基于QFD技術(shù)的商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別方法

黃 瀏

（中國航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，上海 201108）

基于QFD技術(shù)的商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別方法

黃 瀏

（中國航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，上海 201108）

提出一種基于QFD（Quality Function Deployment，質(zhì)量功能展開）技術(shù)進(jìn)行商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)篩選和識(shí)別的方法，該方法首先基于控制系統(tǒng)客戶需求篩選出系統(tǒng)所有的技術(shù)特性，然后從技術(shù)重要度和困難度兩方面對技術(shù)特性進(jìn)行評(píng)分，識(shí)別出其中的關(guān)鍵技術(shù)。該方法保證關(guān)鍵技術(shù)聚焦于客戶需求的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)對技術(shù)的關(guān)鍵程度進(jìn)行量化評(píng)分，可有效提高關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別的準(zhǔn)確性與客觀性。

QFD技術(shù)；關(guān)鍵技術(shù)；篩選；識(shí)別

0 引言

商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可比喻為整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的“大腦”，它控制發(fā)動(dòng)機(jī)完成穩(wěn)態(tài)、加減速、起動(dòng)、停車等控制功能以及參數(shù)限制、超轉(zhuǎn)保護(hù)等限制保護(hù)功能，此外，它還完成對發(fā)動(dòng)機(jī)及控制系統(tǒng)的故障診斷及處理功能，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)飛行包線內(nèi)平穩(wěn)、可靠、安全地工作。商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)研制在國內(nèi)尚屬首次，難度較大。在研制起始階段，需對控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行識(shí)別，為后續(xù)的技術(shù)成熟度評(píng)定、技術(shù)路線圖制定等工作打下基礎(chǔ)，同時(shí)為研制計(jì)劃、經(jīng)費(fèi)、人力的合理安排提供依據(jù)。

“關(guān)鍵技術(shù)”從字面上看就帶有一定的主觀色彩，無法給出十分精確、統(tǒng)一的評(píng)判。但不能因?yàn)橹饔^性的存在，就隨意指定關(guān)鍵技術(shù)，正確的識(shí)別十分重要。如果關(guān)鍵技術(shù)被遺漏，沒有在研制前期投入精力進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，那么在后期將會(huì)嚴(yán)重拖延項(xiàng)目進(jìn)度；如果將普通技術(shù)識(shí)別為關(guān)鍵技術(shù)，又會(huì)造成經(jīng)費(fèi)、人力資源的浪費(fèi)。因此，關(guān)鍵技術(shù)既不能被漏判，也不能被錯(cuò)判。通常，關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別的思路是：先盡可能找到項(xiàng)目所需的技術(shù)全集，然后依據(jù)一定的技術(shù)關(guān)鍵度判據(jù)加以篩選。

關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別常用方法如表1所示[1,5]。借助這些方法進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別，都能不同程度地提高決策的準(zhǔn)確性和客觀性，但也存在以下問題：

1）確定關(guān)鍵技術(shù)篩選范圍時(shí)缺少方法和依據(jù)，全面性、完整性會(huì)有所欠缺，容易造成關(guān)鍵技術(shù)漏判；

2）關(guān)鍵技術(shù)評(píng)定時(shí)，技術(shù)關(guān)鍵度判據(jù)不夠合理、全面，容易造成關(guān)鍵技術(shù)錯(cuò)判。

本文提出基于QFD技術(shù)的商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別方法。該方法一方面根據(jù)客戶需求定義關(guān)鍵技術(shù)篩選范圍，結(jié)果較為全面，不易遺漏；另一方面，綜合應(yīng)用QFD技術(shù)中包含的層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法，對“技術(shù)關(guān)鍵度”這個(gè)定性問題定量化，可有效降低關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別過程中的隨意性與主觀性，使得關(guān)鍵技術(shù)評(píng)定結(jié)果合理可信。

表1 關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別常用方法

本文第1節(jié)對QFD技術(shù)進(jìn)行簡介。第2～5節(jié)以商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)為例，說明基于QFD技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別方法的應(yīng)用過程：第2節(jié)基于控制系統(tǒng)客戶需求，定義關(guān)鍵技術(shù)篩選范圍；第3、4節(jié)基于QFD技術(shù)，從技術(shù)重要度與技術(shù)困難度兩方面對各技術(shù)進(jìn)行量化評(píng)分；第5節(jié)根據(jù)評(píng)分結(jié)果確立關(guān)鍵技術(shù)。第6節(jié)是全文小結(jié)。

1 QFD技術(shù)

1.1 QFD技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展

QFD技術(shù)產(chǎn)生于日本，于上個(gè)世紀(jì)六十年代末提出。針對產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的問題，通過QFD技術(shù)將顧客的需求與滿足需求所產(chǎn)生的控制措施關(guān)聯(lián)起來，以更好地滿足客戶需求，提高產(chǎn)品質(zhì)量。QFD技術(shù)自產(chǎn)生后，在日本多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用與實(shí)踐，在節(jié)約企業(yè)研制經(jīng)費(fèi)、縮短研制周期方面成果顯著。該技術(shù)后來逐步傳播至全球各地，在一些發(fā)達(dá)國家的大型企業(yè)中都有使用QFD技術(shù)的成功案例。

