件关键参数稳定性进行定量验证，属于元器件可靠性工程技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着我国国防装备改革不断深入，航天事业取得了举世瞩目的成就，船、箭、星等 工程应用不断完成，航天型号表现出新的发展趋势:如数字化、智能化、多功能化、高可靠性 等多方面，与此同时，航天项目也面临着很多新的挑战。任何一个元器件发生故障，都有可 能造成航天型号系统的失效，保证宇航元器件的性能和可靠性不容忽视。
[0003] 为了得到稳定性好、一致性高、高可靠性的元器件，目前所采取的质量控制方法有 W下几种:批次控制、鉴定检验及质量一致性的检验、质量认证、可靠性筛选等，随着我国航 天任务型号不断地增加，目前的质量控制方法已经无法满足宇航用户的需求，现在质量控 制的方法不能满足宇航元器件必须满足批次具有稳定性、个体之间一致性、全程追溯性等 关键要求。为此，国内外近几年广泛开展了 PID体系建立。PID是实现宇航元器件批次稳定性 的重要工具之一，PID是"形成产品全过程中，具体要求文件的总和"，与生产有关的所有的 细节都能在PID文件系统中找到很详细地、全面的规定，PID保证了宇航元器件的内在品质， 是实现宇航元器件的关键方法。
[0004] PID将所有有关过程控制的内容联系在一起，是实现宇航元器件的关键基础，PID 体系建立完成正式运行后，验证PID实施成效也具有重要的意义。对目前生产线进行调研发 现，鉴定机构对PID生产线没有相应的复验，也没有成效验证的方法。因此，如何对宇航元器 件PID实施成效进行评价，是宇航元器件可靠性工程中急需解决的问题。
【发明内容】
[0005] 1.本发明的目的是:提供一种可操作性强、针对具体应用的宇航元器件PID实施成 效的评价方法，W验证PID实施后元器件关键参数的稳定性。
[0006] 2.本发明的技术方案：
[0007] 本发明一种宇航元器件PID实施成效评价方法，它基于结构分析对元器件可靠性进行 定性验证，基于SPC和SPSS对元器件关键参数稳定性进行定量验证，该方法具体步骤如下： [000引步骤1:在宇航元器件PID正式运行一段时间后，选取样品进行验证;结合宇航元器件 的特殊使用环境、使用条件等展开分析，从生产厂家获得样品的包含质量等级、型号、批次等 所有的信息，在此基础上对宇航元器件进行结构分解，分解到可W考核、评价的最小结构单元；
[0009]步骤2:根据分解的结构单元，结合宇航元器件固有质量和可靠性等多方面的程 度，得到各个结构单元的结构要素，确定各个单元要进行的试验项目；综合宇航元器件的所 有信息，对样片进行方案设计和安排，对分析试验流程进行优化、整合，生产及试验流程要 按照规定的操作规程完成；
[0010] 步骤3:对结构分析得到的数据进行管理、总结，评价是否有不恰当设计、不适合材 料等用于宇航元器件中；如果存在证明PID的实施过程中存在可靠性隐患的部分问题，需要 在鉴定结构的审查与确认后、找到PID实施过程中存在的问题，修改完善后再次进行分析；
[0011] 步骤4:利用故障树，结合厂家的信息，确定关键工序的关键参数;SPC技术主要的 作用是对实际采集到得工艺参数数据进行定量的分析，确定什么时候需要对过程加 W调 整，通过调整保证产品的稳定状态PID实施前对关键工序的关键参数进行数据收集，利用 SPSS软件等绘制控制图，得到PID实施前关键参数的均值、标准差等，利用Cpk计算公式得到 PID实施前的工序能力指数；
[0012] 步骤5:PID实施过程中对关键工序进行优化、整合，使关键参数趋于稳定;PID实施 后采集关键参数，同样利用SPSS软件等绘制控制图，得到PID实施后关键参数的均值、标准 差等，利用Cpk计算公式得到PID实施后的工序能力指数;将两次得到的数据对比，通过定量 对比进而对PID实施功效进行评价。
