復(fù)雜大型裝備研發(fā)風(fēng)險識別與管控

張文 周恩民 洪興福 劉愷

(中國空氣動力研究與發(fā)展中心高速所，四川 綿陽 621000)

0 引言

低溫壓縮機(jī)作為某大科學(xué)裝置動力系統(tǒng)，具有系統(tǒng)組成復(fù)雜、運(yùn)行環(huán)境嚴(yán)苛、專業(yè)交叉融合、建設(shè)周期緊張等特點(diǎn)，同時具有工程建設(shè)和技術(shù)開發(fā)雙重屬性[1]，其復(fù)雜程度和技術(shù)要求極高，屬于典型的復(fù)雜大型研發(fā)裝備[2]。該系統(tǒng)采用了大量的新技術(shù)、新工藝和新方法，涉及設(shè)計、采購、制造、安裝、調(diào)試和運(yùn)行等多個環(huán)節(jié)，技術(shù)風(fēng)險、進(jìn)度風(fēng)險和質(zhì)量風(fēng)險等貫穿于全鏈條研發(fā)階段[3]。

基于此，針對低溫壓縮機(jī)不同研發(fā)階段開展風(fēng)險識別和管控，通過風(fēng)險控制措施有效降低項目研發(fā)風(fēng)險，可為其他復(fù)雜大型裝備研發(fā)風(fēng)險管控提供參考。

1 復(fù)雜大型裝備研發(fā)特點(diǎn)及風(fēng)險管控特點(diǎn)

1.1 研發(fā)特點(diǎn)

低溫壓縮機(jī)系統(tǒng)主要包括結(jié)構(gòu)部件、輔助系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。其中，結(jié)構(gòu)部件組成異常復(fù)雜且多為非標(biāo)準(zhǔn)件，特別是機(jī)殼采用雙層殼體設(shè)計，制造和裝配難度極大；輔助系統(tǒng)和控制系統(tǒng)分別包括若干子系統(tǒng)，涉及流體力學(xué)、聲學(xué)、熱力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、低溫工程和自動控制等多種學(xué)科和專業(yè)。低溫壓縮機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 低溫壓縮機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成

由于低溫壓縮機(jī)長期處于深低溫環(huán)境運(yùn)行，機(jī)殼和轉(zhuǎn)動部件均采用耐深低溫材料，但軸承、聯(lián)軸器和振動傳感器等內(nèi)部部件無法耐受低溫，必須采取可靠的絕熱防護(hù)措施，以保證低溫壓縮機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

此外，某大科學(xué)裝置建設(shè)周期緊張，僅為6年。因此,低溫壓縮機(jī)研發(fā)進(jìn)度控制難度較大。

1.2 風(fēng)險管控特點(diǎn)

風(fēng)險是不確定因素的集合[4]。低溫壓縮機(jī)屬于復(fù)雜的大型研發(fā)裝備，復(fù)雜性、技術(shù)性和不確定性較高。為了在緊張的建設(shè)周期內(nèi)保證項目一次性成功，必須在研發(fā)階段全面識別項目風(fēng)險。通常，風(fēng)險管控包括風(fēng)險識別、風(fēng)險分析、風(fēng)險評價和風(fēng)險控制4個方面。復(fù)雜大型裝備研發(fā)風(fēng)險管控特點(diǎn)如下：

(1)系統(tǒng)性。復(fù)雜大型研發(fā)裝備構(gòu)成復(fù)雜，各設(shè)備相互關(guān)聯(lián)、有機(jī)統(tǒng)一。因此，應(yīng)基于全系統(tǒng)、全鏈條角度進(jìn)行綜合決策和管理[5]。

(2)復(fù)雜性。低溫壓縮機(jī)研發(fā)包括設(shè)計、生產(chǎn)、投運(yùn)等多個階段，各階段的交付物、風(fēng)險來源和管控措施均不相同。因此，需要進(jìn)行全面的風(fēng)險識別，并有針對性地采取風(fēng)險控制措施。

(3)動態(tài)性。隨著低溫壓縮機(jī)研發(fā)項目的推進(jìn)，各環(huán)節(jié)風(fēng)險發(fā)生演變、轉(zhuǎn)化和延伸，研發(fā)過程中的客觀條件、人員配置、設(shè)備狀態(tài)等也隨之變化，需要進(jìn)行風(fēng)險的動態(tài)識別和管控。

