航空動力控制系統(tǒng)研發(fā)管理變革

■ 姚華/中國航發(fā)動控所

航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的研發(fā)是一項復雜的系統(tǒng)工程，在我國起步較晚，基礎薄弱，研發(fā)管理較為落后。隨著項目的增多，研發(fā)工作陷入效率低、周期長、故障多的惡性循環(huán)。為此，中國航發(fā)動控所進行了研發(fā)管理變革的探索和實踐，取得了一定的效果。

自20世紀80年代，我國開始研究航空發(fā)動機全權(quán)限數(shù)字式電子控制（FADEC）系統(tǒng)；2002年，完成了首個航空發(fā)動機FADEC系統(tǒng)試飛演示驗證；2010年，我國首套航空發(fā)動機FADEC系統(tǒng)完成了設計定型。之后，新研發(fā)動機大都采用了FADEC系統(tǒng)，項目逐年增加，最多時有幾十個型號項目同時開展研制，各種故障層出不窮，使航空動力控制系統(tǒng)的研發(fā)一度陷入困境，其中較為突出的是管理問題。

航空動力控制系統(tǒng)研發(fā)困境的原因分析

航空動力控制系統(tǒng)研發(fā)困境的主要原因還是研發(fā)管理水平的落后。國際上對研發(fā)管理水平用5個等級來評價，各等級的主要特征如表1所示。

我國的航空動力控制系統(tǒng)的研發(fā)采用了典型的職能化結(jié)構(gòu)，各專業(yè)的功能能力已基本建立，項目管理的責權(quán)主要分配到各職能部門，但各專業(yè)部門的工作流程不成體系、沒有顯性化，缺統(tǒng)一的跨越部門的流程支持，協(xié)調(diào)不暢，無有效的產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略。對照表1，航空動力控制系統(tǒng)研發(fā)管理水平處于1～2級，主要問題具體表現(xiàn)在以下幾個方面：缺乏完整的系統(tǒng)工程的研發(fā)理念；缺乏規(guī)范化、操作性強的流程及有效評審；缺乏標準化的共享模塊和知識積累及共享機制；產(chǎn)品發(fā)展缺乏規(guī)劃，沒有形成產(chǎn)品系列化發(fā)展平臺；對核心技術(shù)缺乏有效的識別和管理。

表1 研發(fā)管理水平各等級的主要特征

航空動力控制系統(tǒng)研發(fā)的變革

研發(fā)活動是一項知識勞動者的活動，如何對知識勞動者進行管理是需要破解的問題。針對存在的問題，中國航發(fā)動控所引入科學管理理念，從五個方面實施研發(fā)變革。

按系統(tǒng)工程方法構(gòu)建研發(fā)體系

航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的研發(fā)一般包括預先研究階段和型號研制兩個階段。預先研究是解決技術(shù)成熟度1～4級的問題，型號研制解決技術(shù)成熟度4～9級的問題。

預先研究包括基礎研究和應用基礎研究。提出新的原理并進行試驗驗證，這是預先研究階段的特點，預研階段的研發(fā)體系就是要支撐這種創(chuàng)新能力，因此可以稱為技術(shù)創(chuàng)新體系。技術(shù)創(chuàng)新體系主要包含三個要素：技術(shù)創(chuàng)新的方法和平臺、開放合作探索研究的模式、創(chuàng)新導向的機制政策。

型號研制是產(chǎn)品研制的重要階段，包括產(chǎn)品需求、設計、試制、試驗、定型交付等過程。航空發(fā)動機FADEC系統(tǒng)研制是一項復雜的系統(tǒng)工程，可以用如圖1所示的V形模型來描述。

構(gòu)建由技術(shù)創(chuàng)新體系、設計體系、試制體系和驗證體系組成的航空動力控制系統(tǒng)的研發(fā)體系是解決研發(fā)困境的系統(tǒng)方案。其中，設計體系又是系統(tǒng)解決方案中的重點和核心。