[0013] 其中，在步骤4中所述的"故障树"，其建立过程为首先寻找所有引起宇航电连接器 失效(顶事件)发生的第一层原因，运用演绎的方法再去寻找第二层原因，同理逐层找下去， 直到找到引起电连接器失效的所有底事件，如果原因1和原因2任何一个原因发生都会引起 上一层事件的发生，就用or(逻辑或口）连接，如果原因1和原因2同时发生才引起上一层事 件的发生，就用and(逻辑与口）连接。用逻辑口将所有事件的逻辑关系连成一个倒立的类似 树状的图形，由宇航电连接器失效机理的分析，可建立宇航电连接器的故障树如图1所示。
[0014] 其中，在步骤4和步骤5中所述的"工序能力指数"，是指可W评价生产线能否生产 出高可靠性的产品，是否能够达到宇航元器件所要求的工艺水平;工艺参数一般情况下遵 循正态分布，记均值为y，标准偏差为O，即服从正态分布N(y，O2);通常参数值集中在y ± 3〇 的范围；其中标准差O的大小能够反映参数的分散程度，O越小表示工艺参数越集中，±30可 W表示工艺参数的正常波动范围幅度，也可W表示该生产工序生产合格产品的能力；
[0015] 目前在工业生产中经常采用工序能力指数表征工艺水平的高低，生产线工艺成品 率的高低;工序能力指数能定量评价工序过程，其计算经常采用式(1):
[0016]
("
[0017] 式中：T表示工艺参数规范范围，Tu表示工艺参数规范的上限，Tl表示工艺参数规范 的下限；
[0018] 可用式(2)计算工艺成品率：
[0019]
倒
[0020] W百万分之一（即PPM)的方式表示工艺不合格率为：（1-11) X IO6PPM;
[0021] 根据正态分布函数的性质，即可得到Cp与Tl之间的关系为：
[0022]
<,引
[0023] 式中：O为标准正态分布函数；
[0024] 参数规范中屯、To= (Tu+化)/2Xp也称为潜在工序能力指数，因为必须要满足参数 分布中屯、y与To重合，但运种情况属于理想情况，元器件生产过程中，实际上一般两者不会
[0025] 重合，实际工序能力指数记为Cpk，计算公式为：
(4)
[0026] 式中，K为工艺参数分布中屯、对规范中屯、的相对偏离度，根据数理统计理论，可W得到：
[0027] CPK=min[(y-TL)/30,(Tu-y)/30] (5)
[002引
[0029] 不同行业对工序能力指数的要求指数不一样；目前常用的基本要求是工序能力指 数Cp不低于2.0，实际的工序能力指数Cpk不小于1.50。
[0030] 其中，在步骤5中所述的"数据对比"是采用分析对比均值一极差控制图；均值一极 差控制图是最为常见的一种计量值控制图，可W用于产量比较大、比较稳定的生产过程;控 制图中有上控制线、中屯、线、下控制线;均值控制图可W判断产品在生产过程中是否处于要 求的水平上;极差控制图可W用于判断生产过程中的标准差是否保持在所要求的水平;本 发明基于SPC技术的宇航元器件定性评价方法采用均值一极差控制图对PID实施成效进行 验证，采用对比PID实施前后的控制图可W定量说明实施PID后，关键工序的关键参数更加 稳定;基于SPSS的宇航元器件定性评价方法按照公式计算实施PID前后的工序能力指数，通 过对比工序能力指数的大小，可W验证PID的实施成效。
[0031] 3.优点及效果：
[0032] 本发明提出了采用基于结构分析的宇航元器件定性评价方法、基于SPC、SPSS技术的 定量评价方法验证PID的实施成效，分析了两种方法对评价PID实施成效的流程及有效性。
[0033] 基于结构分析的宇航元器件定性评价方法，通过对典型宇航元器件的结构分解， 可W定性验证PID的实施对元器件本身质量的稳定性有重要的意义。SPC技术能够定量评价 PID实施的成效，可W采用SPSS软件得到均值一标准差控制图，计算得到工序能力指数。
