IHPTET計(jì)劃的先進(jìn)項(xiàng)目管理方法

王巍巍，郭 琦，黃順洲

(中國(guó)燃?xì)鉁u輪研究院，四川 成都 610500)

1 引言

IHPTET計(jì)劃是美國(guó)國(guó)家級(jí)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)研計(jì)劃，于1988年正式開(kāi)始至2005年結(jié)束，是迄今為止美國(guó)最為成功的預(yù)研計(jì)劃。在該計(jì)劃開(kāi)展的18年期間取得了豐碩的科研成果。IHPTET計(jì)劃之所以能夠取得成功，與該計(jì)劃實(shí)施過(guò)程中采用科學(xué)有效的項(xiàng)目管理方法GOTChA具有密不可分的關(guān)系[1]。

2 GOTChA的概念

GOTChA 由目的(Goals)、目標(biāo)(Objectives)、技術(shù)挑戰(zhàn)(Technical Challenges)和方法(Approaches)構(gòu)成[1]。目的，即頂層技術(shù)目標(biāo)，指最終想要得到的結(jié)果，即計(jì)劃要達(dá)到的技術(shù)水平，這種技術(shù)水平與現(xiàn)有技術(shù)水平相比有很大的改進(jìn)，并且這種改進(jìn)能夠量化，通過(guò)改進(jìn)給系統(tǒng)帶來(lái)的效益與貢獻(xiàn)也可以衡量。目標(biāo)，指計(jì)劃中研究的具體部件和系統(tǒng)要達(dá)到的技術(shù)水平，這種技術(shù)水平與現(xiàn)有技術(shù)水平相比有很大的改進(jìn)，這種改進(jìn)也能夠量化，通過(guò)改進(jìn)給系統(tǒng)帶來(lái)的效益與貢獻(xiàn)也可以衡量。技術(shù)挑戰(zhàn)指特定的科學(xué)/技術(shù)難點(diǎn)，需要新的知識(shí)或技術(shù)來(lái)攻克，以達(dá)到既定的技術(shù)目標(biāo)。方法，是指解決技術(shù)難點(diǎn)所必需的先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)方法。

GOTChA項(xiàng)目管理方法要嚴(yán)格遵守計(jì)劃目的。目的要明確，目標(biāo)要清晰。目標(biāo)一旦確定絕不輕易更改，實(shí)在有困難，可以延期，但最終要達(dá)到的目的決不動(dòng)搖。GOTChA方法的難點(diǎn)在于準(zhǔn)確制定出技術(shù)目標(biāo)，并根據(jù)這些目標(biāo)推斷出可能會(huì)遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)，通過(guò)各種途徑和方法來(lái)應(yīng)對(duì)技術(shù)挑戰(zhàn)，克服技術(shù)障礙，達(dá)到最終目的。圖1以軍用小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為例來(lái)說(shuō)明GOTChA方法的流程[2～4]。GOTChA方法首先要明確目的，對(duì)于小涵道比軍用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)而言，關(guān)鍵的參數(shù)是推重比、耗油率、成本等，所以在GOTChA流程中，先要列出這些關(guān)鍵參數(shù)，并給出最終目的。例如，要提高多少或者改進(jìn)多大，都要有量化指標(biāo)。接下來(lái)列出對(duì)這些關(guān)鍵參數(shù)有重大影響和為這些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)一步提高有貢獻(xiàn)的部件及系統(tǒng)，對(duì)它們提出具體的技術(shù)指標(biāo)。然后確定出為了達(dá)到這些技術(shù)指標(biāo)可能遇到的挑戰(zhàn)，給出應(yīng)對(duì)方法。為了解決技術(shù)難題，可能有很多種方法，眾多方法綜合比較，最后找出對(duì)達(dá)到最終想要的結(jié)果和既定技術(shù)指標(biāo)有最大貢獻(xiàn)的方法。這里的最大貢獻(xiàn)，是指子系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，既能達(dá)到既定水平，同時(shí)對(duì)實(shí)現(xiàn)計(jì)劃目標(biāo)又有舉足輕重的作用，對(duì)其他部件的負(fù)面影響最小。

