航空发动机验证机研制程序探究范文

《航空精密制造技术》2017年第1期

摘要：工作分解结构（WBS）是项目任务分工、资源配置、进度计划编制及风险控制等工作开展的前提。工作分解结构的形成过程就是把项目目标和任务分解成较小的、能够管理的组成部分。文章分析了WBS在航空发动机研制中的应用，结合民用航空发动机验证机研制流程，定义了WBS分解模型，给出了基于产品结构树的WBS结构表达，建立了WBS构建流程。

关键词：工作分解结构；航空发动机；研制流程；信息化；验证机

工作分解结构是以最终可交付成果为导向的工作目标/任务层级分解，用于确定项目工作范围、项目全生命周期内所有技术间的接口关系以及项目技术状态基线，是项目计划、成本、预算、质量、人力资源、沟通和风险分析的基础。它可以将研制工作分解为一系列相对独立、内容单一、易于管控的工作单元，能把各工作单元在研制中的地位与构成直观地表示出来，是研制计划编制的基础和依据。早在20世纪80年代中期，美国国防部就已经将WBS应用于许多国防项目上，并成为了项目管理的“标准语言”，WBS可以说是工程项目管理的起点，在复杂产品研制中得到了广泛的应用。2016年，国家十三五规划将航空发动机列入百大工程之首，这表明国家对航空发动机的重视。刘大响院士说，从狭义上讲，航空发动机是飞机的动力装置；从广义上讲，它也是国家航空产业乃至整个制造业的助推器。此外，国际航空动力的发展也对我国航空发动机设计技术提出了更高的要求，鉴于航空发动机研制的高技术性、高复杂性，验证机研制应运而生。验证机指产品在工程研制立项之前，用于验证功能、性能、总体方案可行性、各部件/系统的匹配性以及初步的耐久性和可靠性等而开发的试验研究性发动机。文章以验证机研制项目研制工作内容为对象，结合验证机研制特点，提出基于PBS的WBS层次关系分解模型，探索其分解方法、编码规则、表达方式和构建流程，并在此基础上引入信息化手段，这对于促进研制项目科学高效管理、降低研制风险具有重要意义。

1工作分解结构的作用

工作分解结构是项目管理工作的基础及核心内容，它将项目工作按照一定的逻辑关系自上而下逐级分解为工作单元、工作包、工作作业（活动），它清晰地定义了项目工作的全貌，描述了项目工作内容，工作分解结构每向下分解一级就意味着对项目工作更详细的定义。一般当工作分解结构分解至工作包层面时，项目经理便可针对工作包安排进度、估算成本和实施监控，从而实现对项目工作的规划、管理和控制。当工作分解结构分解至工作作业（活动）层面时，项目一线人员便可针对活动安排每天的工作事项，可以有计划地实现项目工作包的执行。

2工作分解结构构建过程中的难点

如前所述，工作越向下分解，项目经理对工作的规划管理和执行控制就越有力，然而，颗粒度过细的分解又会带来新的问题，它会造成管理成本的增加、资源利用率低以及工作效率降低。如何合理确定工作分解的颗粒度（即工作包的大小），是工作分解过程中应该关注的重要问题。在项目管理过程中，往往倾向于通过项目的关键节点（即里程碑节点）来控制整个研发过程，对交付物的管控也主要是通过对各里程碑节点的交付物进行管理，对项目全生命周期的控制主要体现为对工作包结果的管控。而没有对节点前各工作包之间的输入输出关系进行有效管理和控制，往往会出现项目管理单位对项目的管控力度不及工作包所属责任单位的管控力度的问题。这就造成了项目管理过程中存在各责任单位仅关心所属工作包任务，各工作包之间的匹配协调得不到有效解决，无法实现对项目全生命周期管理，无法及时有效识别风险，进而影响整个项目的进程。航空发动机验证机研制属于大型复杂项目，国家投入巨大，国际上一般采用主承制商—供应商管理模式进行项目管控，涉及国内外供应商众多，如何通过工作结构分解实现对项目全生命周期管理，并有效控制项目风险，对航空发动机验证机研制项目管理来说具有重大的意义。此外，工作分解存在遗漏、工作分解结构编制无规范、编制效率低下也是工作分解结构构建过程中经常发生的问题。文章将结合验证机研制流程，针对如何合理确定工作分解颗粒度和如何通过工作分解实现对项目全生命周期管理，浅析工作分解的流程及关键点，并结合信息化管理，以期更好地发挥工作分解结构在验证机研制项目管理中的作用。