[0034] 通过PID实施前后的定量对比，验证PID实施的有效性。本发明为PID实施成效的验 证提供方法依据，对于PID生产线，鉴定机构在2年运行后，要适当的进行复验，检查PID文件 是否适用于所监测的生产线中，对于不适合生产线的文件，鉴定机构与生产方进行沟通交 流后，修改PID文件，使PID更加完善的运行。
【附图说明】
[0035] 图1故障树分析图。
[0036] 图2 PID建立前插孔外径尺寸SPC均值图。
[0037] 图3 PID建立前插孔外径尺寸SPC标准差图。
[0038] 图4 PID建立后插孔外径尺寸SPC均值图。
[0039] 图5 PID建立后插孔外径尺寸SPC标准差图。
[0040] 图6分析试验项目流程图。
[0041 ]图7电连接器结构单元分解图。
[0042] 图8本发明所述方法流程图。
【具体实施方式】
[0043] 见图1-8,下面结合具体的实施案例，对本发明所述的宇航元器件PID实施成效评 价方法进行详细说明。
[0044] 案例:某厂宇航电连接器PID体系实施成效评价
[0045] 本发明基于宇航电连接器的故障树分析，选择可能导致分离力不稳定的收口工序 进行仿真分析，通过PID的实施，对收口工序进行整合、优化，保证生产工序参数的稳定性， 减少潜在缺陷，说明宇航元器件PID实施成效评价方法。
[0046] 下面结合附图和PID实施成效具体评价方法作进一步说明：
[0047] 本发明一种宇航用元器件PID实施成效评价方法，见图8所示，其具体实施步骤如下：
[0048] 步骤1:在宇航电连接器PID正式运行一段时间后，选取样品进行验证;结合宇航电 连接器的特殊使用环境、使用条件等展开分析，确定宇航电连接器的初样、鉴定等研制阶段 状态，宇航用电连接器的设计、工艺版本状态，宇航用电连接器所属的基本类别，了解样品 的相关背景信息;在制定结构分析方案时应结合分析目的并综合考虑宇航用电连接器的背 景、应用环境和条件、元器件设计W及结构分析数据库等方面信息;在此基础上对宇航电连 接器进行结构分解，对于宇航电连接器，其结构是非常复杂的，要将其复杂结构进行分解， 分解成可W评价W及考核的最小结构单元;结构单元如何分解，需要根据宇航电连接器的 设计、工艺信息、W及W往的相似数据进行逐层分解得到，可W有厂家提供或者进行非破坏 性、破坏性分析获取样品的结果信息，结构单元分解图如图7所示；
[0049] 步骤2:根据分解的电连接器的结构单元，结合影响宇航元器件固有质量和可靠性 的程度，总结出对应的结构评价要素;根据厂家的资料W及宇航元器件的特殊性要求，得到 宇航电连接器的结构评价要素 W及分析试验项目如表1所示;产品试验按照Q/Ag.G53《试验 控制规定》条款提出的规定要求进行试验;综合宇航用电连接器的背景、应用环境及结构特 点，工艺特点等多方面的信息，对某型号的电连接器进行方案设计和安排;生产、试验流程 等要按照相应操作规程操作，分析试验项目流程为首先对电连接器进行外观检查，接着测 量电连接器的物理尺寸，记录好尺寸数据W后，对电连接器进行耐溶剂性试验，记录试验结 果，之后检测电连接器的互换性W及对电连接器进行X射线检查，接着对金属锻层厚度进行 测量，然后分别进行绝缘板牢固性W及接触件牢固性测试、剖面W及沈M检查及材料分析、 测量单孔分离力及总分离力从而测试可焊性，其流程图如图6所示；
[0050] 表1电连接器结构要素组成和识别方法
[0化1 ]
[0化3]
[0054] 步骤3:对结构分析得到的数据进行管理、总结，评价是否有不恰当设计、不适合材 料等用于宇航元器件中；如果存在证明PID的实施过程中存在可靠性隐患的部分问题，需要 在鉴定结构的审查与确认后、找到PID实施过程中存在的问题，修改完善后再次进行分析；