2 復(fù)雜大型裝備研發(fā)風(fēng)險識別與評價

低溫壓縮機(jī)研發(fā)風(fēng)險貫穿于項目建設(shè)始終。基于風(fēng)險屬性，可劃分為技術(shù)風(fēng)險、進(jìn)度風(fēng)險、質(zhì)量風(fēng)險和安全風(fēng)險；基于組織管理，可劃分為決策風(fēng)險、組織風(fēng)險和資源風(fēng)險；基于內(nèi)外環(huán)境，可劃分為環(huán)境風(fēng)險、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險和政治風(fēng)險。不同類別風(fēng)險和同一類別下的不同風(fēng)險交叉耦合、相互關(guān)聯(lián)、相互影響，因此，復(fù)雜大型裝備的風(fēng)險管控需要進(jìn)行風(fēng)險解耦控制。首先，識別某類、某項風(fēng)險及其基本風(fēng)險點(diǎn)；其次，分析各類風(fēng)險發(fā)生的階段和不同類別風(fēng)險之間的關(guān)聯(lián)性，對風(fēng)險發(fā)生的概率和后果進(jìn)行總體性評價；最后，提出風(fēng)險控制措施。

基于低溫壓縮機(jī)研發(fā)特點(diǎn)和風(fēng)險管控特點(diǎn)，采用專家調(diào)查法和頭腦風(fēng)暴法[6]，依據(jù)研發(fā)時間條線逐類、逐項識別風(fēng)險。建立由建設(shè)單位、EPC總承包單位、行業(yè)專家、項目管理專家等組成的風(fēng)險識別團(tuán)隊，經(jīng)過多輪分析和推演，歸納出低溫壓縮機(jī)研發(fā)各階段主要風(fēng)險(圖2)和基本風(fēng)險點(diǎn)(表1)。

表1 低溫壓縮機(jī)研發(fā)基本風(fēng)險點(diǎn)

圖2 低溫壓縮機(jī)研發(fā)各階段主要風(fēng)險

2.1 風(fēng)險識別

從圖2可以看出，技術(shù)風(fēng)險、進(jìn)度風(fēng)險和質(zhì)量風(fēng)險貫穿于項目設(shè)計、生產(chǎn)和調(diào)試全流程。不同研發(fā)階段的風(fēng)險類別和風(fēng)險點(diǎn)既相互交叉又各有側(cè)重，具體表現(xiàn)在以下4個方面：

(1)設(shè)計階段側(cè)重工程師的配備和穩(wěn)定性，這直接影響設(shè)計質(zhì)量和進(jìn)度。

(2)采購階段側(cè)重價格行情以及國際形勢變化、特別是進(jìn)口關(guān)鍵設(shè)備的訂貨下單、技術(shù)指標(biāo)和到貨周期，直接影響技術(shù)、進(jìn)度和質(zhì)量指標(biāo)。

(3)制造、安裝和調(diào)試階段側(cè)重方案決策、安全操作防護(hù)、組織機(jī)制、人機(jī)設(shè)備和環(huán)境等方面，風(fēng)險點(diǎn)較多且存在集中爆發(fā)的可能性，屬于風(fēng)險管控的重點(diǎn)階段。

(4)運(yùn)行階段的風(fēng)險與調(diào)試階段大致相同，側(cè)重于技術(shù)實現(xiàn)性和安全性，對進(jìn)度和資源的關(guān)注度較低。

2.2 風(fēng)險評價

風(fēng)險評價方法主要包括層次分析法和綜合評價法?？紤]到低溫壓縮機(jī)研發(fā)的復(fù)雜性和風(fēng)險的多樣性，本文采用綜合評價法進(jìn)行風(fēng)險模糊評價。

模糊評價法基于模糊數(shù)學(xué)隸屬度理論，采用數(shù)學(xué)方法實現(xiàn)可量化考核指標(biāo)的定量評價。以各風(fēng)險發(fā)生概率和等級作為評價指標(biāo)，建立低溫壓縮機(jī)研發(fā)風(fēng)險概率評語集V1和風(fēng)險后果評語集V2，具體見表2。

表2 低溫壓縮機(jī)研發(fā)風(fēng)險評語集

假設(shè)風(fēng)險概率權(quán)重為A1，影響低溫壓縮機(jī)研發(fā)技術(shù)、進(jìn)度和質(zhì)量的風(fēng)險等級權(quán)重為A2，分別取平均值作為最終權(quán)重，得到

A1={0.2,0.15,0.15,0.1,0.1,0.05,0.1,0.05,0.05,0.05}

A2={0.35,0.35,0.30}

邀請風(fēng)險識別團(tuán)隊對風(fēng)險概率和等級打分，通過過程修正和算數(shù)平均可知，計算結(jié)果相對集中且符合散布要求。溫壓壓縮機(jī)研發(fā)風(fēng)險概率打分表見表3，低溫壓縮機(jī)研發(fā)關(guān)鍵風(fēng)險后果打分表見表4。