3 GOTChA的制定準(zhǔn)則

GOTChA方法的關(guān)鍵是要給出計(jì)劃的最終目的，是否正確給出直接關(guān)系到整個(gè)計(jì)劃管理的成敗。在整個(gè)計(jì)劃管理過(guò)程中，目的一定要清晰明確。如何合理給出這種長(zhǎng)達(dá)18年或者持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的計(jì)劃的最終目的，是GOTChA方法非常重要的環(huán)節(jié)。IHPTET計(jì)劃這樣制定最終目的：首先，把即將要開(kāi)展的計(jì)劃與前期已開(kāi)展的眾多計(jì)劃銜接起來(lái)，以前期開(kāi)展的那些計(jì)劃取得的成果和建立的技術(shù)儲(chǔ)備為依據(jù)；第二，根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)現(xiàn)狀，以已經(jīng)掌握并可使用的技術(shù)的水平為基礎(chǔ)；第三，在前期通過(guò)驗(yàn)證的先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，再考慮未來(lái)的發(fā)展空間，并同時(shí)要具有突破性進(jìn)展來(lái)確定計(jì)劃目標(biāo)。下面以IHPTET最終要達(dá)到的目的——推重比提高100%的制定為例，來(lái)說(shuō)明GOTChA方法中目的制定準(zhǔn)則。

在IHPTET之前，美國(guó)開(kāi)展了多個(gè)預(yù)研計(jì)劃，其中包括ATEGG、APSI、JTDE等。IHPTET計(jì)劃在上世紀(jì)80年代初醞釀時(shí)，充分考慮了上述計(jì)劃中軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)。在確定IHPTET最終目的時(shí)，管理層借鑒了上述計(jì)劃已經(jīng)取得的成果，把最終目的建立在前面計(jì)劃的基礎(chǔ)上，同時(shí)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)革命性的技術(shù)突破。IHPTET把大幅提高推重比列為最終目的，與以前計(jì)劃中把技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)放在改善耐久性上有了新的突破。IHPTET計(jì)劃的最終目的是推重比提高100%，是在推重比8的發(fā)動(dòng)機(jī)YF119/YF120基礎(chǔ)上提高100%[5，6]。為什么會(huì)選擇推重比8這個(gè)量級(jí)作為計(jì)劃最終目的的參考基礎(chǔ)呢。從YF119發(fā)動(dòng)機(jī)的研制進(jìn)程不難看出，在1985年IHPTET計(jì)劃開(kāi)始制定時(shí)，該發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了全面的技術(shù)驗(yàn)證，完成了地面試驗(yàn)，也就是說(shuō)在提出推重比目標(biāo)時(shí)，美國(guó)已經(jīng)掌握了達(dá)到推重比8所需要的關(guān)鍵技術(shù)，盡管當(dāng)時(shí)真正的推重比8這個(gè)量級(jí)還沒(méi)有完全達(dá)到，但是在可以預(yù)知的未來(lái)肯定能夠達(dá)到。這個(gè)最終目的，即通常所說(shuō)的頂層技術(shù)目標(biāo)的確定也正是IHPTET計(jì)劃中所采用的GOTChA方法進(jìn)行項(xiàng)目管理的第一步。在確定最終目的這個(gè)環(huán)節(jié)，該方法體系表現(xiàn)出了對(duì)基礎(chǔ)目標(biāo)選擇的高度重視，選擇一個(gè)很快就能達(dá)到的目標(biāo)為基礎(chǔ)，也就是人們常說(shuō)的“夠得著”的指標(biāo)為基礎(chǔ)，這樣才能制定出“跳一跳”就能達(dá)到的目標(biāo)。GOTChA方法最關(guān)鍵的也正是這個(gè)目的的確定。

圖1 GOTChA項(xiàng)目管理方法的技術(shù)路線流程圖Fig.1 Technical route diagram for GOTChA

最終目的確定后，GOTChA方法的第二步就是把最終目的分成幾個(gè)目標(biāo)，每個(gè)目標(biāo)都將為最終目的做出一定的貢獻(xiàn)。IHPTET計(jì)劃的目標(biāo)分為三個(gè)階段來(lái)實(shí)現(xiàn)，下面以第3階段的目標(biāo)為例來(lái)說(shuō)明GOTChA目標(biāo)的確定。對(duì)于渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)而言，以計(jì)劃的第3階段目標(biāo)為基礎(chǔ)，再分別按部件(壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管)和系統(tǒng)(機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng))來(lái)具體分解每個(gè)部件和系統(tǒng)為達(dá)到總目標(biāo)所能奉獻(xiàn)的比例，落實(shí)到每個(gè)部件和系統(tǒng)具體的技術(shù)指標(biāo)要求。例如，針對(duì)壓氣機(jī)而言，為實(shí)現(xiàn)第3階段目標(biāo)，首先要求其效率提高5%、壓氣機(jī)出口溫度提高152℃、重量減少50%、級(jí)負(fù)荷增加50%、引氣量減少60%、制造、維修成本分別降低55%和65%。對(duì)于控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)而言，也需要為達(dá)到該階段目標(biāo)做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)，需要控制系統(tǒng)的重量降低50%，機(jī)械系統(tǒng)的重量降低 20%，等等[7，8]。