1.2 QFD技術(shù)的理念及特點(diǎn)

QFD技術(shù)的最大特點(diǎn)是自始至終聚焦“顧客的聲音”，將客戶需求系統(tǒng)地、逐層地轉(zhuǎn)化為工程和管理措施，使得項(xiàng)目中各層面的具體活動(dòng)都以客戶需求為中心展開。同時(shí)，根據(jù)定量化的分析方法及早定位項(xiàng)目中的關(guān)鍵因素，指導(dǎo)企業(yè)集中力量采取措施進(jìn)行攻關(guān)解決。QFD技術(shù)體現(xiàn)了“顧客至上”、“源頭抓起”、“定量化管理”等理念[6]。由此可知，將QFD技術(shù)用于關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別是十分順理成章的。

1.3 QFD分析模型

QFD技術(shù)通過一系列圖表化的形式描述，目前最廣泛使用的是“質(zhì)量屋”形式，如圖1所示。質(zhì)量屋的構(gòu)建過程，就是QFD技術(shù)的應(yīng)用過程。本文使用Qualica軟件搭建QFD分析模型。

圖1 QFD技術(shù)的質(zhì)量屋模型

2 定義關(guān)鍵技術(shù)篩選范圍

在關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別中，定義關(guān)鍵技術(shù)篩選范圍是重要而困難的一步：一是要求篩選范圍要包含項(xiàng)目所需的所有技術(shù)，不能遺漏；二是要求篩選過程要有依據(jù)。如果毫無章法地四處尋找，既浪費(fèi)時(shí)間，又無法保證全面性。

定義關(guān)鍵技術(shù)篩選范圍可看成是建立項(xiàng)目的技術(shù)分解結(jié)構(gòu)（TBS），一種可能的思路是從工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）或產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)（PBS）來推理[7]，但還是缺乏足夠的可操作性。

本文基于QFD技術(shù)，介紹基于控制系統(tǒng)客戶需求來確定關(guān)鍵技術(shù)篩選范圍的方法。從直觀上理解，項(xiàng)目中的各個(gè)技術(shù)點(diǎn)均服務(wù)于客戶需求，因此對標(biāo)客戶需求來梳理關(guān)鍵技術(shù)的范圍是一條合理可行的途徑。

2.1 客戶需求的確定

客戶需求的捕獲、分析與確定是QFD技術(shù)中的首要環(huán)節(jié)，對于后續(xù)過程有著重要的影響。

控制系統(tǒng)的客戶需求包括：

1）滿足推力控制要求；

2）滿足加減速控制要求；

3）滿足結(jié)構(gòu)要求；

4）滿足耗油率要求；

5）滿足排放要求；

6）滿足安全性要求；

7）滿足可靠性要求；

8）滿足維修性要求；

9）滿足測試性要求。

控制系統(tǒng)研制的所有技術(shù)活動(dòng)，均圍繞著滿足客戶需求展開。

2.2 技術(shù)特性的確定

客戶需求的滿足，需要通過具體的技術(shù)特性來保證。技術(shù)特性，即為了保證產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)所需的技術(shù)手段。技術(shù)特性的確定，是進(jìn)行QFD分析的關(guān)鍵一步。從客戶需求到技術(shù)特性的展開，標(biāo)志著從“what”向“how”進(jìn)行了轉(zhuǎn)換。技術(shù)特性構(gòu)成了質(zhì)量屋的“天花板”。

應(yīng)逐項(xiàng)分析客戶需求，確定其技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，將客戶需求轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)的技術(shù)特性，這樣梳理出的技術(shù)特性代表了系統(tǒng)所需的所有技術(shù)，也就是確立了關(guān)鍵技術(shù)的篩選范圍?？刂葡到y(tǒng)的技術(shù)特性如表2所示。

表2 控制系統(tǒng)技術(shù)特性

3 技術(shù)重要度評(píng)定

在確立關(guān)鍵技術(shù)篩選范圍后，就需要對其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行識(shí)別，第一步是評(píng)定技術(shù)的重要度。思路是先對客戶需求重要度進(jìn)行排序，然后權(quán)衡技術(shù)與客戶需求的關(guān)系，最后根據(jù)技術(shù)與客戶需求的關(guān)系、技術(shù)對應(yīng)的客戶需求的重要度綜合評(píng)定技術(shù)重要度。

3.1 客戶需求的重要度確定

客戶需求重要程度是參差不齊的。因此，需要對需求的重要性進(jìn)行甄別，以便于在后續(xù)工作中有所側(cè)重，率先實(shí)現(xiàn)重要的需求，從而最大程度地滿足客戶需求。對于客戶需求及其重要度的確定構(gòu)成了質(zhì)量屋的“左墻”。