設計體系的結(jié)構(gòu)構(gòu)建方法可以參照系統(tǒng)工程的霍爾三維結(jié)構(gòu)模型，建立設計體系的三維結(jié)構(gòu)模型，如圖2所示。設計體系的三維結(jié)構(gòu)模型體現(xiàn)了系統(tǒng)工程方法，在每個階段的工作內(nèi)容包括用戶域（如研制要求、需求分析等）、功能域（如系統(tǒng)功能、性能設計、控制律設計、系統(tǒng)仿真等）、物理域（如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)、液壓機械結(jié)構(gòu)等）、過程域（如設計審查、樣機試制、產(chǎn)品檢驗等）。在這些設計過程中，對應的知識可以指導設計活動。

圖1 控制系統(tǒng)型號研制階段的研發(fā)模型

圖2 設計體系的三維結(jié)構(gòu)模型

構(gòu)建設計體系工作模型

三維結(jié)構(gòu)模型細化后，得到設計體系的工作模型，如圖3所示。

圖3 設計體系工作模型

以方案設計階段為例，按用戶域、功能域、物理域和過程域?qū)Ψ桨冈O計進行工作分解。工作分解屬于管理層面，主要針對研發(fā)的狀態(tài)和結(jié)果，提出工作分解結(jié)構(gòu)和指標要求，產(chǎn)品類型決定了流程的形態(tài)，流程具有一定的剛性。對工作分解中的每一項工作建立相應的工作流，工作流是實現(xiàn)層面，主要針對研發(fā)活動的具體執(zhí)行過程，落實指標達成，工作流具有一定的柔性，取決于研發(fā)組織的工作模式及工具能力。對工作流中的每一個節(jié)點制定工作包，工作包是設計體系的靈魂，工作包中規(guī)定了工作任務、完成該項任務的輸入和輸出、該任務的指標要求、遵循的標準和規(guī)范、完成的進度和質(zhì)量要求、完成該任務所需要的資源（人、財、物），以及支持該任務完成的知識和工具。知識和工具是工作包的核心，工具主要是指完成任務所使用的設計、計算、仿真、計算機輔助設計（CAD）等通用和專業(yè)工具軟件。

圖4表明了設計系統(tǒng)與多項目管理系統(tǒng)(MPM)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM）、設計工具、知識管理系統(tǒng)和質(zhì)量管理系統(tǒng)之間的交換關(guān)系。廣義的設計體系包含上述所有系統(tǒng)，狹義設計體系為設計系統(tǒng)、設計工具和知識管理系統(tǒng)的集合。

125例患者中陰道鏡檢測陽性患者為86例，陰性患者為39例。而后經(jīng)過1年隨訪，發(fā)現(xiàn)陰道鏡檢測陽性患者CIN發(fā)生率為36.05%，其相對危險值為0.29，檢測陰性患者其CIN發(fā)生率為5.13%，對比差異具有統(tǒng)計學意義(χ2=13.201，P=0.000)，見表2。

圖4 設計系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的關(guān)系

建立具有共享特征的產(chǎn)品平臺

產(chǎn)品平臺是整個系列產(chǎn)品所采用的共同要素的集合，包括共用的基本架構(gòu)、子系統(tǒng)、模塊或組件、關(guān)鍵技術(shù)，換而言之，產(chǎn)品平臺就是系列產(chǎn)品所共用的基本組件及基本技術(shù)。產(chǎn)品平臺是產(chǎn)品戰(zhàn)略的核心環(huán)節(jié)：一方面，它明確了實現(xiàn)核心戰(zhàn)略愿景的基本架構(gòu)，是動控所戰(zhàn)略愿景的承載平臺；另一方面，它為產(chǎn)品線戰(zhàn)略奠定了基礎，將戰(zhàn)略愿景具體化，同時也為動控所設計產(chǎn)品線戰(zhàn)略提供了指導，起到了承上啟下的作用。對上，產(chǎn)品平臺要承接發(fā)動機需求的不斷變化；對下，它要能夠把技術(shù)平臺上的所有技術(shù)整合起來。