GOTChA方法的第三步是確定出為達(dá)到具體目標(biāo)所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。下面仍以IHPTET計(jì)劃第3階段為例來(lái)說(shuō)明。在前兩個(gè)流程結(jié)束后，GOTChA方法就要提出要應(yīng)對(duì)的技術(shù)挑戰(zhàn)，如：燃燒室要實(shí)現(xiàn)第3階段目標(biāo)，必須面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)就包括要縮短燃燒室長(zhǎng)度、改善出口溫度分布均勻性等；高壓渦輪面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)包括如何在提高渦輪前燃?xì)鉁囟鹊那闆r下減少冷卻空氣量，提高級(jí)做功量的同時(shí)要降低高負(fù)荷帶來(lái)的損失等。在GOTChA方法的第三步，要把每個(gè)部件和系統(tǒng)可能面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)都詳細(xì)地列舉出來(lái)。

GOTChA方法的第四步，就是針對(duì)前一個(gè)流程中確定出的技術(shù)難點(diǎn)和所面臨的挑戰(zhàn)給出解決方法。解決技術(shù)難點(diǎn)和應(yīng)對(duì)技術(shù)挑戰(zhàn)的方法有很多，如：燃燒室需要采用先進(jìn)的火焰筒技術(shù)、陶瓷基復(fù)合材料火焰筒、燃油分級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、燃燒室和渦輪耦合氣動(dòng)設(shè)計(jì)等；高壓渦輪要采用先進(jìn)材料(如陶瓷基復(fù)合材料和熱障涂層)、整體鑄造技術(shù)、三維非定常流體力學(xué)設(shè)計(jì)軟件、刷式封嚴(yán)和指尖密封等。

目的、技術(shù)目標(biāo)、技術(shù)挑戰(zhàn)和方法都一一確定后，GOTChA的流程就形成了一個(gè)閉環(huán)，接下來(lái)就按照該方法的每一個(gè)流程來(lái)實(shí)施。IHPTET計(jì)劃之所以能夠取得很多成果，與GOTChA方法的實(shí)施有著不可分割的關(guān)系。正是借助于該方法一環(huán)扣一環(huán)的技術(shù)目標(biāo)分解與分階段、分步驟的實(shí)施，使得IHPTET成為目前最成功的預(yù)研計(jì)劃。

4 GOTChA方法在IHPTET計(jì)劃中的具體應(yīng)用

IHPTET計(jì)劃各階段和各部件都按照GOTChA流程進(jìn)行管理。首先把IHPTET計(jì)劃的頂層技術(shù)目標(biāo)分配給各階段，再按照各階段的要求分解到各部件，確定出要得到的技術(shù)指標(biāo)、為達(dá)到這些技術(shù)指標(biāo)可能遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)，技術(shù)挑戰(zhàn)確定了要實(shí)現(xiàn)IHPTET計(jì)劃技術(shù)目標(biāo)必須突破的技術(shù)障礙，解決問(wèn)題的方法確定了眾多技術(shù)途徑和先進(jìn)技術(shù)手段，旨在掃除達(dá)到該計(jì)劃既定技術(shù)目標(biāo)時(shí)遇到的技術(shù)障礙。

在GOTChA流程中，能夠清晰地確定出高壓部件、低壓部件、機(jī)械系統(tǒng)、工藝和材料等為實(shí)現(xiàn)計(jì)劃總目標(biāo)所做的貢獻(xiàn)。各個(gè)子系統(tǒng)為總目標(biāo)所做的奉獻(xiàn)和為此付出的努力在這個(gè)管理流程中都清晰可見(jiàn)。圖2給出了高壓渦輪部件為IHPTET計(jì)劃總目標(biāo)奮斗的歷程[8]。

從圖2中不難看出，渦輪作為該計(jì)劃子系統(tǒng)所做的貢獻(xiàn)。為了能夠使系統(tǒng)達(dá)到第2階段推重比提高60%的目標(biāo)，渦輪本身需要實(shí)現(xiàn)級(jí)負(fù)荷提高30%、效率提高30%、質(zhì)量減少30%等若干個(gè)具體的子目標(biāo)，才能為頂層技術(shù)目標(biāo)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。為達(dá)到這些技術(shù)指標(biāo)要面臨前所未有的挑戰(zhàn)，如在損失不增加的條件下很難再提高級(jí)負(fù)荷等，為了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)必須運(yùn)用各種可能的方法以達(dá)到最終目的。