[0061] 一般情况下，工艺参数遵循正态分布，记均值为y，标准偏差为0,即工艺参数服从N (y，〇2)。工序能力指数的计算公式如式(5.14)所示：
[0055] 步骤4:利用故障树，结合厂家的信息，确定关键工序为收口工序，对收口工序前后 收口量进行对比，通过采集数据做出SPC控制图、计算Cpk值，利用PID实施前后定量对比来表 明。进行定量分析过程中所使用的参数的计算方法如下，其中SPC技术采用均值-标准差控 制图完成：
[0056] 收口量均重 脚
[0057] 总体平均： (7)：
[0化引极差:Ri = : (8)
[0059] 平均极差： （巧
[0060] 估计过程白 （10) 闺
（W
[0063] 实践表明，工艺参数分布中屯、值ii与参数规范中屯、值To偏移的程度一般为1.50;由 此得到前1((|4-1'〇|=1.5〇) =〔。-〇.5;通过采集数据，对？10实施前后的数据进行对比分析， 计算其工序能力指数，利用数据可W直观的表现出PID实施对收口工序的收口量的稳定性 有重要的作用;对数据进行统计得到建立PID前外径尺寸的标准偏差O = 0.0643，其工序能 力指I
。作为宇航用电连接器的关键工序，工序能力指数值Cp值不 能小于1.5,所W，收口工序需要改善。
[0064] 步骤5: PID实施过程中对收口工序进行优化、整合，使关键参数趋于稳定;PID实施 后采集关键参数，同样利用SPSS软件等绘制控制图，得到PID实施后关键参数的均值、标准 差等，利用Cpk计算公式得到PID实施后的工序能力指数;对数据进行统计得到建立PID前外 径尺寸的标准偏差〇 = 0.0185，其工序能力指i
对比PID建立前后 的工序能力指数，可W体现出PID体系运行前后整个生产流程指标的对比情况，工序能力得 到了很大的改善，产品的合格率也得到了提升，生产工序成品率接近100%。
[0065] 其中，在步骤4中所述的故障树，其建立过程为首先寻找所有引起宇航电连接器失 效(顶事件)发生的第一层原因，运用演绎的方法再去寻找第二层原因，同理逐层找下去，直 到找到引起电连接器失效的所有底事件，如果原因1和原因2任何一个原因发生都会引起上 一层事件的发生，就用or(逻辑或口）连接，如果原因1和原因2同时发生才引起上一层事件 的发生，就用and(逻辑与口）连接。用逻辑口将所有事件的逻辑关系连成一个倒立的类似树 状的图形，由宇航电连接器失效机理的分析，可建立宇航电连接器的故障树如图1所示;在 建立PID前，通过对收口工艺的全程监控，记录了 20组插孔外径尺寸的数据，每组测5个，抽 取时间为一定的间隔时间(本案例采用1小时），厂家反馈得到的数据如表所示。外径尺寸的 标准尺寸为2.30mm +0.1mm，则Tu = 2. AOmmjL = S. 20mm，T = O. 2mm生产线上的参数由生产厂 家提供，对运些数据进行分析，验证PID实施成效对收口量的参数是否有改善，数据如表格2 所示：
[0066] 表2 PID建立前插孔外径尺寸数据记录表
[0067]
[006引
[0069] PID建立前插孔外径尺寸SPC均值一方差图如图2、3所示；
[0070] 其中，在步骤4和步骤5中所述的工序能力指数可W评价生产线能否生产出高可靠 性的产品，是否能够达到宇航元器件所要求的工艺水平。工艺参数一般情况下遵循正态分 布，记均值为y，标准偏差为O，即服从正态分布N(y，O2)。通常参数值集中在y±3〇的范围。其 中标准差O的大小能够反映参数的分散程度，O越小表示工艺参数越集中，±30可W表示工 艺参数的正常波动范围幅度，也可W表示该生产工序生产合格产品的能力。