3验证机研制WBS分解及关键点

3.1验证机研制阶段划分

验证机研制分为需求分析和定义、概念设计、初步设计、详细设计以及制造和试验验证五个阶段。验证机研制各阶段可以定义为里程碑节点，各阶段交付物即为里程碑节点交付物。以验证机设计工作为例，各阶段的主要交付物可以细分为需求文档和设计定义文档两大类。需求文档体现所有利益相关方对验证机研制项目的需求，可分为内部要求和外部要求。内部要求主要来自已有基础和经验以及公司的发展规划等；外部要求主要来自客户（市场）、政府、适航规章及相关法律法规等。设计定义文档是根据需求文档进行相应的科研工作后得到的验证机各层次上的研制结果（例如设计报告等）。在各个阶段内部，各个层面上的需求文档和设计定义文档都需要进行对比，以确定研制结果能够满足各方要求。在各研制阶段间，前一个阶段的输出结果往往会对下一个阶段设计工作的开展产生影响。

3.2验证机研制各阶段要素及WBS编制流程

验证机研制程序中明确验证机各阶段要素有关键输入、工作内容和输出三部分，创建工作分解结构同样需明确项目的输入（项目范围说明书、需求文件和过程资源）、分解工具与技术和输出，经比对分析，建立了验证机各阶段要素同工作分解结构创建所需要素之间的对应关系。在介绍了研制各阶段要素同WBS创建要素的关系之后，现对WBS创建过程进行详细描述，后通过各要素之间的关系映射，分析如何建立基于验证机研制各阶段要素的WBS，以期能完整分解验证机研制项目各阶段任务。

3.3基于验证机研制流程（研制各阶段要素）的WBS分解结构

复杂产品的研制一般会划分为若干个具有里程碑意义的研制阶段（以验证机为例，见图1所划分的五个阶段），建立以验证机研制流程为主线、以产品结构树为辅线的工作分解结构，可以依据研制阶段建立逻辑严密的输入输出关系，从而为计划的编制奠定基础。

3.3.1研制阶段—WBS映射矩阵。映射矩阵是对项目分解形成的工作包在最终WBS中所呈现状态（显示or不显示）的描述。依据专家经验，通过对某个研制阶段的通用活动进行判断，确定出该工作包在最终的WBS中是否显示，呈现状态用1和0表示，从而形成研制阶段—WBS映射矩阵。这项工作必须由项目管理人员（项目管理单位人员）和设计人员（工作包所属责任单位人员）共同完成，这样才能确保每个研制阶段的工作活动得到充分确认。映射矩阵的形式如表1所示。WBS各工作包之间的关系主要依靠不同研制阶段要素同WBS创建所需要素之间的对应关系及产品结构树来确定，因此建立研制阶段的映射矩阵，并在此基础上借助产品结构树，就可以通过映射规则快速地将WBS建立起来。

3.3.2验证机产品结构树模型。产品结构树包含了所有实现产品功能的硬件和软件，以全环燃烧室为例，可分为机匣组件、火焰筒组件、喷嘴组件、点火组件/标准件等部分，各部分又按照零组件进行进一步分解，最后按工作工序分解至可工作的层面。