表3 低溫壓縮機(jī)研發(fā)風(fēng)險概率打分表

表4 低溫壓縮機(jī)研發(fā)關(guān)鍵風(fēng)險后果打分表

根據(jù)表3和表4數(shù)據(jù)，得到模糊評價矩陣R1和R2。將權(quán)重向量A與評價矩陣R相乘，得到風(fēng)險概率隸屬度向量B1和風(fēng)險后果隸屬度向量B2，即

B1={0.095,0.165,0.192 5,0.302 5,0.245}

B2={0.03,0.115,0.202 5,0.32,0.332 5}

采用加權(quán)平均法得到模糊評價值，即

可以看出，該系統(tǒng)研發(fā)風(fēng)險較高。一旦發(fā)生風(fēng)險，后果將十分嚴(yán)重。

2.3 主要風(fēng)險識別與評價

從技術(shù)、進(jìn)度和質(zhì)量三個方面對低溫壓縮機(jī)研發(fā)主要風(fēng)險進(jìn)行梳理，并邀請風(fēng)險識別團(tuán)隊對各風(fēng)險因素打分。低溫壓縮機(jī)研發(fā)主要風(fēng)險概率打分表見表5，低溫壓縮機(jī)研發(fā)主要風(fēng)險后果打分表見表6。

表5 低溫壓縮機(jī)研發(fā)主要風(fēng)險概率打分表

表6 低溫壓縮機(jī)研發(fā)主要風(fēng)險后果打分表

采用加權(quán)平均法計算各風(fēng)險概率和等級的單一評價值，構(gòu)成評價值矩陣。Y3中各數(shù)值對應(yīng)各項風(fēng)險概率，Y4中各數(shù)值對應(yīng)各項風(fēng)險后果。具體如下

Y3=[0.32,0.29,0.285,0.27,0.31,0.295,0.29,0.31]

Y4=[0.325,0.295,0.305,0.285,0.325,0.285,0.27,0.31]

由此可見，氣動性能可靠性、內(nèi)機(jī)殼靜葉裝焊、調(diào)試進(jìn)度與安全等風(fēng)險概率較高。一旦發(fā)生，將會造成較為嚴(yán)重的后果。

3 復(fù)雜大型裝備研發(fā)風(fēng)險等級模型構(gòu)建與管控措施

3.1 研發(fā)風(fēng)險等級模型構(gòu)建

基于上述風(fēng)險識別過程與結(jié)果，以橫坐標(biāo)為風(fēng)險發(fā)生概率，以縱坐標(biāo)為風(fēng)險后果，建立低溫壓縮機(jī)研發(fā)風(fēng)險等級模型，如圖3所示。

圖3 低溫壓縮機(jī)研發(fā)風(fēng)險等級模型

由圖3可以看出，低溫壓縮機(jī)研發(fā)主要風(fēng)險概率和后果評價值均≥0.25，因此，取0.3作為風(fēng)險概率和后果的界限值，將風(fēng)險劃分為低概低危、低概高危、高概低危和高概高危4類，并采取針對性措施進(jìn)行化解。該系統(tǒng)研發(fā)階段無高概低危風(fēng)險，而低概低危和高概高危風(fēng)險較為集中。其中，3個高概高危風(fēng)險分別為氣動性能可靠性、內(nèi)機(jī)殼靜葉裝焊、調(diào)試進(jìn)度與安全。

3.2 研發(fā)風(fēng)險管控措施

3.2.1 技術(shù)風(fēng)險管控措施

針對設(shè)計、制造和調(diào)試階段開展有針對性的技術(shù)風(fēng)險管理。在設(shè)計階段，建立分系統(tǒng)兩級設(shè)計體系和三級評審制度，明確評審交付物組成形式和文件要求；針對風(fēng)險概率高、實現(xiàn)難度大的技術(shù)指標(biāo)提前開展專項試驗驗證，通過驗證對設(shè)計方案進(jìn)行迭代優(yōu)化，同時邀請第三方機(jī)構(gòu)開展全面評估，確保方案設(shè)計科學(xué)合理。在制造和調(diào)試階段，組建技術(shù)決策團(tuán)隊和專項聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊，為研發(fā)過程中的疑難問題提供決策和技術(shù)支持。