[0071] 目前在工业生产中经常采用工序能力指数表征工艺水平的高低，生产线工艺成品 率的高低。工序能力指数能定量评价工序过程，其计算经常采用式(1):
[0072]
(I)
[0073] 式中T表示工艺参数规范范围，Tu表示工艺参数规范的上限，Tl表示工艺参数规范 的下限。
[0074] 可用式(2)计算工艺成品率： 到
(2)
[0076] W百万分之一（即PPM)的方式表示工艺不合格率为：（l-n) X IO6PPMd
[0077] 根据正态分布函数的性质，即可得到Cp与Tl之间的关系为：
[0078] W (3、
[00巧]式中O为标准正态分布函数。
[0080] 参数规范中屯、To= (Tu+化)/2Xp也称为潜在工序能力指数，因为必须要满足参数 分布中屯、y与To重合，但运种情况属于理想情况，元器件生产过程中，
[0081] 实际上一般两者不会重合，实际工序能力指数记为Cpk,计算公式为：
[0082] (4)
[0083] 式中，K为工艺参数分布中屯、对规范中屯、的相对偏离度，根据数理统计理论，可W 得到：
[0084] CPK=min[(y-TL)/30,(Tu-y)/30] (5)
[0085]
[0086] 不同行业对工序能力指数的要求指数不一样。目前常用的基本要求是工序能力指 数Cp不低于2.0，实际的工序能力指数Cpk不小于1.50。
[0087] 其中，在步骤5中所述的"数据对比"采用分析对比均值一极差控制图。均值一极差 控制图是最为常见的一种计量值控制图，可W用于产量比较大、比较稳定的生产过程。控制 图中有上控制线、中屯、线、下控制线。均值控制图可W判断产品在生产过程中是否处于要求 的水平上;极差控制图可W用于判断生产过程中的标准差是否保持在所要求的水平。本发 明基于SPC技术的宇航元器件定性评价方法采用均值一极差控制图对PID实施成效进行验 证，采用对比PID实施前后的控制图可W定量说明实施PID后，关键工序的关键参数更加稳 定。基于SPSS的宇航元器件定性评价方法按照公式计算实施PID前后的工序能力指数，通过 对比工序能力指数的大小，可W验证PID的实施成效。
[008引其中，在步骤5中通过PID体系的建立与实施，改善收口工序后，工作状态得到了改 善，其新的监控数据记录如表3所示。利用SPSS分析得到结果如图4、图5所示。
[0089] 表3 PID建立后插孔外径尺寸数据记录表
[0090]
.〇
[0091]
【主权项】
1. 一种宇航元器件PID实施成效评价方法，其特征在于:该方法具体步骤如下： 步骤1:在宇航元器件PID正式运行一段时间后，选取样品进行验证;结合宇航元器件的 特殊使用环境、使用条件展开分析，从生产厂家获得样品的包含质量等级、型号、批次的信 息，在此基础上对宇航元器件进行结构分解，分解到能考核、评价的最小结构单元； 步骤2:根据分解的结构单元，结合宇航元器件固有质量和可靠性的程度，得到各个结 构单元的结构要素，确定各个单元要进行的试验项目；综合宇航元器件的所有信息，对样片 进行方案设计和安排，对分析试验流程进行优化、整合，生产及试验流程要按照规定的操作 规程完成； 步骤3:对结构分析得到的数据进行管理、总结，评价是否有不恰当设计、不适合材料用 于宇航元器件中；如果存在证明PID的实施过程中存在可靠性隐患的部分问题，需要在鉴定 结构的审查与确认后、找到PID实施过程中存在的问题，修改完善后再次进行分析； 步骤4:利用故障树，结合厂家的信息，确定关键工序的关键参数;SPC技术主要的作用 是对实际采集到得工艺参数数据进行定量的分析，确定什么时候需要对过程加以调整，通 过调整保证产品的稳定状态PID实施前对关键工序的关键参数进行数据收集，利用SPSS软 件绘制控制图，得到PID实施前关键参数的均值、标准差，利用Cpk计算公式得到PID实施前的 工序能力指数； 步骤5 :PID实施过程中对关键工序进行优化、整合，使关键参数趋于稳定;PID实施后采 集关键参数，同样利用SPSS软件等绘制控制图，得到PID实施后关键参数的均值、标准差等， 利用Cpk计算公式得到PID实施后的工序能力指数;将两次得到的数据对比，通过定量对比进 而对PID实施功效进行评价。