新產(chǎn)品的研發(fā)過程就是在產(chǎn)品平臺上對專用技術(shù)和共用技術(shù)有機組合的過程。技術(shù)平臺把研制新產(chǎn)品所需要的關(guān)鍵技術(shù)提前準備好，由此，產(chǎn)品平臺只需要把這些關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)動機需求有機結(jié)合起來就可以形成新產(chǎn)品。產(chǎn)品平臺在發(fā)動機需求與技術(shù)之間起到了一個相互承接的作用，其本身是組織核心技術(shù)和共用技術(shù)積累而成的。

根據(jù)發(fā)動機控制系統(tǒng)的特點，產(chǎn)品平臺總體架構(gòu)如圖5所示。最底層是共用技術(shù)平臺，是各產(chǎn)品平臺共用的技術(shù)要素和技術(shù)資源，設計體系就是這些共用技術(shù)的集合。產(chǎn)品平臺主要按共用部件、共用分系統(tǒng)、共用試驗平臺、共用生產(chǎn)平臺來劃分，產(chǎn)品平臺支撐產(chǎn)品線，產(chǎn)品線上的產(chǎn)品具有基本相同的系統(tǒng)架構(gòu)，根據(jù)發(fā)動機要求的差異，在產(chǎn)品線上衍生發(fā)展系列產(chǎn)品。向上，技術(shù)平臺支撐產(chǎn)品平臺，產(chǎn)品平臺支撐產(chǎn)品發(fā)展，從而提高研發(fā)效率，提升產(chǎn)品水平；向下，產(chǎn)品發(fā)展牽引平臺發(fā)展，平臺發(fā)展牽引技術(shù)發(fā)展，促進構(gòu)建共用技術(shù)，實現(xiàn)知識共享。

圖5 產(chǎn)品平臺的總體架構(gòu)

其中，共用構(gòu)建模塊（CBB）是指可以在不同產(chǎn)品、系統(tǒng)間共用、并可在制造物料清單（BOM）中體現(xiàn)的零部件、功能模塊，以及被專業(yè)確認或認可、以設計數(shù)據(jù)存在、可在不同產(chǎn)品和系統(tǒng)設計中調(diào)用、形成固定原理和架構(gòu)的軟硬件功能模塊，是產(chǎn)品平臺的重要技術(shù)要素。CBB一定是成熟的技術(shù)和標準模塊，并且不需要再驗證和再測試，使用CBB可以提高設計效率，減少低級錯誤。

圖6 基于FFBD的技術(shù)樹分解活動

核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)的管理方法

核心技術(shù)是產(chǎn)品的關(guān)鍵性或基礎性技術(shù)，是組織獨有的、不可替代的、競爭對手難以模仿的技術(shù)，是產(chǎn)品廣泛應用的并成為競爭力的基礎的技術(shù)；而關(guān)鍵技術(shù)不一定是核心技術(shù)，但關(guān)鍵技術(shù)不突破，產(chǎn)品就不能成功。因此，核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)的管理對產(chǎn)品的發(fā)展非常重要。

對核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)的管理主要包括兩個方面：一是通過技術(shù)樹的梳理，得到完整的核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)清單；二是對已掌握的核心技術(shù)模塊化和標準化，對未突破的核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)進行技術(shù)攻關(guān)。