3.2.2 進(jìn)度風(fēng)險管控措施

建立“計劃牽引、資源跟進(jìn)、全員參與”的進(jìn)度管理體系。建立年計劃、月計劃和周計劃三級計劃管理以及專項計劃管理體系；建立工作例會、月例會、周例會和1/2周例會制度；依據(jù)研發(fā)計劃，提前準(zhǔn)備和協(xié)調(diào)資源，同步制訂資源的備份預(yù)案；通過專項管理措施，將總承包單位和分包單位納入進(jìn)度管理體系，提高工作效率。

3.2.3 質(zhì)量風(fēng)險管控措施

建立低溫壓縮機(jī)研發(fā)質(zhì)量管理體系，識別質(zhì)量控制重點(diǎn)，與EPC總承包單位共同編制質(zhì)量控制計劃和質(zhì)量管理方案等體系文件；建設(shè)單位和EPC總承包單位分別設(shè)置總質(zhì)量師和專職質(zhì)管員，各分系統(tǒng)負(fù)責(zé)人依據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和質(zhì)量控制重點(diǎn)開展過程方案審查、制造工藝評定、關(guān)鍵指標(biāo)復(fù)核等，切實將質(zhì)量管理貫穿研發(fā)全過程；委托專業(yè)監(jiān)理單位駐廠跟產(chǎn)，形成建設(shè)單位、EPC總承包單位和監(jiān)理單位閉環(huán)管理回路，提高管理效率。

3.3 應(yīng)用實例

以氣動性能可靠性風(fēng)險因素為例，從技術(shù)、進(jìn)度和質(zhì)量三個方面分析風(fēng)險管控措施。

(1)技術(shù)風(fēng)險管控措施。首先，建設(shè)單位聯(lián)合EPC總承包單位和國內(nèi)專家開展了大量的聯(lián)合攻關(guān)，提出了最優(yōu)設(shè)計方案；其次，制造了1 ∶3.75的縮比模型機(jī)進(jìn)行試驗驗證，進(jìn)一步優(yōu)化迭代并固化了氣動設(shè)計方案；最后，在原型機(jī)制造完成后進(jìn)行了常溫、常壓試驗驗證。經(jīng)實踐檢驗可知，氣動性能達(dá)到設(shè)計要求。

(2)進(jìn)度風(fēng)險管控措施。由于設(shè)計方案的反復(fù)優(yōu)化和精益求精導(dǎo)致方案確定時間較晚，直接影響了結(jié)構(gòu)定型和加工制造周期，對總體進(jìn)度造成了一定影響。為了解決上述問題，一方面，編制并嚴(yán)格落實氣動設(shè)計定型、縮比模型機(jī)試驗驗證專項計劃；另一方面，在縮比模型機(jī)試驗期間，根據(jù)試驗結(jié)果同步開展結(jié)構(gòu)的局部優(yōu)化，提前完成加工制造準(zhǔn)備并啟動部分制造工作，加快了項目進(jìn)度。

(3)質(zhì)量風(fēng)險管控措施。深入分析影響低溫壓縮機(jī)氣動性能的關(guān)鍵工序和環(huán)節(jié)，嚴(yán)控重點(diǎn)部件焊接和尺寸加工精度。同時，在總裝期間進(jìn)一步消缺優(yōu)化，保證氣動性能達(dá)到試驗要求。

3.4 風(fēng)險管控效果

自低溫壓縮機(jī)研發(fā)合同簽訂以來，建設(shè)單位與EPC總承包單位持續(xù)關(guān)注風(fēng)險管控并動態(tài)更新風(fēng)險庫，采取一系列管控措施有效化解和轉(zhuǎn)移了研發(fā)過程中的技術(shù)風(fēng)險、進(jìn)度風(fēng)險和質(zhì)量風(fēng)險等。設(shè)計階段的各類方案和試驗驗證結(jié)果得到國內(nèi)專家認(rèn)可，按照節(jié)點(diǎn)要求順利通過專家評審；制造階段進(jìn)度較原計劃略有滯后，但仍滿足總體進(jìn)度要求。目前，低溫壓縮機(jī)整機(jī)制造廠內(nèi)調(diào)試已經(jīng)順利完成。從調(diào)試結(jié)果看，制造和裝配質(zhì)量控制效果良好，風(fēng)險管控達(dá)到預(yù)期效果。

4 結(jié)語

本文以低溫壓縮機(jī)研發(fā)項目為例，基于風(fēng)險識別、風(fēng)險分析、風(fēng)險評價和風(fēng)險管控4個方面，梳理和分析了低溫壓縮機(jī)研發(fā)風(fēng)險因素，并提出了有針對性的管控措施，取得了良好效果，可為復(fù)雜大型裝備研發(fā)風(fēng)險管控提供參考。