2. 根据权利要求1所述的一种宇航元器件PID实施成效评价方法，其特征在于:在步骤4 中所述的"故障树"，其建立过程为首先寻找所有引起宇航电连接器失效即顶事件发生的第 一层原因，运用演绎的方法再去寻找第二层原因，同理逐层找下去，直到找到引起电连接器 失效的所有底事件，如果原因1和原因2任何一个原因发生都会引起上一层事件的发生，就 用or即逻辑或门连接，如果原因1和原因2同时发生才引起上一层事件的发生，就用and即逻 辑与门连接;用逻辑门将所有事件的逻辑关系连成一个倒立的类似树状的图形，由宇航电 连接器失效机理的分析，建立宇航电连接器的故障树。3. 根据权利要求1所述的一种宇航元器件PID实施成效评价方法，其特征在于:在步骤4 和步骤5中所述的"工序能力指数"，是指评价生产线能否生产出高可靠性的产品，是否能够 达到宇航元器件所要求的工艺水平;工艺参数一般情况下遵循正态分布，记均值为μ，标准 偏差为〇,即服从正态分布Ν(μ, σ2);通常参数值集中在μ±3σ的范围；其中标准差σ的大小能 够反映参数的分散程度，σ越小表示工艺参数越集中，±3〇表示工艺参数的正常波动范围幅 度，也表示该生产工序生产合格产品的能力； 目前在工业生产中经常采用工序能力指数表征工艺水平的高低，生产线工艺成品率的 高低;工序能力指数能定量评价工序过程，其计算经常采用式(1):(1) 式中：T表示工艺参数规范范围，Tu表示工艺参数规范的上限，Tl表示工艺参数规范的下 限； (2) 用式(2)计算工艺成品率： 以百万分之一即PPM的方式表示工艺不合格率为：（1-n) XIO6PPM; 根据正态分布函数的性质，即得到Cp与η之间的关系为：(3) 式中：Φ为标准正态分布函数； 参数规范中心To= (Tu+TL)/2;CP也称为潜在工序能力指数，因为必须要满足参数分布中 心μ与To重合，但这种情况属于理想情况，元器件生产过程中，实际上一般两者不会重合，实 际工序能力指数记为Cpk，计算公式为：(4) 式中，K为工艺参数分布中心对规范中心的相对偏离度，根据数理统计理论，得到： CpK=min[ (y-TL)/3〇, (Τυ-μ)/3σ] (5) 不同行业对工序能力指数的要求指数不一样；目前常用的基本要求是工序能力指数Cp 不低于2.0,实际的工序能力指数Cpk不小于1.50。4.根据权利要求1所述的一种宇航元器件PID实施成效评价方法，其特征在于:在步骤5 中所述的"数据对比"是采用分析对比均值一极差控制图；均值一极差控制图是最为常见的 一种计量值控制图，用于产量比较大、比较稳定的生产过程;控制图中有上控制线、中心线、 下控制线；均值控制图能判断产品在生产过程中是否处于要求的水平上;极差控制图用于 判断生产过程中的标准差是否保持在所要求的水平;本发明基于SPC技术的宇航元器件定 性评价方法采用均值一极差控制图对PID实施成效进行验证，采用对比PID实施前后的控制 图能定量说明实施PID后，关键工序的关键参数更加稳定;基于SPSS的宇航元器件定性评价 方法按照公式计算实施PID前后的工序能力指数，通过对比工序能力指数的大小，能验证 PID的实施成效。
【文档编号】G06Q10/06GK106022636SQ201610371236
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】高成, 赵冬, 黄姣英, 熊园园
【申请人】北京航空航天大学