重要度確定采用層次分析法，即將客戶需求兩兩進(jìn)行重要度比較，最終得到的重要度如表3所示。

表3 客戶需求重要度排序

可見，滿足安全性要求、滿足可靠性要求和滿足推力控制要求占據(jù)客戶需求中最重要的三條。

3.2 關(guān)系矩陣的建立

客戶需求與技術(shù)特性的關(guān)系矩陣，其元素為客戶需求與技術(shù)特性兩兩之間相關(guān)性的量化評(píng)分。評(píng)分越高，說明技術(shù)特性對于客戶需求的關(guān)系越密切。評(píng)分結(jié)果在質(zhì)量屋的“房間”內(nèi)體現(xiàn)。

3.3 相關(guān)矩陣的建立

各項(xiàng)技術(shù)特性之間可能存在一定的聯(lián)系，有的是正相關(guān)，有的是負(fù)相關(guān)。通過技術(shù)特性之間相關(guān)性的建立，有助于發(fā)現(xiàn)技術(shù)特性中的重復(fù)、沖突等問題，并進(jìn)行進(jìn)一步的權(quán)衡評(píng)估。技術(shù)特性之間的相關(guān)矩陣在質(zhì)量屋的“屋頂”中構(gòu)建。

3.4 技術(shù)特性重要度的確定

根據(jù)上兩步中關(guān)系矩陣、相關(guān)矩陣的確立，即可計(jì)算出技術(shù)特性的重要度。一般來說，某項(xiàng)技術(shù)特性相關(guān)的客戶需求越多、越重要，那么該項(xiàng)技術(shù)特性重要度也越高。

使用QFD分析得到的重要度靠前的控制系統(tǒng)技術(shù)特性如表4所示。

表4 重要度靠前的控制系統(tǒng)技術(shù)特性

4 技術(shù)困難度評(píng)定

關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別的第二步是評(píng)定技術(shù)的困難度。

困難度的評(píng)定采用檢查單的方式，可按表5的方法來考慮。

表5 困難度的評(píng)定依據(jù)

對2.2節(jié)篩選出的所有技術(shù)特性進(jìn)行困難度量化評(píng)定，“很困難”7～9分，“困難”4～6分，“一般”1～3分，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行打分。

困難度靠前的控制系統(tǒng)技術(shù)特性如表6所示。

表6 困難度靠前的控制系統(tǒng)技術(shù)特性

5 關(guān)鍵技術(shù)確立

關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別的最后一步，就是綜合考慮第3、4節(jié)評(píng)定的技術(shù)重要度和困難度，將重要度與困難度均較高的技術(shù)確立為關(guān)鍵技術(shù)。

Qualica軟件得到的重要度-困難度圖如圖2所示，圖中的橫、縱坐標(biāo)分別代表重要度和困難度，圓點(diǎn)及相應(yīng)數(shù)字代表各個(gè)技術(shù)特性，右上方區(qū)域中的技術(shù)可確立為控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，包括：

1）ARINC664通訊高完整性數(shù)據(jù)故障率；

2）控制系統(tǒng)MTBF；

3）機(jī)載軟件滿足DO-178B/C要求；

4）電子硬件滿足DO-254要求；

5）控制系統(tǒng)在燃油污染和燃油結(jié)冰條件下能正常工作；

6）控制系統(tǒng)在HIRF和雷擊條件下能正常工作；

7）故障檢測率；

8）故障隔離率；

9）反推裝置完全展開時(shí)間；

10）控制系統(tǒng)重量；

11）N2dot控制誤差；

12）燃油流量計(jì)量誤差。

以上關(guān)鍵技術(shù)與預(yù)期基本相符。

圖2 控制系統(tǒng)技術(shù)特性重要度-困難度圖

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6 結(jié)論

本文針對商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目策劃中的關(guān)鍵技術(shù)識(shí)別問題，提出一種基于QFD技術(shù)確定關(guān)鍵技術(shù)篩選范圍、評(píng)定技術(shù)重要度和困難度的方法，最終得到控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，作為項(xiàng)目研制的參考。該方法貫徹QFD技術(shù)“顧客至上”、“定量化管理”的原則，自始至終圍繞客戶需求進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)評(píng)價(jià)，將定性問題定量化，原理清晰，操作可行，評(píng)價(jià)過程目標(biāo)明確、有據(jù)可循。本文方法可使關(guān)鍵技術(shù)篩選范圍更加全面、評(píng)定判據(jù)更加客觀、合理，有效降低關(guān)鍵技術(shù)被漏判、錯(cuò)判等現(xiàn)象，為項(xiàng)目的正常推進(jìn)奠定基礎(chǔ)。

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A method of key technique identification for control system of commercial aero-engine based on QFD

HUANG Liu

V233.2

：B

1009-0134(2017)01-0036-04

2016-10-12

黃瀏（1985 -），女，浙江人，碩士，研究方向?yàn)樯逃煤娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證技術(shù)。