GOTChA在IHPTET計(jì)劃中應(yīng)用時(shí)，不僅能夠把系統(tǒng)頂層技術(shù)目標(biāo)分解給子系統(tǒng)，而且能把子系統(tǒng)的目標(biāo)分給具體的零件或者具體的設(shè)計(jì)途徑上。還以渦輪為例，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)，不僅渦輪部件本身要實(shí)現(xiàn)若干技術(shù)目標(biāo)，應(yīng)對(duì)很多挑戰(zhàn)和采取合適的方法，而且渦輪部件的具體零件(如葉片和盤)也都要為這個(gè)頂層技術(shù)目標(biāo)做出奉獻(xiàn)。這些奉獻(xiàn)可以從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、氣動(dòng)設(shè)計(jì)、工藝與材料設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面來(lái)衡量。圖3給出渦輪葉片的強(qiáng)度設(shè)計(jì)為頂層目標(biāo)所做貢獻(xiàn)的GOTChA流程圖[9]。

由圖3可見(jiàn)，GOTChA方法不僅適用于大部件，零件與系統(tǒng)同樣適用。單個(gè)部件可以通過(guò)該項(xiàng)目管理方法梳理，單項(xiàng)新技術(shù)攻關(guān)同樣可以采用這樣的流程管理。如，針對(duì)燃燒室火焰筒采用的陶瓷基復(fù)合材料，在新材料研發(fā)時(shí)，首先要明確研發(fā)該材料的目的，開(kāi)發(fā)該材料的目的是為頂層技術(shù)目標(biāo)，即推重比翻一番做出貢獻(xiàn)，相應(yīng)地要提出技術(shù)目標(biāo)——T4提高482℃，為完成這個(gè)技術(shù)指標(biāo)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，即陶瓷基復(fù)合材料能夠承受的壓力和溫度，最后給出解決問(wèn)題的方法，就是研發(fā)出能夠耐受1315℃的復(fù)合材料。

圖2 IHPTET計(jì)劃中渦輪部件的GOTChA流程管理Fig.2 Turbine component GOTChA management in the IHPTET program

圖3 GOTChA項(xiàng)目管理方法中子系統(tǒng)的技術(shù)流程圖Fig.3 Technical flow chart for the sub-system of GOTChA project management

在IHPTET計(jì)劃中，從整個(gè)系統(tǒng)(即發(fā)動(dòng)機(jī))到與整個(gè)系統(tǒng)相關(guān)的所有子系統(tǒng)(即零部件和子系統(tǒng))都采用GOTChA方法進(jìn)行管理。由于采用了這種科學(xué)有效的管理方法，使得IHPTET計(jì)劃中每個(gè)階段的目標(biāo)都非常明確，為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)要走的技術(shù)路線非常清楚，能夠?yàn)楦鱾€(gè)階段目標(biāo)做出貢獻(xiàn)的部件和系統(tǒng)也清晰明了，它們要實(shí)現(xiàn)的具體技術(shù)目標(biāo)、面對(duì)的挑戰(zhàn)和克服困難的方法都一目了然，從而使這個(gè)龐大的計(jì)劃管理變得透明化，簡(jiǎn)單化。

5 GOTChA項(xiàng)目管理方法的啟示

5.1 確定一個(gè)基準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)

在開(kāi)展一項(xiàng)大型預(yù)研計(jì)劃過(guò)程中，為了能準(zhǔn)確確定計(jì)劃的最終目的(即頂層技術(shù)目標(biāo))、制定分階段目標(biāo)和分配各階段關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)以及組織實(shí)施等問(wèn)題，可以借鑒IHPTET計(jì)劃中的GOTChA方法。在頂層技術(shù)目標(biāo)確定時(shí)，可以參考GOTChA中目的的確定流程，確定一個(gè)基準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)，為預(yù)研計(jì)劃頂層技術(shù)目標(biāo)的確定建立一個(gè)比較的平臺(tái)。如，頂層技術(shù)目標(biāo)是在某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)——確切地說(shuō)是在某年的某型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)之上提高多少比例。不僅頂層技術(shù)目標(biāo)如此，子系統(tǒng)(如高、低壓部件等)都應(yīng)以頂層目標(biāo)的參照基準(zhǔn)為參照對(duì)象，制定最終目的。如果沒(méi)有一個(gè)參照對(duì)象，即沒(méi)有一個(gè)比較基礎(chǔ)，很難制定出具體的技術(shù)目標(biāo)。參照對(duì)象，即頂級(jí)技術(shù)目標(biāo)的參照基礎(chǔ)，在該基礎(chǔ)上通過(guò)采用先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)和新材料與新工藝，確定出未來(lái)5～10年或者10～20年可以實(shí)現(xiàn)的最終目的。主系統(tǒng)(發(fā)動(dòng)機(jī))和子系統(tǒng)(部件)等的參照基礎(chǔ)應(yīng)相同，這樣主系統(tǒng)與子系統(tǒng)技術(shù)的提高比例都可以量化、衡量。

