基于QFD技術的商用航空發動機控制系統關鍵技術識別方法

黃 瀏

（中國航發商用航空發動機有限責任公司，上海 201108）

基于QFD技術的商用航空發動機控制系統關鍵技術識別方法

黃 瀏

（中國航發商用航空發動機有限責任公司，上海 201108）

提出一種基于QFD（Quality Function Deployment，質量功能展開）技術進行商用航空發動機控制系統關鍵技術篩選和識別的方法，該方法首先基于控制系統客戶需求篩選出系統所有的技術特性，然后從技術重要度和困難度兩方面對技術特性進行評分，識別出其中的關鍵技術。該方法保證關鍵技術聚焦于客戶需求的實現，同時對技術的關鍵程度進行量化評分，可有效提高關鍵技術識別的準確性與客觀性。

QFD技術；關鍵技術；篩選；識別

0 引言

商用航空發動機控制系統可比喻為整個發動機的“大腦”，它控制發動機完成穩態、加減速、起動、停車等控制功能以及參數限制、超轉保護等限制保護功能，此外，它還完成對發動機及控制系統的故障診斷及處理功能，從而保證發動機在整個飛行包線內平穩、可靠、安全地工作。商用航空發動機控制系統研制在國內尚屬首次，難度較大。在研制起始階段，需對控制系統的關鍵技術進行識別，為后續的技術成熟度評定、技術路線圖制定等工作打下基礎，同時為研制計劃、經費、人力的合理安排提供依據。

“關鍵技術”從字面上看就帶有一定的主觀色彩，無法給出十分精確、統一的評判。但不能因為主觀性的存在，就隨意指定關鍵技術，正確的識別十分重要。如果關鍵技術被遺漏，沒有在研制前期投入精力進行技術攻關，那么在后期將會嚴重拖延項目進度；如果將普通技術識別為關鍵技術，又會造成經費、人力資源的浪費。因此，關鍵技術既不能被漏判，也不能被錯判。通常，關鍵技術識別的思路是：先盡可能找到項目所需的技術全集，然后依據一定的技術關鍵度判據加以篩選。

關鍵技術識別常用方法如表1所示[1,5]。借助這些方法進行關鍵技術識別，都能不同程度地提高決策的準確性和客觀性，但也存在以下問題：

1）確定關鍵技術篩選范圍時缺少方法和依據，全面性、完整性會有所欠缺，容易造成關鍵技術漏判；

2）關鍵技術評定時，技術關鍵度判據不夠合理、全面，容易造成關鍵技術錯判。

本文提出基于QFD技術的商用航空發動機控制系統關鍵技術識別方法。該方法一方面根據客戶需求定義關鍵技術篩選范圍，結果較為全面，不易遺漏；另一方面，綜合應用QFD技術中包含的層次分析法和模糊綜合評價法，對“技術關鍵度”這個定性問題定量化，可有效降低關鍵技術識別過程中的隨意性與主觀性，使得關鍵技術評定結果合理可信。

表1 關鍵技術識別常用方法

本文第1節對QFD技術進行簡介。第2～5節以商用航空發動機控制系統為例，說明基于QFD技術的關鍵技術識別方法的應用過程：第2節基于控制系統客戶需求，定義關鍵技術篩選范圍；第3、4節基于QFD技術，從技術重要度與技術困難度兩方面對各技術進行量化評分；第5節根據評分結果確立關鍵技術。第6節是全文小結。

1 QFD技術

1.1 QFD技術的產生與發展

QFD技術產生于日本，于上個世紀六十年代末提出。針對產品質量與可靠性的問題，通過QFD技術將顧客的需求與滿足需求所產生的控制措施關聯起來，以更好地滿足客戶需求，提高產品質量。QFD技術自產生后，在日本多個工業領域進行了應用與實踐，在節約企業研制經費、縮短研制周期方面成果顯著。該技術后來逐步傳播至全球各地，在一些發達國家的大型企業中都有使用QFD技術的成功案例。

1.2 QFD技術的理念及特點

QFD技術的最大特點是自始至終聚焦“顧客的聲音”，將客戶需求系統地、逐層地轉化為工程和管理措施，使得項目中各層面的具體活動都以客戶需求為中心展開。同時，根據定量化的分析方法及早定位項目中的關鍵因素，指導企業集中力量采取措施進行攻關解決。QFD技術體現了“顧客至上”、“源頭抓起”、“定量化管理”等理念[6]。由此可知，將QFD技術用于關鍵技術識別是十分順理成章的。

1.3 QFD分析模型

QFD技術通過一系列圖表化的形式描述，目前最廣泛使用的是“質量屋”形式，如圖1所示。質量屋的構建過程，就是QFD技術的應用過程。本文使用Qualica軟件搭建QFD分析模型。

圖1 QFD技術的質量屋模型

2 定義關鍵技術篩選范圍

在關鍵技術識別中，定義關鍵技術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目所需的所有技術，不能遺漏；二是要求篩選過程要有依據。如果毫無章法地四處尋找，既浪費時間，又無法保證全面性。