3.3.3基于研制阶段和产品结构树的工作分解流程：

第一，确定工作分解结构的输入。（1）确定项目范围。项目范围说明详细描述项目的可交付成果，从研制阶段要素同工作分解结构所需要素的对应关系可以看出，本内容即验证机研制各阶段的工作内容，以需求分析和定义阶段为例，工作内容为：针对客户（政府、飞机制造商和航空公司）对验证机以及大型客机发动机的要求，参考适航规章和已有基础、经验，结合公司能力发展规划，开展验证机研制需求论证工作，提出验证机的设计约束和边界条件，完成项目建议书的编制。经分析，项目范围为完成验证机研制需求论证。（2）明确需求文件，梳理项目资源。需求文件描述各种单一需求如何转化并满足与项目相关的业务需求。验证机研制需求分析和定义阶段的需求源自客户的需求，项目资源指国家和公司战略，所以在需求分析和定义阶段，分析航空公司需求、民航局适航规章、国家发展战略及公司发展规划，是明确需求文件，并将其转化为项目业务需求的必要手段，从而建立起WBS约束条件。

第二，选择工作分解形式。工作分解可以根据项目特点采用不同分解形式，比如：可以把项目各研制阶段作为分解的第一层；可以把项目主要交付成果作为分解的第一层；也可以按PBS，把产品主要组成部分作为分解的第一层；还可以把子项目作为分解的第一层等。文章结合验证机研制特点，将项目研制各阶段作为分解的第一层。第二层分解基于研制阶段—WBS映射模型分析，确定出在映射矩阵中节点为1的维度，并在WBS中显性化。第三层分解基于产品结构树进行分解，最后按照各零件不同的设计活动、加工工序和试验活动，完成工作包的下一层分解。当将工作包分解至可预算、可分配、可安排进度、可以独立完成、有明确的交付物时即完成了项目的工作结构分解。此外，在工作分解时，应合理控制每个工作包的颗粒度及各工作包之间颗粒度的均衡。同时，为确保工作分解没有遗漏，在完成工作结构分解之后，应通过把工作分解结构底层的所有工作逐层向上汇总的方式进行检查。最后还应检查各工作包之间的逻辑关系是否合理。工作分解结构一般可以采用列表式、组织结构图式、鱼骨图式等方式，文章采用组织结构图示进行表达。

第三，获得工作分解结构的输出。通过对项目进行工作分解，将复杂的项目逐步分解为比较简单的过程（分解至活动、作业），让原来不可控的一些事情变得清晰可控，同时便于分工、计算经费、计划制定和构型管理等，并且还应满足企业设备、技术、人员等资源需求以及项目经费渠道、用户及市场变化等约束。

4工作分解结构与信息技术的融合

项目的工作结构分解是项目管理和计划制定的基础，是制定进度计划、资源需求计划、风险管理计划及计划变更的依据，同时也是确定项目技术状态基线的依据。因此，在复杂产品项目管理中，引入信息化手段，提高WBS编制效率，通过管理系统之间的联合，实现信息共享，资源优化，提高管理效率。为更好地使得工作分解结构与信息技术融合，需做到以下三点：（1）建立工作分解结构码，对工作分解结构中的每一活动用标准化的标识标记，通过标识唯一确定该活动在工作分解结构中的位置和隶属关系，便于计算机对WBS进行识别和检索；（2）引入MSProject等工具作为WBS编制辅助手段，采用缩进式进行编制；（3）对WBS中各属性进行定义，统一WBS语言。

5结语

全面、彻底的工作分解结构在复杂产品研制过程中具有重要意义。文章基于研制流程，结合产品结构树，提出了工作分解结构方法。通过验证机各阶段要素同工作分解结构创建所需要素关联，研制阶段—WBS映射规则及产品分解结构，描述了WBS建立流程及关键点，并通过WBS与信息化的融合，实现了项目全生命周期管理，提高了项目管理效率。文中所提到的方法在验证机研制项目及计划管理中得到了应用，并取得了良好的效果。

参考文献

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作者：高文杰 单位：中国航发商用航空发动机有限责任公司