確定基準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)的前提條件可以參考已經(jīng)掌握的技術(shù)、正在驗(yàn)證的技術(shù)以及材料和工藝的攻關(guān)情況。而頂層技術(shù)目標(biāo)的確定要在充分考慮基準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，根據(jù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)以及材料與工藝的發(fā)展空間和潛力來(lái)最終制定。

5.2 以頂層目標(biāo)為中心

在GOTChA流程中，頂層技術(shù)目標(biāo)確定后，要確定分系統(tǒng)的目標(biāo)。所有分系統(tǒng)的目標(biāo)都要以頂層技術(shù)目標(biāo)為中心，緊密圍繞最終目的確定出分系統(tǒng)的指標(biāo)。分系統(tǒng)的子目標(biāo)是對(duì)頂層技術(shù)目標(biāo)的具體分解，具體落實(shí)到部件與系統(tǒng)中。每個(gè)部件與系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)都是以為最終的頂層技術(shù)目標(biāo)貢獻(xiàn)多少來(lái)衡量。

分系統(tǒng)目標(biāo)的確定方法與頂層技術(shù)目標(biāo)的確定方法相同，同樣是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展水平、已經(jīng)掌握的工藝材料水平制定。目標(biāo)分解給具體的部件和系統(tǒng)后，再進(jìn)一步明確出關(guān)鍵技術(shù)，為攻克這些關(guān)鍵技術(shù)可能會(huì)遇到哪些技術(shù)挑戰(zhàn)，為了應(yīng)對(duì)這些技術(shù)挑戰(zhàn)，達(dá)到最終目的，需要解決哪些關(guān)鍵問(wèn)題。這樣一來(lái)，就形成了一個(gè)完整而清晰的技術(shù)路線圖，而這個(gè)路線圖正是GOTChA流程的精華。在項(xiàng)目管理中，如果能夠按照這樣的思路來(lái)制定頂層技術(shù)目標(biāo)和分目標(biāo)，整個(gè)計(jì)劃的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)就非常清晰，每個(gè)階段要解決的問(wèn)題和要進(jìn)行的技術(shù)攻關(guān)也被梳理得非常清楚。

5.3 自上而下的項(xiàng)目管理流程

GOTChA流程自上而下，層次分明。采用該管理方法使得整個(gè)計(jì)劃目標(biāo)變得非常完整、清晰，特別有利于管理。首先從頂層設(shè)計(jì)講，通過(guò)GOTChA流程，使系統(tǒng)頂層技術(shù)目標(biāo)、與頂層技術(shù)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)有關(guān)的分系統(tǒng)、分系統(tǒng)為頂層技術(shù)目標(biāo)貢獻(xiàn)的比例、分系統(tǒng)為頂層技術(shù)目標(biāo)做貢獻(xiàn)時(shí)要面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)、為迎接挑戰(zhàn)采取的方法等，都變得清晰可見(jiàn)，整個(gè)項(xiàng)目管理從上至下，每一個(gè)環(huán)節(jié)都變得可以量化和評(píng)估。

[1]The Integrated High Performance Turbine Engine Technology Program[R].ISABE 97-7175，1997.

[2]FY87 Technical Objective Document[R].AD-A 166659，1986.

[3]The Challenge of IHPTET[R].ISABE 93-7001，1993.

[4]Richman M S，Kenyon J A.High Speed and Hypersonic Science and Technology[R].AIAA 2005-4099，2005.

[5]Messersmith N，Castro J H.Future High Mach Propulsion[R].AIAA 2003-2613，2003.

[6]郭 琦，王巍巍.IHPTET計(jì)劃跟蹤分析總結(jié)報(bào)告[R].四川 成都：中國(guó)燃?xì)鉁u輪研究院情報(bào)室，2009.

[7]王巍巍.IHPTET技術(shù)成果和應(yīng)用[R].四川 成都：中國(guó)燃?xì)鉁u輪研究院情報(bào)室，2009.

[8]Sehra A K.NASA-DoD-DoE Alliance on Propulsion and Ground-Based Power Systems[R].2000.

[9]Eisert F，O’Brien T，Owen K. Design Tools and Engine Simulation[R].2000.