技術(shù)樹梳理采用功能技術(shù)特性分解定義方法（FFBD），將產(chǎn)品功能有序轉(zhuǎn)化為技術(shù)需求，如圖6所示。產(chǎn)品功能是由技術(shù)實現(xiàn)的，頂級系統(tǒng)功能決定了產(chǎn)品實現(xiàn)技術(shù)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解形成產(chǎn)品樹，對產(chǎn)品實現(xiàn)技術(shù)分解形成技術(shù)樹。產(chǎn)品樹上的每一個部件都有獨特的功能和實現(xiàn)功能的技術(shù)，對技術(shù)的可實施性進行逐一檢查，要求外部分解到可找到成熟技術(shù)，內(nèi)部分解到員工可按規(guī)范實施的程度，將每個部件、功能、技術(shù)進行整理歸類，可發(fā)現(xiàn)共性技術(shù)、短板（關(guān)鍵）技術(shù)和不同的技術(shù)路徑。

評審的有效性管理方法

針對評審有效性問題，結(jié)合GE公司主審官制度和華為公司主審人制度的最佳實踐，在三個方面對傳統(tǒng)評審體系和方法進行了變革。

明確專家責任，建立主審人責任制。每個項目、每個部件明確主審人，形成“高手”互評的機制，使用權(quán)、經(jīng)驗和教訓共享；對專家意見和參與度進行績效考核；主審人要對評審意見的正確性負責。

明確評審有效性測量標準。改進評估方式，從評審計劃執(zhí)行性、評審組織質(zhì)量、專家參與度、意見有效性、意見落實率等六個方面進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，尋找不足。

建立結(jié)構(gòu)化的檢查單和流程。借鑒適航審查的模式，建立輸入、輸出、方案、工程設計等系統(tǒng)和部件不同的評審檢查單，建立評審標準，實施項目組、預審、評審，保證評審內(nèi)容的完整性。

研發(fā)變革的主要成效

根據(jù)動控所的情況，分階段推進研發(fā)管理變革。第一階段目標是建立以知識驅(qū)動的設計體系，以CBB為核心的具有共享機制的產(chǎn)品平臺，加強核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)的管理，加強評審的有效性管理。設計體系基本建立后，利用多個項目的設計數(shù)據(jù)進行了試運行，針對存在的問題，對體系進行了不斷完善。

電子專業(yè)開始在所有新研項目中使用CBB，電子控制器的研制周期縮短了1/3，元器件種類減少50%。相比過去同樣復雜度的項目，由于低級錯誤造成的設計更改減少了80%，新研電子控制器外場故障大大降低。軟件專業(yè)在建立體系后，各項目大量采用通用標準庫函數(shù)和標準的板級支持包（BSP）驅(qū)動程序，使軟件的研發(fā)效率得到了提高，軟件交付后故障率大大降低。

產(chǎn)品平臺的建立提高了平臺內(nèi)新研產(chǎn)品的開發(fā)速度。例如，利用渦軸平臺，將一個已定型的渦軸發(fā)動機控制系統(tǒng)的主要部件用于一個新研發(fā)動機的控制系統(tǒng)，軟件架構(gòu)不變，功能進行適當修改，項目人員基本共用、試驗設備共用、測試設備共用，半年內(nèi)就完成了發(fā)動機臺架試車，在競爭中取得了主動權(quán)。

通過對核心技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)的梳理，形成了達成共識的技術(shù)譜系，并對其中的部分關(guān)鍵技術(shù)進行了攻關(guān)。許多關(guān)鍵技術(shù)得到了突破，許多核心技術(shù)經(jīng)過集成驗證后成為CBB，在新研項目中得到應用，發(fā)揮了作用，新研型號需要補充攻關(guān)的項目顯著減少。

評審的有效性得到提高，特別是采用評審檢查單后，評審的內(nèi)容更加完整有效，主審專家的責任心更高，評審提出的意見比過去大大增加，評審意見的質(zhì)量和價值也有提高，評審走形式的情況得到了較大轉(zhuǎn)變。

研發(fā)管理變革是一個不斷迭代、不斷完善的過程，也是中國航發(fā)運營體系（AEOS）建設的重要內(nèi)容。從前期實施的效果表明，AEOS體系建設是正確的方向，應堅定不移向前推進。