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

本文基于QFD技術，介紹基于控制系統客戶需求來確定關鍵技術篩選范圍的方法。從直觀上理解，項目中的各個技術點均服務于客戶需求，因此對標客戶需求來梳理關鍵技術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技術中的首要環節，對于后續過程有著重要的影響。

控制系統的客戶需求包括：

1）滿足推力控制要求；

2）滿足加減速控制要求；

3）滿足結構要求；

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。

控制系統研制的所有技術活動，均圍繞著滿足客戶需求展開。

2.2 技術特性的確定

客戶需求的滿足，需要通過具體的技術特性來保證。技術特性，即為了保證產品實現所需的技術手段。技術特性的確定，是進行QFD分析的關鍵一步。從客戶需求到技術特性的展開，標志著從“what”向“how”進行了轉換。技術特性構成了質量屋的“天花板”。

應逐項分析客戶需求，確定其技術實現方式，將客戶需求轉換成控制系統的技術特性，這樣梳理出的技術特性代表了系統所需的所有技術，也就是確立了關鍵技術的篩選范圍。控制系統的技術特性如表2所示。

表2 控制系統技術特性

3 技術重要度評定

在確立關鍵技術篩選范圍后，就需要對其中的關鍵技術進行識別，第一步是評定技術的重要度。思路是先對客戶需求重要度進行排序，然后權衡技術與客戶需求的關系，最后根據技術與客戶需求的關系、技術對應的客戶需求的重要度綜合評定技術重要度。

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行甄別，以便于在后續工作中有所側重，率先實現重要的需求，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成了質量屋的“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客戶需求中最重要的三條。

3.2 關系矩陣的建立

客戶需求與技術特性的關系矩陣，其元素為客戶需求與技術特性兩兩之間相關性的量化評分。評分越高，說明技術特性對于客戶需求的關系越密切。評分結果在質量屋的“房間”內體現。

3.3 相關矩陣的建立

各項技術特性之間可能存在一定的聯系，有的是正相關，有的是負相關。通過技術特性之間相關性的建立，有助于發現技術特性中的重復、沖突等問題，并進行進一步的權衡評估。技術特性之間的相關矩陣在質量屋的“屋頂”中構建。

3.4 技術特性重要度的確定

根據上兩步中關系矩陣、相關矩陣的確立，即可計算出技術特性的重要度。一般來說，某項技術特性相關的客戶需求越多、越重要，那么該項技術特性重要度也越高。

使用QFD分析得到的重要度靠前的控制系統技術特性如表4所示。

表4 重要度靠前的控制系統技術特性

4 技術困難度評定

關鍵技術識別的第二步是評定技術的困難度。

困難度的評定采用檢查單的方式，可按表5的方法來考慮。

表5 困難度的評定依據

對2.2節篩選出的所有技術特性進行困難度量化評定，“很困難”7～9分，“困難”4～6分，“一般”1～3分，結合實際情況進行打分。

困難度靠前的控制系統技術特性如表6所示。

表6 困難度靠前的控制系統技術特性

5 關鍵技術確立

關鍵技術識別的最后一步，就是綜合考慮第3、4節評定的技術重要度和困難度，將重要度與困難度均較高的技術確立為關鍵技術。

Qualica軟件得到的重要度-困難度圖如圖2所示，圖中的橫、縱坐標分別代表重要度和困難度，圓點及相應數字代表各個技術特性，右上方區域中的技術可確立為控制系統關鍵技術，包括：

1）ARINC664通訊高完整性數據故障率；

2）控制系統MTBF；

3）機載軟件滿足DO-178B/C要求；

4）電子硬件滿足DO-254要求；

5）控制系統在燃油污染和燃油結冰條件下能正常工作；

6）控制系統在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間；

10）控制系統重量；

11）N2dot控制誤差；

12）燃油流量計量誤差。

以上關鍵技術與預期基本相符。

圖2 控制系統技術特性重要度-困難度圖

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6 結論

本文針對商用航空發動機項目策劃中的關鍵技術識別問題，提出一種基于QFD技術確定關鍵技術篩選范圍、評定技術重要度和困難度的方法，最終得到控制系統關鍵技術，作為項目研制的參考。該方法貫徹QFD技術“顧客至上”、“定量化管理”的原則，自始至終圍繞客戶需求進行關鍵技術評價，將定性問題定量化，原理清晰，操作可行，評價過程目標明確、有據可循。本文方法可使關鍵技術篩選范圍更加全面、評定判據更加客觀、合理，有效降低關鍵技術被漏判、錯判等現象，為項目的正常推進奠定基礎。

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[6] 李躍生.質量功能展開技術[M].北京:國防工業出版社,2011.

[7] 吳燕生.技術成熟度及其評價方法[M].北京:國防工業出版社,2013.

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，研究方向為商用航空發動機控制系統設計與驗證技術。